Ста́ль — сплав заліза з вуглецем, який містить від 0.02 до 2,14 % вуглецю і домішок (кремній, марганець, сірка, фосфор та гази).

   Незважаючи на асоціацію з залізом, сталь – це сплав. І в цьому сплаві, крім заліза, знаходиться безліч домішок, які так чи інакше впливають на фізико-хімічні властивості матеріалу: а значить, сталь сталі – різниця. І, оскільки матеріал може істотно відрізнятися за своїми властивостями, сталь класифікують за різними ознаками й маркують, щоб в подальше виробництво можна було відібрати матеріал із заданими характеристиками.

За вмістом вуглецю сталі поділяють на дві групи:

  • м'яка сталь, або технічне залізо (містить до 0,3 % вуглецю)
  • тверда сталь (містить від 0,3 до 2,14 % вуглецю)

Сталі класифікують за різними ознаками:

  • хімічним складом:
    • вуглецеві:
      • маловуглецеві (до 0,25 % С);
      • середньовуглецеві (0,3…0,55 % С);
      • високовуглецеві (0,6…0,85 % С;)
    • леговані (залежно від того, які елементи введено до їхнього складу):
      • хромисті;
      • марганцевисті;
      • хроммарганцевисті;
      • хромнікелеві;
  • якістю (якість сталі залежить від металургійного процесу виробництва; якість визначається вмістом в сталі газів кисню, водню, азоту та шкідливих домішок сірки і фосфору):
    • звичайної якості;
    • якісні;
    • високоякісні;
    • особливо високоякісні.
  • способом розкиснення:
    • спокійні;
    • напівспокійні;
    • киплячі (кипляча сталь — не повністю розкиснена в печі. Виділення газів відбувається й при затвердінні виливка, тому в ньому утворюється велика кількість розосереджених газових бульбашок. Вони зникають при подальшій гарячій прокатці. Найдешевша.)
  • призначенням:
    • конструкційні;
    • інструментальні;
    • особливих властивостей.

Механічні і технологічні показники

   Ці параметри характеризують можливості сталі до використання у промисловості.

  • Границя пружності — визначає максимальне напруження після досягнення якого матеріал повертається до вихідних розмірів.
  • Границя міцності (тимчасовий опір) — умовне механічне напруження, що відповідає найбільшому зусиллю, що досягається в процесі деформування зразка матеріалу, досягнутому до поділу зразка на частини, котре відповідає максимуму на діаграмі деформування і позначається σв.
  • Границя текучості — визначається як напруження σт в матеріалі, при якому він починає деформуватися пластично.
  • Ударна в'язкість — здатність матеріалу поглинати механічну енергію в процесі деформації і руйнування під дією ударного навантаження.
  • Границя витривалості — максимальне за абсолютним значенням напруження циклу, за якого ще не відбувається руйнування матеріалу від втоми протягом заданої кількості циклів навантажування.
  • Тривала міцність — властивість матеріалу протидіяти руйнуванню при довгочасній дії статичного навантаження та високої температури.
  • Твердість — властивість матеріалу опиратися проникненню до нього іншого, твердішого тіла. Твердість сталі визначається вмістом у ній вуглецю і, залежно від термічної обробки, може становити 96…600 HB.

Які позначення маркувань сталей часто зустрічаються?

   Позначення маркування може містити букви та цифри. Цифри, як правило, позначають процентний вміст легуючих добавок або зазначених елементів в складі сталевого сплаву; також можуть позначати категорію якості матеріалу. Букви позначають скорочене позначення виду, призначення, якості та інших показників сталі. Для повної розшифровки існують словники маркувань та спеціальні методичні посібники. Які бувають марки сталей, і популярні їх позначення ми будемо розбирати далі:

Ст – сталь без легуючих добавок.

  Цифра після Ст – відсоток вмісту вуглецю (Ст2 – сталь з часткою вуглецю 0,2%). Однак, якщо відсоток вуглецю або іншого елемента нижче (наприклад, 0,02%), то позначення йде в сотих частках відсотка: Ст58 сталь з вмістом вуглецю 0,058%; Ст20 – вуглецю 0,02%.

 Кп, пс, сп, св – сталь за вмістом кисню (літери після Ст і цифри, що позначає частку вуглецю: Ст3кп) – кипляча, півспокійна, спокійна і зварювана.

Пп – метал зі зниженою проколіваємостю.

К – якісна вуглецева сталь, ставиться в кінці маркування.

Г – в середині маркування з цифрою – відсоток вмісту марганцю. Якщо цифри немає, то вміст марганцю до 1%.

Х – відсоток вмісту легуючого елемента – хрому, з цифрою або без, якщо хрому менше 1%.

Л – ливарна конструкційна сталь, в кінці маркування.

С – будівельна сталь. Ставиться на початку маркування із зазначенням цифри – межі текучості. Наприклад, С390К – будівельна сталь з межею плинності 390, якісна. Може стояти в кінці після вказівок вмісту домішок.

С в середині маркування може позначати відсоток вмісту кремнію.

Т – термозміцнена сталь. Ставиться в кінці: С390Т – будівельна з плинністю 390 термозміцнена.

Е – з особливими магнітними властивостями, ставиться на початку маркування: наприклад, ЕХ9К5 – сталь для виробництва потужних магнітів.

А – високоякісна сталь, в кінці маркування. Буква «А» на початку маркування буде позначати вже не якість, а тип сталі – в даному випадку автоматну сталь.

У – вуглецева інструментальна сталь, на початку маркування: У8ГА вуглецева інструментальна, 8% вуглецю, Г – підвищений вміст марганцю, А – високоякісна сталь.

Е – електротехнічна сталь.

АС – автоматна сталь, легована свинцем, на початку маркування.

Р – швидкоріжуча міцна інструментальна сталь.

Ш – шарикопідшипникова сталь, мало схильна до стирання.

Ю – відсоток вмісту алюмінію в сталі 0,03-0,1%.

Ч – зміст рідкоземельних металів: титан, кальцій, церій, цирконій.

0 з цифрою – частка вуглецю в складі.

В з цифрою – вольфрам в складі. Без цифри – вміст менше 1%.

Ф з цифрою – частка ванадію.

М з цифрою – частка молібдену.

К з цифрою – відсоток кобальту.

Д – підвищений вміст міді.

Розшифровка деяких марок сталей

Ст3сп5 – сталь спокійна, 5-ї категорії з вмістом вуглецю 0,3% (нелегована, конструкційна) – підходить для створення несучих конструкцій.

Р6М5Ф2К8 – сталь швидкоріжуча, зі складу якої входить: 5% молібдену, 2% ванадію, 8% кобальту. Сюди ж входить і вольфрам, але його зміст змінюється.

ХВГ – до складу сталі входить хром, вольфрам і марганець, кожного менше 1%.

У8ГА – інструментальна сталь, вуглецю 0,8%, марганцю менш як 1%, високої якості.

С345Д – будівельна сталь з межею плинності 345 і міддю менше ніж 1%.

Для справки нижче наводяться умовні похначки хімічних елементів:

азот (N) - A
алюміній (Ai) - Ю
берилій (Be) - Л
бор (В) - Р
ванадій (V) - Ф
вісмут (Ві) - Ви
вольфрам (W) - В
галій (Ga) - Гл

іридій (Ir) - И
кадмій (Cd) - Кд
кобальт (Co) - K
кремній (Si) - C
магній (Mg) - Ш
марганець (Mn) - Г
свинець (Pb) - AC
мідь (Cu) - Д
молібден (Mo) - М

никель (Ni) - H
ниобій (Nb) - Б
селен (Se) - Е
титан (Ti) - T
вуглець (С) - У
фосфор (Р) - П
хром (Cr) - Х
цирконцй (Zr) -

   У сучасній промисловості застосовується найрізноманітніша сталь для зварних конструкцій. Вона може бути нержавіючою  і звичайною, з високим або низьким вмістом вуглецю, жаростійкі і так далі. Для їх зварювання використовують різні технології, але найбільш просте зварювання напівавтоматом або інвертором. У цій статті ми розповімо про особливості популярних типів сталей і про те, як їх варити. 

Зварювання інструментальної сталі

   Інструментальна сталь — тип стали, що містить у своєму складі менше1% вуглецю. Така сталь тверда і міцна, але не зносостійка, тому її використовують тільки при виготовленні інструментів. До того ж, вона відрізняється невисокою закупівельною ціною, що робить виробництво прибутковим.

  Рекомендується варити інструментальну сталь спеціальним електродом і з допомогою інвертора . Електроди мають бути призначені саме для роботи з цим типом сталей. Ми рекомендуємо стержні УОНИ—13/НЖ/20Х13 і зварювальний інвертор середньої цінової категорії. Будьте готові до того, що зварювання інструментальної сталі зажадає від вас багато сил і терпіння. Це пов’язано з низьким вмістом вуглецю.

Зварювання конструкційної сталі

   Конструкційна сталь використовується куди частіше, ніж інструментальна. З неї виготовляють усі: від дрібних деталей до заводських верстатів. Саме до цієї категорії належить зварювання 40х стали, стали 30хгса, стали 35хгса і інших інших марок.

   Що з себе представляє конструкційна сталь? По складу це дуже цікавий метал. Він складається з різних домішок, зокрема фосфору і сірки. Чим цих компонентів більше в складі, тим ненадійніше буде сталь, так що треба стежити за цим показником. Конструкційна сталь може бути звичайною, якісною, високоякісною і особливо високоякісною.

  Спершу треба прожарити заготівлю в печі. Так ви доб’єтеся більшої пластичності металу і усунете його надмірну напругу. Як і у попередньому випадку, рекомендуємо використати інвертор і електроди з покриттям . Для наших цілей чудово підійдуть стержні марки УОНИ13/55. Їх можна легко знайти у будь-якому магазині, вони коштують недорого і з їх допомогою можливе навіть зварювання сталевих трубопроводів, не говорячи про дрібніші вироби.

Зварювання легованої сталі

   Леговані стали одні з найпопулярніших. Їх головна особливість-це склад. У нього додають різні легуючі компоненти, завдяки яким сталі можна надати бажані властивості і характеристики. Простіше кажучи, за рахунок легуючих добавок з’являється можливість підлаштувати склад під свої потреби.

   При необхідності таку сталь можна зробити міцніше, довговічніше і краще. Ви у прямому розумінні можете змінити її фізико-хімічні властивості, просто додавши до складу легуючі елементи.

   Ще декілька достоїнств легованої сталі : підвищена жароміцність, стійкість до корозії (не на рівні нержавіючої сталі, звичайно, але все таки стійкість висока). Для зварювання такого типу сталей можна застосовувати дугове зварювання і електроди, у складі яких міститься фтор і кальцій. Але ми рекомендуємо газове зварювання . Вона складніша, але при цьому дозволяє отримати кращу якість з’єднання.

   Технологія газовою зварювання, звичайно, відрізняється від класичного зварювання напівавтоматом чи інвертором. Тут тепло утворюється не за рахунок електричної дуги, а за рахунок зварювального полум’я. Воно утворюється в мить, коли горючий газ змішується з киснем і згорає.    

   Технологія зварювання вуглецевих сталей за допомогою газу вимагає вправності і досвіду. Але це не означає, що ви не можете експериментувати. Потренуйтеся на непотрібному шматку металу перед тим, як виконати основні роботи.

Зварювання низьколегованої сталі

   Низьколеговані (вони ж частенько і низьковуглецеві) стали-метали, що містять у своєму складі украй невелику кількість легуючих елементів (зазвичай, не більше2-3%). Більшою мірою складаються із заліза, невеликої кількості вуглецю і різних домішок.

     Низьколегована сталь здатна витримувати експлуатаційну температуру до200 градусів за Цельсієм, з неї виготовляють хірургічні інструменти, інструменти для ювелірів і гравіювальників, а також бритв і лез. А якщо додати до складу такої сталі трохи хрому, то можна отримати дуже міцний і довговічний метал. У вас з’явиться можливість робити будь-які вироби.

   Крім того, при дотриманні технології низьколегована сталь дуже добре вариться. Але тут все ж треба врахувати деякі особливості, а їх у цього типу стали немало. Без підготовки і теоретичної бази у вас взагалі навряд чи вийде зварити низьколеговану сталь. Найчастіша проблема-перегрівання зварювальної зони. Ця особливість спостерігається з багатьма марками низьколегованих сталей. Також при зварюванні таких сталей спостерігається дуже швидке охолодження зварювального з’єднання і металу в цілому, що призводить до утворення мертенсита. Мертенсит-це тверда вуглецева структура, яка утворюється на зварному шві при занадто швидкому охолодженні.

Зварювання вуглецевих сталей

  Вуглецева сталь - це сплав заліза і вуглецю з невеликим вмістом корисних домішок: кремнію і марганцю, шкідливих домішок: фосфору і сірки. Концентрація вуглецю в сталях цього типу становить 0, 1-2, 07%. В якості основного легуючого елемента виступає вуглець. Саме він визначає зварювальні та механічні властивості цього класу сплавів.

   Вуглистими, як відомо, називають такі сталеві сплави, вміст вуглецю в яких може коливатися в межах 0, 1-2, 07%. Залежно від того, скільки вуглецю містять такі сплави в своєму складі, їх поділяють на низько- (до 0, 25%), середньо- (0, 25-0, 6%), а також високовуглецеві (0, 6-2, 07%). Зварювання низьковуглецевих сталей, а також середньовуглецевих і високовуглецевих сталей має певні особливості. Однак існують загальні правила здійснення такого процесу, які дозволяють отримувати якісні і надійні сполуки виробів з вуглецевої сталі.

Зварювання низьковуглецевих сталей

     Завдяки дрібному вуглецевому концентрату цей вид має такі властивості:

висока еластичність і пластичність;

значна ударна міцність;

добре реагує на обробку зварюванням.

   Низьковуглецеві сталі широко використовуються в будівництві і при виробництві деталей методом холодного штампування.

Технологія зварювання низьковуглецевої сталі

   Низьковуглецеві сталі найкраще піддаються зварюванню. Їх з'єднання може здійснюватися ручним дуговим зварюванням електродами з покриттям. Використовуючи цей метод, важливо правильно підібрати марку електродів, яка забезпечить рівномірну структуру звареного металу. Зварювання повинна проводитися швидко і точно. Перед початком робіт потрібно підготувати деталі, що з'єднуються.

   Газове зварювання здійснюється без застосування додаткових флюсів. В якості присадного матеріалу використовуються металеві дроти з невеликим вмістом вуглецю. Це допоможе запобігти утворенню пір.

  Для обробки відповідальних конструкцій використовується газове зварювання в середовищі аргону.

   Після зварювання готову конструкцію необхідно піддати термічній обробці операцією нормалізації: виріб слід нагріти до температури близько 400 ° С; замочити і остудити на повітрі. Така процедура сприяє тому, що структура зі сталі стає однорідною.

Види зварювання низьковуглецевих сталей

1. Перший спосіб з'єднання низьковуглецевих сталей - ручне дугове зварювання електродами з покриттям. Щоб вибрати оптимальний тип і марку витратних матеріалів, необхідно враховувати наступні вимоги:

  • зварний шв без дефектів: пори, підрізи, неварені ділянки;
  • рівновіддалений зв'язок з основним продуктом;
  • оптимальний хімічний склад шовного металу;
  • стійкість швів при ударних і вібраційних навантаженнях, а також високих і низьких температурах.

  Підрядник отримує найнижчий показник напруги і деформації при виконанні зварювання в нижньому просторовому положенні.

  Для зварювання звичайних конструкцій використовуються такі марки електродів: АНО-6, АНО-3, АНО-4, АНО-21, SF 6013 и др.

  Для зварювання відповідальних конструкцій використовуються такі марки зварювальних витратних матеріалів: МР-3, УОНИИ-13/55, УОНИИ-13/45, SF 7018 та ін..

  2. Газове зварювання здійснюється в захисному середовищі аргону, без застосування флюсу, використовуючи в якості присадочного матеріалу металевий дріт.

  3. Електрошлакове зварювання здійснюється за допомогою флюсів. Дротяні і пластинчасті електроди підбираються з урахуванням складу основного сплаву.

  4. Автоматичне і напівавтоматичне зварювання здійснюється із захисним середовищем; використовується чистий аргон або гелій, часто використовується вуглекислий газ. СО2 повинен бути якісним. Якщо поєднання кисню і вуглецю буде перенасичено воднем або азотом, це призведе до утворення пір.

Середньовуглецеві сталі

  Ці сталі мають властивість загартовуватися після нагрівання і швидкого охолодження. Наприклад, сталі з вмістом вуглецю більше 0, 4% вигідніше зварювати дуговим зварюванням шляхом плавлення, і не можна виключати можливість зварювання ацетиленоксидним полум'ям. Для отримання хорошого зварного з'єднання процес зварювання повинен проводитися на максимальній швидкості, з попередньою і подальшою термічною обробкою. Для газового зварювання сталей цього класу слід використовувати присадний дріт з раскислителями (марганцем і кремнієм), це робиться для того, щоб уникнути вигоряння вуглецю і утворення пористості шва.

Технологія зварювання середньовуглецевої сталі

  Зварювання цих сплавів не так добре, як з'єднання низьковуглецевих сталей. Це пов'язано з декількома труднощами:

  • відсутність еквівалентності базових і депонованих металів;
  • високий ризик утворення великих тріщин і непластикових конструкцій в зоні промежини;
  • низька стійкість до утворення дефектів кристалізації.

  Однак ці проблеми досить легко вирішуються виконанням наступних рекомендацій:

  • використання електродів і дроту з невеликим вмістом вуглецю;
  • зварювальні стрижні повинні мати підвищений коефіцієнт наплавлення;
  • щоб забезпечити найнижчий ступінь проникнення основного металу, необхідно вирізати кромки, встановити оптимальний режим зварювання, використовувати присадний дріт;
  • попередній підігрів і супутній нагрів заготовок.

  Технологія зварювання вуглецевої сталі при виконанні вищеописаних рекомендацій не виявляє появи проблем і труднощів.

Особливості зварювання середньовуглецевих сталей

   Перед зварюванням виріб необхідно очистити від бруду, іржі, масла, накипу та інших забруднень, які є джерелом водню і можуть сприяти утворенню пір і тріщин в шві. Зачищаються кромки і прилеглі ділянки шириною не більше 10 мм. Це гарантує міцність з'єднання при навантаженнях різного роду.

   Збирання деталей для зварювання має на увазі відповідність зазору, ширина якого залежить від товщини виробу і повинна бути на 1-2 мм. Більше, ніж при роботі з добре звареними матеріалами.

   Якщо товщина виробу з середньовуглецевої сталі перевищує 4 мм., Потрібно зробити зварні кромки для зварювання.

   Для найменшого плавлення основного металу і оптимального рівня охолодження слід правильно підібрати режим зварювання. Правильність вибору можна підтвердити, вимірявши твердість нанесеного металу. В оптимальному режимі вона не повинна бути вище 350 HV.

   Відповідальні вузли з'єднуються в два і більше проходів. Не допускаються часті розриви дуги, опік (припікання) основного металу і вихід кратера на нього.

   Зварювання відповідальних конструкцій проводиться при попередньому нагріванні від 100 до 400 ° С. Чим більше вміст вуглецю і товщина деталей, тим вище повинна бути температура.

   Охолодження повинно бути повільним, виріб поміщають в терморегулятор або накривають теплоізоляційним матеріалом.

  Для зварювання конструкцій використовуються такі марки електродів: УОНИИ-13/45, УОНИ-13/55, УОНИ-13/65, SF 7018.

  Спеціальне покриття витратних матеріалів для зварювання UONI гарантує підвищення стійкості з'єднання до розтріскування, а також забезпечує міцність шва.

Слід враховувати наступні нюанси:

  • замість бічних рухів необхідно виконувати поздовжні;
  • необхідно зварювати кратери, інакше підвищується ступінь ризику утворення тріщин;
  • рекомендується проводити термічну обробку шва.

Зварювання високовуглецевих сталей

   Високий вміст вуглецю в сталях цього типу робить їх, як правило, непридатними для виготовлення зварних конструкцій. Вони характеризуються низькою пластичністю, тому мають обмежене застосування.

   Потреба в високовуглецевих сталях виникає при ремонтних роботах, при виробництві пружин, різання, свердління, деревообробки та інших інструментів, високоміцного дроту, а також в тих виробах, які повинні мати високу зносостійкість і міцність.

Технологія зварювання високовуглецевих сталей

   Зварювання можливо, як правило, при попередньому і супутньому нагріванні до 150-400 ° С, а також подальшої термічної обробки. Це пов'язано зі схильністю даного виду сплавів до ламкості, чутливістю до гарячих і холодних тріщин, хімічної неоднорідністю шва.

Примітка! Винятки можливі, якщо використовувати спеціалізовані електроди для гетерогенних сталей.

  Після нагрівання необхідно провести відпал, який необхідно проводити до тих пір, поки виріб не охолоне до температури 20 ° С.

   Важливою умовою є неприпустимість зварювання на протягах і при температурі навколишнього середовища нижче 5 ° С.

  Щоб підвищити міцність з'єднання, необхідно створити плавні переходи від одного до іншого з зварного металу.

   Хороші результати досягаються при зварюванні вузькими роликами, з охолодженням кожного зрощеного шару.

  Підрядник також повинен дотримуватися правил, передбачених для з'єднання середньовуглецевих сплавів.

Особливості зварювання високовуглецевих сталей

   Робоча поверхня повинна бути очищена від забруднень різного роду: іржі, накипу, механічних нерівностей і бруду. Наявність забруднень може привести до утворення пір.

  Охолоджувати конструкції з високовуглецевих сталей потрібно повільно, на повітрі, для нормалізації структури.

  Попередній підігрів критичних виробів до 400 ° С дозволяє домогтися необхідного показника міцності.

  Зварювання високовуглецевої сталі здійснюється спеціально сконструйованими електродами, наприклад, НР-70. Зварювання здійснюється постійним струмом зворотної полярності.

Остання зміна: середа 1 лютого 2023 22:18 PM