Кипящую сталь характеризует признак такой как

Обновлено: 15.05.2024

В качестве раскислителей используют ферросилиций в количестве 0,12-0,3% по массе, ферромарганец, алюминий – до 0,1%, титан.

Негативное последствие раскисления – образование усадочной раковины больших размеров. Для ее удаления приходится отрезать от слитка спокойной стали до 16% по массе. Из-за такой потери металла, а также затрат на раскисляющие добавки стоимость спокойной стали существенно превышает цену кипящего металла.

Раскисляющие добавки, соединяясь со свободным кислородом, находящимся в сплаве, решают следующие задачи:

снижают негативное влияние свободного кислорода на формирующуюся структуру слитка;
поддерживают в течение длительного периода высокую температуру стали, что обеспечивает максимальное шлако- и газоудаление;
способствуют получению металла мелкозернистой, однородной структуры, поскольку образующиеся силикаты и алюминаты повышают число центров кристаллизации. Это обуславливает измельчение зерен и улучшает качество и механические характеристики металла.

Понятие о кипящей, спокойной и полуспокойной стали

Все стали можно разделить на три группы (кипящая, спокойная и полуспокойная).

Кипящая сталь, выплавляемая обычно в мартеновских печах и кислородных конверторах. Эту сталь не раскисляют перед выпуском в печи и поэтому она содержит повышенные количества растворенного кислорода, который не успел прореагировать с углеродом металла и превратиться в газ-востановитель железа и его окислов в металле и шлаке — . Протеканию химической реакции [С]+ [O]= способствует повышение температуры и процесс кристаллизации металла. Металл в изложнице как бы «закипает» от газовыделения.

Раскисление стали бурно протекает только за счет углерода металла. Часть растворенных в стали газов не успевает выделиться в атмосферу и структура слитка получается пузыристой, т.е. содержит несплошности.

При прокатке структура металла уплотняется, т.к. не окисленные внутренние и наружные поверхности пузырей свариваются с металлом под давлением прокатки. Кипящая сталь обладает высокой пластичностью, т.к. для ее раскисления не применяют специальные материалы — раскислители (например, ферросплавы), производство и применение которых описано в разделе 6.8 учебника. Поэтому в стали не образуются непластичные, нерастворимые в ней неметаллические окисные и другие включения, отрицательно влияющие на физико-механические свойства стали.

Спокойная сталь получается после только полного раскисления металла в печи или в ковше перед разливкой с помощью ферросплавов и других раскислителей (например, алюминия). Кислород металла связывается в оксиды раскислителями. Не имеется свободного кислорода, необходимого для протекания основной реакции сталеплавильного процесса (раскисление углеродом металла) и «кипения» стали в изложнице не происходит.

Слитки застывают спокойно и имеют плотную макроструктуру. По ряду физико-механических свойств спокойная сталь превосходит кипящую, но она дорожекипящей стали из-за стоимости раскислителей.

Для нахождения консенсуса между требованиями техники машиностроения и экономики сталеплавильного производства, технологи-металлурги разработали способ производства полуспокойной стали. Эту сталь частично раскисляютперед разливкой (в печи, ковше). Для получения качественной полуспокойной стали необходимо обеспечить в ней такую концентрацию кислорода, при которой металл в изложницах не «кипит»; но на определенной стадии затвердевания, характеризуемой повышением из-за ликвации содержания углерода в металле, в незатвердевающей части слитка начинается процесс образования пузырей окиси углерода. Эти пузыри остаются в теле слитка и сконцентрированная в головной части слитка усадочная раковина, характерная для структуры слитков спокойных стадий, уже не образуется. Для получения слитков полуспокойной стали, необходимо обеспечивать в ней оптимальное содержание кремния — (0,08… 0,15)%.

Полуспокойная стальв сравнении с кипящей обладает лучшими механическими свойствами, бо¢льшей однородностью структуры, повышенной хладостойкостью и устойчивостью против «старения» Все это позволяет в ряде случаев, использовать полуспокойную сталь качестве заменителя спокойной стали. Выход годного проката из слитков полуспокойной стали на (3… 8)% выше, чем из слитков спокойной стали.

Производство полуспокойной стали требует более точной технологии раскисления. Как указывалось выше, полуспокойная сталь разливается в сквозные уширенные к низу изложницы. При необходимости скорейшего прерывания «кипения» стали в изложнице, используются технологии механического закупоривания металла в изложнице, как и при разливке кипящей стали.

Важной задачей разливки является предохранение поверхности слитка от образования на ней сталеплавильных плен, как следствий попадания брызг стали на внутреннюю поверхность изложницы.

Помимо таких технологических приемов, как смазка внутренней поверхности изложницы, придание криволинейных форм контактным поверхностям поддонов, регулирование скорости заполнения изложницы жидкой сталью в процессе ее разливки, на предприятиях, имеющих листопрокатное производство, при подготовке изложницы к разливке сверху, в нее вставляют так называемый «манжет» — жесткий, неотожженный тонкий холоднокатанный лист, свернутый в трубу. Когда он разворачивается, то прикрывает стенки изложницы по всей внутренней поверхности и первым, соприкасаясь со струей жидкой стали и расплавляясь при этом, выполняет роль предохранителя поверхности слитка от образования на ней плен.

Не менее важной задачей разливки стали является ее предохранение от окисления и насыщения газами. Для предотвращения возникновения таких дефектов в любых способах разливки используются следующие технологические приемы:

●разливка в атмосфере инертного газа — аргона; это дорогой, но наиболее эффективный для такого рода защиты разливаемой стали; он может быть использован в производстве дорогих, легированных марок стали; либо всю изложницу со сталью помещают в камеру, заполненную аргоном, либо струю аргона подают на струю жидкой стали таким образом, чтобы она, как кольцо (цилиндр), окружала струю стали, а за тем заполняла внутреннюю полость изложницы;

●разливка с использованием каркаса, изготовленного из пало-лесоматериала; на дно изложницы или ее поддон до начала разливки стали укладывают деревянную рамку (каркас); при заполнении изложницы сталью, деревянная конструкция всплывает и постепенно сгорает; образующиеся при горении древесины газы предохраняют поверхность слитка от окисления;

●разливка под слоем жидкого шлака (разливочной шлаковой смеси) является весьма эффективным способом защиты стали; перед разливкой, на дно изложницы кладут (забрасывают) специальный брикет или порцию порошка, состоящего из магниевой руды, селитры, металлического алюминия, магния, плавикового шпата, силикатного (жидкого) стекла, доменного шлака; в контакте с жидкой сталью, брикет расплавляется, а его горючие составляющие воспламеняются; по этой причине при разливке мениск стали и внутренние поверхности изложницы в этой зоне покрываются слоем жидкого шлака, а газообразные продукты сгорания брикета вытесняют атмосферный воздух из изложницы; кроме того процесс сгорания шлаковой смеси дает дополнительное тепло, обеспечивающие необходимую скорость затвердевания прибыльной части слитка спокойной или другой стали.

Марки спокойной стали

Сплавы полного раскисления разделяют на следующие группы:

углеродистые спокойные стали обыкновенного качества – регламентируются ГОСТом 380-2005 года, обозначаются «сп»;
качественные и высококачественные – выпускаются по ГОСТу 1050-88, буквенного индекса по этому стандарту не имеют;
все легированные и низколегированные стали обычно изготавливают спокойными, буквенного индекса не имеют.

Внимание! Стали, полученные непрерывной разливкой, во время процесса полностью раскисляются.

Достоинства спокойных сплавов

однородная структура;
низкая хрупкость;
пригодность к сварке;
устойчивость к динамическим нагрузкам;
меньшее содержание примесей по сравнению со сталями, которые могут кипеть.

Минус спокойных сплавов — высокая цена, обоснованная добавлением раскислителей и удалением усадочной раковины.

Благодаря приобретенным качествам спокойная сталь относится к конструкционным углеродистым сплавам, используемым на ответственных участках.

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.

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.

Области применения спокойной стали

Высокая стоимость такой продукции обуславливает ее применение для производства сортового и фасонного проката, предназначенного для использования в ответственных конструкциях, узлах машин и механизмов. Это:

железнодорожные и рудничные рельсы;
заготовки деталей арматуры для трубопроводов;
элементы для железнодорожных наземных и подвесных путей;
детали клепаных конструкций, ручки, тяги, втулки, рычаги, упоры, фланцы и другие детали, эксплуатируемые в широком интервале температур;
фасонный и листовой прокат толщиной до 25 мм для несущих сварных конструкций, эксплуатируемых при знакопеременных нагрузках в широком температурном интервале -40…+425°C, прокат толщиной 25-40 мм (при предоставлении гарантий свариваемости);
поковки с диаметром сечения до 800 мм.

Низколегированные стали востребованы при строительстве объектов гражданского и промышленного назначения, эксплуатируемых в условиях высоких нагрузок и/или в регионах с суровыми климатическими условиями.

Конструкционные и инструментальные стали

Конструкционная разновидность стали используется в промышленности для изготовления надежных элементов различных конструкций, механизмов и деталей. Могут быть представлены обычными и качественными сталями. Качественные показатели стального сплава зависят от количества и состава примесей, в частности от массовой доли фосфора и серы.

Для сталей обыкновенного качества характерно содержание серы менее 0,055%, фосфора не больше 0,07%. Для качественных сталей этот показатель составляет 0,04% для обоих элементов.

Обыкновенные стали подразделяются на группы А, Б и В:

Группа А. В нее входят сплавы с маркировкой Cт 0, Cт 1 … Cт 6. Из сплавов этой группы изготавливают различные конструкции, арматуру, крепеж, запчасти для автопрома, на которые в процессе эксплуатации не оказывается сильное механическое или химическое воздействие. Также они не предназначены для горячей обработки.

Группа Б. К ней относятся стали с маркировкой: БСт 0, БСт 1… БСт б. Эти сплавы хорошо переносят горячую обработку, используются для создания кованых изделий или при штамповке. Чтобы верно рассчитать температурный режим обработки, необходимо знать химический состав сплава. Механические свойства этих сталей регламентации не подлежат, так как в процессе обработки остаются неизменными.

Группа В. Сварные стали, свойства которых зависят от химического состава сплава. К данной группе относятся с тали с маркировкой: ВСт 2 … ВСт 5.

Инструментальная служит для производства инструментов: режущих, измерительных, штамповых и т.п.

Качественные стали также могут иметь различные физико-химические характеристики, в зависимости от процентного соотношения марганца, входящего в состав сплава. Выделяют:

нормальное содержание марганца в стальном сплаве до 0,8 %. Сталь 45;
повышенное содержание марганца в стальном сплаве 0,8% — 1,2%. Сталь 15Г. Литера «Г» в маркировке указывает на повышенный процент марганца.

В зависимости от количества углерода в составе качественных конструкционных углеродистых сталей выделяют:

Низкоуглеродистые. Содержание С до 0,25%. К данному типу сталей относятся стали 05, 08,10, 15, 20,25.

Среднеуглеродистые. Процентное содержание С в общем сплаве составляет порядка 0,25% — 0.6%. Такими показателями обладают стали 30, 35, 40, 45, 50, 58, 60.

Высокоуглеродистые. Максимальное содержание С в составе сплава – более 0,6%. К высокоуглеродистым относятся стали 65, 70, 75, 80, 85.

Числовое значение в маркировке указывает на сотые доли углерода, входящего в состав сплава.

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).

Кипящая сталь

Существует распространенное понятие – «кипящая сталь». Такое значение распространено в металлургической промышленности. Для такого металла есть четко обозначенная технология производства и маркировка. Для понимания, что такое кипящая сталь, необходимо разобраться в характеристиках данного материала.

Виды металлических сплавов по методу раскисления

Существует определенная классификация стали по степени ее раскисления. Данный процесс необходим для восстановления окиси железа и связывания кислорода в растворенном виде, при этом уменьшая его негативное влияние на железо.

Во время процесса разливки стального сплава в слитки, наносится определенная маркировка металла по трем главным и одному второстепенному признаку. Вид металлосырья зависит от качества раскисления, другими словами – от концентрации газов, которые выделяются во время процесса затвердевания.

Виды металлических сплавов:

Спокойная сталь – металл, в котором процент концентрации кремния в химическом составе не превышает показатель 0.12%, также наблюдается минимальное содержание примесей неметаллического характера. Для этого сырья характерна однородная плотная структура, изделия обладают более качественными механическими характеристиками. Такой вид сплава применяется для сваривания, так как он отличается высокой устойчивостью к механическому воздействию, деформации. Применяют спокойную сталь для создания металлических конструкций опорного типа, которые могут подвергаться большим нагрузкам.
Под сталью полуспокойного вида подразумевается полураскисленный сплав, кристаллизующийся, даже если не применяется метод кипения, в данном процессе наблюдается высвобождение газа в достаточном количестве. Такой сплав имеет показатели, максимально приближенные к стали спокойного типа, поэтому иногда используют в качестве ее замены. Такой вид металла приобретает твердую форму без применения метода кипения, но при этом наблюдается выделение большой концентрации газа. Разница с кипящей сталью состоит в том, что этот сплав содержит меньшую концентрацию газовых пузырьков в составе.
Кипящая сталь подразумевает сплав из металла, в составе которого определяется такой химический элемент, как углерод, необходимый для создания некоторых железных изделий путем пластической деформации, как в холодном, так и в горячем состоянии. Чтобы изменить свойства материала, во время производства кипящей стали могут добавляться различные примеси и элементы. К примеру, для улучшения показателей прочности изделия в состав сплава может добавляться некоторое количество углерода. Но если в составе стали этого компонента более 2.14%, такой металл называется чугуном.
Второстепенным типом сплава называют закупоренную сталь. Она обладает характеристиками, приближенными к свойствам, которые обладает кипящая сталь, с тем лишь различием, что уровень подавления высвобождающегося углерода в процессе затвердевания сплава располагается между спокойным типом и сплавом кипящего характера. Также отмечается, что для изготовления подобного типа стали используют малое количество раскислителей, в сравнении с полуспокойной сталью, что открывает возможность создания наружного слоя сплава при последующем приобретении твердой формы.

Если определять химический состав металлического соединения, существует понятие «углеродистая сталь» (в составе отсутствуют примеси и компоненты, улучшающие характеристики) и «легированный сплав» (при производстве этого вида, чтобы повысить технологические свойства могут добавляться такие химические элементы, как марганец, хром, никель, кремний и другие компоненты).

Кипящая сталь: характеристики и свойства

Кипящей называют низкоуглеродистую сталь, которая приобретает состояние слабого раскисления на выходе из специальной металлургической печи. Термин возник из-за того, что в металле продолжается химическая реакция даже во время его затвердевания и при отливе слитков в формах. Для процесса характерно кипение с выделением пузырьков оксида углерода СО.

Кипящие стали популярны из-за дешевизны производства. Также отмечается, что данный вид металла отличается пластичностью, а в его составе практически нет неметаллических примесей.

В составе кипящей стали концентрация таких химических элементов, как сера и фосфор может достигать до 5%, кремний – до 0.07%. Отмечаются основные показатели кипящей стали:

металл такого типа более подвержен деформационному старению, по сравнению с другими марками стали;
в местах соединения пузырей сталь склонна к появлению расслоений;
высокая устойчивость к низким температурам (сталь устойчива к температуре до -20°С);
термостойкость кипящей стали достигает 100°С;
металл не устойчив к влиянию пульсирующих и динамических нагрузок.

Отмечается, что кипящая сталь плохо поддается соединению сварным способом. Также она более подвержена воздействию коррозии. Главной отличительной особенностью сплава является то, что он производится без применения сильных раскислителей, которые образуются в процессе кипения газообразной среды.

Затвердевший слиток кипящей стали имеет, как правило, определенную структуру, которая состоит из 5 слоев:

Сердцевина. В этой части стали определяются глубинные пузыри.
Вторая часть сплава определяется, как зона вторичных воздушных пустот.
Третья зона – промежуточная прослойка.
Далее расположена зона скопления сотовых пузырей с вытянутой оболочкой.
Пятый наружный слой является жесткой оболочкой. Для качественно отлитых металлов характерна плотная и толстая поверхность. В процессе проката такой стали скопление пузырей в ней не вскрывается.

Существует понятие ликвации стали. Данный процесс подразумевает образование неоднородной химической структуры стали, которая образуется в момент кристаллизации. Существует внутрикристаллическая и дендритная ликвация.

Маркировка кипящих сталей

Как и любые изделия из металла, кипящая сталь имеет определенную маркировку, которая определяет характеристики стали. Определить КС можно по стандартной маркировке: «кп». Данное буквенное обозначение может быть нанесено на материалы, которые производятся по стандарту ГОСТ 380-2005, а также ГОСТ 1050-88. Для таких изделий характерно содержание 0.15% углерода в химической формуле.

Маркировка кипящей стали:

Сталь с обозначением «05кп» указывает на то, что в ней содержатся такие элементы: углерод (до 0.06%), кремний (до 0.03%), хром (до 0.1%), марганец (до 0.4%). Такой сплав не подходит для создания техники и ее модернизации.
Сталь, на которой нанесена маркировка «08кп» имеет в составе углерод (0.05-0.11%). Также в составе сплава определяются включения хрома (до 0.1%), марганца (0.25-0.5%) и кремния (до 0.03%).
Маркировка «10кп» указывает на кипящую сталь, в составе которой на долю хрома приходится 0.015%, углерода – 0.07-0.14%, кремния в химическом составе – не более 0.07%.
В кипящей стали с маркировкой «11кп» углерод может содержаться в количестве от 0.05 до 0.12%. Для такого сплава характерно то, что кремния содержится в составе не более 0.06%, а количество хрома может достигать до 0.15%.
Сталь с повышенной концентрацией углерода (от 0.12 до 0.19%) и легированная хромом в соотношении до 0.25% имеет маркировку «15кп».
Если в сплаве определяется углерод в диапазоне от 0.12% до 0.2%, а концентрация хрома снижена до показателя 0.15%, на кипящую сталь наносится маркировка с обозначением «18кп».
Сталь с маркировкой «20кп» считается самым углеродистым сплавом, так как в нем содержится 0.17-0.24% углерода.

Для любой марки стали характерно содержание кремния, не превышающего предела 0.04%, фосфора – 0.035%.Для маркировок «11кп» и «18кп» характерно то, что в их составе может содержаться остаточное количество меди.

Понятие углеродистой стали

Для сплава, который принято называть «углеродистая сталь», характерно то, что она выплавляется без добавления любых примесей и компонентов, которые могут повлиять на прочностные характеристики металла. Такая марка стали также разделена на два типа:

Сталь типа А – изделия из стали этой марки производятся для дальнейшей ковки, сваривания под воздействием высокой температуры или в других областях металлургии.
Сталь, на которой нанесена маркировка в виде буквы Б, используется для производства деталей, которые при дальнейшей обработке могут включать примеси. За счет них могут изменяться механические и химические характеристики.

Углеродистые композиции составляют подавляющее большинство выплавляемых сталей (на этот вид сплава приходится порядка 80% всего производства). Сегодня существует более двух тысяч марок этого типа сплавов.

Преимущества углеродистой стали:

Сталь отличается оптимальным соотношением характеристик и стоимости.
Благодаря своим прочностным показателям и модулю упругости сталь данного типа используется в силовых конструкциях, в которых работоспособность конструкции напрямую зависит от жесткости используемого сырья.
При термическом воздействии в углеродистой стали повышаются прочностные показатели, при этом практически не меняется модуль упругости сплава.
Углеродистая сталь хорошо поддается давлению и резке, также хорошо себя ведет при сварке.

Благодаря большому количеству преимуществ, широко используется во многих сферах производства металлических изделий.

Маркировка углеродистой стали позволяет разобраться в ее свойствах. Углеродистая сталь стандартного качества маркируется двумя буквами и цифрой, которая указывает долю содержания углерода в десятых долях процента.

По содержанию углерода стали подразделяются на несколько типов:

низкоуглеродистые (содержание углерода в составе не превышает 0.25%);
среднеуглеродистые (количество в составе сплава углерода колеблется в диапазоне от 0.3 до 0.55%);
высокоуглеродистые (углерод в таком сплаве содержится в количестве от 0.6 до 0.85%).

Если в сплаве определено содержание углерода в диапазоне от 0.7 до 1.43%, такую сталь применяют для производства ударного и режущего инструмента.

Сферы использования кипящей стали

Для такого типа металлопродукции, как кипящая сталь характерна достаточно ограниченная сфера использования. Она не подходит для производства таких изделий:

крепежных частей котлов, которые могут работать под высоким давлением;
любых конструкций из металла или других материалов, которые будут в дальнейшем использоваться при температурных режимах, которые ниже -20°С;
устройств, которые в дальнейшем предназначены для эксплуатации в динамических, знакопеременных или пульсирующих нагрузках;
любых элементов, устройств или конструкций, которые в дальнейшем могут контактировать с агрессивными, пожароопасными или взрывоопасными средами, а также сжиженными или сжатыми газами.

Определяя сферу применения кипящей стали в слитках, она может применяться для производства деталей или изделий, не обладающих ответственным назначением. Также из этого материала производят металлопрокат рядового назначения, в том числе, трубы, прутья, листы, полосы, проволоку, штрипсы и прочие металлические изделия.

Оформите заявку на сайте, мы свяжемся с вами в ближайшее время и ответим на все интересующие вопросы.

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.

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%.

Какую сталь называют кипящей и где ее используют?

С понятием «кипящая сталь» сталкиваются преимущественно люди, напрямую связанные с металлургической промышленностью. Ее марки и применение четко обозначены нормативными документами, а технология производства имеет свои особенности. Разобраться в том, что это такое, какие стали называют кипящими, чем они отличаются от спокойных, поможет подробный обзор основных характеристик материала.

Что это такое?

Кипящая сталь — разновидность низкоуглеродистого металла, приобретающая на выходе из металлургической печи состояние слабого раскисления. Ее называют именно так потому, что химические реакции в сплаве продолжаются даже в процессе затвердевания, при отливе слитков в формах. Углерод под влиянием растворенного в металле кислорода окисляется. Внешне процесс напоминает кипение, сопровождающееся выделением пузырей.

Этот вид стали сохраняет свою популярность преимущественно благодаря дешевизне производства. Кроме того, кипящая сталь пластична, в составе отсутствуют или сведены к минимуму неметаллические включения.

Кипящая сталь отличается от спокойной и полуспокойной степенью раскисления материала. Она считается наиболее загрязненной газами, имеет неоднородную структуру. Углерод и плохие примеси скапливаются преимущественно в головной части слитка, поэтому до 5% от его массы удаляется. В совокупности эти недостатки делают материал непригодным для производства изделий ответственного назначения.

Спокойная сталь уже прошла процесс раскисления. Структура слитков однородная и плотная, способна выдерживать значительные ударные нагрузки. Подходит для соединения методом сваривания.

Характеристики и свойства

Кипящая сталь за счет содержания загрязняющих примесей имеет сниженные эксплуатационные свойства. Содержание серы и фосфора в составе может достигать 5%. Доля кремния в общем объеме не превышает 0,07%. Основные характеристики материала таковы:

подверженность деформационному старению;

склонность к расслоению по местам соединения пузырей;

морозостойкость до -20 градусов по Цельсию;

неустойчивость к влиянию пульсирующих и динамических нагрузок;

термостойкость до 100 градусов.

Свойства материала определяются его составом, продолжительностью кипения. Металл хрупкий, плохо поддается соединению сварным способом. Коррозионные процессы в нем протекают более интенсивно, чем в других углеродистых сплавах. Металл производится без использования сильных раскислителей, образующиеся в ходе кипения газообразные среды — CO, метан, водород и азот.

Затвердевший слиток имеет структуру, состоящую из 5 зон.

Сердцевина. В ней находятся глубинные пузыри.

Зона образования вторичных воздушных пустот.

Область скопления сотовых пузырей с вытянутой оболочкой.

Наружная жесткая оболочка. В качественно отлитом металле эта корка получается очень толстой и плотной. При прокатке такой стали скопление пузырей под ней не вскрывается.

Кипящая сталь может быть закупоренной. В таком случае слиток при помещении в изложницу дополнительно подвергается закупориванию чугунной крышкой или покрывается присадками на основе ферросилиция, алюминия.

При такой технологии производства твердение верхней части происходит быстрее, а количество воздушных пузырей в структуре сокращается.

Марки

Стандартная маркировка кипящих сталей обозначается литерами «кп». К ним относят материалы, произведенные по стандарту ГОСТ 380-2005 или ГОСТ 1050-88. Содержание углерода в них обычно превышает 0,15%.

Сюда входят следующие марки.

05кп. Для нее характерно содержание углерода в пределах 0,06%, кремния 0,03%, хрома до 0,10% и марганца 0,40%. Не годится для применения в модернизации и создании техники.

08кп. Сталь с содержанием углерода 0,05-0,11%, включением хрома в количестве 0,10%, марганца в диапазоне 0,25-0,50% и кремния до 0,03%.

10кп. Здесь на хром приходится доля в 0,15%, на углерод – 0,07-0,14%, включения кремния занимают не более 0,07%.

11кп. От других сталей этой группы ее отличает содержание углерода в диапазоне 0,05-0,12%. Включения кремния допускаются в количестве не более 0,06%. Содержание хрома достигает 0,15%.

15кп. Сталь с повышенным до 0,12-0,19% содержанием углерода и легированием хромом в объеме 0,25%.

18кп. У этого материала углерод в составе занимает 0,12-0,20%, количество хрома снижено до 0,15%.

20кп. Самая высокоуглеродистая из своей группы марка. Содержит это вещество в диапазоне 0,17-0,24%.

Количество серы в любой из указанных марок нормировано в пределах 0,040%, фосфора – 0,035%. В 11кп и 18кп присутствует остаточное содержание меди в объеме 0,20%. В большинстве случаев материал относится к группе обыкновенного качества.

А также в число кипящих входят строительные стали марок Ст2пс (сп/кп), Ст3кп, Ст4кп.

Применение

Кипящая сталь в слитках используется для последующего изготовления изделий, не имеющих ответственного назначения. А также из нее производят металлопрокат рядового назначения в:

плитах небольшой толщины.

Не подходит этот вид низкоуглеродистых сталей для применения в изделиях, подвергающихся воздействию температур ниже -20 и выше +100 градусов по Цельсию. Запрещено применять его в аппаратах, работающих с взрывоопасными и пожароопасными веществами, в том числе токсичными или представляющими собой сжиженный газ.

Исключается использование кипящей стали в деталях и креплениях котлов. Все ограничения связаны со склонностью металла к расслоению, растрескиванию.

Все о раскислении стали

Раскисление металла сводится к удалению кислорода из жидкого металла. Кислород может присутствовать в виде оксидов. А удаляется он специальными раскислителями или восстановителями, то есть веществами, которые способны связываться с кислородом. Эта процедура считается частью рафинирования металлов.

От раскисления сталей зависит и их качество. Раскисление стали – процесс по снижению уровня кислорода в ней до показателя, который полностью исключает окислительные реакции в слитке. В процессе будут образовываться жидкие, твердые либо газообразные продукты, которые надо удалить, пока слиток не затвердеет. Именно они понижают качество стали, влияют на возможности материала. Сплав раскисляют строго дозированными добавками. Это ферросилиций, алюминий, ферромарганец, также кремний и титан. Обычно эти компоненты применяются в осаждающем методе раскисления.

Куда реже убрать кислород решают способом диффузного вмешательства, вакуумного либо электрошлакового раскисления. После таких манипуляций применяться будет большая усадочная раковина, то есть цена спокойной стали возрастет. Но усадочную раковину не используют, а отрезают от основной части, потому что она считается дефектом разливки сплава. И слиток потеряет до 16% всей массы.

Алгоритм раскисления предполагает несколько этапов: растворение раскислителей в жидком металле, процессы с участием раскислителя и кислорода, а также формирование зародышей, и выпуск продуктов раскисления.

Классификация сталей по степени раскисления

Всего существует 3 степени сталераскисления. Чтобы получить эталон выплавки слитка, кипение регулируется, либо предотвращается вовсе. И если регулируется, сталь будут называть кипящей, если останавливается – спокойной. Но так как стали подразделяются все же на 3 вида, есть еще промежуточный – полуспокойные.

Спокойные

В английском языке такой вид называется совсем иначе, чем в русском, – killed steel. Тем не менее это одна и та же сталь. У спокойного вида фактически не происходит газовыделения при отвердевании слитка после разливки. И это является итогом полного сталераскисления: из стали целиком удаляется кислород, образуется усадочная раковина вверху слитка. Потом эту часть отрезают, и отдают в лом.

Все виды легированных сталей, большая часть низколегированных сталей и многие виды углеродистых наименований используют именно в виде спокойной стали. Если говорить о непрерывной разливке, сталь также подвергают «успокоению». У этого материала гомогенная структура, химический состав ее распределен равномерно, свойства также равны. А получение данного вида требует раскисления алюминием, ферромарганцевыми сплавами, а также кремнистыми.

Бывает, применяется силицид кальция или некие иные раскислители тех же свойств. Такая степень раскисления, например, у стали 20.

Кипящие

Для такого вида, наоборот, характерен высокий уровень выделения газов во время затвердевания материала. Химический состав стали будет различаться по поперечному сечению, а также между верхней и нижней частями слитка. Как итог, в наружной слиточной оболочке формируется условно чистое железо, и сердцевина слитка имеет высокую концентрацию примесных и легирующих составляющих. В частности, это углерод, фосфор, сера и азот, имеющие низкую температуру плавления.

Наружная часть слитка получается почище, потому ее используют при прокатке. В целом же слитки из данного вида стали отлично подходят для изготовления таких ходовых изделий, как плиты, трубы, проволока. Что же до производственной технологии, так она предполагает максимум марганца и углерода. В этой стали, к слову, нет большого количества очевидных раскислителей (титана, кремния, также алюминия). И кипящая сталь существенно дешевле других вариаций в этой классификации. Верхнюю часть слитка не отправляют в лом, и раскислители используют не активно.

Полуспокойные

Выделение газов в данном случае будет подавляться не полностью, ведь стали раскисляются только частично. То есть больше, чем в спокойных газах, но значительно меньше, чем в кипящих. Это промежуточный вариант. До того момента, как газы начнут выделяться, в слитке сформируется корковый слой, довольно толстый. Если сталь полураскислена грамотно, усадочной раковины не будет. Правда, будут пузыри, широко рассеянные по толще в центре верхушки слитка. Но эти пузыри все равно заварятся при прокатке слитка.

Использование полуспокойные стали находят, как правило, в сортовом прокате, изготовлении труб и штрипса. Главное, что их отличает, – довольно неоднородный химсостав, что-то между спокойной и кипящей сталью (что и логично).

А еще отличаются они меньшей сегрегацией химэлементов по сравнению со спокойным видом. А также обязательно нужно отметить, что в верхней части слитка отслеживается тенденция к положительной химической сегрегации.

Есть еще один тип стали, которая раскислена, она называется закупоренная. Очень похожа на кипящую сталь, но по степени подавления продукции газов она будет посреди кипящей и полуспокойной. На производство таких слитков идет меньше раскислителей, чем для тех же полуспокойных. А значит, есть маневр для формирования наружного слоя слитка при затвердевании. Если стальные слитки закупоривают механически, применяются очень тяжелые чугунные крышки (сверху они герметизируют изложницу, тормозя образование наружной оболочки).

Основные способы

Главным способом по праву считается глубинное раскисление. Другое его название – осаждающее. Его используют при выплавке стали во всех агрегатах плавления стали и проводят присадкой в металл элементов, что связывают кислород в прочные окислы, потому и название такое – глубинное. Включения окислов удаляются полноценно либо относительно полноценно в ходе осаждения. То есть они всплывают, или их выносит металлопотоками и трансформацией в шлак, либо на межфазные твердые поверхности.

Другой способ раскисления – диффузионный. Он осуществляется за счет диффузий, в которых участвуют металл и шлак, что содержит менее 1% оксида железа. Этот шлак – вполне себе восстановитель относительно металла, и он способен понизить в последнем кислородный показатель. Наконец, еще один способ сводится к вакуумной обработке стали. И зависит он от того, что в вакууме равновесное с углеродом включение кислорода снижается.

Читайте также: