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 |