Конструкційні сталі та сплави

Лекція 6

Конструкційними називають сталі, які застосовують в машинобудуванні (машинобудівні сталі) й будівництві (будівельні сталі) для виготовлення деталей машин, конструкцій та споруджень. До цієї групи сталей можна віднести й сталі спеціального призначення – нержавіючі, жароміцні, зносостійкі, криогенні та ін. Вони можуть бути вуглецевими та легованими. Зміст вуглецю в цих сталях не перевищує 0,5–0,6 %, але іноді може досягати 0,8– 0,85%.

Деталі сучасних машин та конструкцій працюють в умовах високих динамічних навантажень, великих концентрацій напруг та низьких температур. Усе це сприяє крихкому руйнуванню та знижує надійність роботи машин. Тому конструкційні сталі, крім високих механічних властивостей, обумовлених при стандартних іспитах ( KCU, НВ), повинні володіти високою конструктивною міцністю, тобто міцністю, що виявляється в умовах їхнього реального застосування (у виді деталей, конструкцій та ін.) й характеризує їхню здатність протистояти раптовим руйнуванням при наявності пікових напруг ( КСТ,K _1ct₅₀) або забезпечити їхню довговічність (, живучість, опір зносу й корозії).

Конструкційна сталь повинна мати гарні технологічні властивості: добре оброблятися тиском (прокатка, кування, штампування та ін.) й різанням, не утворювати шліфувальних тріщин, володіти високою прокаліваємостю й малою схильністю до зневуглецюванню, деформаціям та тріщино утворюванню при загартуванні, тощо. Будівельні конструкційні сталі повинні добре зварюватися усіма видами зварювання.

Конструкційну сталь виплавляють у кисневих конвертерах, основних та кислих мартенівських печах, а також в електропечах.

Поставляють сталі у виді заготовок та сортової гарячекатаної, каліброваної та шліфованої сталі, у виді листів, смуг, фасонних профілів, тощо.

Нерідко проводять рафінування сталі рідким синтетичним шлаком (Ш) у ковши, а також електрошлаковим переплавом (ЕШ). У деяких випадках проводяться вакуумно–дуговий переплав (ВД) та виплавка у вакуумних індукційних печах (ВІ). Використання цих методів рафінування сталі знижує забруднення її неметалічними включеннями (оксидами, сульфідами, силікатними включеннями, тощо), шкідливими домішками (S) й газами, зменшує кількість дефектів (волосовіни й пористість).

Підвищення чистоти металу забезпечує одержання більш високої конструкційної міцності сталі, головним чином завдяки збільшенню роботи розвитку тріщини КСТ. Однак поріг холодноламкості t₅₀, обумовлений по виду зламу, у результаті застосування нових методів рафінування змінюється мало. При виборі режиму термічної обробки варто мати на увазі, що підвищення чистоти прикордонних обсягів зерна від домішок та неметалічних включень підвищує схильність сталі, отриманої Ш, ЕШ, ВД та ВІ, до росту зерна аустеніту при нагріванні. Нерідко сталі поставляють з регламентованої прокаліваємостю, величиною зерна, часток в’язкої складової в зламі, ударною в'язкістю при – 60 °С та ін.