Сталь при сварке кипит

Обновлено: 02.05.2024

Большинство сплавов делятся по нескольким признакам и параметрам. Помимо химического состава и вариантов использования, важна степень так называемого раскисления металла. По этому параметру все сплавы делят на три большие категории: нераскисленные (кипящие), раскисленные и полураскисленные.

Раскисление – это процесс, при котором со сплава удаляется кислород. Его присутствие на порядок снижает механические свойства, и является некачественной примесью. С химической точки зрения, это процесс отъема атома кислорода из оксида железа, что можно назвать и его восстановлением.

Кислород снижает вязкость черных сплавов, делает их менее прочными и снижает, хрупкими, снижает выносливость.

Кипящая сталь — это сплав, который еще не прошел процесс раскисления. Главное отличие нераскисленного материала от спокойных и полуспокойных продуктов – степень раскисления. Такая сталь считается самой грязной и непригодной для создания изделий.

Разобрались с тем, какая сталь относится к кипящей. Рассмотрим способы ее получения, а также область применения и маркировку.

Способ получения

Раскисление сопровождается введением в состав сплава ряда веществ, которые лучше контактирует с кислородом, чем само железо. Чаще всего это алюминий, но допускается и использование:

углерода в шихте;
силикокальция;
кремния;
марганца;
их комбинация в унифицированных пропорциях.

Методов раскисления стали несколько. Добавление более активных веществ – это осаждающий метод. Добавление шлаков и обработка сплава высокими температурами называется электрошлаковым переплавом.

В вакуумно-углеродном восстановлении раскислителем является углерод.

Кипящие стали характеризуются следующим технологическим процессом:

Расплав разливается в форме. Материал действительно кипит из-за большого объема газов.
Процесс кипения не прекращается и в изложнице.
Использование раскислителей по технологии.

Отличительная черта кипящей стали – нет усадочной раковины. Структура и химический состав полученного сплава зависит от длительности кипения и интенсивности протекающих процессов. После затвердения, слиток имеет 5 зон:

Плотная корка снаружи.
Концентрат пузырьков сотового типа.
Промежуток между пузырями первичными и вторичными.
Концентрированные участки вторичных пузырьков воздуха.
Область глубинных пузырей, образующих сердцевину.

В качественном сплаве наружная корка плотная и толстая. Во время нагрева и прокатки сотовые пузыри не видны. Но не у кипящей стали.

Интересно знать!

Существует «закупоренная» сталь. Технология предполагает химическое или механическое закрытие слитка сверху после разливки. Это снижает время образование пузырей и их количество.

Характеристики кипящей стали

Рассмотрим признаки кипящей стали. Структура сплава неоднородна. Это снижает варианты использования и механические характеристики материала. Скопление воздушных пузырей на порядок снижает прочность металла — материал при последующей обработке может просто расслоиться.

Свойства сплава следующие:

Проблемная сварка кипящей стали из-за неравномерного распределения фосфора и серы в изделии. Участки с концентратом серы приводят к кристаллизованным трещинам около шва.
Металл возле сварного шва склонен быстро стареть, его структура становится хрупкой.
Подверженность коррозии сильнее, чем у других видов сплавов.
Термостойкость до + 100 градусов.
Есть склонность к расслоению структуры материала.
Устойчивость к морозу до -2 градусов.

Есть и преимущества. Например, такая сталь дешевая в конвейерном производстве. Она пластичная и содержит минимум неметаллических включений в расплаве.

Маркировка кипящей стали

В соответствии с ГОСТ 380-2005, кипящие сплавы обозначаются буквами «кп». Рассмотрим несколько примеров кипящей стали:

– содержание углерода здесь не более 0.06%, кремния – 0.03%, хрома в пределах 0.10%, а марганца 0.4%. – углерод – 0.05-0.11%, хром 0.10%, марганец 0.25-0.50%, кремний до 0.03%. – хром 0.15%, углерод 0.07-0.14%, кремний 0.07%. – содержание углерода от 0.05 до 0.12%, хром 0.15%, а кремния до 0.06%.

То есть маркировка кипящей стали основана на содержании в сплаве углерода в сотых или десятых долях.

Применение кипящей стали

Из-за пониженных эксплуатационных характеристик, применение кипящей стали запрещено в:

Элементах крепежа котлов, работающих в условиях повышенного давления системы.
Конструкциях, используемых в диапазоне температур ниже -20 градусов.
Аппаратах, работающих с пульсирующими нагрузками или динамически изменяемыми параметрами.
Оборудовании, которое вынужденно вступает в контакт с агрессивными веществами или средами.

Соответственно, характеристики кипящей стали подходят для создания металлопроката в виде:

труб;
прутьев и листов;
полос и проволоки;
штрипс и плит малой толщины.

Coils with tinned wire.

Сплав «кп» используют при производстве изделий, не имеющих ответственного и решающего влияния на конструкцию или эксплуатацию объекта.

Критерии свариваемости сталей

При определении критериев свариваемости металлов и их сплавов ориентируются на следующие их свойства:

чувствительность металла к тепловому воздействию, которое создается при сварке;
склонность металла к росту зерна с сохранением пластических и прочностных свойств, структурным и фазовым изменениям в зоне термического воздействия;
химическая активность металла, влияющая на его окисляемость при термическом воздействии сварочного процесса;
сопротивляемость металла к образованию пор и трещин в холодном и горячем состоянии.

Большое влияние на качество сталей оказывает так называемая их раскисляемость, которая характеризуется содержанием марганца, кремния и некоторых других элементов и равномерностью их распределения. По этому параметру различают три вида стал ей: кипящая - «кп», полуспокойная - «пс» и спокойная - «сп».

Кипящая сталь отличается большой неравномерностью распределения вредных примесей (особенно серы и фосфора) по толщине проката и получается при неполном раскислении металла марганцем. Характерной особенностью этого вида сталей является склонность к старению и образование кристаллизационных трещин в шве и околошовной зоне, что приводит к переходу в хрупкое состояние при отрицательных температурах.

Спокойная сталь получается при равномерном распределении примесей, поэтому она менее склонна к старению и меньше реагирует на сварочный нагрев. Полуспокойная сталь занимает промежуточное значение между кипящей и спокойной.

Все эти свойства учитывают при выборе технологических приемов сварки, способов формирования сварочного шва, параметров теплового воздействия и т.д.
В качестве примера приведем свариваемость сталей, как наиболее распространенных конструктивных материалов.

Для сварных конструкций лучше всего использовать низкоуглеродистые и низколегированные стали, обладающие высокой степенью свариваемости. Наибольшее влияние на качество сварного соединения оказывает углерод. Увеличение содержания углерода и ряда других легирующих элементов снижает свариваемость сталей, ухудшая качество шва. Сварные соединения высокоуглеродистых и высоколегированных сталей отличаются повышенным содержанием трещин и выполняются по специальной технологии.

Классификация сталей по свариваемости

Марка стали

Углеродистая

Конструкционная легированная

Примечание: Стали, относящиеся к хорошим, имеют содержание углерода менее 0,25%. Они хорошо свариваются без образования закалочных структур и трещин в широком диапазоне режимов сварки.

Стали, относящиеся к удовлетворительным, имеют содержание углерода от 0,25 до 0,35%. Они мало склонны к образованию трещин и при правильно подобранных режимах сварки дают качественный шов. Для улучшения качества сварки часто применяют подогрев.

Ограниченно свариваемые стали имеют содержание углерода от 0,36 до 0,45% и склонны к образованию трещин. Сварка требует обязательного подогрева. Плохо свариваемые стали содержат углерод в количестве более 0,45%. При их сварке требуются специальные технологические процессы.

Легирование стали одним или несколькими легирующими элементами придает ей определенные физико-механические свойства. Как правило, повышение уровня легирования и прочности стали приводит к ухудшению ее свариваемости и первостепенная роль в этом принадлежит углероду.

Низколегированные стали хорошо свариваются всеми способами плавления. Получение же при сварке равнопрочного сварного соединения, особенно у термоупрочненных сталей, вызывает определенные трудности. В зонах, удаленных от высокотемпературной области, возникает холодная пластическая деформация. При наложении последующих швов эти зоны становятся участками деформационного старения. Это в конечном итоге приводит к снижению пластических и повышению прочностных свойств металла и соответственно к появлению холодных трещин. В среднелегированных сталях увеличивается склонность к закалке, в связи с чем такие стали имеют высокую чувствительность к термическому циклу сварки. Их околошовная зона оказывается резко закаленной, а следовательно, и непластичной при всех режимах сварки, обеспечивающих удовлетворительное формирование шва. Поэтому с целью снижения скорости охлаждения околошовной зоны при сварке этих сталей необходим предварительный подогрев свариваемого изделия.

При сварке высоколегированных хромистых 08X13, 08Х17Т и некоторых других сталей существуют отличительные особенности:

высокий порог хладноломкости стали, находящийся обычно в области положительных температур;
склонность к значительному охрупчиванию в околошовной зоне;
низкая пластичность и вязкость металла шва, выполненного сварочными материалами аналогичного со сталью химического состава;
невозможность устранить охрупчивание термообработкой.

Сварку таких сталей необходимо выполнять с минимальным тепловложением, так как с увеличением погонной энергии возрастает склонность зон сварного соединения к росту зерен, появлению микротрещин и падению пластичности. При этом снижается сопро-тивляемость сварного соединения локальным повреждениям и межкристаллической коррозии. В процессе сварки возникает опасность коробления и появляется повышенный уровень остаточных напряжений. После сварки в ряде случаев требуется термообработка.

Окисляемость металла под термическим действием сварочной дуги определяется его химической активностью. От этого напрямую зависит степень защиты сварочного шва, применяемого при сварке. Чем выше химическая активность металла, тем качественнее должна быть защита. Наибольшей химической активностью отличаются титан, ниобий, цирконий, вольфрам, молибден, тантал и некоторые другие. Поэтому при сварке этих металлов недостаточно применение флюсов и защитных покрытий, так как в защите нуждаются не только сварочный шов, но и прилегающая к нему область. Самой эффективной защитой в данном случае служит сварка в вакууме или в среде инертного газа высокой чистоты.

Сварка остальных цветных металлов (меди, алюминия, магния, никеля и их сплавов) тоже требует высокой защиты, которую обеспечивают инертные газы, флюсы и специальные электродные покрытия. Для сварки сталей и сплавов на основе железа в качестве защитных средств используют флюсы и электродные покрытия.

Сварка кипящих и спокойных сталей. Основы теории и практики кристаллизации

Рассмотрение основ сварки сталей. Изучение дендритной теории кристаллизации по Д.К. Чернышову. Проведение сплавов под нагрузкой. Закономерности плоской деформации. Превращение в сталях при нагреве и при охлаждении. Изотермический распад аустенита.

Рубрика	Производство и технологии
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	05.12.2013
Размер файла	2,2 M

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

1. Сварка кипящих сталей

Кипящая сталь плохораскисленная.

Плохораскисленная сталь имеет главным недостатком наличие большого количества кислорода. Кипящая сталь имеет малое количество кремния, что приводит к периферийной пористости и образовании шлака в сварном шве.

Образуется тонкая пористая стенка. Пористая стенка: Пористая стенка и шлак распределяют температуру по всему металлу. В связи с этим резко возрастает градиент теплоты. В результате то что раскисленно расплавляется и в какой то момент времени все начинается заново.

Кристаллы начинают расти быстро и целенаправленно. Появляется плоскость в которой сходятся все кристаллы, которая называется плоскостью главной слабины, эта часть кристаллизуется в последнюю очередь. Плохо это тем, что в последнюю очередь кристаллизуются низкотемпературные кристаллы, т. е. вредные примеси. Следовательно, плоскость главной слабины заполнена вредными примесями.

2. Сварка спокойной стали

Количество кремния больше 0,17%

появляются стабильные кристаллы, ограниченной длинны.

Нет опасной плоскости. Достаточное количество Si и Mn и очень тонкая прослойка образуется (Fe Mn), S(Fe Si)P благодаря им температура кристаллизации выше, чем в первом случае.

Когда твердый раствор дает усадку, то горячие трещины не образуются. Металл сплошной.

Применение кипящих сталей в ответственных деталях не допустимо, нужно использовать сталь с содержанием Si0,17%.

3. Дендритная теория кристаллизации по Д.К. Чернышову

Он показал, что процесс кристаллизации металла, схож с процессом роста дерева. Если семечко упало в благоприятную среду, так что ветви растут в одинаковых условиях 1-го порядка, следующие тоже в одинаковых условиях, 2го порядка и т. д. в результате крона дерева круглая. В этом состояние равноосные дендриты. В кристолите во всех направлениях свойства равны изотропные кристаллы, можно использовать формулы сопромата.

Если дерево растет в не благоприятных условиях. У дерева ветки пойдут в верх к солнцу и у него сформируется ствол ветви 1-го порядка. Столбчатые кристаллы.

Свойства высоты и поперечного сечения не совпадают. Анизотропная среда. Такую среду высчитывать сложнее.

Вывод: все это приводит к неоднородности. Нужна термообработка.

4. Диаграмма состояния сплавов. Теоретическая и практическая прочность

k- структурный показатель.

d- размер структуры.

Чем меньше зерно, тем прочнее, так же и вязкость. В технике нужно обеспечить высокую прочность и высокую вязкость.

Прочность практическа - если ее определили расчетным или опытным путем, а материал считают таким какой он есть т.е. имеющиеся дефекты, поверхностные, линейные и точечные.

Теоретической прочность - получаемая расчетом из гипотетических условий, без деформации металла, когда внешним воздействиям сопротивляются одновременно все атомы.

5. Диаграмма состояния сплавов

Диаграмма является базовой для ТКМ, теории пайки, теории сварки и др. Диаграмма состояния сплавов 1го рода, когда компоненты сплава образуют механическую смесь, т.е. исходные продукты в сплаве не вступают в химическую реакцию.

6. Диаграмма состояния сплавов 1-го рода

7. Диаграмма состояния сплавов 3-го рода

8. Диаграмма состояния сплавов с перитектическим превращением

9. Проведение сплавов под нагрузкой. Закономерности плоской деформации гетерофазных сплавов

Механизм переползания вторичной фазы. Помогает противостоять внешней нагрузке.

10. Механизм огибания

11. Механизм переползания

Если доходит до границы зерен, то укрепляют боридами. При повышении температуры можно блокировать сплавами с легирующими добавками бора. Располагать бариты, где происходит переползание.

12. Особенности пластинчатой деформации по вариантам видов кристаллов

Г, К - координационное число.

а - межатомное расстояние.

13. Основы теории и практики термообработки. Превращение в сталях при нагреве. Превращение перлита в уастенит

14. Превращения в сталях при охлаждении. Изотермический распад аустенита

Вдоль границ большое количество дефектов. Найдется несколько точек с всплеском концентрации. Высокая неоднородность состава, больше таких точек. И нагрев и охлаждение приводят к измельчению зерна.

15. Метастабильный процесс кристализации

Если нагрев или охлаждение идут с очень маленькой скоростью реализуется 100% диффузия и тогда .

При увеличении степени перегрева или степени охлаждения, при кристаллизации возникают зародыши (кристаллы 1-го порядка или ветвями 1-го рода.).

В первичной кристаллизации больше, во вторичной всегда меньше. Медленно протекает процесс выравнивания состава.

Постоянная структура и постоянный состав. Если диффузия реализуется, менее чем на 100%, то проявляется дендритная и зональная ликвации.

В основном процесс реализуется.

16. Метастабильный процесс перекристаллизации

сварка сталь кристаллизация аустенит

Неравномерная перекристаллизация. Будет идти процесс запаздывания.

Следует увеличить скорость охлаждения будет повышать свою концентрацию легирующими элементами. Увеличить степень перенасыщенности , увеличится концентрация С.

100% диффузионный процесс.

ТО зависит от интенсивности вторичного процесса ТО может идти с большим или меньшим приближением к диффузионному процессу в зависимости от диффузионного процесса и от времени.

Чем ниже температура, тем большее время нужно на старение или отпуск. В зависимости от реализации диффузии, может привести к нормализации, но потеряем эффект от неравновесного состояния.

Процесс когда фиксируется на столько высокая скорость охлаждения, появляется вторичная фаза называется закалкой. А процесс перехода от промежуточного процесса и структурного состава, при вторичной диффузии называется отпуском, если же в нем зафиксировано промежуточного состояния его называют старением.

17. Превращения в закаленных сталях при отпуске

Первое превращение. В мартенсите появляется карбит и становится мартенсит отпуска мелкоигольчатый. . (

>320…3600C В зависит от содержания легирующих элементов .

> (350…400)0С, МОтростит отпуска.

> (580…640)0С. Реечный цементит превращается в зернистый цементит зернистый сорбит.

Подобные документы

Характерные группы сплавов сталей при кристаллизации, их основные свойства, температуры плавления и кристаллизации. Твердофазные превращения в сталях. Построение кривой охлаждения и изменения микроструктуры при кристаллизации малоуглеродистой стали.

контрольная работа [229,7 K], добавлен 17.08.2009

Фазовые превращения в сплавах при нагреве и охлаждении. Процесс и этапы образования аустенита при нагреве. Структура стали после термической обработки. Диаграмма изотермического превращения переохлажденного аустенита. Мартенситное превращение в стали.

презентация [574,6 K], добавлен 29.09.2013

Виды термической обработки металлов. Превращения, протекающие в структуре стали при нагреве и охлаждении. Образование аустенита. Рост аустенитного зерна. Снятие напряжения после ковки, сварки, литья. Диаграммы изотермического образования аустенита.

презентация [50,4 K], добавлен 14.10.2013

Классификация методов борирования сталей и сплавов. Марки сплавов, их основные свойства и области применения. Технологический процесс прокатки. Схема прокатного стана. Диффузионная сварка в вакууме. Сущность сверления, части и элементы спирального сверла.

контрольная работа [745,5 K], добавлен 15.01.2012

Классификация и применение различных марок сталей, их маркировка и химический состав. Механические характеристики, обработка и причины старения строительных сталей. Оборудование для автоматической сварки под флюсом, предъявляемые к ней требования.

контрольная работа [73,8 K], добавлен 19.01.2014

Изменение механических, физических и химических свойств углеродистых конструкционных и инструментальных сталей в результате химико–термической обработки. Марки сталей, их назначение и свойства. Структурные превращения при нагреве и охлаждении стали.

контрольная работа [769,1 K], добавлен 06.04.2015

Классификация углеродистых сталей по назначению и качеству. Направления исследования превращения в сплавах системы железо–цементит и сталей различного состава в равновесном состоянии. Определение содержания углерода в исследуемых сталях и их марки.

Читайте также: