鋼の化学組成と目的別の分類。鋼の分類とマーク鋼にはどのような種類がありますか

鋼と鋳鉄は鉄を主成分とした合金です。技術的に純粋な鉄には 0.04% 以下の炭素が含まれています。炭素鋼は Fe-Fe 3 C 系の合金に属し、鋼の組成によれば、図の点 E までに位置し、C 濃度は 2.14% です。なぜなら炭素に加えて、他の元素の不純物も含まれています。個々の不純物の含有量は炭素含有量に比例しますが、炭素は鋼の組織形成と特性に主な影響を与えるため、工業用炭素鋼の組織分析はFe-Fe 3 を使用して実行できます。 C相図。

工業用純鋳鉄 (ねずみ、高強度、可鍛性、バーミキュラグラファイト配合) は、2.14% を超える炭素を含む、Fe-C-Si 系をベースとした高炭素合金に属します。

このような鋳鉄の結晶化は、組成と冷却条件に応じて、安定なFe-C-Siまたは準安定のFe-Fe 3 C-Si図に従って発生します。白鋳鉄は加速冷却条件下で結晶化します。準安定図Fe-Fe 3 Cを使用してその構造を形成でき、可鍛鋳鉄を製造するための出発材料となります。

鋼とは、鉄と炭素をベースとした合金を指します（ 炭素鋼). クロム、マンガン、シリコン、ニッケル、モリブデンなどの元素を加えたものを鋼といいます。合金鋼 .

鋼は、構造部品、工具、特殊用途製品の製造に使用される主要かつ最も一般的な合金です。鉄ベースの合金は、高い強度、硬度、延性、靱性、および製造容易性をうまく組み合わせています。

化学組成別 なるカーボンと合金に分類されます。

目的別 なる構造用鋼、工具鋼、特殊用途鋼に分けられます。

商品の製造方法に応じて 鋼は鍛鋼と鋳鋼に分類されます。

冶金品質による 有害な不純物の含有量に応じて鋼は、普通鋼（GOST 380-94）、高品質鋼（GOST 1050-88など）、高品質、特に高品質のカテゴリに分類されます。

鋼中の最も有害な不純物 (表 4.10) には、硫黄とリンが含まれます。硫黄は鋼の赤脆性を引き起こします。熱圧処理中に脆化が起こります。脱酸中に鋼に導入されるマンガンは、硫黄の有害な影響を排除します。リンは冷間脆性を引き起こします。低温での脆化。

脱酸法による 鉄鋼精錬で沸騰、穏やか、半穏やかに分類されます。

脱酸素は、FeO から鉄を還元するプロセスであり、次の化学反応によって発生します。

FeO + Mn = Fe + MnO

2FeO + Si = 2Fe + SiO2

3FeO + 2Al = 3Fe + Al2O3

シリコンとマンガンは合金鉄、アルミニウムの形で純粋な形で導入されます。沸騰鋼はフェロマンガンのみで脱酸されます。このような鋼では、溶解したFeOが残り、結晶化中に反応に応じて沸騰プロセスが続きます。

FeO + C = Fe + CO

気泡はインゴットの本体内に残り、その後の圧延中に溶接されます。鋼を沸騰させると、使用可能な金属が最も多く得られます。

表4.10

炭素鋼および合金鋼中の硫黄とリンの質量分率

穏やかな鋼マンガン、シリコン、アルミニウムで脱酸。同時に金属中の溶存酸素も十分に完全に除去される。結晶化中は沸騰プロセスが停止し、鋼が落ち着きます。

炭素鋼炭素含有量が 0.05 ～ 1.35% C の鉄と炭素の合金に属します。炭素構造用鋼には最大 0.65% C が含まれ、工具鋼には 0.65% 以上の C が含まれます。

炭素鋼は上記の分類のほかに、炭素含有量、組織、用途などによって分類されます。

構造別 鋼は亜共析 - 0.8% Cまで、共析 - 0.8% C、過共析 - 0.8% C以上に分けられます。

炭素鋼は最も安価で、最も技術的に進歩しており、かなり広範囲の機械的特性を備えているため、建築構造物や機械工学の部品の製造などに使用される汎用金属構造物に使用されています。

炭素鋼 予約制一般用途鋼と特殊用途鋼に分けられます。特殊用途鋼には、自動鋼、ボイラー鋼、建設鋼、深絞り鋼が含まれます。

鋼の特性に対する炭素、合金元素、不純物の影響

炭素は炭素鋼の構造と特性を決定する最も重要な元素です。炭素含有量のわずかな変化であっても、炭素は鋼の特性に顕著な影響を与えます。鋼構造中の炭素含有量が増加すると、セメンタイトの量が増加します。 C 含有量が 0.8% までの鋼はフェライトとパーライトから構成され、C 含有量が 0.8% を超えると、パーライトに加えて構造的に遊離した二次セメンタイトが鋼組織中に現れます。フェライトは強度は低いですが、比較的延性があります。セメンタイトは硬度が高いのが特徴ですが、脆いのが特徴です。したがって、炭素含有量が増加すると、鋼の硬度と強度は増加しますが、靭性と延性は減少します。鋼中の炭素含有量が 0.8 ～ 1.0% に達すると強度が増加します。鋼中の炭素含有量が 0.8% を超えて増加すると、延性だけでなく鋼の強度も低下します。これは、パーライトコロニーの周囲に脆いセメンタイトのネットワークが形成されるためで、荷重がかかると簡単に破壊されます。このため、過共析鋼には特殊な焼鈍が施され、粒状のパーライト組織が得られます。

炭素はまた、溶接性、機械加工性、圧力といった鋼の技術的特性にも大きな影響を与えます。

低炭素鋼は溶接性と高圧加工性に優れています。.

炭素鋼の永久不純物には、マンガン、シリコン、硫黄、リンのほか、隠れた不純物である酸素、窒素、水素などのガスも含まれます。銅、ニッケル、クロムなどの元素も不純物とみなされる可能性があります（これらが鋼グレードの組成に含まれておらず、その含有量が「それ以上含まれない」ことを示す上限によって制限されている場合）。炭素鋼中の有益な不純物 (技術的添加剤) には、マンガン、シリコン、クロムが含まれます。通常、その含有量は 1% を超えません。

マンガンとシリコンは脱酸中に鋼に導入され、鉄を強化します。マンガンは鋼の硬化性（硬化層の深さの可能性）を高め、また硫黄の有害な影響を軽減します。有害な不純物である硫黄やリンの含有量は規格によって規制されています。鋼中の硫黄とリンの主な供給源は原料である鋳鉄です。硫黄は鋼の延性と靱性を低下させ、また、圧延および鍛造中に鋼の赤脆性を引き起こします。鉄 - 硫化鉄と化合物 FeS を形成します。鋼ブランクが熱間変形温度まで加熱されると、FeS 介在物が鋼に脆性を引き起こし、変形中に溶融した結果、裂け目や亀裂が形成されます。リンは鉄に溶解すると、鉄の可塑性を低下させます。酸素と窒素はフェライトにわずかに溶けます。これらは鋼を脆性非金属介在物で汚染し、鋼の靭性と延性を低下させます。水素含有量が増加すると鋼が脆くなり、内部亀裂、つまりフレークの形成につながります。

炭素鋼

炭素鋼の分類 。炭素鋼は、炭素含有量が 0.05 ～ 1.35% の鉄と炭素の合金です。炭素鋼は構造用鋼と器具用鋼に分けられます。構造用鋼には最大 0.65% の C が含まれ、工具鋼には 0.65% を超える C が含まれます。

炭素鋼は上記の分類のほかに、炭素含有量、組織、用途、品質、製造方法などによって分類されます。

構造別 なる炭素含有量が0.8%Cまでの亜共析、0.8%Cの共析、0.8%以上の過共析に分けられます。

炭素鋼は最も安価で、最も技術的に進歩しており、かなり広範囲の機械的特性を備えているため、建築構造物や機械工学の部品の製造などに使用される汎用金属構造物に使用されています。炭素鋼は、GOST 380-94 (普通品質鋼)、GOST 1050-88 (圧延炭素高品質構造用鋼) に従って供給されます。

による目的鋼は一般用途鋼と特殊用途鋼に分けられます。特殊用途鋼には、自動鋼、ボイラー鋼、建設鋼、深絞り鋼が含まれます。

による品質鋼は普通鋼、高級鋼、高級鋼に分けられます。

による製造方法 鋼は鍛鋼と鋳鋼に分けられます。

鉄-炭素線図によると、鋼には炭素含有量が 2.14% 未満の鉄合金が含まれます (点 E の左側にあるすべての合金)。炭素は炭素鋼の構造と特性を決定する最も重要な元素です。炭素含有量のわずかな変化であっても、炭素は鋼の特性に顕著な影響を与えます。炭素含有量が増加すると、硬度と強度は増加しますが、鋼の靭性と延性は低下します。

鋼中の炭素含有量が 0.8 ～ 1.0% に達すると強度が増加します。鋼中の炭素含有量が 0.8% を超えて増加すると、延性だけでなく鋼の強度も低下します。これは、パーライトコロニーの周囲に脆いセメンタイトのネットワークが形成されるためで、荷重がかかると簡単に破壊されます。

炭素はまた、溶接性、機械加工性、圧力といった鋼の技術的特性にも大きな影響を与えます。

低炭素鋼は溶接性が高く、高圧での機械加工が可能です。

鉄と炭素（主成分）に加えて、鋼には技術添加物（マンガン、シリコン）と不純物が含まれており、主で最も有害な不純物は硫黄とリンです。

硫黄そしてリン– 鋼中の主な有害な不純物。 GOST 380-94 による St0 を除くすべてのグレードの鋼中の硫黄の質量分率は、0.050% 以下、リン - 0.040% 以下、鋼グレード St0: 硫黄 - 0.060% 以下、リンである必要があります。 - 0.070% 以下。さらに、酸素、水素、窒素は鋼中の有害な不純物です。それらの存在は可塑性の低下を引き起こします。

酸素と窒素はフェライトにわずかに溶けます。これらは鋼を脆性非金属介在物で汚染し、鋼の靭性と延性を低下させます。水素含有量が増加すると鋼が脆くなり、内部亀裂、つまりフレークの形成につながります。

鍛造炭素鋼 。変形可能な炭素鋼は、追加の熱処理を行わずに熱間圧延された状態、または熱硬化後に冶金工場から供給されます。このような鋼は、シート、ストリップ、ロッド、チャンネル、および I 圧延プロファイル、つまり変形可能な半製品の製造に使用されます。

通常品質の変形可能な炭素構造用鋼および工具鋼、ならびに高品質および高品質鋼のマーキングおよび技術的条件は、それぞれ GOST 380-94、GOST 1050-88、GOST 1435-90 に定義されています。

普通品質の炭素鋼 。通常の品質の構造用鋼は、その技術的特性、入手可能性、および必要な一連の特性を得る能力により、大量生産の金属構造物や軽負荷の機械や計器部品の製造に使用されます。

GOST 380-94 に準拠した炭素鋼は、長尺、成形、厚板、薄板、広帯域、冷間圧延薄板、インゴットなどの熱間圧延製品の製造に使用されます。ブルーム、スラブ、ラウンド、圧延および連続鋳造ビレット、パイプ、鍛造品およびスタンピング品、テープ、ワイヤー、ハードウェアなど。

GOST 380-94「普通品質の炭素鋼」に準拠した普通品質の炭素熱間圧延鋼材は、次のグレードで製造されます: St0、St1kp、St1ps、St2kp、St2ps、St3kp、St3ps、St3sp、St3Gps、St3Gsp、St4kp、St4ps 、St4sp、St5ps、St5sp、St5Gps、St6ps、St6sp (表 4.14)。

表4.14

GOST 380-94に基づく通常品質の炭素鋼のグレードと化学組成

St の文字は「鋼」を意味し、数字は鋼の化学組成に応じた従来のグレードの番号です。「kp」の文字は沸騰、「ps」は半穏やか、「sp」は穏やかな方法です。鋼の脱酸について。 St0 を除くすべてのグレードの鋼中の有害な不純物の質量分率は 0.050% 以下、リン - 0.040% 以下、鋼グレード St0 では硫黄 - 0.060% 以下、リン - 0.070% 以下である必要があります。鋼中の炭素の質量分率は0.06〜0.49%、マンガンの質量分率は0.25〜0.80%の範囲です。セミクワイエットおよび穏やかな鋼には、マンガンの量が増加 (最大 1.20%) 含まれる場合があり、その場合、グレードの指定に文字「G」が追加されます (たとえば、St5Gps)。沸騰している鋼では、シリコンの質量分率は0.05％以下、半静かな鋼では0.05から0.15％、穏やかな鋼では0.15から0.3％です。

鋼は、有害な不純物、ガス飽和、非金属介在物による汚染を多く含むことが許可されているため、最も安価な鋼の一つです。

沸騰鋼は、衝撃靱性が低いという点で、穏やかな鋼や半静かな鋼とは異なります。沸騰した鋼の冷間脆性閾値（鋼が延性から脆性状態に移行する温度）は、穏やかな鋼よりも 30 ～ 40 度高くなります。重要な構造には、軟鋼を使用するのが最善です。ただし、沸騰鋼はシリコン含有量が低いため、降伏強度と弾性のレベルが低くなります。これは、沸騰した鋼が変形中に伸びる能力が高いことを説明します。

通常の品質の鋼を使用する場合の欠点は、強度が低く、耐寒性が低いことです。

通常品質の鋼 St2ps、St2kp、St3kp は、溶接構造の重要ではない軽負荷の要素に使用されます。 St4ps、St5sp鋼は、リベット構造用部品、ボルト、ナット、スプロケット、レバーなどの製造に使用されます。

炭素質構造用鋼 。規格 GOST 1050-88「高品質炭素構造用鋼の特殊表面仕上げを施した校正済み圧延棒」は、鋼グレード 05kp、08kp、08ps、08、10kp、10ps、10 の熱間圧延および鍛造の長尺製品の技術条件を確立します。、11kp、15kp、15ps、15、18kp、20kp、20pc、20、25、30、35、40、45、50、55、58 (55pp)、直径または厚さ 250 mm までの 60。 GOST 1050-88 に従って、高品質の炭素鋼には文字と数字がマークされています。 2 桁の数字は炭素含有量を 100 分の 1 パーセントで示します。続く文字の指定は脱酸の程度を示します: s - 穏やかな鋼、ps - 半静かな鋼、kp - 沸騰した鋼。文字指定がない場合、鋼は軟鋼として分類されます。構造用炭素鋼の炭素含有量は、脱酸の程度と炭素含有量に応じて、0.05 ～ 0.65%、マンガン - 0.25 ～ 0.80%、シリコン - 0.03 ～ 0.37% の範囲になります。炭素含有量に関して、鋼05kp、08、08kp、10、15、20、25は低炭素鋼、30、35、40、45、50は中炭素鋼、55、60は高炭素鋼に分類されます。鋼。

GOST 1050-88 による高品質鋼の主な利点は、硫黄含有量 (0.035% 以下) とリン含有量 (0.040% 以下) が低いことです。

GOST 1050-88に準拠した高品質炭素構造用鋼の圧延製品の機械的特性を表に示します。 4.15。鋼のグレードに応じて、炭素含有量の増加は強度 (σ in および σ t) の増加と延性 (δ および Ψ) の減少につながります。

表4.15

GOST 1050-88に基づく圧延鋼の機械的特性

低炭素沸騰鋼は降伏強度が低いという特徴があります。シリコンはほとんど含まれていません。タイプ 05kp、08、08kp、10kp、10 の低炭素鋼は、熱処理なしで使用され、焼きなました状態で簡単に打ち抜き加工が可能で、自動車業界で翼、ドア、ボンネットなどの複雑な形状の製品の製造に使用されています。、耐荷重性のない身体部分。

GOST 1050-88 に準拠した高品質鋼は、建築、機械工学、その他の産業における幅広い製品、半製品、金属構造物の製造を目的としています。

鋼 15、20、25 は表面硬化されています。これらの鋼は、摩耗や動的荷重が増大するが、重大な応力を受けない条件下で動作する製品に使用されます。 -40 ～ +125 °C の温度で動作するボルト、ネジ、フランジ、レバー、スピンドル、冷凍バルブ、コイル、その他の部品は、肌硬化鋼 15kp、20、25、20kp で作られています。

鋼鉄は 30 から 60 までアップグレード可能。これらから作られた部品は硬化と高温焼き戻しが施され、幅広い機械的特性が得られます。焼き戻し脆性が少なく、安価ですが、焼入性が低いです。貫通焼入性が確保される臨界直径は 12 mm 以下です。改良鋼 30、35、40、45 は、ローラ、ローラ、ブッシュ、クランクシャフト、スプロケット、車軸、ワッシャー、コネクティングロッド、ギア、ボルトなど。

炭素含有量が 0.6% を超える鋼 (60、65、70、75、80)、および同じクラスでさらに多くの量のシリコンまたはマンガンを含む鋼 (65G、60S2、70S3) は、ばねおよびばねの製造に使用されます。この場合、そのような鋼は硬化と中温焼き戻しからなる熱処理を受け、その後、ばねとばねは機械的特性の高い弾性特性と高い耐久限界を獲得します。高炭素鋼は焼きならし、焼き入れ、焼き戻し、または表面硬化を行って使用されます。高い強度と耐摩耗性、および高い弾性限界を備えています。

鋼は、機械、工具、器具の製造に使用される主要な金属材料です。その広範な使用は、貴重な技術的、機械的、物理化学的特性の複合体全体がこの材料中に存在することによって説明されます。さらに、鋼は比較的低コストで大量生産が可能です。この材料の製造プロセスは常に改善されており、鋼の特性と品質のおかげで、最新の機械や装置が高い動作パラメータで問題なく動作することが保証されます。

鋼グレードを分類するための一般原則

鋼の主な分類特性: 化学組成、目的、品質、脱酸の程度、構造。

なる 化学組成によるカーボンと合金に分けられます。炭素の質量分率に基づいて、鋼の第 1 グループと第 2 グループは両方とも、低炭素 (C 濃度が 0.3% 未満)、中炭素 (C 濃度が 0.3 ～ 07% の範囲)、高炭素 (C 濃度が 0.3 ～ 07% の範囲) に分類されます。炭素 - 炭素濃度が 0.7% 以上。

合金鋼は、永久不純物に加えて、この材料の機械的特性を高めるために導入された添加剤を含む鋼です。

クロム、マンガン、ニッケル、シリコン、モリブデン、タングステン、チタン、バナジウム、その他多くの元素が合金添加剤として使用され、またこれらの元素をさまざまな割合で組み合わせて使用されます。 添加剤の数別鋼は、低合金（合金元素が 5% 未満）、中合金（5 ～ 10%）、および高合金（10% を超える添加物を含む）に分類されます。

その目的に応じて鋼は、特殊な特性を備えた構造用、工具用、および特殊用途の材料として使用できます。

最も広範なクラスは次のとおりです。 構造用鋼、製造を目的としています。建築構造物、装置や機械の部品。次に、構造用鋼は、ばねタイプ、改良タイプ、超硬タイプ、および高強度タイプに分類されます。

工具鋼測定、切削、熱間および冷間変形型など、それらから製造される工具の目的に応じて区別されます。

特殊用途鋼耐食性（またはステンレス）、耐熱性、耐熱性、電気性のいくつかのグループに分けられます。

品質別鋼材は普通品、高級品、高級品、特に高級品です。

鋼の品質は、その製造プロセスによって決定される特性の組み合わせとして理解されます。これらの特性には、構造の均一性、化学組成、機械的特性、製造可能性。鋼の品質は、材料中のガス（酸素、窒素、水素）、および有害な不純物（リン、硫黄）の含有量によって決まります。

脱酸素の程度に応じてそして凝固プロセスの性質により、鋼は穏やか、半穏やか、そして沸騰します。

脱酸は、溶鋼から酸素を除去する操作であり、熱間変形中に材料の脆性破壊を引き起こします。軟鋼はシリコン、マンガン、アルミニウムで脱酸されます。

構造別これらは、鋼を焼きなまし (平衡) 状態と焼きならし状態で分離します。鋼の構造形式には、フェライト、パーライト、セメンタイト、オーステナイト、マルテンサイト、レーデブライトなどがあります。

鋼の特性に対する炭素および合金元素の影響

工業用鋼は、鉄と炭素の化学的に複雑な合金です。これらの基本元素および合金鋼の合金成分に加えて、材料には永久不純物およびランダム不純物が含まれています。鋼の主な特性は、これらの成分の割合によって決まります。

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炭素は鋼の特性に決定的な影響を与えます。焼鈍後のこの材料の組織はフェライトとセメンタイトからなり、その含有量は炭素濃度の増加に比例して増加します。フェライトは低強度で延性のある構造ですが、セメンタイトは硬くて脆いです。したがって、炭素含有量が増加すると、硬度と強度が増加し、延性と靭性が低下します。カーボンは、圧力や切断による加工性、溶接性といった鋼の技術的特性を変えます。炭素濃度が高くなると、硬化や熱伝導率の低下により被削性が低下します。高張力鋼から切りくずが分離すると発熱量が増加し、工具寿命の低下の原因となります。しかし、粘度の低い低炭素鋼も、除去が困難な切りくずが生成されるため、加工が不十分です。

炭素含有量が 0.3 ～ 0.4% の鋼は、最高の切削加工性を備えています。

炭素濃度が増加すると、高温および低温状態での鋼の変形能力が低下します。複雑な冷間成形を目的とした鋼の場合、炭素量は 0.1% に制限されています。

低炭素鋼は溶接性に優れています。中炭素鋼および高炭素鋼の溶接では、低温割れや高温割れの発生を防ぐために、加熱、徐冷などの技術的操作が使用されます。

高強度特性を得るには、合金成分の量が合理的でなければなりません。ニッケルの導入を除く過剰な合金化は、靭性予備力の減少につながり、脆性破壊を引き起こします。

クロムは欠損のない合金成分であり、最大 2% の含有量で鋼の機械的特性にプラスの効果をもたらします。
ニッケルは最も価値があり、希少な合金添加剤であり、1 ～ 5% の濃度で導入されます。これは、冷間脆性の閾値を最も効果的に低下させ、粘度の温度保持を高めるのに役立ちます。
マンガンは安価な成分として、ニッケルの代替品としてよく使用されます。降伏強度は向上しますが、鋼が過熱に敏感になる可能性があります。
モリブデンとタングステンは、高速度鋼の耐熱性を高めるために使用される高価で希少な元素です。

ロシアのシステムに従った鋼材マーキングの原則

現代の市場には金属製品は存在しません共通システムスチール製のマーキングにより、取引業務が大幅に複雑になり、注文時のエラーが頻繁に発生します。

ロシアでは、鋼に含まれる元素の名前を文字で示し、その量を数字で示す英数字指定システムが採用されています。文字は脱酸素の方法も示しています。「KP」は沸騰鋼、「PS」は半穏やかな鋼、「SP」は穏やかな鋼を表します。

普通鋼にはStという指数があり、その後に0～6までの条件等級番号が示され、脱酸の度合いが示されます。グループ番号が前に配置されます。A – 機械的特性が保証された鋼、B – 化学組成、C – 両方の特性。原則として、グループAインデックスは割り当てられません。指定の例 – B 第 2 条 KP。
構造用高級炭素鋼を指定するには、Cの含有量を100分の1パーセントで示す2桁の数字が先頭に表示されます。最後に - 脱酸素の程度。たとえば、鋼08KP。高品質の工具炭素鋼には、先頭に U の文字があり、その後に 10 分の 1 パーセントの 2 桁の炭素濃度が付いています (U8 鋼など)。高品質の鋼には、等級の末尾に A の文字が付いています。
合金鋼グレードの文字は合金元素を示します。「H」はニッケル、「X」はクロム、「M」はモリブデン、「T」はチタン、「B」はタングステン、「Y」はアルミニウムです。構造用合金鋼では、C 含有量は先頭に 100 分の 1 パーセントで表示されます。工具合金鋼では、炭素は 10 分の 1 パーセント単位で表示されますが、この成分の含有量が 1.5% を超える場合、その濃度は表示されません。
高速度工具鋼は、指数 P とタングステン含有量のパーセント表示 (P18 など) によって指定されます。

アメリカおよびヨーロッパのシステムに従った鋼材のマーキング

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米国では、さまざまな標準化団体によって開発されたいくつかのスチールマーキングシステムがあります。ステンレス鋼の場合は、ヨーロッパでも有効な AISI システムが最もよく使用されます。 AISI によると、鋼は 3 つの数字で指定され、場合によってはその後に 1 つ以上の文字が続きます。最初の数字は鋼の種類を示します。2 または 3 の場合はオーステナイト系、4 の場合はフェライトまたはマルテンサイトです。次の 2 桁は、グループ内の材料のシリアル番号を示します。文字は次のことを表します。

L – 炭素の低質量分率、0.03% 未満。
S – 通常の C 濃度、0.08% 未満。
N は窒素が添加されていることを意味します。
LN – 低炭素含有量と窒素添加の組み合わせ。
F – リンと硫黄の濃度が増加。
Se – 鋼にはセレン、B – シリコン、Cu – 銅が含まれています。

ヨーロッパでは EN システムが使用されています。このシステムは、最初にすべての合金元素をリストし、次に同じ順序でそれらの質量分率が数字で示される点でロシアのものとは異なります。最初の数値は炭素濃度を 100 分の 1 パーセントで表したものです。

高速度鋼を除く合金鋼、構造用鋼および工具に少なくとも 1 種類の合金添加剤が 5% を超えて含まれる場合、炭素含有量の前に文字「X」が付けられます。

EU 諸国は EN マークを使用しており、場合によっては国家マークと並行して「廃止」マークを表示します。

耐食性および耐熱性鋼の国際的な類似品

耐食鋼

ヨーロッパ (英語)	ドイツ (DIN)	米国 (AISI)	日本（JIS）	CIS (GOST)
1.4000	X6Cr13	410S	SUS410S	08×13
1.4006	X12CrN13	410	SUS410	12×13
1.4021	X20Cr13	(420)	SUS420J1	20×13
1.4028	X30Cr13	(420)	SUS420J2	30×13
1.4031	X39Cr13		SUS420J2	40×13
1.4034	X46Cr13	(420)		40×13
1.4016	X6Cr17	430	SUS430	12×17
1.4510	X3CrTi17	439	SUS430LX	08Х17Т
1.4301	X5CrNI18-10	304	SUS304	08×18×10
1.4303	X4CrNi18-12	(305)	SUS305	12×18×12
1.4306	X2CrNi19-11	304L	SUS304L	03×18×11
1.4541	X6CrNiTi18-10	321	SUS321	08Х18Н10Т
1.4571	X6CrNiMoTi17-12-2	316Ti	SUS316Ti	10Х17Н13М2Т

耐熱鋼グレード

ヨーロッパ (英語)	ドイツ (DIN)	米国 (AISI)	日本（JIS）	CIS (GOST)
1.4878	X12CrNiTi18-9	321H		12×18×10×
1.4845	X12CrNi25-21	310S		20×23×18

ハイス鋼種

鋼種		米国規格の類似品
CIS 諸国 GOST	ユーロ規範
R0 M2 SF10-MP

R2 M10 K8-MP

R6 M5 K5-MP
R6 M5 F3-MP
R6 M5 F4-MP
R6 M5 F3 K8-MP
R10 M4 F3 K10-MP
R6 M5 F3 K9-MP
R12 M6 F5-MP
R12 F4 K5-MP
R12 F5 K5-MP

形鋼

鋼種		米国規格の類似品
CIS 諸国 GOST	ユーロ規範

ステンレス鋼の基本グレード

CIS (GOST)	ユーロノルム (EN)	ドイツ (DIN)	米国 (AISI)
03 X17 N13 M2		X2 CrNiMo 17-12-2
03 X17 N14 M3		X2 CrNiMo 18-4-3

03 X18 N10 T-U
06ХН28MDT		X3 NiCrCuMoTi 27-23



08 X17 N13 M2		X5CrNiMo 17-13-3
08 X17 N13 M2 T		Х6 CrNiMoTi 17-12-2


		X6 CrNiTi 18-10










20×25×20×2		X56 CrNiSi 25-20

03 X19 N13 M3

02X18M2BT
02 X28 N30 MDB		X1 NiCrMoCu 31-27-4
03 X17 N13 AM3		X2 CrNiMoN 17-13-3
03 X22 N5 AM2		X2 CrNiMoN 22-5-3
03 X24 N13 G2 S
08 X16 N13 M2 B		X1 CrNiMoNb 17-12-2

08 X18 N14 M2 B	1.4583 X10 CrNiMoNb	X10 CrNiMoNb 18-12



		X8 СrNiAlTi 20-20
		X3 クリムゾン 27-5-2


		Х6 CrNiMoNb 17-12-2






		X12CrMnNiN 18-9-5

軸受鋼

ばね鋼

鋼種		米国規格の類似品
CIS 諸国 GOST	ユーロ規範

耐熱鋼

鋼種		米国規格の類似品
CIS 諸国 GOST	ユーロ規範

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化学組成に基づいて、炭素鋼と合金鋼が区別されます。

合金鋼は、炭素と不純物に加えて、必要な強度、延性、靱性、その他の技術的および操作的特性を確保するために、1 つ以上の合金元素が意図的に導入された鋼です。合金化は、機械的性質（強度、延性、粘度）、物理的性質（導電性、磁気特性、耐放射線性）、化学的性質（耐食性）を変化させることを目的として行われます。

合金元素は、鋼の構造と特性を変化させるために鋼に特別に導入される元素です。合金元素の濃度は異なる場合があります。そしてとても小さい。元素の濃度が 0.1% 未満の場合、ドーピングは一般にマイクロアロイングと呼ばれます。

主な合金元素は、クロム (Cr)、ニッケル (Ni)、マンガン (Mn)、シリコン (Si)、モリブデン (Mo)、バナジウム (V)、ホウ素 (B)、タングステン (W)、チタン (Ti)、アルミニウム（Al）、銅（Cu）、ニオブ（Nb）、コバルト（Co）。

炭素鋼は、最大 2.14% の炭素 (C) を含み、他の元素の含有量が低い、鉄と炭素の合金です。延性が高く、変形しやすいです。炭素は、その含有量がわずかに変化しても鋼の特性に大きな影響を与えます。炭素鋼は、炭素含有量、目的、品質、脱酸の程度、平衡状態の構造などのいくつかのパラメータに従って分類できます。

鋼の品質により普通鋼と高級炭素鋼に分けられ、普通鋼は用途に応じてA、B、Cの3つのグループに分けられます。

グループ A は機械的特性のみを目的として提供されており、このグループの鋼の化学組成は規制されておらず、メーカーの証明書にのみ示されています。このグループの鋼は、通常、加圧処理や溶接を行わず、納品されたままの状態で製品に使用されます。

グループ B は、化学組成が保証された状態でのみ供給されます。鋼の参照番号が大きいほど、炭素含有量が高くなります。これらの鋼は、その後、変形 (鍛造、打ち抜きなど) を受けることができ、場合によっては熱処理を受けることもあります。ただし、元の構造と機械的特性は保存されません。

グループB鋼は溶接可能です。これらは保証された化学組成と保証された特性を備えて供給されます。この鋼は、グループ A 番号に対応する機械的特性を持ち、脱酸法によって補正されたグループ B 番号に対応する化学組成を持っています。

高品質の炭素鋼 - このクラスの炭素鋼は、GOST 1050-74 に従って製造されています。化学組成と機械的特性の両方の点で高品質の鋼が供給されており、有害な不純物（硫黄 0.04% 以下、リン 0.035% 以下）、非金属介在物、およびガス、マクロおよびミクロ構造。

高品質の鋼は、通常のマンガン含有量 (最大 0.8%) と含有量の増加 (最大 1.2%) の 2 つのグループに分けられます。マンガンは焼入れ性と強度特性を高めますが、鋼の延性と靭性を若干低下させます。

重要な製品には、硫黄とリンの含有量がさらに低い高品質の鋼が使用されます。高品質鋼中の有害な不純物の含有量が低いため、製造のコストと複雑さがさらに増加します。したがって、通常、高品質の鋼は炭素鋼ではなく、合金鋼になります。 0.7 ～ 1.3% の C を含む炭素鋼は、衝撃工具や切削工具の製造に使用されます。

脱酸の方法に従って、鋼は 3 つのグループに分類されます: 沸騰 (最大 0.05% のシリコンを含み、マンガンによって脱酸されます。インゴット内で顕著な化学的不均一性があります)、半静止 (0.05 ～ 0.15% のシリコンを含み、脱酸されます)マンガンとアルミニウムによる生成、適切な生成物の収率 - 90 ～ 95%)、穏やか (0.15 ～ 0.35% のシリコンを含み、シリコン、マンガン、アルミニウムによって脱酸されます。収率は約 85% ですが、金属はより緻密な構造を持ち、均一な化学組成。）

鋼材はその目的に応じて構造用鋼と機器用鋼に分類されます。構造用鋼は、建築構造物、機械部品、器具の製造を目的とした最も広範なグループを表します。これらの鋼には、肌焼き、焼き戻し、高張力鋼、およびばね鋼が含まれます。工具鋼は、切削用、測定工具用、冷間および熱間 (200 ℃まで) 変形型用の鋼に分類されます。

平衡状態の組織に応じて、鋼は以下に分類されます。 1) 組織内にフェライトとパーライトを含む亜共析。２）共析物、その構造はパーライトからなる。３）過共析。組織中にパーライトと二次セメンタイトを有する。

溶接金属構造に使用される鋼は、その生産、サービス特性、および適用範囲を反映して、多くの特性が異なります。これらの兆候の中で最も重要なものは次のとおりです。

・鋼を製錬および鋳造する方法。

· 脱酸の程度。

· 化学組成。

・配送状況;

· 強さのレベル（クラス）。

精錬法による金属溶接構造物に使用される鋼は、平炉鋼、酸素転炉鋼、電気鋼に分けられます。

1960 年までは、平炉炉で精錬された鋼はほぼ金属構造物にのみ使用されていました。その後、溶融金属を吹き通すために少なくとも 99.5% の O 2 の高純度酸素を使用する、酸素転炉での最も生産性の高い製錬方法が世界中に普及しました。酸素転炉鋼の品質は平炉鋼の品質に劣らず、1971 年以降、これらの種類の鋼は分離されていません。

溶融質量100～250トン以上の大型電気炉の導入により、電気炉での鉄鋼生産量が増加しました。この鋼は、有害な不純物である硫黄とリンの含有量の純度が高いことが特徴です。

エレクトロスラグ再溶解のプロセスでは、平炉鋼、酸素転炉鋼、または電気鋼の初期ビレット（スラブ）が加熱されながら再溶解されます。電気ショック特殊な化学組成の溶融スラグ混合物の層の下。同時に、硫黄と酸素の含有量は2〜3倍減少します。インゴット内にまだ残っている非金属介在物はサイズが小さく、体積全体に均一に分布しています。

脱酸素の程度に応じて鋼は分割されます:

沸騰（kp）;

・半平静（ps）。

穏やか（SP）。

平炉または転炉で 3 ～ 4% の炭素を含む銑鉄から鋼を製錬する場合、炭素の酸化 (鋼中の C 含有量が 0.06 ～ 0.25% になるまで) がガス状生成物 CO および CO 2 の形成に関連し、金属浴の沸騰。脱酸を行わない場合は、溶湯が取鍋に放出された後、鋳型に注入された後、インゴットが固化するまで沸騰が続きます。この鋼はと呼ばれます沸騰.

沸騰している鋼インゴットの結晶化中にガス状生成物が放出されると、偏析と呼ばれる C、S、および P の含有量の不均一性が急激に増加します。インゴットのヘッド（上部）部分とコアには不純物が豊富に含まれています。沸騰している鋼インゴット中の偏析元素の最大含有量ゾーンは、インゴットの上部からインゴットの高さの 5 ～ 15% の距離にあり、炭素の偏析はこれらの平均含有量の 400%、硫黄の偏析は 900% に達します。溶融物中の元素。

圧延中に廃棄される沸騰鋼塊の頭部 (トリミング) は、その質量の 4 ～ 10% を占めます。しかし、圧延後のインゴットの残りの部分にも、C 含有量が最大 0.3 ～ 0.4%、硫黄が最大 0.15% 含まれる広範囲の偏析ゾーンがあり、平均溶融含有量は C = 0.12 ～ 0.22%、S です。<= 0,05%. В результате разные листы и профили, входящие в одну партию (плавку) кипящей стали, но изготовленные из разных частей слитка (головной, средней или донной), неодинаковы по содержанию C, S и P.

落ち着いた鋼は鉄精錬ユニット内で、また炉から出るときの取鍋内で脱酸されます。同時に、液体金属マンガン、シリコンなどの高エネルギー脱酸剤が導入されています。アルミニウム、場合によってはカルシウムまたはチタン。これらの元素は炭素よりも酸素との親和性がはるかに高いため、炭素の酸化が止まり、鋼の沸騰が止まります。このおかげで、穏やかな鋼のインゴットは、沸騰した鋼よりも化学組成がはるかに均一です。炭素の溶出率はわずか 60% ですが、硫黄の溶出率は、これらの元素の平均融点含有量より 110% 高くなります。

同時に、静かな鋼インゴットの凝固には、大きな引け巣の形成が伴います。欠陥のないインゴット本体を得るために、断熱効果の高いエクステンションを備えた鋳型に鋼を流し込みます。インゴットの上部絶縁部分には収縮キャビティが形成されますが、これは圧延前に除去されます。トリムはインゴット質量の 12 ～ 16% を占めます。したがって、穏やかな鋼塊からの適切な圧延製品の歩留まりは、沸騰している鋼塊からの場合よりも低くなります。この結果、また脱酸操作による製錬時間が長くなるため、合金鉄とアルミニウムが追加で消費され、カームスチールは沸騰したスチールよりも高価になります。

沸騰鋼の低品質と穏やか鋼の技術的および経済的効率の低さは、中程度の脱酸度を備えたバリアントを開発する動機として機能しました。 半穏やかなる。沸騰しているかのように製錬されますが、取鍋で、または型に注ぐときに、穏やかな鋼を製錬する場合よりもはるかに少ない、少量の脱酸剤で処理されます。通常、フェロシリコンとアルミニウムを使用した複合脱酸が使用されます。沸騰が急速に停止し、インゴットの頭部が凝固するため、大きな化学的不均一性の発生が防止されます。同時に、半静かな鋼インゴットの偏析は、平均融点の炭素含有量が 80% 過剰、硫黄が 150% 過剰であることが特徴です。インゴットの上部からの軸方向偏析ゾーンの距離は、その高さの 15 ～ 30% です。ヘッドトリム - インゴット質量の 3 ～ 5%。

半軟鋼の生産は、高い技術効率と経済効率が特徴です。普通鋼の製造と比較して、インゴットからの適切な圧延製品の収率は 8 ～ 10% 高く、脱酸のためのフェロシリコンの消費量は 2 ～ 5 倍、アルミニウムの消費量は 5 倍削減され、金型の数は大幅に削減されます。。半焼入れ鋼の圧延品は軟鋼製の圧延品に比べてコストと価格が2～9%低くなります。同時に、化学組成の均質性、微細構造と機械的特性、脆性破壊に対する耐性、および強度指標の品質の点で、圧延半静音鋼は圧延軟鋼よりも劣っており、中間の位置を占めています。

鋼の化学組成- その主な特徴。彼は彼女のブランドを定義します。この場合、特定の鋼種の化学元素の含有量は個別に指定されるのではなく、化学物質の変化が起こる一定の間隔によって指定されます。組成は、保証レベルの境界を超えて特性を除去することを伴うべきではありません。間隔の幅は、所定の組成を維持する製鋼の能力に関係します。

製錬技術により、合金元素の特別な添加物が含まれていない、または少量しか含まれていない鋼を炭素鋼と呼びます。

- 低炭素(最大 0.25% C);

- ミディアムカーボン(0.3-0.6%C);

- 高炭素(0.6%以上のC)。

溶接金属構造物には主に低炭素鋼が使用されます。それらは、GOST 380-88、GOST 14637-89、および GOST 27772-88 に従って、また GOST 1050-88 に従って、主にパイプの形で供給されます。

必要な特性を確保するために合金元素の添加物が特別に導入された鋼を鋼と呼びます。 ドーピングされた。これらは、1 つ、2 つ、3 つ以上の合金元素を含む場合があります。したがって、マンガン、クロム、シリコン-マンガン、クロム-ニッケル、クロム-ニッケル-モリブデン、およびその他の合金鋼は区別されます。

合金元素の含有量が少なく、通常 2 ～ 3 重量％を超えず、炭素含有量が低い合金鋼は、建設、機械工学、造船で溶接金属構造の製造に使用され、特別なグループに割り当てられます。という 低合金。金属構造用の圧延低合金鋼は、GOST 19281-89 (断面および形状)、GOST 19282-73 (シートおよび幅広ストリップ)、GOST 6713-91、GOST 27772-88 およびその他の仕様に従って供給されます。

合金元素の合計含有量が 3 ～ 10% の鋼 - 中程度の合金.

鋼種

すべての合金鋼のマークは同じです。最初の 2 桁は炭素含有量を 100 分の 1 パーセントで示します。文字 - 合金元素の記号。文字の後の数字は、合金元素のおおよその含有量です（1 以下の値は示されていません）。ブランドの末尾の文字「A」は、その鋼が高品質で、硫黄とリンの含有量が低いことを示しています。

構造別:

< С, тем >パーライト、鋼の方が強いです。

目的別:

質問 14. 製造方法と品質による鋼の分類。

製造方法によると：

1）サワー法。

2）主な方法は非脱酸鋼KP、カームSP、銘柄の後ろに文字がない場合はカーム鋼、完全に脱酸されていない場合はPSです。

品質別:

有害な不純物（硫黄とリン）の含有量に応じて、鋼は次のように分類されます。

普通鋼、最大0.06％の硫黄と最大0.07％のリンを含有します。普通品質鋼も供給量に基づいて 3 つのグループに分類されます。

1. スチールグループA機械的特性に基づいて消費者に供給されます（そのような鋼には硫黄またはリンの含有量が高い場合があります）。

2. スチールグループB -化学組成による。

3. スチールグループB- 機械的特性と化学組成が保証されています。

1.高品質- 硫黄とリンをそれぞれ個別に最大 0.035%。

2.高品質- 最大 0.025% の硫黄とリン。

3.特に高品質、最大 0.025% のリンと最大 0.015% の硫黄。

合金鋼。合金要素。 l/s をマーキングします。

合金鋼は、トラクターや農業工学、自動車産業、重機および輸送工学で広く使用されており、程度は低いですが、工作機械製造、工具、その他の種類の産業でも使用されています。この鋼は、高荷重の金属構造物に使用されます。

合金元素の総量が 2.5% を超えない鋼は低合金として分類され、2.5 ～ 10% を含む鋼は合金化され、10% を超えるものは高合金 (鉄含有量 45% を超える) として分類されます。

低合金鋼は建設分野で最も広く使用され、合金鋼は機械工学で最も広く使用されています。

合金構造用鋼には数字と文字が付いています。ブランドの先頭にある 2 桁の数字は平均炭素含有量を 100 分の 1 パーセントで示し、数字の右側の文字は合金元素を示します。たとえば、鋼 12Х2Н4А には 0.12% C、2% Cr、4% Ni が含まれており、等級末尾の I-I の文字で示されるように高品質として分類されます。

建設用低合金鋼

低合金鋼とは、C が 0.22% 以下で、比較的少量の非欠乏合金元素 (最大 1.8% の Mn、最大 1.2% の Si、最大 0.8% の Cr など) を含む鋼です。

これらの鋼には、09G2、09GS、17GS、10G2S1、14G2、15HSND、10KHNDP などの鋼が含まれます。シートおよび成形セクションの形の鋼は、主に追加の熱処理なしで、溶接構造の建設および機械工学に使用されます。低合金低炭素鋼は溶接可能です。

大径パイプの製造には17GS鋼（s0.2=360MPa、s×=520MPa）を使用します。

浸炭により強化された部品の製造には、低炭素 (0.15 ～ 0.25% C) 鋼が使用されます。鋼中の合金元素の含有量は多すぎてはなりませんが、表面層と中心部に必要な硬化性を提供する必要があります。

クロム鋼 15X、20X は、深さ 1.0 ～ 1.5 mm にセメント固定された単純な形状の小型製品の製造を目的としています。クロム鋼は、炭素鋼と比較して、より高い強度特性を持っていますが、コアの延性は若干低く、浸炭層の強度は優れています。

鉄鋼生産。

鋳鉄と比較して、鋼には炭素、シリコン、硫黄、リンの含有量が少なくなります。鋳鉄から鋼を製造するには、酸化製錬によって物質の濃度を下げる必要があります。

現代の冶金産業では、鉄鋼は主に対流炉、平炉、電気炉の 3 つの装置で製錬されます。

転炉での鉄鋼生産。

コンバーターは洋梨の形をした容器です。上部はバイザーまたはヘルメットと呼ばれます。液体の鋳鉄、鋼、スラグが排出されるネックが付いています。真ん中の部分は円筒形になっています。下部には付属の底があり、磨耗したら新しいものと交換されます。底部にはエアボックスが取り付けられており、そこに圧縮空気が入ります。

最新の対流器の能力は 60 ～ 100 トン以上、送風圧力は 0.3 ～ 1.35 Mn/m です。 1トンの鋳鉄を加工するのに必要な空気の量は350立方メートルです。

鋳鉄を注ぐ前に、対流器を水平位置に回転させ、この位置で羽口の穴が注がれた鋳鉄のレベルよりも上になります。次に、ゆっくりと垂直位置に戻し、同時にブラストを加えます。これにより、金属が羽口の穴を通ってエアボックス内に侵入するのが防止されます。液体鋳鉄に空気を吹き込む過程で、シリコン、マンガン、炭素、および部分的に鉄が燃え尽きます。

必要な炭素濃度に達したら、対流器を水平位置に戻し、空気の供給を停止します。完成した金属は脱酸され、取鍋に注がれます。

ベッセマープロセス。かなり高いシリコン含有量（最大 2.25% 以上）、マンガン（0.6 ～ 0.9%）、および最小限の硫黄とリンを含む液体鋳鉄が転炉に注入されます。

起こる反応の性質に基づいて、ベッセマープロセスは 3 つの期間に分けることができます。最初の期間は転炉内でブラストが開始された後に始まり、3 ～ 6 分間続きます。液体鋳鉄の小滴がガスとともにコンバーターのネックから飛び出し、火花を形成します。この期間中に、シリコン、マンガン、部分的に鉄が以下の反応に従って酸化されます。

2Mn + O2 = 2MnO、

2Fe + O2 = 2FeO。

結果として生じる酸化第二鉄は液体金属に部分的に溶解し、シリコンとマンガンのさらなる酸化を促進します。これらの反応は大量の熱の放出を伴って発生し、金属が加熱されます。スラグは酸性 (40 ～ 50% SiO2) であることがわかります。

第 2 期は、シリコンとマンガンがほぼ完全に燃え尽きた後に始まります。液体金属は十分に加熱され、熱の吸収によって起こる反応 C + FeO = Fe + CO による炭素の酸化に好ましい条件が作り出されます。炭素の燃焼は 8 ～ 10 分間続き、液体金属の温度がわずかに低下します。結果として生じる一酸化炭素は空気中で燃焼します。対流器の首の上に明るい炎が現れます。

金属中の炭素含有量が減少すると、首の上の炎が減少し、第 3 の期間が始まります。以前の期間とは、コンバーターのネックの上に茶色の煙が現れている点が異なります。これは、シリコン、マンガン、炭素が鋳鉄からほぼ完全に燃え尽き、鉄の非常に強い酸化が始まっていることを示しています。 3 番目の期間は 2 ～ 3 分以内で、その後コンベクターを水平位置に戻し、脱酸剤 (フェロマンガン、フェロシリコン、またはアルミニウム) を浴に導入して金属中の酸素含有量を減らします。金属内で反応が起こる

FeO + Mn = MnO + Fe、

2FeO + Si = SiO2 + Fe、

3FeO + 2Al = Al2O3 + 3Fe。

完成した鋼は対流器から取鍋に注がれ、鋳造に送られます。

所定量の炭素（たとえば、0.4 ～ 0.7% C）を含む鋼を得るには、炭素がまだ燃え尽きていない時点で金属の吹き付けを停止するか、炭素が完全に燃え尽きるまで待つことができます。次に、一定量の合金鉄を含む一定量の鋳鉄または炭素を添加します。

ほとんどの平炉炉は、高炉、コークス、発電機ガスの混合物で加熱されます。天然ガスも使われています。重油を使用する平炉には、空気を加熱するためだけに発電機が設置されています。

装入材料（スクラップ、鋳鉄、フラックス）は、充填機によって充填窓を通して炉に装填されます。装入物の加熱、炉内の金属とスラグの溶解は、材料が高温ガスのトーチと接触すると、溶解スペースで発生します。完成した金属は、炉床の最下部にある穴を通って炉から取り出されます。溶融中、出口穴は耐火粘土で詰まります。

平炉炉での製錬プロセスは、酸性または塩基性の場合があります。酸プロセスでは、炉の耐火石積みはシリカレンガで作られます。炉床の上部は珪砂で溶接され、溶けるたびに修復されます。製錬プロセス中に、シリカ含有量が高い (42 ～ 58%) 酸性スラグが得られます。

主な製錬プロセスでは、炉の炉床と壁はマグネサイトレンガでレイアウトされ、屋根はシリカレンガまたはクロムマグネサイトレンガで作られます。炉床の上層はマグネサイトまたはドロマイトの粉末で溶接され、溶解するたびに修復されます。製錬プロセス中に、54 ～ 56% の CaO を高含有する酸性スラグが得られます。

基本的な平炉プロセス。製錬を開始する前に、原料（銑鉄、鉄くず、石灰石、鉄鉱石）の量と炉への投入順序が決定されます。注湯機を用いて、シャフトの付いた鋳型（専用ボックス）を炉内の溶解空間に導入し、反転させることにより炉底部に装入物を流し込みます。最初に小さなスクラップが装填され、次に大きなスクラップが装填され、次に塊石灰 (金属重量の 3 ～ 5%) が装填されます。投入原料を加熱後、残った鉄スクラップや鋳鉄を2～3回に分けて供給します。

金属浴に酸素をより集中的に供給するために、鉄鉱石がスラグに導入されます。金属に溶解した酸素は、上記の反応に従ってシリコン、マンガン、リン、炭素を酸化します。

装入物全体が溶けるまでに、リンの大部分がスラグに移行します。これは、スラグには十分な量の酸化第一鉄と石灰が含まれているためです。金属へのリンの逆転移を避けるために、浴が沸騰し始める前に、炉からの一次スラグの 40 ～ 50% を除去します。

一次スラグがダウンロードされた後、石灰がキルンに投入されて、新しい、より基本的なスラグが形成されます。炉の熱負荷が増加するため、耐火石灰は急速にスラグに変化し、金属浴の温度が上昇します。しばらくしてから、15 ～ 20 分後、鉄鉱石が炉に装入され、スラグ中の酸化鉄の含有量が増加し、金属の炭素酸化反応が引き起こされます。

[C] + (FeO) = Co ガス。

一酸化炭素が形成され、泡の形で金属から放出され、沸騰しているような印象を与えます。これは、金属の混合、金属含有物や溶存ガスの放出、および全体にわたる均一な温度分布に寄与します。お風呂の深さ。この反応は熱の吸収を伴うため、浴を良好に沸騰させるには熱を供給する必要があります。浴の沸騰時間は炉の容量と鋼のグレードによって異なりますが、1.25 ～ 2.5 時間以上の範囲です。

通常、鉄鉱石は、金属研磨と呼ばれる最初の沸騰期間中に炉に追加されます。最新の大容量平炉では、この期間の炭素酸化率は 1 時間あたり 0.3 ～ 0.4% です。

沸騰期間の後半では、鉄鉱石は浴に供給されません。スラグ中に蓄積された酸化鉄により、金属は小さな泡を伴って沸騰します。この期間中の炭素燃焼率は 1 時間あたり 0.15 ～ 0.25% です。沸騰期間中、スラグの塩基性と流動性を監視します。

金属中の炭素含有量が完成した鋼に必要な量よりもわずかに低い場合、製錬の最終段階、つまり金属の仕上げと脱酸の期間が始まります。一定量の塊状フェロマンガン (12% Mn) が炉に導入され、10 ～ 15 分後にフェロシリコン (12 ～ 16% Si) が導入されます。マンガンとシリコンは金属に溶解した酸素と相互作用し、その結果炭素の酸化反応が停止します。酸素からの金属の放出の外部の兆候は、スラグの表面での一酸化炭素の泡の放出の停止です。

主な製錬プロセスでは、反応を通じて金属から硫黄が部分的に除去されます。

+ (CaO) = (CaO) + (FeO)。

これには、高温とスラグの十分な塩基性が必要です。

酸平炉プロセス。このプロセスは、メインプロセスと同じ期間で構成されます。使用される装入物は、リンと硫黄に関して非常に純粋です。これは、得られる酸性スラグがこれらの有害な不純物を保持できないという事実によって説明されます。

炉は通常、固体装入で動作します。スクラップの量は金属装入質量の 30 ～ 50% に相当します。装入物には 0.5% 以下の Si を含めることができます。鉄鉱石は炉床のシリカと相互作用し、低融点化合物 2FeO*SiO2 が形成されて破壊される可能性があるため、炉に供給することはできません。一次スラグを得るには、一定量の珪岩または平炉スラグを炉に投入します。この後、装入物は炉のガスによって加熱されます。鉄、シリコン、マンガンは酸化され、それらの酸化物はフラックスと融合して、最大 40 ～ 50% の SiO2 を含む酸性スラグを形成します。このスラグでは、酸化第一鉄の大部分がケイ酸塩の形になっているため、スラグから金属への移行が困難になります。酸プロセス中の浴の沸騰は、メインプロセス中よりも遅く始まり、金属を十分に加熱した場合でもゆっくりと起こります。さらに、酸性スラグは粘度を増加させ、炭素の燃焼に悪影響を及ぼします。

鋼は遊離酸化第一鉄の含有量が少ない酸性スラグの層の下で製錬されるため、このスラグは金属を酸素化から保護します。炉から出る前の鋼には、主プロセスで製錬された鋼よりも溶存酸素が少なくなります。

平炉プロセスを強化するために、空気に酸素が豊富に含まれ、それが炎に供給されます。これにより、火炎の温度を高め、放射率を高め、燃焼生成物の量を減らし、それによって炉の火力を高めることができます。

酸素を炉浴に導入することもできます。トーチと炉浴に酸素を導入すると、溶解時間が短縮され、炉の生産性が 25 ～ 30% 向上します。ダイナスボールトの代わりにクロムマグネサイトボールトを生産することで、炉の火力を向上させ、オーバーホール期間を 2 ～ 3 倍延長し、生産性を 6 ～ 10% 向上させることができます。

電子ビームによる金属の溶解。特に純粋な金属や合金を得るには、電子ビーム溶解が使用されます。融解は、自由電子の運動エネルギーの使用に基づいており、電界高電圧。電子の流れが金属に向けられ、金属が加熱されて溶解します。

電子ビーム溶解には多くの利点があります。電子ビームにより、高い加熱エネルギー密度が得られ、溶解速度を広い範囲内で調整でき、るつぼ材料による溶解物の汚染が排除され、あらゆる形態の装入物を使用できます。溶融金属の過熱と、低い溶解速度および深い真空の組み合わせにより、有効な条件金属をさまざまな不純物から洗浄します。

エレクトロスラグの再溶解。高品質の金属を製造するための非常に有望な方法は、エレクトロスラグ再溶解です。ワークピースの再溶解中に形成された金属の滴は、液体金属の層を通過して精製されます。スラグを使用して金属を加工し、インゴットを下から上に結晶化させると、ワークピース中の硫黄含有量が 30 ～ 50% 減少し、非金属介在物の含有量が 2 ～ 3 倍減少します。

スチールの掃除機をかける。真空溶解は高品質の鋼を製造するために広く使用されています。インゴットにはガスと一定量の非金属介在物が含まれています。製錬および鋳造中に鋼の真空排気を使用すると、それらを大幅に削減できます。この方法では、液体金属は密閉されたチャンバー内に保管され、そこから空気やその他のガスが除去されます。鋼の真空引きは、型に流し込む前に取鍋で行われます。最良の結果は、鋼を取鍋内で真空にした後、真空中で鋳型に流し込むときに得られます。真空中での金属の精錬は密閉誘導炉で行われます。

液体合成スラグを使用して取鍋で鋼を精錬します。この方法の本質は、特殊なスラグ溶解炉で準備されたスラグと取鍋内の鋼を集中的に混合することにより、硫黄、酸素、非金属介在物から鋼を精製することです。液状スラグ処理後の鋼は高い機械的特性を備えています。アーク炉での精製期間を短縮することで、生産性を 10 ～ 15% 向上させることができます。合成スラグを使用して処理された平炉炉は、電気炉で精錬された鋼の品質に近い品質です。

鋼 (ドイツの Stahl 製) は、鉄と炭素 (およびその他の元素) の合金 (固溶体) であり、共析変態を特徴とします。鋼中の炭素含有量は 2.14% 以下です。炭素は鉄合金に強度と硬度を与え、延性と靭性を低下させます。

鋼に合金元素を添加できることを考慮すると、鋼は鉄と炭素および少なくとも 45% の鉄を含む合金元素との合金 (合金、高合金鋼) です。

アプリケーション

高い弾性特性を持つ鋼は、機械や器具の製造に広く使用されています。機械工学では、ばね、ショックアブソーバー、動力ばねの製造に使用されます。さまざまな目的のために、器具製造 - 膜、スプリング、リレープレート、ベローズ、ブレース、サスペンションなどの多数の弾性要素用。

ばね、機械ばね、およびデバイスの弾性要素は、さまざまな形状、サイズ、およびさまざまな動作条件によって特徴付けられます。彼らの仕事の特徴は、大きな静荷重、周期荷重、または衝撃荷重の下で、残留変形が許容されないことです。この点において、すべてのばね合金は、すべての構造材料の機械的特性 (強度、延性、靱性、耐久性) に加えて、小さな塑性変形に対する高い耐性を備えていなければなりません。短期間の静的荷重の条件下では、小さな塑性変形に対する耐性は弾性限界によって特徴付けられ、長期の静的または周期的荷重の下では緩和抵抗によって特徴付けられます。

分類

鋼材は次のように分類されます構造的なそしてインストゥルメンタル。工具鋼の一種に高速度鋼があります。

化学組成に従って、鋼は炭素と合金に分けられます。炭素含有量によって、低炭素 (最大 0.25% C)、中炭素 (0.3 ～ 0.55% C)、および高炭素 (0.6 ～ 2% C) に分類されます。合金鋼は、合金元素の含有量に応じて、合金元素が 4% までの低合金、合金元素が 11% までの中合金、および合金元素が 11% を超える高合金に分けられます。

鋼には、その製造方法に応じて、さまざまな量の非金属介在物が含まれます。不純物の含有量は、鋼の品質による分類の基礎となります。普通品質、高級品、高級品、特別高級品です。

鋼の特徴

密度: 7700-7900 kg/m3、

比重: 75500-77500 N/m3 (MKGSS システムでは 7700-7900 kgf/m3)、

20℃での比熱容量: 462 J/(kg ℃) (110 cal/(kg ℃))、

融点: 1450-1520 °C、

融解比熱：84kJ/kg（20kcal/kg、23Wh/kg）、

温度100℃における熱伝導率。クロムニッケルタングステン鋼 15.5 W/(m・K)

クロム鋼 22.4 W/(mK)

モリブデン鋼 41.9 W/(mK)

炭素鋼(グレード30) 50.2 W/(m・K)

炭素鋼 (グレード 15) 54.4 W/(mK)

温度約20℃における線熱膨張係数：鋼St3（グレード20）1/℃

ステンレス鋼 1/℃

レール鋼 690～785MPa

鉄鋼生産

鋳鉄を鋼に加工するプロセスの本質は、鋼を脆く脆くする炭素と有害な不純物であるリンや硫黄の含有量を必要な濃度まで減らすことです。鋳鉄を鋼に加工するには、炭素酸化の方法に応じて、転炉、平炉、電熱などのさまざまな方法があります。

ベッセマー法

ベッセマー法は、リンと硫黄をほとんど含まず、シリコンが豊富（少なくとも 2%）の鋳鉄を加工します。酸素が吹き込まれると、まずシリコンが酸化され、かなりの量の熱が放出されます。その結果、鋳鉄の初期温度は約 1300°C から 1500 ～ 1600°C まで急速に上昇します。1% Si がバーンアウトすると、温度が 200°C 上昇します。約 1500°C で、激しい炭素のバーンアウトが始まります。それとともに、特にシリコンと炭素の燃え尽きの終わりに向けて、鉄も集中的に酸化します。

Si + O2 = SiO2

2C + O2 = 2CO

2Fe + O2 = 2FeO

生成した一酸化鉄 FeO は溶融鋳鉄によく溶解し、部分的に鋼に入り、部分的に SiO2 と反応してケイ酸鉄の形で FeSiO3 がスラグに入ります。

FeO + SiO2 = FeSiO3

リンは鋳鉄から鋼に完全に移行するため、過剰な SiO2 を含む P2O5 は塩基性酸化物と反応できません。これは、SiO2 が塩基性酸化物とより激しく反応するためです。したがって、この方法ではリン鋳鉄を鋼に加工することはできません。

鋳鉄に吹き込まれた空気酸素が金属全体の対応する物質と即座に反応するため、転炉内のすべてのプロセスは 10 ～ 20 分以内に迅速に進行します。酸素を豊富に含む空気を吹き込むと、プロセスが加速されます。炭素が燃え尽きるときに生成される一酸化炭素 CO は、上向きにゴロゴロと音を立ててそこで燃え、コンバーターのネックの上に軽い炎のトーチを形成します。炭素が燃え尽きるにつれて炎は減少し、その後完全に消えます。これは、エネルギーの終わりの兆候として機能します。プロセス。得られた鋼には、溶解した一酸化鉄 FeO が大量に含まれており、これにより鋼の品質が大幅に低下します。したがって、鋳造前に、フェロシリコン、フェロマンガン、アルミニウムなどのさまざまな脱酸剤を使用して鋼を脱酸する必要があります。

2FeO + Si = 2Fe + SiO2

FeO + Mn = Fe + MnO

3FeO + 2Al = 3Fe + Al2O3

主な酸化物としての一酸化マンガン MnO は SiO2 と反応してケイ酸マンガン MnSiO3 を形成し、これがスラグになります。この条件下では不溶物である酸化アルミニウムも浮遊してスラグとなります。ベッセマー法はその単純さと生産性の高さにも関わらず、多くの重大な欠点があるため、現在では十分に普及していません。したがって、ベッセマー法用の鋳鉄はリンと硫黄の含有量を最小限に抑える必要がありますが、常にそれが可能であるとは限りません。この方法では金属の焼損が非常に多く、鋼の歩留まりは鋳鉄の質量の90％に過ぎず、脱酸剤も多量に消費します。重大な欠点は、鋼の化学組成を制御できないことです。

ベッセマー鋼の炭素含有量は通常 0.2% 未満で、ワイヤー、ボルト、屋根鉄などの製造のための工業用鉄として使用されます。

トーマス法

トーマス法では、リン含有量が高い (最大 2% 以上) 鋳鉄を加工します。この方法とベッセマー法の主な違いは、コンバーターのライニングが酸化マグネシウムと酸化カルシウムでできていることです。さらに、鋳鉄には最大 15% の CaO が添加されます。その結果、スラグ形成物質には、塩基性の性質を持つ酸化物が大幅に過剰に含まれます。

これらの条件下では、リンの燃焼中に生成するリン酸無水物 P2O5 が過剰な CaO と相互作用してリン酸カルシウムを形成し、スラグに入ります。

4P + 5O2 = 2P2O5

P2O5 + 3CaO = Ca3(PO4)2

リンの燃焼反応は、この方法における主な熱源の 1 つです。 1%のリンが燃焼すると、転炉の温度は150℃上昇します。硫黄は、溶鋼に不溶の硫化カルシウムCaSの形でスラグ中に放出されます。硫化カルシウムは、可溶性のFeSと溶鋼との相互作用の結果として形成されます。 CaOは反応により次のようになります。

FeS + CaO = FeO + CaS

後者のプロセスはすべて、Bessemer 法と同じ方法で行われます。 Thomas 法の欠点は Bessemer 法の欠点と同じです。トーマス鋼は低炭素でもあり、ワイヤーや屋根鉄などの製造のための工業用鉄として使用されます。

平炉炉

平炉法は、鋳鉄中の過剰炭素の燃焼が大気中の酸素だけでなく、鉄鉱石や錆びた鉄スクラップの形で添加される酸化鉄の酸素によっても起こるという点で転炉法と異なります。

平炉は、耐火レンガアーチで覆われた溶解槽と、空気と可燃性ガスを予熱するための特別な再生室で構成されています。蓄冷器には耐火レンガパッキンが充填されています。最初の 2 つの蓄冷器が炉のガスによって加熱されると、可燃性ガスと空気が赤熱した 3 番目と 4 番目の蓄冷器を通して炉内に吹き込まれます。しばらくして、最初の 2 つの再生器が加熱すると、ガスの流れは反対方向に向けられます。

強力な平炉炉の溶解槽は長さ最大 16 m、幅最大 6 m、高さ 1 m 以上で、その容量は鋼鉄 500 トンに達します。鉄くずと鉄鉱石は精錬槽に投入されます。石灰石もフラックスとして混合物に添加されます。オーブンの温度は 1600 ～ 1650 ℃ 以上に維持されます。溶解の最初の段階での炭素と鋳鉄の不純物の燃え尽きは、主に可燃性混合物中の過剰な酸素が転炉内と同じ反応で起こり、酸化鉄により溶解した鋳鉄の上にスラグ層が形成されるときに発生します。

4Fe2O3 + 6Si = 8Fe + 6SiO2

2Fe2O3 + 6Mn = 4Fe + 6MnO

Fe2O3 + 3C = 2Fe + 3CO

5Fe2O3 + 2P = 10FeO + P2O5

FeO + C = Fe + CO

塩基性酸化物と酸性酸化物の相互作用により、ケイ酸塩とリン酸塩が形成され、スラグになります。硫黄は硫化カルシウムの形でスラグにも入ります。

MnO + SiO2 = MnSiO3

3CaO + P2O5 = Ca3(PO4)2

FeS + CaO = FeO + CaS

平炉炉は転炉と同様に定期的に稼働します。鋼を鋳造した後、炉に再び装入物などが装填されます。平炉で鋳鉄を鋼に変えるプロセスは、6 ～ 7 時間かけて比較的ゆっくりと行われます。転炉とは異なり、平炉では鋳鉄にくず鉄と鉱石を一定の割合で添加することで、鋼の化学組成を簡単に調整できます。製錬が終了する前に、炉の加熱が停止され、スラグが排出され、その後、酸酸化物が添加されます。合金鋼は平炉でも製造できます。これを行うには、溶解プロセスの最後に適切な金属または合金を鋼に追加します。

電熱法

電熱法には、平炉法、特にコンバータ法に比べて多くの利点があります。この方法により、非常に優れた鋼を得ることができます。高品質そしてその化学組成を正確に制御します。電気炉への空気のアクセスは重要ではないため、鋼を汚染して特性を低下させる一酸化鉄 FeO の生成がはるかに少なくなります。電気炉内の温度は2000℃以上です。これにより、リンや硫黄をより完全に除去した高塩基性スラグ（溶解しにくいスラグ）を用いて鋼を溶解することができます。さらに、電気炉では非常に高温になるため、鋼と高融点金属（モリブデンやタングステン）を合金化することができます。しかし、電気炉は大量の電力を消費します - 鋼材 1 トンあたり最大 800 kW/h です。したがって、この方法は高品質の特殊鋼を製造する場合にのみ使用されます。

電気炉には、0.5 トンから 180 トンまでのさまざまな容量があり、炉の内張りは通常、主電気炉 (CaO と MgO) で作られています。装薬の構成は異なる場合があります。 90％のくず鉄と10％の鋳鉄で構成される場合もあれば、鉄鉱石とくず鉄の一定の割合で添加物を加えた鋳鉄が大半を占める場合もあります。石灰石または石灰もフラックスとして混合物に添加されます。電気炉での鋼製錬中の化学プロセスは平炉での場合と同じです。

鋼の性質

物理的特性

密度ρ ≈ 7.86 g/cm3; 線熱膨張係数 α = 11 ... 13 10−6 K−1;

熱伝導率 k = 58 W / (m・K);

ヤング率 E = 210 GPa;

せん断弾性率 G = 80 GPa;

ポアソン比 ν = 0.28 ... 0.30;

抵抗率 (20 °C、0.37 ～ 0.42% カーボン) = 1.71 10−7 オーム・m

パーライトはフェライトとセメンタイトの 2 相の共析混合物で、セメンタイトが 1/8 含まれているため、フェライトに比べて強度と硬度が高くなります。したがって、亜共析鋼は過共析鋼よりもはるかに延性が高くなります。

鋼には最大 2.14% の炭素が含まれています。鉄と炭素の合金である鋼の科学の基礎は、鉄-炭素合金の状態図、つまり化学組成と温度に応じて鉄-炭素合金の相状態をグラフで表示することです。鋼の機械的特性やその他の特性を向上させるために、合金化が使用されます。大部分の鋼を合金化する主な目的は、合金元素をフェライトとオーステナイトに溶解し、炭化物を形成し、焼入れ性を高めることによって強度を高めることです。さらに、合金元素は耐食性、耐熱性、耐熱性などを高めることができます。クロム、マンガン、モリブデン、タングステン、バナジウム、チタンなどの元素は炭化物を形成しますが、ニッケル、シリコン、銅、アルミニウムは炭化物を形成しません。さらに、合金元素は焼入れ中の臨界冷却速度を低下させます。これは、焼入れモード (加熱温度と冷却媒体) を割り当てるときに考慮する必要があります。大量の合金元素を使用すると、構造が大きく変化する可能性があり、炭素鋼と比較して新しい構造クラスの形成につながります。

鋼の加工

熱処理の種類

初期状態の鋼は非常に塑性が高く、鍛造、圧延、スタンピングなどの変形加工が可能です。鋼の特徴は、熱処理後にその機械的特性を大きく変える能力です。その本質は、特別な体制に従って、加熱、保持、冷却中に鋼の構造を変化させることです。次の種類の熱処理が区別されます。

アニーリング;

正規化。

硬化;

休暇。

鋼に炭素が多く含まれるほど、熱処理後の鋼は硬くなります。炭素含有量が 0.3% までの鋼 (工業用鉄) は、実質的に硬化できません。

浸炭（C）は、表層の炭素濃度の増加により軟鋼の表面硬度を高めます。

質問 13. 構造と目的による鋼の分類。

構造別:

1) この組織内に亜共析 (炭素 0-0.8) が見られます。フェライトとパーライト。どうやって< С, тем >パーライト、鋼の方が強いです。

２）共析（Ｃ＝０．８）。構造にはパーライトのみが含まれており、鋼は強いです。

3) avtectoid (C 0.8-2.14)。それらの構造には P と C が 2 番目に含まれており、非常に硬くなり、粘性が低くなり、可塑的になります。

目的別:

1) 構造 (C 0.8-2.14) これらの鋼は非常に強く、圧延や溶接が可能です。

2) 機械工学 (C 0.3-0.8)。パーライトが多く含まれているため、粘性と延性は低下しますが、建築材料よりもテレビとして適しています。

3) インストゥルメンタル (C 0.7-1.3)。これは高炭素鋼で、非常に硬く、延性はありません。

4) 鋳鋼 - 鋳鋼には合金が使用されます。 C=0.035。低炭素鋼。

鋼の化学組成と目的別の分類。 鋼の分類とマーク 鋼にはどのような種類がありますか