Какую сталь называют кипящей

Виды стали по степени раскисления

Ранее мы рассматривали структуру стали (система железо-углерод), деформацию и разрушение металлов, влияние на ее свойства различных примесей и т.д.

В данной публикации будем рассматривать виды стали по степени раскисления.

Общая информация

Итак, сталь это сплав Fe + C, ( С – не более 2%)+ другие элементы. Сталь подразделяют на углеродистую и легированную учитывая хим.состав, и исходя из применения на-конструкционные и инструментальные. Изготавливают и специальные стали со специфическими характеристиками для использования в агрессивных средах, к таким сталям относят жаро-, коррозионно-, кислото-стойкую стали.

Качество стали определяется по способу производства и количеству плохих примесей и подразделяются на рядовые, качественные, повышенного и высокого качества.

Химический состав сталей обыкновенного качества

Существует типизация по характеру застывания в изложнице и геометрической форме слитка (форма изложницы). Выделяют спокойную, полуспокойную и кипящую.

Углеродистая сталь

Углеродистая сталь выплавляется без добавления каких-либо легирующих элементов и бывает обычной и качественной.

Стали обычного качества принято делить на следующие группы:

  • группа А — обеспечивается по механическим свойствам. Изделия из сталей этой группы применяются для последующей сварки, ковки и т.д. Причем, заявляемые мех. свойства могут изменяться. (Ст3, Ст5кп.).
  • группа Б – сталь обеспечивается по хим. составу. Применяется для изготовления деталей, при обработке которых, могут изменяться механические характеристики определяемые составом.

Сталь из группы Б подразделяется на 2 категории:

  • 1я- установлено содержание С, Si, Mn; ограничено содержание: S, P, N, As,
  • 2я — дополнительно ограничено количесво Cr, Ni, Cu.
  • группа В — обеспечивается по механическим характеристикам и содержанию химических элементов. Применяется при производстве свариваемых деталей.

Подразделяется на шесть категорий.

Обозначается группа В следующим образом: марка стали, степень раскисления, номер категории. Имеют одинаковый состав со сталью 2 категории группы Б.

Маркировка стали

Рассматривая, на примере, маркировку стали Ст5пс (конструкционная углеродистая сталь обычного качества).

    1. эта сталь относится к группе А, (поскольку категория указывается перед буквами Ст (ВСт1, ВСт2), а не указывается только группа А).
    2. цифра 5 — определяет условный номер марки исходя из хим. состава и мех.свойств.
    3. пс- степень раскисления.

Если после цифры определяющей марку стали стоит буква Г- значит сталь содержит повешенное количество марганца.(Ст25Г2С)

Степени раскисления стали

Существует 3 степени раскисления стали.

Процесс раскисления позволяет восстановить окись железа и связать растворенный кислород, уменьшив, таким образом, его вредное влияние.

Кипящая сталь

Кипящая сталь является не полностью раскисленой. Во время разливки в изложницы она кипит из-за обильного выделения газа, поэтому она является наиболее загрязнена газами и неоднородной. Т.е механические свойства по слитку могут отличаться, поскольку распределение химических элементов по слитку не равномерно. В головной части слитка находится наибольшее количество углерода и различных плохих примесей (таких , как сера или фосфор), из-за чего требуется удаление части слитка ( 5% от общей массы).

Скопление серы в определенных участках может послужить причиной появления кристаллизационной трещины по шву. На этих участках сталь менее устойчива к старению и является наиболее хрупкой в минусовые температуры. Содержание кремния в кипящей стали не превышает 0,07%.

Итак, о кипящей стали можно сказать, что она довольно хрупкая, имеет плохие показатели свариваемости и наиболее подвержена коррозии. Поэтому, с целью повышения характеристик стали её раскисляют кремнием (0,12-0,3%), алюминием (до 0,1%) или марганцем, (возможно раскисление и прочими химическими элементами динамично вступающими в реакцию с кислородом). Кипящая сталь — довольно хрупкая, имеет плохие показатели свариваемости и наиболее подвержена коррозии.

Процесс раскисления позволяет восстановить окись железа и связать растворенный кислород, уменьшить его вредное влияние, поддерживая при этом долгое время высокую температуру стали, что способствует максимальному газо и шлакоудалению, а так же, получению микрозернистой структуры, благодаря образованию участков кристаллизации. За счет образование этих очагов происходит улучшение качества стали.

Ликвацией называется образование неоднородной химической структуры стали, возникающая в момент кристаллизации. Различаю две разновидности ликвации: внутрикристаллическую и дендритную. Впервые данное явление обнаружено русскими металлургами Н. В. Калакуцким и А. С. Лавровым в 1866 году.

Спокойная сталь

Полученная в результате раскисления сталь называется спокойной. Содержание кремния в спокойной стали не менее 0,12%, а наличие неметаллических включений и шлаков минимально.

Слитки спокойных сталей имеют плотную однородную структуру, а соответственно и улучшенные показатели по механическим свойствам.
Спокойная сталь отлично подходит для сваривания, а также обладает лучшей сопротивляемостью к ударным нагрузкам. Является более однородной.
Она подходит для возведении опорных металлоконструкции (благодаря ее стойкости к хрупкому разрушению), которые подвергаются сильным нагрузкам.

Спокойная сталь отлично подходит для сваривания, а также имеет лучшее сопротивление ударным нагрузкам и более однородна.

Полуспокойная сталь

Промежуточной по качественным показателям — является полуспокойная сталь.

Она является полураскисленной и кристаллизуется без кипения, выделяя при этом достаточное количество газа и имеет меньшее количество пузырьков, чем кипящая сталь. Поэтому, полуспокойная сталь имеет средние показатели качества (максимально приближенные к спокойной), и иногда заменяет спокойную.

Стоимость полуспокойной стали немного ниже спокойной, а выход качественного проката из таких слитков на 8 — 10% лучше.

Показатели качества полуспокойной стали ближе к спокойной.

Полуспокойная сталь затвердевает без кипения, но с выделением большого количества газа. В таком слитке содержание пузырей меньше, чем кипящей, но больше, чем в спокойной.

Поскольку производство кипящей стали обходится дешевле, чем спокойной и полуспокойной она достаточно широко используется для изготовления наименее ответственных изделий металлопроката, таких , как катанка, полоса, уголок, метизы.

Кипящая сталь

Кипящей называют малораскисленную сталь, интенсивно выделяющую газы в изложнице во время застывания. Образующиеся газы: до 90% CO, углекислый газ, азот, водород, метан. Сильные раскислители типа алюминия и титана в производстве такого металла не применяются.

Структура слитка малораскисленного металла

Основной признак слитка кипящей стали – отсутствие сосредоточенной усадочной раковины. Структура слитка зависит от интенсивности и периода кипения расплава. В затвердевшем состоянии он имеет 5 зон:

  • наружная плотная корка;
  • скопление сотовых пузырей, имеющих вытянутую форму;
  • промежуточная зона между сотовыми и вторичными пузырями;
  • скопление глубинных (вторичных) воздушных пузырей;
  • сердцевина слитка – зона глубинных пузырей.

В качественных слитках наружная корка настолько плотная и толстая, что при нагреве и прокатке скопление сотовых пузырей не вскрывается.

«Закупоренная» – разновидность кипящей стали

По степени подавления выделения газов при затвердевании расплава материал находится между кипящей и полуспокойной сталями. Отличие этой технологии – закрывание слитка сверху после разливки механическим или химическим способом.

  • При механическом закупоривании слиток закрывается тяжелой чугунной крышкой.
  • Химическое закупоривание реализуется с помощью добавления сверху изложницы присадок алюминия или ферросилиция. Это приводит к ускоренному твердению верхней части слитка, которая отрезается и отправляется в отходы.

Такая методика позволяет уменьшить время выделения газов и снизить количество воздушных пузырей внутри слитка.

Основные характеристики

Кипящие стали отличаются неоднородностью структуры и химического состава, что приводит к снижению некоторых эксплуатационных характеристик. Прочность металла снижается из-за завариваемых при прокатке воздушных пузырей, которые при вальцовке или штамповке могут привести к расслоению материала.

Свойства кипящей стали

  • Проблемная свариваемость из-за резко выраженной неравномерности по толщине изделия расположения фосфора и серы, негативно влияющих на свойства металла. Зоны с повышенным содержанием серы становятся причиной появления кристаллизационных трещин в шве и около него.
  • Металл склонен к старению в зоне около сварного шва, что приводит к его охрупчиванию при отрицательных температурах.
  • Более высокая подверженность коррозии, по сравнению со спокойными и полуспокойными сталями.

Области применения кипящей стали

Эта металлопродукция имеет определенные ограничения по сферам использования. Она не допускается для изготовления:

Читайте также  Сварка труб из нержавеющей стали

  • крепежных элементов котлов, работающих под давлением;
  • конструкций и оборудования, запланированных для эксплуатации при температурах ниже -20°C
  • аппаратов, эксплуатируемых при динамических, знакопеременных, пульсирующих нагрузках;
  • оборудования и конструкций, контактирующих с агрессивными, взрыво- и пожароопасными средами, сжатыми и сжиженными газами.

Из слитков кипящей стали производят полосы, листы, тонкие плиты, проволоку, прутки, штрипсы, трубы, предназначенные для изготовления продукции рядового назначения.

Какие марки углеродистых сталей могут относится к кипящим?

Для изготовления сплава этого вида используются:

  • углеродистые стали обыкновенного качества – кипящие сплавы изготавливаются по ГОСТу380-2005, обозначение – «кп»;
  • качественные и высококачественные стали – регламентируются ГОСТом 1050-88, буквенное обозначение – «кп».

В производстве обычно применяются стали с содержанием углерода более 0,15%.

Стали кипящие, полуспокойные и спокойные: отличия и сходства

Существует несколько параметров, по которым можно разделить все стальные сплавы на классы или категории. Наряду с химическим составом и сферой применения не менее важна степень раскисления металла. По этому показателю выделяют стали нераскисленные (кипящие), раскисленные (спокойные), а также «средний» вариант – полураскисленные (полуспокойные).

Что такое раскисление

Под раскислением понимают процесс удаления из стального расплава растворенного в нем кислорода, ухудшающего механические свойства будущего металла и потому являющегося вредной примесью. В химическом плане он означает отъем атомов кислорода из оксида железа, что по сути является восстановлением железа (из оксидов). Потому назвать раскисление «восстановлением» также будет верно. Термин применим преимущественно к сталям, также процесс важен для некоторых других сплавов с большим содержанием железа.

Зачем нужно удалять кислород?

В несвязанном состоянии кислород существенно ухудшает технические характеристики стальных черных сплавов, в первую очередь – их вязкость. Но даже в связанном виде кислород приносит металлу вред: его окислы чаще всего непрочные и выступают концентраторами напряжений. Их наличие в структуре сплава заметно уменьшает его выносливость. Кислород также уменьшает сопротивляемость стали хрупкому разрушению.

Методы раскисления

Процесс запускается добавлением в расплав веществ, которые характеризуются лучшим взаимодействием с кислородом, чем железо. Такими веществами может выступать алюминий, образующий устойчивое соединение Al2O3, этот оксид выделяется в расплавленном металле в виде отдельных твердых зерен. Раскисляющими элементами также являются:

  • углерод, входящий в состав компонентов шихты;
  • кальций в виде силикокальция;
  • кремний в формате ферросилиция, силикамарганца или силикокальция;
  • марганец в виде ферромарганца или силикомарганца;
  • комбинации этих веществ в разных пропорциях.

Современная металлургия использует несколько технологий раскисления. Описанный выше метод с добавлением алюминия, углерода, кальция, кремния или марганца – это осаждающий метод. Если эти же вещества применяются в других пропорциях и воздействуют не столько на основной массив расплава, сколько на образующиеся шлаки – это раскисление диффузионное (экстракционное).

Шлаки также могут выступать раскисляющими веществами. Особенно часто для этого используются шлаки с большим содержанием оксидов кальция и алюминия CaO и Al2O3. Процесс протекает в дуговой печи, куда добавляются нужные объемы шлака. Эта технология дополнительно снижает содержание серы в готовом продукте. Этого же (десульфуризации) можно добиться методом ЭШП – электрошлаковым переплавом: расплав переливается в специальную шлаковую ванну и подвергается воздействию высокой температуры. Кроме обессеривания, такая технология позволяет очистить продукт и от некоторых других нежелательных неметаллических добавок.

Еще одна распространенная технология – вакуумно-углеродное восстановление. В этом случае весь процесс происходит в условиях вакуума, а раскислителем выступает углерод, восстановительные свойства которого выражены значительно сильнее в разреженном пространстве.

Кипящая сталь

Ее нельзя назвать полностью раскисленой. В момент разливки расплава в формы вещество буквально кипит, что вызвано обильным выделением газов. Кипение продолжается и в изложницах: химическое взаимодействие содержащихся в сплаве углерода и кипения вызывает обильное образование и выход на поверхность пузырей оксида углерода СО.

Этот вариант стали наиболее насыщен газообразными элементами и потому максимально неоднороден. Последнее свойство вызывает неравномерность застывания металла в изложницах: химические элементы распределены по объему слитка в разных пропорциях, потому и физические свойства разных частей отливки могут серьезно различаться.

В головной (самой верхней, с усадочной раковиной) части отливки скапливается максимум углерода, а также нежелательных включений (серы, фосфора). Чтобы получить продукцию должного качества, часть слитка (до 5% от общего веса) приходится удалять. Иначе скопление серы в этой части изделия:

  • служит причиной возникновения кристаллизационных трещин;
  • делает сталь нестойкой к старению;
  • повышает хрупкость металла при отрицательной температуре.

Такая сталь достаточно хрупкая, плохо сваривается, восприимчива к коррозии. Раскисление ее любым из способов позволяет связать растворенный в расплаве кислород, одновременно поддерживая продолжительный высокотемпературный режим. Длительное воздействие на металл высокой температуры стимулирует газоудаление и связывание шлаков. Кроме того, это гарантирует образование множественных участков кристаллизации и как результат – микрозернистой структуры. Это способствует повышению качества готовой продукции.

Несмотря на то, что эксплуатационные характеристики кипящей стали ниже аналогичных параметров спокойных и полуспокойных сплавов и потому она не применяется для производства ответственных деталей, такая сталь имеет и некоторые достоинства. Например, она довольно пластична, содержит минимум неметаллических включений (после удаления некондиционной части слитка). Кроме того, стоимость ее выплавки ниже, чем стоимость производства аналогов. Узнать такой металл можно по литерам «кп» в его маркировке.

Закупоренная сталь

Это вариант кипящего стального сплава, кристаллизация которого после разливки в формах происходит при так называемом закупоривании, которое может быть:

  • химическим – введение дополнительных порций раскислителя прямо в изложницу, в головную часть будущего слитка;
  • механическим – закрывание формы с остывающим металлом крышкой, как можно ближе к его поверхности.

Закупоривание призвано прервать кипение вещества, что повысит однородность материала в слитке. Несмотря на это, закупоренная марка стали технически все равно относится к кипящим.

Спокойная сталь

Корректно проведенный процесс раскисления делает сплав спокойным. В изложницах он застывает с равномерной кристаллизацией. Кипения, а также выделения газовых продуктов или искр не наблюдается. Для обозначения спокойных сплавов в маркировку добавляют литеры «сп». Если марка относится к нелегированным, эти литеры можно не указывать.

Такой сплав обладает плотной однородной структурой, что гарантирует получение высоких механических показателей. Он отлично сваривается, имеет хорошую сопротивляемость к ударным, вибрационным и прочим подобным нагрузкам. Сталь спокойного типа устойчива к хрупкому разрушению и потому балки и другие изделия из нее подходят для обустройства несущих конструкций, подвергающихся серьезным нагрузкам.

Полуспокойная (полураскисленная) сталь

Это промежуточная вариация между кипящей и спокойной, по техническим характеристикам чаще всего приближающаяся к последней и даже способная заменить ее. Она кристаллизуется с выделением достаточного количества газа, но количество и размеры пузырьков незначительны, активного кипения не наблюдается. Такая сталь обозначается буквами «пс» в маркировке после указания химического состава.

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ ПО ОП. 03 Материаловедение

На рисунке ниже показаны восемь типичных состояний промышленных стальных слитков, которые были отлиты в идентичные, сужающиеся к верху изложницы. Они распложены и пронумерованы по степени подавления выделения газов при затвердевании. Штриховыми линиями показан уровень, до которого сталь первоначально разливалась в каждой изложнице. В зависимости от содержания углерода, а еще более – от содержания кислорода, структура слитков различается. Под номером 1 идет полностью успокоенная сталь, спокойная сталь

, а под номером 8 — сталь, к которой не применяли операции раскисления, сильно
кипящая сталь
.

Рисунок — Восемь типичных состояний промышленных стальных слитков с различной степенью раскисления

Стали при разливке в слитки классифицируют по трем основным типам в зависимости от степени раскисления или, что тоже самое, по количеству газов, выделяющихся в ходе затвердевания слитка.

Читайте также  Максимальное содержание углерода в стали

К этим четырем типам относятся: — спокойная сталь; — полуспокойная сталь

Спокойная сталь

По-английски спокойную сталь называют слегка «устрашающе» — killedsteel

. Cпокойная сталь – это сталь, у которой практически не происходит выделения газов при затвердевании слитка после его разливки. Это обеспечивается полным раскислением стали — полным удалением из нее кислорода и образованием усадочной раковины в верхней части слитка. Эта часть слитка затем отрезается и отправляется в лом.

Все легированные стали, большинство низколегированных сталей и многие углеродистые стали обычно применяют в виде спокойных сталей. При непрерывной разливке сталь также «успокаивают» полностью. Спокойная сталь характеризуется гомогенной структурой и равномерным распределением химического состава и свойств.

Для получения спокойной стали ее раскисляют алюминием, а также марганцевыми или кремнистыми ферросплавами. Кроме того, иногда применяют силицид кальция и другие специальные раскислители.

Полуспокойная сталь

В полуспокойной стали выделение газов при ее раскислении подавляется не полностью, так как сталь раскисляется только частично. По-английски это называют semikilledsteel

. Степень выделения газов в этих сталях больше, чем в спокойных сталях, но меньше чем в кипящих. До начала выделения газов в слитке образуется корка слитка значительной толщины. У правильно «полураскисленного» стального слитка отсутствует усадочная раковина, но есть широко рассеянные по толщине пузыри в центральной зоне верхней части слитка. Эти пузыри, однако, завариваются при прокатке слитка. Полуспокойные стали обычно имеют содержание углерода от 0,15 до 0,30 %. Они находят широкое применение при производстве сортового проката, штрипса и труб.

Главными отличиями полуспокойных сталей являются: 1) различная степень неоднородности химического состава – средняя между степенями спокойной и кипящей сталей; 2) меньшая сегрегация химических элементов, чем в спокойной стали; 3) выраженная тенденция положительной химической сегрегации в центре верхней части слитка (рисунок).

Тест по предмету «Материаловедение» тест по теме

экзаменационный по предмету «Материаловедение»

Вопрос Варианты ответов Ответ
Явление, при котором вещества, состоящие из одного и того же элемента, имеют разные свойства, называется: 1.Аллотропией

3.Тепловое (термическое) расширение

3 Тепловое (термическое) расширение

2.Жаропрочность и пластичность

3.Теплоемкость и плавление

2.В виде цементита

2.В доменных печах

3.В мартеновских печах

2.Марганец и кремний

3.Железо и углерод

2.Сплавы алюминия с кремнием

3.Сплавы меди с цинком

2.Полимеризационные и поликонденсационные

3.Электроизоляционные и теплоизоляционные

0-2 ошибке – оценка «5»

3-8 ошибок – оценка «4»

9-12 ошибок – оценка «3»

Разработала преподаватель спецдисциплин Парыгина Л.В.

экзаменационный по предмету «Материаловедение»

3.Тепловое (термическое) расширение

3 Тепловое (термическое) расширение

2.Жаропрочность и пластичность

3.Теплоемкость и плавление

2.В виде цементита

2.В доменных печах

3.В мартеновских печах

2.Марганец и кремний

3.Железо и углерод

2.Сплавы алюминия с кремнием

3.Сплавы меди с цинком

2.Полимеризационные и поликонденсационные

3.Электроизоляционные и теплоизоляционные

0-2 ошибке – оценка «5»

3-8 ошибок – оценка «4»

9-12 ошибок – оценка «3»

Кипящая сталь

Кипящая сталь характеризуется: — большой степенью выделения газов при затвердевании стали в изложнице; — заметным различием химического состава по поперечному сечению слитка и между верхней и нижней частями слитка (см. рисунок).

Это приводит к образованию в наружной оболочке слитка относительно чистого железа и внутренней сердцевины слитка с высокой концентрацией легирующих и примесных элементов, особенно, углерода, азота, серы и фосфора, которые имеют низкую температуру плавления. Более чистую наружную часть слитка применяют при прокатке. Слитки из кипящей стали хорошо подходят для производства многих изделий, таких как плиты, листы, проволока, трубы, а также сортовой прокат с требованиями по чистоте поверхности и вязким свойствам.

Технология производства кипящих сталей ограничена максимальным содержанием углерода и марганца. Эта сталь не содержит сколько-нибудь заметных количеств сильных раскислителей, таких как алюминий, кремний или титан. Кипящая сталь является более дешевой, чем спокойная и полуспокойная, так для нее применяют только небольшое количество раскислителя, а верхняя часть слитка не отправляется в лом.

Преимущества спокойной стали

Благодаря однородности и мелкозернистости структуры, для раскисленных сталей характерны следующие преимущества:

  • хорошее сопротивление динамическим воздействиям и хрупкому разрушению, благодаря чему их применяют при изготовлении конструкций ответственного назначения, для которых планируются статические и динамические воздействия;
  • сталь, для раскисления которой применялись присадки алюминия, не подвержена старению, которое подразумевает изменение свойств материала без заметного изменения микроструктуры. Снижаются пластичность, сопротивление хрупкому разрушению, порог хладоломкости, немного повышается прочность;
  • равномерное распределение серы и фосфора;
  • хорошая свариваемость.

«Закупоренная» сталь

По-английски кипящая сталь – это обычно rimmedsteel

. От английского слова rim – обод, оправа, бандаж. Это термин отражает основную особенность слитка кипящей стали – наружную оболочку (оправа, обод, бандаж) из чистой стали. В англоязычной технической литературе описывают еще один тип кипящей стали –
cappedsteel.
Сappedsteel

это тип стали с характеристиками аналогичными для кипящей стали, но по степени подавления выделения газов при затвердевании она располагается между полуспокойной и кипящей сталями (см. рисунок). Название этого типа сталей происходит от английского слова
cap
в русском значении «крышка», так эти слитки после разливки механически или химически закрывают, «закупоривают» сверху. Поэтому их русским термином могло бы быть «закупоренные стали».

Для производства «закупоренных» стальных слитков применяют меньше раскислителей, чем для полуспокойных слитков. Это дает возможность в определенной степени управлять формированием наружного слоя слитка при его затвердевании.

Технология закупоривания слитков является вариацией технологии производства кипящей стали. Операция закупоривания слитка ограничивает время для выделения газов и предотвращает образование чрезмерного количества газовых пузырей внутри слитка. Закупоренные слитки обычно применяют к сталям с содержанием углерода более 0,15 %, из которых производят листы, ленты, тонкие плиты, штрипсы, проволоку и прутки.

При механическом закупоривании стальных слитков применяют тяжелые чугунные крышки, чтобы загерметизировать изложницу сверху и остановить образование наружной оболочки, как это происходит у кипящих слитков. Химическое закупоривание слитков производят в открытых изложницах. Закупоривание выполняется путем добавки алюминия или ферросилиция сверху изложницы, что приводит к быстрому затвердеванию верхней поверхности слитка. Верхняя часть слитка потом отрезается и отправляется в лом.

Тест по предмету «Материаловедение» тест по теме

Кипящая сталь

Кипящая сталь в отличие от спокойной является не­полностью раскисленной сталью. Во время разливки в. процессе кристаллизации слитка эта сталь «кипит» в из­ложнице. «Кипение» металла в изложнице вызывается обильным выделением газов за счет реакции между уг­леродом и закисью железа или марганца с образовани­ем при этом окиси углерода. Газы, выделяющиеся при затвердевании слитка кипящей стали, содержат 80— 90% СО, 1—2% С02 и незначительное количество водо­рода, азота и метана.
На структуру слитка существенное влияние оказы­вает продолжительность и интенсивность кипения стали в изложнице, которые в свою очередь зависят от скорос­ти образования и выделения окиси углерода.

Слиток кипящей стали по структуре характеризуется следующими пятью зонами:

1) наружная беспу­зыристая плотная корочка, состоящая из равноосных кристаллов;

2) зона сотовых пузырей, имеющих вытяну­тую форму и располагающихся по направлению от плот­ной корочки к центру слитка (длина сотовых пузырей составляет 30—70 мм);

3) плотная зона между сотовы­ми и вторичными пузырями;

4) зона вторичных (глубин­ных) пузырей;

5) зона центральных газовых пузырей (сердцевина слитка).

Качество слитка кипящей стали определяется его рослостью, а также качеством и толщиной наружной корки. Слиток считается качественным, если он имеет минимальную рослость, а наружная корка его — плот­ная и толщина ее достаточна для последующего нагрева и прокатки слитка без вскрытия сотовых пузырей.

Такое качество слитка можно получить только за (счет более интенсивного кипения металла при малом ферростатическом давлении (сифонная разливка). Если вести разливку кипящей стали сифоном медленно, то без особых трудностей можно получить слиток с толщиной здоровой корки 25—35 мм [41].

При быстрой разливке сверху ферростатическое дав­ление металла в изложнице увеличивается, вследствие чего резко ухудшаются (по сравнению с разливкой си­фоном) условия газовыделения, и слиток получается с очень тонкой наружной коркой.

Рослые слитки с очень тонкой наружной корочкой и близким к поверхности залеганием сотовых пузырей, которые могут вскрыться при нагреве и прокатке, полу­чаются при вялом кипении металла в изложнице или при недостаточной температуре металла. Высокое со­держание марганца л углерода в стали способствует развитию рослости слитков, так как в этом случае получается низкое отношение FeO/C и, следовательно,вялое кипение металла в изложницах.

Если отношение FeO/C высокое, то сталь получается чрезмерно окисленной, что приводит к слишком ин­тенсивному кипению, в результате которого уровень за­литой в изложницу стали резко снижается и слиток име­ет «голенище».

Таким образом, в зависимости от окисленности ме­талла можно получить слитки с разной степенью кипения (вялое кипение, нормальное кипение, бурное кипение), (определяемой рослостью слитков. Нормальный слиток кипящей стали при затвердевании подрастает немного. На одном из заводов разработана пятибалльная шкала для определения рослости слитков (рис. 5), при этом до­пустимыми считаются баллы 1 и 2.

Рис. 5. Шкала баллов для определения рослости слитков кипящей Стали

Необходимо также отметить, что в слитке кипящей стали, как правило, отсутствует сосредоточенная усадочная раковина, так как ее объем распределяется в многочисленных газовых пузырях, в связи с чем разлив­ку ее производят в изложницы без утеплителей. Кипя­щая сталь за счет отливки ее в изложницы без утеплителей к получения высокого выхода годного, а также ма­лого расхода ферросплавов является по сравнению со спокойной сталью более дешевой. Кроме того, слитки, слябы и готовый лист из этой стали имеют хорошую по­верхность, легко поддающуюся обработке в горячем и холодном состоянии.

К недостаткам кипящей стали, как уже указывалось, откосится большая химическая и структурная неодно­родность и сравнительно близкое залегание сотовых пу­зырей, особенно при разливке сверху.

Разновидности и особенности раскислителей

Когда раскислители вводятся в жидкий металл, они соединяются с кислородом и удаляются до затвердевания слитка. В процессе образуются жидкие, твердые и газообразные продукты раскисления, от количества которых зависит качество стали.

Сплав раскисляют введением добавок в строго отведенном количестве. К ним относятся:

  • ферросисцилий — добавляют 0,12-0,3 % от общей массы;
  • алюминий — до 0,1 %;
  • ферромарганец — до 0,1 %;
  • кремний — до 0,05 %;
  • титан.

Алюминий, кремний, марганец и комплексные раскислители чаще всего используются в осаждающем методе раскисления. Реже кислород из стали удаляют диффузионным, вакуумным или электрошлаковым раскислением. После обработки образуется большая усадочная раковина, из-за чего вырастает цена спокойной стали. Усадочную раковину, как дефект разливки сплава, нельзя использовать, поэтому она отрезается от основной части. В среднем литой слиток теряет до 16 % от массы заготовки.

Какая сталь обыкновенного качества относится к кипящей

Кипящей называют малораскисленную сталь, интенсивно выделяющую газы в изложнице во время застывания. Образующиеся газы: до 90% CO, углекислый газ, азот, водород, метан. Сильные раскислители типа алюминия и титана в производстве такого металла не применяются.

Основной признак слитка кипящей стали – отсутствие сосредоточенной усадочной раковины. Структура слитка зависит от интенсивности и периода кипения расплава. В затвердевшем состоянии он имеет 5 зон:

  • наружная плотная корка;
  • скопление сотовых пузырей, имеющих вытянутую форму;
  • промежуточная зона между сотовыми и вторичными пузырями;
  • скопление глубинных (вторичных) воздушных пузырей;
  • сердцевина слитка – зона глубинных пузырей.

В качественных слитках наружная корка настолько плотная и толстая, что при нагреве и прокатке скопление сотовых пузырей не вскрывается.

«Закупоренная» – разновидность кипящей стали

По степени подавления выделения газов при затвердевании расплава материал находится между кипящей и полуспокойной сталями. Отличие этой технологии – закрывание слитка сверху после разливки механическим или химическим способом.

  • При механическом закупоривании слиток закрывается тяжелой чугунной крышкой.
  • Химическое закупоривание реализуется с помощью добавления сверху изложницы присадок алюминия или ферросилиция. Это приводит к ускоренному твердению верхней части слитка, которая отрезается и отправляется в отходы.

Такая методика позволяет уменьшить время выделения газов и снизить количество воздушных пузырей внутри слитка.

Основные характеристики

Кипящие стали отличаются неоднородностью структуры и химического состава, что приводит к снижению некоторых эксплуатационных характеристик. Прочность металла снижается из-за завариваемых при прокатке воздушных пузырей, которые при вальцовке или штамповке могут привести к расслоению материала.

Свойства кипящей стали

  • Проблемная свариваемость из-за резко выраженной неравномерности по толщине изделия расположения фосфора и серы, негативно влияющих на свойства металла. Зоны с повышенным содержанием серы становятся причиной появления кристаллизационных трещин в шве и около него.
  • Металл склонен к старению в зоне около сварного шва, что приводит к его охрупчиванию при отрицательных температурах.
  • Более высокая подверженность коррозии, по сравнению со спокойными и полуспокойными сталями.

Области применения кипящей стали

Эта металлопродукция имеет определенные ограничения по сферам использования. Она не допускается для изготовления:

  • крепежных элементов котлов, работающих под давлением;
  • конструкций и оборудования, запланированных для эксплуатации при температурах ниже -20°C
  • аппаратов, эксплуатируемых при динамических, знакопеременных, пульсирующих нагрузках;
  • оборудования и конструкций, контактирующих с агрессивными, взрыво- и пожароопасными средами, сжатыми и сжиженными газами.

Из слитков кипящей стали производят полосы, листы, тонкие плиты, проволоку, прутки, штрипсы, трубы, предназначенные для изготовления продукции рядового назначения.

Какие марки углеродистых сталей могут относится к кипящим?

Для изготовления сплава этого вида используются:

  • углеродистые стали обыкновенного качества – кипящие сплавы изготавливаются по ГОСТу380-2005, обозначение – «кп»;
  • качественные и высококачественные стали – регламентируются ГОСТом 1050-88, буквенное обозначение – «кп».

В производстве обычно применяются стали с содержанием углерода более 0,15%.

Углеродистые стали обыкновенного качества уже давно стали продуктом массового производства, что позволило сделать их стоимость доступной. Согласно ГОСТу 380-2005, в их состав, кроме железа и углерода, может входить определенное количество включений неметаллического типа, а также примесей, ухудшающих качественные характеристики таких сталей.

Толстолистовой прокат производится, как правило, из конструкционной углеродистой стали обыкновенного качества

Проверка на соответствие требуемому качеству и маркировка

Для проверки качественных характеристик и химического состава углеродистых конструкционных стальных сплавов, а также сталей обыкновенного качества любого другого назначения могут быть использованы различные методики. Правила проведения подобных испытаний регламентируются целым рядом нормативных документов – ГОСТами 8033, 22536, 17745, 27809, 18895, 12359.

Массовые доли хрома, меди, азота, никеля и мышьяка в обыкновенной углеродистой стали можно не определять, если изготовитель гарантирует соответствие стандарту

Методы контроля, не оговоренные в данных нормативных документах, металлургические предприятия могут использовать лишь в тех случаях, если они способны обеспечить требуемую точность измеряемых параметров.

После производства на металлургических предприятиях углеродистые стали маркируются разными цветами, для чего используется несмываемая краска.

Сталь круглая Ст6пс используется для изготовления несущих конструкций и строительных инструментов, например, ломов

Потребитель, желающий приобрести углеродистые стали обыкновенного качества определенных марок, может различить их по следующим цветам:

  • Ст0 – зеленый и красный;
  • Ст1 – желтый и черный;
  • Ст2 – желтый;
  • Ст3Гсп – коричневый и синий;
  • Ст3Гпс – коричневый и красный;
  • Ст3 – красный;
  • Ст4 – черный;
  • Ст5Гпс – коричневый и зеленый;
  • Ст5 – зеленый;
  • Ст6 – синий.

Марки углеродистой стали. Классификация, ГОСТ, применение

Сталь – продукт черной металлургии, главный конструкционный материал. Из него производят строительную арматуру, металлопрокат различного профиля, трубы, детали, механизмы и инструменты.