Спокойная сталь: особенности и применение

Спокойной называется сталь, которая затвердевает после разливки практически без выделения газов. Достичь такого эффекта позволяет полное раскисление – удаление свободного кислорода с помощью введения в расплав специальных добавок.

Раскислители: виды и функции

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.

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.

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.

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.

Отличие спокойной стали от полуспокойной

Полуспокойные стали являются промежуточными по степени раскисления, качеству и стоимости между спокойными и кипящими сплавами. При выборе, какая сталь лучше – спокойная или полуспокойная – для каждого конкретного случая оценивают необходимость дополнительных финансовых затрат на приобретение полностью раскисленного сплава.

Таблица сравнения характеристик

Характеристики	Спокойная сталь	Полуспокойная сталь
Выход годного, %	58-90	90-95
Содержание свободного кислорода, %	0,002	0,01
Условия затвердевания	Практически без газовыделения, но с большой усадочной раковиной	Выделяет большее количество пузырьков, усадочная раковина меньше