PowerPoint Presentation

Grupa 2. System znakowy według składu chemicznego stali.

(w przypadku staliwa znak gatunku poprzedza litera G).

podgrupa klasyfikacyjna

symbole główne znaku stali

●stale niestopowe

o średniej zawartości Mn<1%

średnia lub
reprezentatywna
zawartość C [%]  x 100

●stale niestopowe

o średniej zawartości Mn≥1%

●niestopowe stale automatowe
●stale stopowe

o zawartości każdego pierwiastka

stopowego < 5%

średnia lub
reprezentatywna
zawartość C [%]  x 100

symbole chem.
pierwiastków
stopowych

średnia zawartość pierw.
stop. [%wag] x współ.

●stale stopowe

zawierające przynajmniej jeden

pierwiastek stopowy ≥ 5%

średnia lub
reprezentatywna
zawartość C [%]  x 100

symbole chem.
pierwiastków
stopowych

średnia zawartość [%wag]
pierwiastków stopowych

●stale stopowe szybkotnące

kolejno zawartość:
W, Mo, V, Co [%wag]

przykłady znaków stali (tylko symbole główne): C35, 28Mn6, X5CrNi18-10, HS2-9-1-8

bez stali automatowych

bez stali szybkotnących

współczynniki (mnożniki) dla pierwiastków stopowych: 4 (Cr, Co, Mn, Ni, Si, W)

                                                                                            10 (Al, Be, Cu, Mo, Nb, Pb, Ta, Ti, V, Zr)
                                                                                          100 (Ce, N, P, S)
                                                                                        1000 (B)

(-)

4. Stale konstrukcyjne (Structural Steels)

●

wytwarzane głównie przez

walcowanie na gorąco

(Hot Rolled Structural Steels),

walcowanie konwencjonalne

→

głównym celem jest nadanie odpowiedniego kształtu

większy koszt (konieczna często późniejsza obróbka cieplna), coraz rzadziej stosowane

walcowanie cieplno-plastyczne

→

nadanie kształtu oraz wytworzenie korzystnej mikrostruktury

- założone zabiegi OC są przeprowadzane łącznie z obróbką plastyczną,

- możliwe jest uzyskiwanie znacznie lepszych właściwości niż zabiegami tradycyjnymi,

● stosowane

w dużych ilościach

w inżynierii lądowej, wodnej, chemicznej itp.

(budynki, mosty, statki, platformy wiertnicze, pojazdy, rurociągi, zbiorniki ciśnieniowe itp.)

- grubość najczęściej powyżej

1,5 mm

- jakość powierzchni i tolerancje wymiarowe zwykle nie wysokie

⇐

walcowanie na gorąco),

● głównym sposobem łączenia jest

spawanie

(główne wymaganie to

łatwa spawalność

)

(+)

4.1. Regulowane walcowanie

EN rozdziela regulowane walcowanie na:
-

walcowanie termomechaniczne

oraz

walcowanie normalizujące

(zastępujące tradycyjne i kosztowne normalizowanie),

● walcowanie w wielu dokładnie kontrolowanych przepustach w celu otrzymania i wykorzystania
jak najwięcej miejsc zarodkowania ziaren ferrytu

⇒

drobnoziarnisty ferryt:

- poprzez uzyskanie drobnego ziarna austenitu dzięki wielokrotnej rekrystalizacji

wal

rek

⇒

RWR

– regulowane walcowanie rekrystalizujące,

- poprzez pozostawienie drobnego austenitu nie zrekrystalizowanego

wal

rek

⇒

RWK

– regulowane walcowanie konwencjonalne,

- dodatkowe miejsca zarodkowania na odkształconych i wydłużonych granicach
oraz wewnątrz ziaren na granicach bliźniaczych, pasmach ścinania, wtrąceniach itp.,

● proces cieplno-plastyczny umożliwia również:

wydzielenie związków mikrododatków

o odpowiednio dużej dyspersji,

- dopiero podczas starzenia w T

600°C,

- hartowanie (bez dodatkowego nagrzewania) na

struktury bainitu

lub

martenzytu

(regulowanemu walcowaniu towarzyszy często regulowane chłodzenie

⇒

proces cieplno-plastyczny

)

(+-)

♦

wymagania stawiane stali konstrukcyjnej:

(+!)

Uwaga!

producenci stali podają ceny zawile, np. koncerny Thyssen-Krupp i Salzitter stosują system:

•

cena podstawowa

(cena najtańszej stali w grupie), np.

690

EUR/t

dla

S185

(blacha gruba),

+ dopłata

w zależności od gatunku, postaci, stanu i rodzaju stali, opakowania, transportu itp.,

(na wykładzie podawany będzie informacyjnie poziom

dopłaty

zależnej od gatunku stali)

♦

realizacja wymagań:

umocnienie
roztworowe ferrytu

umocnienie ferrytu
granicami ziaren

umocnienie
quasi-perlitem

umocnienie wydzieleniowe
związkami mikrododatków

umocnienie wydzieleniowe
prawie czystą miedzią

umocnienie wynikające
ze struktury bainitycznej

umocnienie wynikające
z ulepszania cieplnego

- podwyższanie wytrzymałości

- przy zachowaniu

niewielkiej zawartości C

(spawalność, ciągliwość),

- przy zastosowaniu

niewielkiej ilości dodatków stopowych

(cena),

Mn (do 2,1%)

Si (do 0,8%)

normalizowanie lub walcowanie normalizujące

Nb, V, Ti, Al (zwykle

0,15%)

przesycanie + starzenie
(ok. 0,07% C,

2,5% Cu)

0,12% C – kontrolowane chłodzenie
przy odpowiednim kształcie CTPc

0,20% C – hartowanie + wysokie odpuszczanie

III

(+!)

ad. I - umacnianie roztworowe + normalizowanie:

●

umocnienie roztworowe ferrytu

- najstarszy, najmniej efektywny sposób podwyższania wytrzymałości,

●

normalizowanie

rozdrobnienie ziaren ferrytu,

podwyższanie wytrzymałości oraz ciągliwości jednocześnie !!!,

- najefektywniejszy sposób obniżania T

PSK

(najczęściej ok.

1,5

% ale nawet do 2,1%),

(najczęściej

0,5

% ale nawet do 0,8%),

- stosowane zwykle jako dodatkowe przy innych sposobach podwyższania wytrzymałości,

quasi-perlit (quasi-eutektoid),

- zwiększenie dyspersji płytek (perlit bardziej drobnopłytkowy),
- zwiększenie ilości perlitu nierównowagi

(mniejsza zawartość węgla

→

większa objętość),

(

coraz mniejsze znaczenie:

- tendencja do obniżania % C poniżej 0,09% - bez perytektyki oraz niższa T

PSK

- wzrost udziału do 20% perlitu w strukturze nie podwyższa istotnie R

)

● oba sposoby pozwalają osiągać R

355

MPa (walc. tradycyjne) lub nawet do

460

MPa

po regulowanym walcowaniu normalizującym (ziarna ferrytu nawet do 2

np.: S355 przy 0,22% C,
S460N przy 0,20%C oraz walcowaniu normalizującym,

(+)

Stale konstrukcyjne niestopowe, walcowane na gorąco (zwykle tradycyjnie) – PN-EN 10025:2002

J (K

min

= 27 J),

K (K

min

= 40 J),

(w temp. pokojowej),

(w 0°C),

(w - 20°C)

690 EUR/t (S185)
+dopłata:
16

67 EUR/t

- mało odpowiedzialne
konstrukcje,

- wyroby płaskie
(blachy, taśmy),
- wyroby długie
(pręty, kształtowniki)

stan dostawy:
- surowy,
- po normalizowaniu,

- specjalnie
uspokojone,

postać:

zastosowanie:

(M. Blicharski)

Thysson-Krupp - 2007

(stale jakościowe
niestopowe)

(-+)

Stale konstrukcyjne
spawalne drobnoziarniste

(PN-EN 10113-2:1998)

⇐

Stale konstrukcyjne
spawalne drobnoziarniste

(PN-EN 10113-3:1998)

⇐

stan po normalizowaniu lub
walcowaniu normalizującym (N)

stan po walcowaniu
termomechanicznym (M)

stosowane na mocno obciążone
elementy konstrukcji spawanych
(również w temp. obniżonych)

⇐

stale jakościowe i specjalne
niestopowe i stopowe

dopłata:
53

273 EUR/t

(M. Blicharski)

(-+)

Thysson-Krupp – 10.2007

ad. II -umacnianie wydzieleniowe:

●

umocnienie wydzieleniowe związkami mikrododatków,

mikrododatki

(

Nb, V, Ti, Al

) zwykle

0,15

przy niewielkiej zawartości

0,03

0,12

% C

- złożone związki mikrododatków z C i N, ale również z S i O (Ti),
- mikrododatki wpływają (w sposób mocno zróżnicowany) na:

- wielkość ziarna austenitu po nagrzaniu do walcowania,
- przebieg oraz temperaturę rekrystalizacji podczas walcowania,
- przebieg przemiany austenitu w ferryt,

ich związki powodują umocnienie wydzieleniowe ferrytu

(wewnątrz ziaren),

zwykle proces cieplno-plastyczny z wydzielaniem związków w T

600° C,

(+-)

● umocnienie wydzieleniowe prawie czystą miedzią,

- nowa grupa stali opracowana w latach 80-tych, początkowo dla US Navy,
- stale niskowęglowe (

0,06

0,08% C + 1,0

1,6% Cu + 0,85

3,5% Ni

- przesycanie + starzenie

⇒

700 MPa, T

PSK

- 100° C,

- ferryt z wydzieleniami fazy

(

96% Cu

)

o dużej dyspersji,

(

faza

jest mniej twarda niż ferryt !!

⇒

dobra udarność w niskiej temperaturze)

- gatunki ASTM A710, HSLA-80/100 (Navy), HPS-100 (Bridge) – nazwa handl. „Spartan I

V”,

w normach EN występują gatunki umacniane Cu, ale bez dodatku Ni, np. S690A,

ad. IIIa - umocnienie wynikające z ulepszania cieplnego,

- niskowęglowy (ok. 0,20% C) sorbit odpuszczania

⇒

do 960 MPa,

- zwykle hartowane bezpośrednio z temperatur walcowania z następnym odpuszczaniem,
- najwyższa wytrzymałość uzyskiwana w stalach o niewielkiej zawartości C i dod. stopowych,
- na konstrukcje przenoszące duże obciążenia (zarówno w temp. pokojowej jak i obniżonej)

ad. IIIb - umocnienie wynikające ze struktury bainitycznej,

- niskowęglowy (ok. 0,12% C) bainit

⇒

= 600

700 MPa,

- zwykle kontrolowane chłodzenie bezpośrednio po walcowaniu termomechanicznym,
- konieczna hartowność dzięki dodatkom

(ok. 0,5%) oraz

(ok. 0,005%),

(+-)

Stale konstrukcyjne o podwyższonej wytrzymałości do ulepszania cieplnego – PN-EN 10137-2:2000

(stale specjalne stopowe)

- przeznaczone na blachy grube i blachy uniwersalne (3

150 mm),

(M. Blicharski)

(-+)

690 EUR/t

(dla

S185

)

+dopłata

do gatunków

311

666 EUR/t

Thysson-Krupp – 10.2007

Stale konstrukcyjne o podwyższonej wytrzymałości walcowane cieplno-plastycznie i przeznaczone
do obróbki plastycznej na zimno – PN-EN 1049 -2:2000

ity

śc

- wyroby płaskie o grubości 1,5

20 mm

(M. Blicharski)

(-+)

690 EUR/t

(dla

S185

)

+dopłata:
40

235 EUR/t

Thysson-Krupp – 10.2007

Czy stopy żelaza (stale niskostopowe) muszą być podatne na ciągłą korozję?

•

stalowe słupy w Indiach

(najsłynniejszy w Delhi

oraz podobne w Dhar, Madhya Pradesh,

Kodachadri hills, Karnataka, Mandu, Madhya Pradesh, Mount Abu, Rajasthan, Orissa,

- DIP (Delhi Iron Pillar)

„nie koroduje” od ok. 1700 lat

–

dlaczego?

- wszystkie są stalami (nie odlewami) niskowęglowymi o podwyższonej zawartości

The iron pillar at Kodachadri in Karnataka

Dhar iron pillar (w trzech częściach)

(-+)

(R.Balasubramanian, A.V.Ramesh Kumar)

(www.flickr.com/photos/)

Delhi iron pillar

(T. R. Anantharaman)

•

DIP (Delhi Iron Pillar)

- waga ok. 6100 kg, wysokość 7,375 m, średnica 41,6

34 cm,

- wytworzony metodą zgrzewania (kucie na gorąco) ok. 200 elementów o masie 30

40 kg,

- skład chemiczny elementów:

0,03

0,28 %C

;

0,114

0,48 %P

;

0,04

0,056 %Si; 0,005 %S; 0,03 %Cu,

- pokryty warstwą tlenków o grubości 50

600 μm, która blokuje dalszą korozję (występuje

FePO

- pierwsze badania metalograficzne:

R.J. Hadfield w 1912

- ostatnie kompleksowe badania: 2004

(Indira Gandhi Centre of Atomic Research)

Struktury różnych elementów DIP (od drobnej ferrytyczno-
-perlitycznej do iglastej struktury Widmannstattena)

Kompleksowe badania różnych fragmentów DIP (2004)

⇐

(-+)

(www.hindujagruti.org/news/2419.html)

(Balder Ray, P. Kalyanasundaram, T. Jaykumar, C.Babu Rao,
B. Venkataraman, U.Kamachi Muldali, A.Joseph, Anish Kumar)

- po szlifowaniu przyrost warstwy tlenków 0,395 mm/rok,
po upływie roku zmniejszył się do 0,040 mm/rok

⇐

5. Stale konstrukcyjne trudno rdzewiejące

- stale o zwiększonej odporności na korozję atmosferyczną

(w war. wiejskich i przemysłowych)

- po pewnym czasie korozji na powierzchni tworzy się względnie stabilna warstwa uwodnionego,

                      złożonego tlenku Fe, P, Cr i Cu, która zatrzymuje dalszy postęp procesu (brązowa „patyna”),
                    - wymagają odpowiednich warunków do utworzenia warstwy ochronnej („sucha” pogoda),
                    - pierwsze stale pod nazwą

„Cor-Ten”

w 1933 (United States Steel Corporation),

- niewielkie dodatki

Cu,

, Si, Cr,

które najlepiej działają w grupie,

- najsilniej działa

(co najmniej

0,1

%) ale mocno obniża udarność i spawalność,

- dodawany obecnie tylko do niektórych stali typu Cor-Ten A,
- zdecydowanie działa

ale tylko do

0,3

% efektywnie,

- umiarkowanie

(najkorzystniej do 0,25%) oraz

(najkorzystniej do 0,6%),

(umocnienie roztworowe razem z Cr),

(umocnienie wydzieleniowe),

● znaczenie tych stali wzrosło po roku 1960 (opracowanie stali

Cor-Ten B

oraz

z normalną zawartością P)

zastosowanie:
      - tradycyjnie w „brudnych” zakładach i konstrukcjach (huty, kopalnie, koksownie, część wagonów),
      - ścianki Larsena,
      - ostatnio nawet pokrycia dachów (malowanych tylko dekoracyjnie),

(+)