Stale staliwa i żeliwa - Notatki - Materiałoznastwo - Część 1, Notatki'z Materiałoznastwo. Warsaw University of Technology
mellow_99
mellow_9914 March 2013

Stale staliwa i żeliwa - Notatki - Materiałoznastwo - Część 1, Notatki'z Materiałoznastwo. Warsaw University of Technology

PDF (334.0 KB)
10 strona
999Liczba odwiedzin
Opis
W notatkach omawiane zostają zagadnienia z materiałoznastwa: klasyfikacja stali i ich właściwości i zastosowanie; żeliwa.
20punkty
Punkty pobierania niezbędne do pobrania
tego dokumentu
Pobierz dokument
Podgląd3 strony / 10
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
10_Stale_staliwa_i_zeliwa cz1.pdf

96 JW

7. Klasyfikacja stali*

Klasyfikacji gatunków stali dokonuje si zgodnie z PN-EN 10020:1996 wed!ug sk!adu

chemicznego oraz wg ich zastosowania i w!asno"ci mechanicznych lub fizycznych.

Klasyfikacja stali wed ug sk adu chemicznego

- stale niestopowe (w glowe),

- stale stopowe.

Do stali niestopowych zalicza si te gatunki stali, w których zawarto"# pierwiastków jest

mniejsza od zawarto"ci granicznych podanych w tabl. 7.1.

Do stali stopowych zalicza si gatunki stali, w których zawarto"# przynajmniej jednego

pierwiastka jest równa lub wi ksza od zawarto"ci granicznej podanej w tabl. 7.1.

Tablica 7.1

Granica mi!dzy stalami niestopowymi i stopowymi (wg PN-EN 10020:1996)

Nazwa i symbol

chemiczny pierwiastka

Zawarto"# 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, ka$dy 0,05 Mangan, Mn 1.65**

Mied%, Cu* 0,40 Molibden, Mo* 0,08 Nikiel, Ni* 0,30 Niob, Nb* 0,06

O!ów.Pb 0,40 Selen, Se 0,10 Tellur, Te 0,10 Tytan, Ti* 0,05 Wanad, V* 0,10 Wolfram, W 0,10

Inne (ka$dy oprócz 0,05 fosforu, siarki i azotu),

* Je$eli te pierwiastki okre"la si dla stali w kombinacji dwu, trzech lub czterech, a ich zawarto"ci s&

mniejsze ni$ podane w tablicy, to przy kwalifikacji stali nale$y dodatkowo uwzgl dni# zawarto"#

graniczn& wynosz&c& 70% sumy poszczególnych zawarto"ci granicznych tych dwu, trzech lub

czterech pierwiastków

** Je$eli jest okre"lona tylko maksymalna zawarto"# manganu, jego graniczna zawarto"# wynosi

1,80% i nie stosuje si zasady 70%.

Klasyfikacja stali wed ug zastosowania i w asno"ci mechanicznych lub fizycznych

A. Klasy jako"ci stali niestopowych

stale niestopowe podstawowe,

stale niestopowe jako"ciowe,

stale niestopowe specjalne.

Stale niestopowe podstawowe

Stale podstawowe to gatunki stali o takich wymaganiach jako"ciowych, jakie mo$na

osi&gn&# w ogólnie stosowanym procesie stalowniczym, bez dodatkowych zabiegów

technologicznych.

* Oznaczanie stali wg PN-EN 10027-1 na stronie 146

docsity.com

97 JW

Wyroby z tych stali nie s& przeznaczone do obróbki cieplnej (z wyj&tkiem wy$arzania

odpr $aj&cego, zmi kczaj&cego i normalizowania).

Z wyj&tkiem manganu i krzemu (oraz granicznych zawarto"ciC, P, S), zawarto"# innych

pierwiastków stopowych nie jest wymagana.

Nie okre"la si dodatkowych wymaga' jako"ciowych dotycz&cych np. g! bokiego t!oczenia,

ci&gnienia, kszta!towania na zimno itp.

W!asno"ci w stanie walcowanym na gor&co lub wy$arzonym odpr $aj&ce, zmi kczaj&co albo

normalizowanym powinny odpowiada# nast puj&cym warto"ciom granicznym dla wyrobów o

grubo"ci do 16 mm:

minimalna wytrzyma!o"# na rozci&ganie (Rm) < 690 MPa,

minimalna granica plastyczno"ci (Re) < 360 MPa,

minimalne wyd!u$enie (A) .< 26%,

minimalna praca !amania w temp. 20°C na próbkach

wzd!u$nych ISO < 27 J,

minimalna "rednica trzpienia w próbie zginania

(e oznacza grubo"# próbki) >1 e

maksymalna zawarto"# w gla > 0,10%,

maksymalna zawarto"# fosforu > 0,045%,

maksymalna zawarto"# siarki > 0,045%.

Przyk!ady stali nale$&cych do tej klasy:

stale mi kkie niskow glowe na ta"my i blachy walcowane na gor&co lub na zimno

ogólnego zastosowania,

stale konstrukcyjne walcowane na gor&co ogólnego zastosowania,

stale do wyrobu walcówki do ci&gnienia (drutu).

Stale niestopowe jako"ciowe

Stale niestopowe jako"ciowe to gatunki stali, których w!asno"ci w stanie obrobionym cieplnie

w zasadzie si nie okre"la, nie okre"la si równie$ czysto"ci metalurgicznej wyra$onej stopniem

zanieczyszczenia wtr&ceniami niemetalicznymi.

Ze wzgl du na warunki stosowania wyrobów ze stali jako"ciowych, wymagania dotycz&ce np.

wra$liwo"ci na kruche p kanie, regulowanej wielko"ci ziarna czy podatno"ci na kszta!towanie,

s& wy$sze ni$ dla stali podstawowych, co wymusza wi ksz& staranno"# podczas produkcji.

Przyk!ady stali nale$&cych do tej klasy:

stale na wyroby p!askie do kszta!towania na zimno;

stale konstrukcyjne o zawarto"ci Pmax i Smax poni$ej 0,045%, np.:

stale o podwy$szonej wytrzyma!o"ci,

stale do budowy statków,

stale na wyroby ocynkowane ogniowo,

stale na butle gazowe,

stale na kot!y i zbiorniki ci"nieniowe;

stale z wymagan& podatno"ci& na odkszta!cenie plastyczne;

stale konstrukcyjne z wymagan& minimaln& zawarto"ci& Cu;

stale do zbrojenia betonu;

stale szynowe;

stale automatowe;

stale do ci&gnienia drutu;

stale do sp czania na zimno;

stale spr $ynowe;

stale z wymaganymi w!asno"ciami magnetycznymi lub elektrycznymi;

stale do produkcji blach cienkich, ocynowanych (na opakowania);

stale do produkcji elektrod otulonych lub drutu spawalniczego o zawarto"ci Pmax, i Smax

wi kszej ni$ 0,02%.

docsity.com

98 JW

Stale niestopowe specjalne

Stale niestopowe specjalne charakteryzuj& si wy$szym ni$ stale jako"ciowe stopniem

czysto"ci metalurgicznej, szczególnie w zakresie zawarto"ci wtr&ce' niemetalicznych. S& one

przewa$nie przeznaczone do ulepszania cieplnego lub hartowania powierzchniowego.

Dzi ki dok!adnemu doborowi sk!adu chemicznego oraz przestrzeganiu specjalnych warunków

produkcji stali i kontroli przebiegu procesów technologicznych uzyskuje si ró$norodne

w!asno"ci przetwórcze i u$ytkowe stali. Cz sto otrzymuje si równocze"nie i w zaw $onych

granicach np. wysok& wytrzyma!o"# lub hartowno"# z równocze"nie dobr& ci&gliwo"ci&,

podatno"ci& na kszta!towanie, spawanie itp.

Stale niestopowe specjalne spe!niaj& jeden lub wi cej z ni$ej wymienionych warunków:

a) okre"lona udarno"# w stanie ulepszonym cieplnie;

b) okre"lona hartowno"# lub twardo"# powierzchniowa w stanie hartowanym i odpuszczonym

lub utwardzonym powierzchniowo;

c) okre"lona ma!a zawarto"# wtr&ce' niemetalicznych;

d) okre"lona maksymalna zawarto"# fosforu i siarki (ka$dy z nich):

< 0,020% wed!ug analizy wytopowej,

< 0,025% wed!ug analizy chemicznej wyrobu (np. walcówka przeznaczona do

produkcji mocno obci&$onych spr $yn, elektrod, drutu do zbrojenia opon

Przyk!ady stali nale$&cych do tej klasy:

stale konstrukcyjne o okre"lonej minimalnej pracy !amania próbek wzd!u$nych ISO z

karbem V, wi kszej ni$ 27 J w temperaturze -50°C;

stale konstrukcyjne przeznaczone do produkcji reaktorów j&drowych, o ograniczonej

zawarto"ci nast puj&cych pierwiastków: mied% < 0,10%, kobalt < 0,05%, wanad <

0,05%;

stale do ulepszania cieplnego;

stale do naw glania;

stale utwardzalne wydzieleniowo o wymaganej zawarto"ci w gla minimum 0,25% lub

wi kszej (w analizie wytopowej) i strukturze ferrytyczno-perlitycznej: zawieraj&ce jeden

lub wi cej mikrododatków stopowych, takich jak niob albo wanad, jednak ich zawarto"#

powinna by# ni$sza ni$ warto"# graniczna dla stali stopowych; utwardzanie

wydzieleniowe uzyskuje si zwykle przez kontrolowane ch!odzenie z temperatury

przeróbki plastycznej na gor&co;

stale do spr $ania betonu;

stale do ci&gnienia (drutu);

stale do sp czania na zimno;

stale spr $ynowe;

stale narz dziowe;

stale o okre"lonej przewodno"ci elektrycznej wi kszej ni$ 9 Sm/mm;

stale do produkcji elektrod otulonych lub na drut spawalniczy o zawarto"ci Pmax i Smax

mniejszej ni$ 0,02%.

B. Klasy jako"ci stali stopowych - stale stopowe jako"ciowe,

- stale stopowe specjalne.

Stale stopowe jako"ciowe Stale stopowe jako"ciowe maj& podobne zastosowanie jak stale niestopowe jako"ciowe, lecz

wymagane w!asno"ci powoduj& konieczno"# zwi kszenia w nich zawarto"ci pierwiastków

stopowych powy$ej warto"ci granicznych podanych w tabl. 7.1.

Stale te zwykle nie s& przeznaczone do ulepszania cieplnego lub utwardzania

powierzchniowego.

Do grupy stali stopowych jako"ciowych nale$&:

stale konstrukcyjne drobnoziarniste spawalne, w tym stale przeznaczone do produkcji

docsity.com

99 JW

zbiorników i ruroci&gów pracuj&cych pod ci"nieniem, spe!niaj&ce nast puj&ce warunki:

a) wymagana minimalna granica plastyczno"ci dotycz&ca wyrobów o grubo"ci do 16 mm -

poni$ej 380 N/mm,

b) zawarto"ci pierwiastków stopowych powinny by# ni$sze ni$ warto"ci graniczne wed!ug

tabl. 6.la,

c) wymagana praca !amania próbek wzd!u$nych ISO z karbem V w temperaturze -50°C - do

27 J;

stale elektrotechniczne zawieraj&ce jako pierwiastki stopowe tylko krzem lub krzem i

aluminium w celu uzyskania wymaganych w!asno"ci w zakresie stratno"ci magnetycznej,

minimalnej warto"ci indukcji magnetycznej, polaryzacji lub przenikalno"ci magnetycznej;

stale stopowe przeznaczone do produkcji szyn i grodzic oraz kszta!towników na obudowy

górnicze;

stale stopowe przeznaczone do produkcji wyrobów p!askich walcowanych na gor&co lub na

zimno do dalszej trudniejszej przeróbki plastycznej na zimno (wy!&czaj&c stale przeznaczone

do produkcji zbiorników ci"nieniowych lub rur), zawieraj&ce pierwiastki rozdrabniaj&ce

ziarno, takie jak B, Ti, Nb, V i/lub Zr, -albo „stale dwufazowe" (struktura wyrobów p!askich

ze stali dwufazowych sk!ada si z ferrytu i 10 ! 35% martenzytu wysepkowego);

stale, w których mied% jest jedynym wymaganym pierwiastkiem stopowym.

Tablica 7.1a Stale stopowe drobnoziarniste spawalne. Granica sk adu chemicznego mi!dzy stalami

stopowymi jako"ciowymi i specjalnymi

Pierwiastek

Zawarto"# graniczna

(% wagowy)

Cr Chrom* 0,50

Cu Mied%* 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 V Wan* 0,12 Zr Cyrkon* 0,12

Inne nie wymienione patrz tablica 6.1 pierwiastki (ka$dy)

*Je$eli te pierwiastki wyst puj& w stali w kombinacji dwu, trzech lub czterech, a ich zawarto"ci s&

mniejsze ni$ podane w tablicy 7.1, to przy klasyfikacji stali nale$y dodatkowo uwzgl dni# warto"#

graniczn&, która stanowi 70% sumy poszczególnych zawarto"ci granicznych tych dwu, trzech lub

czterech pierwiastków.

Stale stopowe specjalne

Stale stopowe specjalne dzi ki precyzyjnie okre"lonemu sk!adowi chemicznemu

odpowiednim warunkom wytwarzania i kontroli procesów produkcyjnych maj ró$norodne

w!asno"ci przetwórcze i u$ytkowe cz sto uzupe!niaj&ce si i utrzymywane w zaw $onych

granicach.

Ta klasa obejmuje nast puj&ce grupy stali:

stale odporne na korozj ,

stale $aroodporne i $arowytrzyma!e,

stale przeznaczone do produkcji !o$ysk tocznych,

stale narz dziowe,

stale maszynowe,

stale do naw glania,

docsity.com

100 JW

specjalne stale konstrukcyjne (spawalne drobnoziarniste stale konstrukcyjne, stale

odporne na korozj atmosferyczn&),

stale o specjalnych w!asno"ciach fizycznych (niemagnetyczne, magnetyczne lub o

wymaganym wspó!czynniku rozszerzalno"ci cieplnej).

Sk!ad chemiczny stali stopowych specjalnych stanowi podstaw ich podzia!u na nast puj&ce

g!ówne kategorie:

l) stale odporne na korozj o zawarto"ci w gla < 1,20% i chromu > 10,50%, które pod

wzgl dem zawarto"ci niklu dzieli si na:

a)poni$ej 2,50% Ni,

b)nie mniej ni$ 2,50% Ni;

2) stale szybkotn&ce zawieraj&ce (wraz z innymi sk!adnikami lub bez nich):

- co najmniej dwa z trzech nast puj&cych pierwiastków: Mo, W lub V !&cznie nie mniej ni$

7% wagowych,

- 0,60% lub wi cej w gla,

- i 3 ! 6% wagowych chromu;

3) inne stale stopowe specjalne.

7.2. Stale niestopowe (w!glowe)

7. 2.1. Wp yw w!gla na w asno"ci stali

W giel bardzo silnie wp!ywa na w!asno"ci stali nawet przy nieznacznej zmianie jego

zawarto"ci i z tego wzgl du jest bardzo wa$nym sk!adnikiem stali.

Zwi kszenie zawarto"ci w gla powoduje, jak ju$ poprzednio wspomniano, zmian struktury

stali. Je$eli stal zawiera mniej ni$ 0,8% C, to jej struktura sk!ada si ferrytu i perlitu. Struktura

stali zawieraj&cej 0,8% C sk!ada si tylko z perlitu, natomiast w stali o zawarto"ci powy$ej 0,8%

C oprócz perlitu wyst puje równie$ cementyt wtórny. Zmiana struktury stali spowodowana

ró$n& zawarto"ci& w gla wi&$e si "ci"le ze zmian& w!asno"ci mechanicznych. Na rysunku 7.1

przedstawiono wp!yw w gla na w!asno"ci mechaniczne stali walcowanej na gor&co.

7.1. Wp!yw w gla na w!asno"ci mechaniczne stali

Jak wida# zwi kszenie zawarto"ci w gla zwi ksza wytrzyma!o"# na rozci&ganie Rm i zmniej-

sza plastyczno"# stali. Maksymaln& wytrzyma!o"# osi&ga stal przy zawarto"ci ok. 0,85% w gla.

Przy wi kszej zawarto"ci w gla wytrzyma!o"# zmniejsza si na skutek pojawiania si coraz

wi kszej ilo"ci cementu wtórnego, który wydziela si na granicach ziarn.

Zwi kszenie zawarto"ci w gla, oprócz obni$enia w!asno"ci plastycznych, pogarsza równie$

w!asno"ci technologiczne stali w glowej; szczególne znaczenie ma pogorszenie spawalno"ci.

docsity.com

101 JW

7.2.2. Domieszki zwyk e w stali

Za domieszki zwyk!e stali uwa$a si mangan, krzem, fosfor, siark oraz wodór, azot i tlen,

poniewa$ te pierwiastki wyst puj& zawsze w mniejszej lub wi kszej ilo"ci w przemys!owych

gatunkach stali. Zawarto"# tych pierwiastków w stalach w glowych nie przekracza zwykle

nast puj&cych granic: Mn do 0,8% (w niektórych gatunkach stali granica ta jest rozszerzona do

1,5%), Si do 0,5%, P do 0,05% (z wyj&tkiem stali automatowych), S do 0,05% (z wyj&tkiem stali

automatowych).

Mangan wprowadza si do wszystkich stali w procesie stalowniczym w celu ich odtlenienia,

tj. usuni cia szkodliwego tlenku $elazawego lub zwi&zania siarki w MnS, przez co zapobiega si

powstaniu FeS powoduj&cemu powstanie krucho"ci stali na gor&co. W ilo"ciach (1,0 ÷ 1,5)%

Mn rozpuszczaj&c si zarówno w ferrycie, jak i w cementycie umacnia roztworowo stal,

zmniejsza wielko"# ziarna ferrytu w wyrobach walcowanych na gor&co oraz zwi ksza

hartowno"#. Poniewa$ jednak wszystkie stale w glowe maj& zazwyczaj mniej wi cej tak& sam&

zawarto"# manganu, to jego wp!yw na w!asno"ci ró$nych gatunków tych stali jest jednakowy.

Krzem w ilo"ciach do 0,5% jest dodawany do stali podczas jej wytapiania w celu odtlenienia.

W ilo"ciach (0,5 ÷ 1,0)% jest dodawany w celu umocnienia ferrytu. W wi kszych ilo"ciach (0,5 ÷

4,5)% powoduje zwi kszenie oporu elektrycznego oraz zmniejszenie stratno"ci stali magnetycznie

mi kkich. Zwi ksza równie$ $aroodporno"# stali. Krzem stabilizuje bardzo mocno ferryt, dlatego

stale zawieraj&ce wi cej ni$ 3% Si zachowuj& struktur ferrytyczn& od temperatury otoczenia do

temperatury solidusu.Wp!yw krzemu, który rozpuszcza si w ferrycie, jest podobny do wp!ywu

manganu.

Fosfor dostaje si do stali z rud $elaza, które zawieraj& ró$ne jego ilo"ci. Podczas wytapiania

stali fosfor zostaje z niej usuni ty w mniejszym lub wi kszym stopniu, zale$nie od rodzaju

procesu stalowniczego. Fosfor rozpuszczony w ferrycie (graniczna rozpuszczalno"# w

temperaturze pokojowej wynosi ok. 1,2%) zmniejsza bardzo znacznie jego plastyczno"# i

podwy$sza temperatur , w której stal staje si krucha, wywo!uj&c tzw. krucho"# na zimno. Ten

wp!yw fosforu jest bardzo wyra%ny wówczas, gdy jego zawarto"# w stali jest wi ksza ni$ 0,1%.

Jednak w stalach przeznaczonych na odpowiedzialne wyroby zawarto"# nawet 0,05% P jest

niebezpieczna i nale$y jej unika#, poniewa$ w czasie krystalizacji stali zachodzi silna segregacja

fosforu, wskutek czego w pewnych miejscach zawarto"# fosforu b dzie do"# znaczna i b dzie

powodowa# krucho"#.

W zale$no"ci od przeznaczenia stali ustala si ostrzejsze wymagania dotycz&ce zawarto"ci

fosforu (np. max 0,025%).

Nale$y zaznaczy#, $e w niektórych wyj&tkowych przypadkach zawarto"# fosforu w stali mo$e

by# po$yteczna. Na przyk!ad w stalach automatowych dodatek ok. 0,1% P polepsza

skrawalno"#, za" do ok. 0,35% - zwi ksza odporno"# na "cieranie. Przy jednoczesnej zawarto"ci

miedzi fosfor zwi ksza odporno"# stali na korozj atmosferyczn&.

Siarka podobnie jak fosfor dostaje si do stali z rud $elaza, a ponadto z gazów piecowych,

tzn. z produktów spalania paliwa zawieraj&cych dwutlenek siarki (SO2). Siark mo$na w

znacznej mierze usun&# ze stali, je$eli stosuje si podczas wytapiana zasadowy proces

martenowski lub zasadowy proces elektryczny. W stalach wysokojako"ciowych zawarto"# siarki

ogranicza si zazwyczaj do 0,02 ! 0,03%.

W stali zwyk!ej jako"ci dopuszcza si wi ksz& zawarto"# siarki (do 0,05%).

Siarka nie rozpuszcza si w $elazie, lecz tworzy siarczek $elazawy FeS, który jest

sk!adnikiem eutektyki Fe + FeS o temperaturze topnienia 985°C. Wyst powanie w stalach tej

!atwo topliwej i kruchej eutektyki, rozmieszczonej przewa$nie a granicach ziarn, powoduje

krucho"# stali nagrzanych do temperatury 800°C i powy$ej. Zjawisko to nosi nazw krucho"ci

na gor$co. Wskutek tej wady stal zawieraj&ca wi kszy procent siarki nie nadaje si do przeróbki

plastycznej na gor&co. W stali pojawiaj& si naderwania i p kni cia, m.in. dlatego, $e podczas

docsity.com

102 JW

nagrzewania poczynaj&c od temperatury 985°C, zachodzi nadtapianie otoczek z siarczku

$elazawego wokó! ziarn. Z tego powodu nale$y uwa$a# siark za szkodliw& domieszk stali.

Dodatek manganu do stali zmniejsza szkodliwe dzia!anie siarki, gdy$ wówczas w ciek!ej stali

nast puje reakcja, w wyniku której tworzy si siarczek manganawy MnS. Siarczek ten topi si w

1620°C, a wi c w temperaturze o wiele wy$szej ni$ temperatura przeróbki plastycznej na gor&co

(800 ! 1200°C). Siarczki w temperaturze przeróbki plastycznej na gor&co s& plastyczne i ulegaj&

odkszta!ceniu, tworz&c wyd!u$one wtr&cenia. Pogarszaj& one wytrzyma!o"# na zm czenie i

obci&$enia dynamiczne stali. Siarka pogarsza równie$ spawalno"# stali.

Natomiast siarka, podobnie jak fosfor, polepsza skrawalno"# stali i w ilo"ci 0,15-0,30% jest

wprowadzana celowo do stali automatowych.

Wodór, azot i tlen wyst puj& w stali w niedu$ych ilo"ciach, a ich zawarto"# zale$y w du$ym

stopniu od sposobu wytapiania.

W stali b d&cej w stanie sta!ym, gazy mog& wyst powa# w kilku postaciach:

w stanie wolnym, skupiaj&c si w ró$nych nieci&g!o"ciach wewn&trz metalu najcz "ciej

tworz&c tzw. p cherze);

mog& by# rozpuszczone w $elazie;

mog& tworzy# zwi&zki (azotki, tlenki) wyst puj&ce w stali jako tzw. wtr&cenia

niemetaliczne.

Wp!yw wodoru na w!asno"ci stali jest zdecydowanie ujemny. Rozpuszcza si on stosunkowo

!atwo w $elazie i to w ca!ym zakresie temperatury, szczególnie za" przy przej"ciu fazy " w #

oraz w stanie ciek!ym. Zmniejsza on w znacznym stopniu w!asno"ci plastyczne i technologiczne

stali oraz powoduje wyst powanie wielu wad materia!owych, jak np. tzw. p!atków "nie$nych (tj.

wewn trznych p kni # o jasnej powierzchni), odw glania, sk!onno"ci do tworzenia p cherzy

przy trawieniu itp.

Azot powoduje zwi kszenie wytrzyma!o"ci i zmniejszenie plastyczno"ci stali, co objawia#

si mo$e jako tzw. krucho ! na niebiesko. Niekorzystne dzia!anie azotu przejawia si tak$e

zwi kszeniem sk!onno"ci stali do starzenia, powodowanym wydzielaniem si azotków z

przesyconego roztworu. Zjawisko to jest szczególnie niekorzystne w stalach w stanie

zgniecionym, gdy$ wówczas wyst puje ju$ w temperaturze otoczenia.

W niektórych stalach stopowych azot jest stosowany jako korzystny dodatek stopowy

stabilizuj&cy austenit, zast puj&c drogi nikiel.

Tlen wyst puje w stali g!ównie w postaci zwi&zanej, najcz "ciej tlenków FeO, SiO2, Al2O3 i

in. Tlen powoduje pogorszenie prawie wszystkich w!asno"ci mechanicznych i dlatego d&$y si

przez odpowiednie prowadzenie procesu metalurgicznego do obni$enia jego zawarto"ci w stali.

Odtlenianie stali przeprowadza si za pomoc& stopów krzemu, manganu i aluminium. Sposób

odtleniania wywiera tak$e du$y wp!yw na wielko"# ziarna stali w glowej. Stale odtleniane

$elazomanganem wykazuj& sk!onno"ci do intensywnego rozrostu ziarn przy nagrzaniu ju$ nieco

powy$ej temperatury Ac3. W przeciwie'stwie do tego stale odtlenione aluminium, a tak$e

$elazokrzemem wykazuj& wyra%ny wzrost ziarn dopiero w temperaturze 150-200°C powy$ej

Ac3, co praktycznie wystarczy, aby przeciwdzia!a# zjawisku przegrzania stali.

Bardzo skutecznym sposobem zmniejszania ilo"ci wodoru, azotu i tlenu oraz wtr&ce'

niemetalicznych w stali jest wytapianie lub odlewanie jej w pró$ni. Mo$na w ten sposób

otrzyma# stal o lepszych w!asno"ciach dzi ki wi kszej czysto"ci i prawie zupe!nemu brakowi

rozpuszczonych w metalu gazów.

7.2.3. Stale niestopowe (w!glowe) podstawowe konstrukcyjne ogólnego zastosowania

Stale niestopowe podstawowe konstrukcyjne s& stosowane zazwyczaj w stanie surowym lub

rzadziej w stanie normalizowanym.

Wed!ug PN-88/H-84020 rozró$nia si 6 podstawowych gatunków stali w tej grupie. w

zale$no"ci od sk!adu chemicznego i wymaganych w!asno"ci mechanicznych. Znak gatunku stali

sk!ada si z liter St oraz liczby porz&dkowej 0, 3, 4, 5, 6 lub 7.

docsity.com

103 JW

Gatunki stali przeznaczone na konstrukcje spawane o liczbie porz&dkowej 0, 3 i 4 oznacza si

dodatkowo liter& S (np. St0S, St3S, St4S) oraz w przypadku okre"lonej zawarto"ci miedzi (z

wyj&tkiem St0S) dodatkowo literami Cu (np. St3SCu. St4SCu). Gatunki o liczbie porz&dkowej 3

i 4 o podwy$szonych wymaganiach jako"ciowych (o obni$onej zawarto"ci C oraz P i S) oznacza

si dodatkowo liter& V lub W (np. St3V, St4W).

Znak gatunku stali St5, St6 i St7 w przypadku okre"lonej dodatkowo zawarto"ci w gla, manganu

i krzemu uzupe!nia si na pocz&tku liter& M (np. MSt5).

Gatunki stali o liczbie porz&dkowej 3 i 4 z liter& S lub V mog& by# dodatkowe oznaczane

liter& X w przypadku stali nieuspokojonej (np. St3SX, St3VX, St3SCuXC lub liter& Y w

przypadku stali pó!uspokojonej (np. StSCuY, St4SY, St4W).

Sk!ad chemiczny i w!asno"ci mechaniczne tych stali podane s& w tabl. 7.2.

Tablica 7.2

Sk ad chemiczny i w asno"ci mechaniczne stali w!glowych konstrukcyjnych

ogólnego zastosowania (PN-88/H-84020)

Sk!ad chemiczny, % Re*

i

Rm ** A5

***Znak

stali C Mn Si P max S max MPa MPa %

StOS 0,23 max 1,30 0,40 max 0,070 0,065 185 300-540 W 20

P 18 St3S 0,22 max 1,10 0,10

0,35

0,050 0,050 225 360-490 W 26

P 24 St3W 0,17 max 1,30 0,10

0,35

0,040 0,040 225 360-490 W 26

P 24 St4S 0,24 max 1,10 0,10

0,35

0,050 0,050 265 420-550 W 22

P 20 St4W 0,20 max 1,30 0,10-

0,35

0,040 0,040 265 420-550 W 22

P 20 MSt5 0,26+0,37 0,80 0,35 max 0,050 0,050 285 470-640 W 20

P 18 MSt6 0,38+0,49 0,80 0,35 max 0,050 0,050 325 570-740 W 15

P 13 MSt7

0,50-0,62

0,80 0,35 max 0,050 0,050 355 670-840

W11

P9

* Dla wyrobów o grubo"ci lub "rednicy powy$ej 16 ÷ 40 mm.

** Dla wyrobów o grubo"ci lub "rednicy powy$ej 3 ÷ 100 mm.

*** Dla wyrobów o grubo"ci lub "rednicy powy$ej 3 ÷ 40 mm.

Kierunek osi próbki: W - wzd!u$ny, P - poprzeczny (w stosunku do kierunku walcowania).

Gatunki stali o liczbie porz&dkowej 3 i 4 mog& mie# dodatkowo okre"lon& wymagan&

udarno"# w temperaturze +20°C, 0°C i -20°C. Szczegó!owe wymagania odno"nie do tych

odmian stali i ich oznaczenia podane s& w PN-88/H-84020. Znaki gatunków tych stali uzupe!nia

si na ko'cu znakiem odmiany plastyczno"ci B, C, D lub U,M, J (np. St3SYU, St4WD).

7.2.4. Stale niestopowe specjalne do ulepszania cieplnego i utwardzania powierzchniowego

Stale te nale$& do grupy stali o wy$szych wymaganiach w porównaniu do stali jako"ciowych

i charakteryzuj& si wy$szym stopniem czysto"ci. Zawarto"# fosforu i siarki nie mo$e w nich

przekracza# po 0,040%. S& przeznaczone do wyrobu maszyn i urz&dze' i stosuje si je w stanie

ulepszonym cieplnie, normalizowanym, hartowanym powierzchniowo lub po naw glaniu.

Dzi ki dok!adnemu doborowi sk!adu chemicznego oraz przez zastosowanie specjalnych

warunków wytwarzania uzyskuje si wymagane w!a"ciwo"ci technologiczne i u$ytkowe cz sto

w kombinacji z wysok& lub w&sko ograniczon& wytrzyma!o"ci& lub hartowno"ci&.

Znak tych stali wg PN-93/H-84019 sk!ada si z liczb dwucyfrowych, które mog& by#

uzupe!nione literami. Liczby te okre"laj& przybli$one "rednie zawarto"ci w gla w setnych

cz "ciach procentu (np. 10, 15, 20, 25, 30 itd). Litery po liczbach oznaczaj&:

docsity.com

104 JW

G - stal o podwy$szonej zawarto"ci manganu,

A - stal o podwy$szonej czysto"ci w zakresie fosforu i siarki,

AA - stal o zaostrzonych wymaganiach w zakresie sk!adu chemicznego (np. dotycz&cych

zawarto"ci w gla, obni$onej zawarto"ci fosforu i siarki ograniczonej sumie zawarto"ci

Cr+Mo+Ni, itp.),

rs - stal o regulowanej zawarto"ci siarki,

h - stal o wymaganej hartowno"ci,

H - stal o podwy$szonej dolnej granicy twardo"ci w stosunku do wymaganego pasma

hartowno"ci,

L - stal o obni$onej granicy twardo"ci w stosunku do wymaganego pasma hartowno"ci, przy

czym cyfry (np. 4, 5, 15) po literach hH i hL oznaczaj& odleg!o"ci od czo!a próbki w

milimetrach (4 mm, 5 mm, 15 mm). Sk!ad chemiczny niektórych stali niestopowych do

naw glania oraz normalizowania, ulepszania cieplnego i hartowania powierzchniowego

podano w tabl. 7.3

Tablica 7.3.

Sk ad chemiczny niektórych gatunków stali niestopowej specjalnej do naw!glania oraz

normalizowania, ulepszania cieplnego i hartowania powierzchniowego (wg PN-93/H-840191

Znak Sk!ad chemiczny, % wag.

gatunku C Mn Si P max S

stali Stale do naw glania

10 0,07-0,14 0,35+0,65 0,15-0,40 0,040 max 0,040

15 0,12-0,19 0,35-0,65 0,15-0,40 0,040 max 0,040

14A 0,12-0,18 0,30+0,60 0,15+0,40 0,035 max 0,035 20 0,17-0,24 0,35+0,65 0,15+0,40 0,040 max 0,040

20G 0,17+0,24 0,70+1,00 0,15+0,40 0,040 max 0,040

Stale do normalizowania, ulepszania cieplnego i hartowania powierzchniowego

25 0,22-0,29 0,40+0,70 0,10+0,40 0,040 max 0,040

26A 0,22+0,29 0,40+0,70 0,10+0,40 0,035 max 0,035 30 0,27-0,34 0,50+0,80 0,10+0,40 0,040 max 0,040 35 0,32-0,39 0,50+0,80 0,10+0,40 0,040 max 0,040 40 0,37+0,44 0,50+0,80 0,10+0,40 0,040 max 0,040 45 0,42-0,50 0,50+0,80 0,10-0,40 0,040 max 0,040

46A 0,42+0,50 0,50+0,80 0,10-0,40 0,035 max 0,035 46rs 0,42-0,50 0,50+0,80 0,10+0,40 0,035 0,020+0,040 45G 0,42+0,50 0,70+1,00 0,10+0,40 0,040 max 0,040 50 0,47+0,55 0,60+0,90 0,10+0,40 0,040 max 0,040 55 0,52+0,60 0,60+0,90 0,10+0,40 0,040 max 0,040 60 0,57-0,65 0,60+0,90 0,10+0,40 0,040 max 0,040 65 0,62+0,70 0,50+0,80 0,10+0,40 0,040 max 0,040

W!asno"ci mechaniczne w stanie normalizowanym i dla porównania w stanie ulepszonym

cieplnie (po hartowaniu i odpuszczaniu w temperaturze 550 ! 660°C) niektórych stali podano w

tabl. 7.4. Nale$y zwróci# uwag , $e wytrzyma!o"# na rozci&ganie Rm granica plastyczno"ci Re i

udarno"# KCU2 s& znacznie wy$sze w stanie ulepszonym cieplnie, w porównaniu ze stanem

normalizowanym, a dla stali o wi kszej zawarto"ci w gla (gatunku 55, 60) wi ksze jest równie$

wyd!u$enie.

7.2.5 Stale niestopowe jako"ciowe i specjalne o okre"lonym zastosowaniu

W przemy"le, oprócz omówionych wy$ej stali w glowych konstrukcyjnych ogólnego

zastosowania, stosuje si równie$ wiele gatunków stali w glowych o okre"lonym z góry

zastosowaniu. Stale te z uwagi na konieczno"# zapewnienia szczególnych w!asno"ci u$ytkowych

lub technologicznych maj& sk!ad chemiczny ró$ni&cy si od sk!adu stali w glowych ogólnego

zastosowania i to zarówno w odniesieniu do sk!adników zasadniczych, jak i przypadkowych lub

zanieczyszcze'. Poza tym w niektórych przypadkach stale te wykazuj& wy$sze lub ni$sze

docsity.com

105 JW

w!asno"ci mechaniczne, w porównaniu do odpowiednich stali ogólnego zastosowania o

zbli$onym sk!adzie chemicznym, jednak$e zapewniaj& $&dane w!asno"ci technologiczne i

u$ytkowe.

Tablica 7.4

W asno"ci mechaniczne niektórych gatunków stali niestopowej specjalnej w stanie

normalizowanym oraz ulepszanym cieplnie wg PN-93/H-84019 (dla wyrobów o "rednicy lub

grubo"ci do 16 mm*)

Znak gatunku

stali

Stan obróbki

cieplnej

Rm

MPa

Re (ReH,R0,2)

MPa, min

A5, %

min

KCU 2, J/cm2

min

N**) min 470 275 22 60 25

T***) 550 ÷ 700 370 19 90

N min 510 295 20 60 30

T 600 ÷ 750 400 18 80

N min 550 315 18 50 35

T 630 ÷ 780 430 17 70

N min 580 335 16 50 40

T 650 ÷ 800 460 16 60

N min 620 355 14 40 45

T 700 ÷ 850 490 14 50

N min 680 380 11 - 55

T 800 ÷ 950 550 12 -

N min 710 400 10 - 60

T 850 ÷ 1000 580 11 -

* Dla wi kszych warto"ci grubo"ci wyrobów w!asno"ci wytrzyma!o"ciowe s& odpowiednio ni$sze.

** N - normalizowanie.

*** T - ulepszanie cieplne (hartowanie i odpuszczanie wysokie).

W"ród stali w glowych konstrukcyjnych o okre"lonym zastosowaniu mo$na wyodr bni#

nast puj&ce wa$niejsze grupy gatunków:

stale do wyrobu drutu do patentowania, na liny, na spr $yny, do konstrukcji spr $anych,

drutu ogólnego przeznaczenia i dla przemys!u w!ókienniczego (PN 91/H-84028);

stale, dla kolejnictwa (PN-84/H-84027, PN-91/H-84027/03, PN-88/H-84027/04-05);

stale do wyrobu rur (PN-89/H-84023/07);

stale do wyrobu nitów (PN-89/H-84023/04-05);

stale na blachy kot!owe (PN-81/H-92123);

stale do budowy mostów (PN-89/H-84023/04);

stale na blachy grube i uniwersalne do budowy statków (PN-85/H-92147);

stale na blachy karoseryjne (PN-89/H-84023/03);

stale do wyrobu ogniw !a'cuchów technicznych i okr towych (PN-89/H-84023/08);

stale automatowe (!atwo obrabialne mechanicznie) (PN-73/H-84026);

stale magnetycznie mi kkie (PN-89/H-84023/02).

Stale niestopowe przeznaczone na walcówk do produkcji drutu s& wysokiej czysto"ci.

Zawarto"# w gla w tych stalach zawiera si w granicach 0,33 ÷ 0,98%. W stalach o najwy$szej

czysto"ci do wyrobu drutu na liny zawarto"# fosforu i siarki nie mo$e przekroczy# po 0,020%,

ale !&cznie zawarto"# P+S nie mo$e by# wy$sza ni$ 0,035%.

Stale automatowe (oznaczone wg PN-73/H-84026 znakami A10X, A10XN, A11. A35, A45,

A35G2), a tak$e stal do wyrobu nakr tek prasowanych (10P) s& stalami o podwy$szonej

zawarto"ci fosforu i siarki (np. stal automatowa A10 zawiera 0,04 ÷ 0,08% P i 0,24 ÷ 0,34% S, a

stal do wyrobu nakr tek 10P - 0,20 ÷ 0,35% P i 0,06% S). Du$a zawarto"# tych pierwiastków

zapewnia dobr& skrawalno"# stali, które dzi ki temu nadaj& si szczególnie dobrze do obróbki

docsity.com

komentarze (0)
Brak komentarzy
Bądź autorem pierwszego komentarza!
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
Docsity is not optimized for the browser you're using. In order to have a better experience we suggest you to use Internet Explorer 9+, Chrome, Firefox or Safari! Download Google Chrome