Кипящая сталь

• Виды металлических сплавов по методу раскисления
• Кипящая сталь: характеристики и свойства
• Маркировка кипящих сталей
• Понятие углеродистой стали
• Сферы использования кипящей стали

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:

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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:

1. Сердцевина. В этой части стали определяются глубинные пузыри.
2. Вторая часть сплава определяется, как зона вторичных воздушных пустот.
3. Третья зона – промежуточная прослойка.
4. Далее расположена зона скопления сотовых пузырей с вытянутой оболочкой.
5. 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:

1. Сталь отличается оптимальным соотношением характеристик и стоимости.
2. Благодаря своим прочностным показателям и модулю упругости сталь данного типа используется в силовых конструкциях, в которых работоспособность конструкции напрямую зависит от жесткости используемого сырья.
3. При термическом воздействии в углеродистой стали повышаются прочностные показатели, при этом практически не меняется модуль упругости сплава.
4. 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.