10 Stale staliwa i zeliwa, Studia, ZiIP, SEMESTR II, Materiały metalowe
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
96
JW
7. Klasyfikacja stali*
Klasyfikacji gatunków stali dokonuje się zgodnie z PN-EN 10020:1996 według składu
chemicznego oraz wg ich zastosowania i własności mechanicznych lub fizycznych.
Klasyfikacja stali według składu chemicznego
- stale niestopowe (węglowe),
- stale stopowe.
Do
stali niestopowych
zalicza się te gatunki stali, w których zawartość pierwiastków jest
mniejsza od zawartości granicznych podanych w tabl. 7.1.
Do
stali stopowych
zalicza się gatunki stali, w których zawartość przynajmniej jednego
pierwiastka jest równa lub większa od zawartości granicznej podanej w tabl. 7.1.
Tablica 7.1
Granica międz
y stalami niestopowymi i stopowymi (wg P
N-EN 10020:1996)
Nazwa i symbol
chemiczny pierwiastka
Zawartość graniczna
(% wagowy)
Aluminium, Al
0,10
Bor, B
0,0008
Bizmut, Bi
0,10
Chrom, Cr*
0,30
Cyrkon, Zr*
0,05
Kobalt, Co
0,10
Krzem, Si
0,50
Lantanowce, każdy
0,05
Mangan, Mn
1.65**
Miedź, Cu*
0,40
Molibden, Mo*
0,08
Nikiel, Ni*
0,30
Niob, Nb*
0,06
Ołów.Pb
0,40
Selen, Se
0,10
Tellur, Te
0,10
Tytan, Ti*
0,05
Wanad, V*
0,10
Wolfram, W
0,10
Inne (każdy oprócz
0,05
fosforu, siarki i azotu),
* Jeżeli te pierwiastki określa się dla stali w kombinacji dwu, trzech lub czterech, a ich zawartości są
mniejsze niż podane w tablicy, to przy kwalifikacji stali należy dodatkowo uwzględnić zawartość
graniczną wynoszącą 70% sumy poszczególnych zawartości granicznych tych dwu, trzech lub
czterech pierwiastków
** Jeżeli jest określona tylko maksymalna zawartość manganu, jego graniczna zawartość wynosi
1,80% i nie stosuje się zasady 70%.
Klasyfikacja stali według zastosowania i własności mechanicznych lub fizycznych
A. Klasy jakości stali niestopowych
•
stale niestopowe podstawowe,
•
stale niestopowe jakościowe,
•
stale niestopowe specjalne.
Stale niestopowe podstawowe
Stale podstawowe to gatunki stali o takich wymaganiach jakościowych, jakie można
osiągnąć w ogólnie stosowanym procesie stalowniczym, bez dodatkowych zabiegów
technologicznych.
* Oznaczanie stali wg PN-EN 10027-1 na stronie 146
97
JW
Wyroby z tych stali nie są przeznaczone do obróbki cieplnej (z wyjątkiem wyżarzania
odprężającego, zmiękczającego i normalizowania).
Z wyjątkiem manganu i krzemu (oraz granicznych zawartości
C, P, S), zawartość innych
pierwiastków stopowych nie jest wymagana.
Nie określa się dodatkowych wymagań jakościowych dotyczących np. głębokiego tłoczenia,
ciągnienia, kształtowania na zimno itp.
Własności w stanie walcowanym na gorąco lub wyżarzonym odprężające, zmiękczająco albo
normalizowanym powinny odpowiadać następującym wartościom granicznym dla wyrobów o
grubości do 16 mm:
minimalna wytrzymałość na rozciąganie (R
m
) < 690 MPa,
minimalna granica plastyczności (R
e
) < 360 MPa,
minimalne wydłużenie (A) .
<
26%,
minimalna praca łamania w temp. 20°C na próbkach
wzdłużnych ISO < 27 J,
minimalna średnica trzpienia w próbie zginania
(e
oznacza grubość próbki) >1 e
maksymalna zawartość węgla > 0,10%,
maksymalna zawartość fosforu > 0,045%,
maksymalna zawartość siarki > 0,045%.
Przykłady stali należących do tej klasy:
•
stale miękkie niskowęglowe na taśmy i blachy walcowane na gorąco lub na zimno
ogólnego zastosowania,
•
stale konstrukcyjne walcowane na gorąco ogólnego zastosowania,
•
stale do wyrobu walcówki do ciągnienia (drutu).
Stale niestopowe jakościowe
Stale niestopowe jakościowe to gatunki stali, których własności w stanie obrobionym cieplnie
w zasadzie się nie określa, nie określa się również czystości metalurgicznej wyrażonej stopniem
zanieczyszczenia wtrąceniami niemetalicznymi.
Ze względu na warunki stosowania wyrobów ze stali jakościowych, wymagania dotyczące np.
wrażliwości na kruche pękanie, regulowanej wielkości ziarna czy podatności na kształtowanie,
są wyższe niż dla stali podstawowych, co wymusza większą staranność podczas produkcji.
Przykłady stali należących do tej klasy:
•
stale na wyroby płaskie do kształtowania na zimno;
•
stale konstrukcyjne o zawartości P
max
i S
max
poniżej 0,045%, np.:
stale o podwyższonej wytrzymałości,
stale do budowy statków,
stale na wyroby ocynkowane ogniowo,
stale na butle gazowe,
stale na kotły i zbiorniki ciśnieniowe;
•
stale z wymaganą podatnością na odkształcenie plastyczne;
•
stale konstrukcyjne z wymaganą minimalną zawartością Cu;
•
stale do zbrojenia betonu;
•
stale szynowe;
•
stale automatowe;
•
stale do ciągnienia drutu;
•
stale do spęczania na zimno;
•
stale sprężynowe;
•
stale z wymaganymi własnościami magnetycznymi lub elektrycznymi;
•
stale do produkcji blach cienkich, ocynowanych (na opakowania);
•
stale do produkcji elektrod otulonych lub drutu spawalniczego o zawartości P
max
, i S
max
większej niż 0,02%.
98
JW
Stale niestopowe specjalne
Stale niestopowe specjalne charakteryzują się wyższym niż stale jakościowe stopniem
czystości metalurgicznej, szczególnie w zakresie zawartości wtrąceń niemetalicznych. Są one
przeważnie przeznaczone do ulepszania cieplnego lub hartowania powierzchniowego.
Dzięki dokładnemu doborowi składu chemicznego oraz przestrzeganiu specjalnych warunków
produkcji stali i kontroli przebiegu procesów technologicznych uzyskuje się różnorodne
własności przetwórcze i użytkowe stali. Często otrzymuje się równocześnie i w zawężonych
granicach np. wysoką wytrzymałość lub hartowność z równocześnie dobrą ciągliwością,
podatnością na kształtowanie, spawanie itp.
Stale niestopowe specjalne spełniają jeden lub więcej z niżej wymienionych warunków:
a) określona udarność w stanie ulepszonym cieplnie;
b) określona hartowność lub twardość powierzchniowa w stanie hartowanym i odpuszczonym
lub utwardzonym powierzchniowo;
c) określona mała zawartość wtrąceń niemetalicznych;
d) określona maksymalna zawartość fosforu i siarki (każdy z nich):
< 0,020% według analizy wytopowej,
< 0,025% według analizy chemicznej wyrobu (np. walcówka przeznaczona do
produkcji mocno obciążonych sprężyn, elektrod, drutu do zbrojenia opon
Przykłady stali należących do tej klasy:
•
stale konstrukcyjne o określonej minimalnej pracy łamania próbek wzdłużnych ISO z
karbem V, większej niż 27 J w temperaturze -50°C;
•
stale konstrukcyjne przeznaczone do produkcji reaktorów jądrowych, o ograniczonej
zawartości następujących pierwiastków: miedź < 0,10%, kobalt < 0,05%, wanad <
0,05%;
•
stale do ulepszania cieplnego;
•
stale do nawęglania;
stale utwardzalne wydzieleniowo o wymaganej zawartości węgla minimum 0,25% lub
większej (w analizie wytopowej) i strukturze ferrytyczno-perlitycznej: zawierające jeden
lub więcej mikrododatków stopowych, takich jak niob albo wanad, jednak ich zawartość
powinna być niższa niż wartość graniczna dla stali stopowych; utwardzanie
wydzieleniowe uzyskuje się zwykle przez kontrolowane chłodzenie z temperatury
przeróbki plastycznej na gorąco;
•
stale do sprężania betonu;
•
stale do ciągnienia (drutu);
•
stale do spęczania na zimno;
•
stale sprężynowe;
•
stale narzędziowe;
•
stale o określonej przewodności elektrycznej większej niż 9 Sm/mm;
•
stale do produkcji elektrod otulonych lub na drut spawalniczy o zawartości P
max
i S
max
mniejszej niż 0,02%.
B. Klasy jakości stali stopowych
- stale stopowe jakościowe,
- stale stopowe specjalne.
Stale stopowe jakościowe
Stale stopowe jakościowe mają podobne zastosowanie jak stale niestopowe jakościowe, lecz
wymagane własności powodują konieczność zwiększenia w nich zawartości pierwiastków
stopowych powyżej wartości granicznych podanych w tabl. 7.1.
Stale te zwykle nie są przeznaczone do ulepszania cieplnego lub utwardzania
powierzchniowego.
Do grupy stali stopowych jakościowych należą:
stale konstrukcyjne drobnoziarniste spawalne, w tym stale przeznaczone do produkcji
99 JW
zbiorników i rurociągów pracujących pod ciśnieniem, spełniające następujące warunki:
a) wymagana minimalna granica plastyczności dotycząca wyrobów o grubości do 16 mm -
poniżej 380 N/mm,
b) zawartości pierwiastków stopowych powinny być niższe niż wartości graniczne według
tabl. 6.la,
c) wymagana praca łamania próbek wzdłużnych ISO z karbem V w temperaturze -50°C - do
27 J;
stale elektrotechniczne zawierające jako pierwiastki stopowe tylko krzem lub krzem i
aluminium w celu uzyskania wymaganych własności w zakresie stratności magnetycznej,
minimalnej wartości indukcji magnetycznej, polaryzacji lub przenikalności magnetycznej;
stale stopowe przeznaczone do produkcji szyn i grodzic oraz kształtowników na obudowy
górnicze;
stale stopowe przeznaczone do produkcji wyrobów płaskich walcowanych na gorąco lub na
zimno do dalszej trudniejszej przeróbki plastycznej na zimno (wyłączając stale przeznaczone
do produkcji zbiorników ciśnieniowych lub rur), zawierające pierwiastki rozdrabniające
ziarno, takie jak B, Ti, Nb, V i/lub Zr, -albo „stale dwufazowe" (struktura wyrobów płaskich
ze stali dwufazowych składa się z ferrytu i 10 ÷ 35% martenzytu wysepkowego);
stale, w których miedź jest jedynym wymaganym pierwiastkiem stopowym.
Tablica 7.1a
Stale stopowe drobnoziarniste spawalne. Granica składu chemicznego między stalami
stopowymi jakościowymi i specjalnymi
Pierwiastek
Zawartość graniczna
(% wagowy)
Cr Chrom*
0,50
Cu Miedź*
0,50
La Lantanowce
0,06
Mn Mangan
1,80
Mo Molibden*
0,10
Nb Niob*
0,08
Ni Nikiel*
0,50
Ti Tytan*
0,12
VWan*
0,12
Zr Cyrkon*
0,12
Inne nie wymienione
patrz tablica 6.1
pierwiastki (każdy)
*Jeżeli te pierwiastki występują w stali w kombinacji dwu, trzech lub czterech, a ich zawartości są
mniejsze niż podane w tablicy 7.1, to przy klasyfikacji stali należy dodatkowo uwzględnić wartość
graniczną, która stanowi 70% sumy poszczególnych zawartości granicznych tych dwu, trzech lub
czterech pierwiastków.
Stale stopowe specjalne
Stale stopowe specjalne dzięki precyzyjnie określonemu składowi chemicznemu
odpowiednim warunkom wytwarzania i kontroli procesów produkcyjnych maję różnorodne
własności przetwórcze i użytkowe często uzupełniające się i utrzymywane w zawężonych
granicach.
Ta klasa obejmuje następujące grupy stali:
•
stale odporne na korozję,
•
stale żaroodporne i żarowytrzymałe,
•
stale przeznaczone do produkcji łożysk tocznych,
•
stale narzędziowe,
•
stale maszynowe,
•
stale do nawęglania,
100
JW
•
specjalne stale konstrukcyjne (spawalne drobnoziarniste stale konstrukcyjne, stale
odporne na korozję atmosferyczną),
•
stale o specjalnych własnościach fizycznych (niemagnetyczne, magnetyczne lub o
wymaganym współczynniku rozszerzalności cieplnej).
Skład chemiczny stali stopowych specjalnych stanowi podstawę ich podziału na następujące
główne kategorie:
l
) stale odporne na korozję o zawartości węgla < 1,20% i chromu
>
10,50%, które pod
względem zawartości niklu dzieli się na:
a)
poniżej 2,50% Ni,
b)
nie mniej niż 2,50% Ni;
2
) stale szybkotnące zawierające (wraz z innymi składnikami lub bez nich):
- co najmniej dwa z trzech następujących pierwiastków: Mo, W lub V łącznie nie mniej niż
7% wagowych,
- 0,60% lub więcej węgla,
- i 3 ÷ 6% wagowych chromu;
3
) inne stale stopowe specjalne.
7.2. Stale niestopowe (węglowe)
7. 2.1. Wpływ węgla na własności stali
Węgiel bardzo silnie wpływa na własności stali nawet przy nieznacznej zmianie jego
zawartości i z tego względu jest bardzo ważnym składnikiem stali.
Zwiększenie zawartości węgla powoduje, jak już poprzednio wspomniano, zmianę struktury
stali. Jeżeli stal zawiera mniej niż 0,8% C, to jej struktura składa się ferrytu i perlitu. Struktura
stali zawierającej 0,8% C składa się tylko z perlitu, natomiast w stali o zawartości powyżej 0,8%
C oprócz perlitu występuje również cementyt wtórny. Zmiana struktury stali spowodowana
różną zawartością węgla wiąże się ściśle ze zmianą własności mechanicznych. Na rysunku 7.1
przedstawiono wpływ węgla na własności mechaniczne stali walcowanej na gorąco.
7.1. Wpływ węgla na własności mechaniczne stali
Jak widać zwiększenie zawartości węgla zwiększa wytrzymałość na rozciąganie R
m
i zmniej-
sza plastyczność stali. Maksymalną wytrzymałość osiąga stal przy zawartości ok. 0,85% węgla.
Przy większej zawartości węgla wytrzymałość zmniejsza się na skutek pojawiania się coraz
większej ilości cementu wtórnego, który wydziela się na granicach ziarn.
Zwiększenie zawartości węgla, oprócz obniżenia własności plastycznych, pogarsza również
własności technologiczne stali węglowej; szczególne znaczenie ma pogorszenie spawalności.
[ Pobierz całość w formacie PDF ]