Железоуглеродистые сплавы

Железоуглеродистые сплавы (стали и чугуны) – важнейшие конструкционные материалы в технике и машиностроении. Несмотря на широкое использование цветных металлов, керамик и пластмасс, объем применения сталей и чугунов в технических заметно опережает объем применения других материалов.

Сплавы, содержащие до 0,02% углерода называются техническим железом (применяются в электронике).

Сталями называют сплавы железа с углеродом, содержащие от 0,02 до 2,14% углерода.

Чугунами называют сплавы железа с углерода, содержащие более 2,14% углерода.

В сталях и чугунах присутствуют постоянные примеси: кремний, марганец, сера и фосфор. Они попадают в сплав из руды, топлива и флюсов, используемых в металлургическом производстве. Кремний и марганец оказывают положительное влияние на свойства стали, а сера и фосфор ухудшают их и являются вредными примесями. Сера вызывает красноломкость сплавов – хрупкость при повышенных температурах, фосфор – хладноломкость – хрупкость при пониженных температурах.

Чугуны и стали являются продукцией черной металлургии. Чугун получают из железных руд в доменных печах. Сталь выплавляют из передельного чугуна в кислородных конверторах, мартеновских и электрических печах. Основным металлическим материалом нашей промышленности является углеродистая сталь. Углеродистой стали изготавливается приблизительно 85% и легированной 15%.

Классификация  сталей.

Стали классифицируют по химическому составу, по качеству по назначению, по степени раскисления, по структуре.

По химическому составу классифицируют преимущественно конструкционные стали, которые подразделяются на углеродистые и легированные.

По назначению стали классифицируют на конструкционные, инструментальные  и специального назначения (строительные, электротехнические, автоматные, шарикоподшипниковые магнитотвердые и др).

По качеству стали классифицируют на стали обыкновенного качества, выплавляют в конверторах и мартеновских печах. Содержание серы и фосфора до 0,07%.

Стали качественные получают в мартеновских печах с соблюдением повышенных требований к техпроцессу. Содержание серы и фосфора до 0,035%.

Стали высококачественные изготавливают главным образом в электропечах. Содержание серы и фосфора не превышает 0,025%.

Стали особо высококачественные выплавляют в электропечах со шлаковым переплавом. Содержание вредных примесей до 0,015%.

По степени раскисления и характеру затвердевания стали классифицируют на спокойные, полуспокойные и кипящие. Раскисление – процесс удаления из жидкого металла кислорода для предотвращения хрупкого разрушения. Спокойные стали раскисляют марганцем, кремнием и алюминием. Они содержат мало кислорода и затвердевают спокойно без газовыделения. Кипящие стали раскисляют марганцем. Перед заливкой в них содержится повышенное содержание кислорода, который взаимодействует с углеродом и выделяется в виде СО. Выделение пузырьков СО создает впечатление кипения стали, с чем и связано ее название. Полуспокойные стали занимают промежуточное положение между спокойными и кипящими.

По структуре в равновесном состоянии стали делятся на доэвтектоидные, имеющие в структуре феррит и перлит, эвтектоидные, структура которых состоит из перлита и заэвтектоидные, имеющие в структуре перлит и цементит вторичный. Для определения структурных классов сталей используют диаграмму состояния железо-углерод.

Углеродистые стали относят к числу самых распространенных конструкционных материалов. Объем их производства достигает 80% от общей выплавки стали.

В  странах СНГ выпускают углеродистые стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особо высококачественные.