Тема 2.2 Сталь та вироби з неї.

Мета: Вивчити основні види сталі, її властивості. Види та марки сталі.

ПЛАН

1. Загальні відомості про сталь, її властивості.

2. Види та марки вуглеводистої сталі.

3. Види та марки легірованої сталі.

4. Сталеві труби.

5. Випробування , транспортування та зберігання сталевих труб.

6. З’єднувальні частини до стальних труб.

Питання 1. Загальні відомості про сталь, її властивості.

Сталь – це сплав заліза з вуглецем (до 2%) та іншими елементами.

В залежності від хімічного складу та механічних властивостей сталі поділяють на три групи:

- гарячого прокату;

- холодної витяжки;

- комбінованої обробки.

На металургійних заводах сталь отримують з рідкого передільного чавуну з

додаванням сталевого ламу в кисневих конверторах і мартенівських печах, а також методом прямого восстановлення заліза з руди. На машинобудівельних заводах сталь плавлять зі сталевого ламу з додаванням твердого передільного чавуну в мартенівських, електродугових і індукціонних печах. В процесі плавлення до всіх плавільниїх агрегатів додають флюси для виконання окислювально – востановчих реакцій та захисту розплавленого металу від дії окислювальної повітряної середи.

В порівнянні з чавуном в сталі міститься менше вуглеводу та домішок кремнію, марганцю, сірки, фосфору. Отже, щоб з чавуну отримати сталь, потрібно видалити значну частку вуглеводу та домішок, що виконують шляхом окислення цих елементів. В процесі плавлення оксиди елементів видаляють з сталі разом з шлаком. В кінці плавлення з розплавленої сталі відбирають розчинившийся в ній кисень – сталь розкисляють. Розкислювачами слугують феросплави.

Питання 2 Види та марки вуглеводистої сталі

Вуглеводисті сталі – сплави, які містять залізо, вуглевод та невелику кількість

домішок кремнію, марганцю, фосфору та середи. За рівнем вуглеводу такі сталі поділяються на низько вуглеводні (до 0,2 % вуглеводу), середньо вуглеводні ( від 0,3 до 0,65% вуглеводу), високо вуглеводні ( від 0,65 до 2% вуглеводу). За призначенням вуглеводні сталі бувають конструкційні та інструментальні.

Вуглеводні конструкційні сталі володіють високою міцністю, пластичністю

та в’язкістю в співвідношенні з гарними технологічними властивостями: легко обробляються тиском, гарно зварюються та термічно обробляються. Такі сталі бувають звичайної якості та якісні.

Вуглеводисту сталь звичайної якості виплавляють в мартенівських печах та кисневих конверторах. За призначенням така сталь поділяється на групи А, Б та В.

Вуглеводисту сталь звичайної якості виконують в мартенівських печах та

кисневих конверторах. За призначенням така сталь поділяється на групи А,Б та В.

Сталь групи А виготовляють марок: Ст0, Ст1, і т.д. до Ст6. «ст» - означає сталь, цифра – номер сталі. Якщо цифра більше, то вуглецю більше. Для позначення розкислення до позначення марки сталі, після номера додають індекси: кп, - кипляча, нс – напівспокійна, сп – спокійна. Наприклад: Ст3кп, Ст4сп.

Сталь групи Б поставляють з гарантованим хімічним складом, тому її можливо надавати термічну обробку. Сталь цієї групи виготовляють марок: БСт0, БСт1, БСт1кп, і т.д до БСт6, БСт6сп.

Сталь групи В поставляють з гарантованим механічними властивостями та з гарантованим хімічним складом. Підлягає термічній обробці. Група сталі вказується в марки ВСт2сп, ВСпс і т.д.

Зі сталей звичайного якості виготовляють гарячекатаний прокат: балки, прутки, швелера, кути, листи, труби, деякі проковки, болти, заклепки, арматуру, які широко використовують для зварювальних будівельних конструкцій та невідповідальних деталей машин.

Вуглеводні інструментальні сталі виплавляють в мартенівських та електричних печах; вони містять від 0,7 до 1,35% вуглеводу. Такі сталі поділяються на якісні та високоякісні. Інструментальні якісні сталі виготовляють марок: У7, У8, У9…., У13. Число в позначенні марки вказує на середній вміст вуглеводу в десятих долях відсотку. До марки інструментальних високоякісних сталей додають літеру А: У7А, У8А, ….., У13А. Такі сталі містять менше середи і фосфору, ніж якісні.

З вуглеводистих сталей виготовляють різноманітні слюсарні інструменти, які необхідно підвергати термічній обробці. Зі сталей марок У7А, У8, У8А виготовляють зубила, молотки, штампи, вимірювальний інструмент; зі сталі марок У8, У8А – ножі та ножиці по металу, ролики труборізів; із сталей марок У10А, У11, У11А, У12, У12А – інструменти, які володіють твердістю: напильники, шабери, ножівочні полотна для механічних ножівок.

Питання 3. Види та марки легірованої сталі.

Легіровані сталі на відміну від вуглеводистих окрім вуглеводу, заліза та звичайних домішок містять необхідну кількість домішок, які надають сталім особливі властивості та називаються легіруючими елементами. До легіруючих елементів відносять хром – Х, вольфрам – В, молібден – М, мідь – Д, кремній – С, алюміній – Ю, бор – Р, цирконій – Ц, нікель – Н, ванадій – Ф, марганець – Г,

кобальт – К, титан – Т, фосфор – П, ніобій – Б.

За призначенням лігіруючі сталі поділяються на конструкційні, інструментальні та сталі з спеціальними властивостями.

Вплив легіруючих доданків на властивості сталей залежить від їх вмісту в сталях.

1) Нікель та хром – покращують механічні властивості, підвищують жаростійкість та корозійну стійкість сталі;

2. Вольфрам – підвищує твердість, міцність, покращує ріжучі властивості сталі при високих температурах;

3. Марганець – підвищує твердість, ізносостійкість, опір ударним навантаженням сталей;

4. Кремній - підвищує упругі властивості сталі, підвищує кислотостійкість сталей;

5. Титан – підвищує жаростійкість та кислотостійкість сталей;

6. Молібден – підвищує механічні властивості при нормальній та підвищеної температури, підвищує зварюваність сталей;

7. Ванадій – покращує пластичні властивості сталі, подрібнює її мікроструктуру;

8. Кобальт – підвищує ударну в’язкість та жаростійкість сталей.

Низьковуглеводні конструкторські сталі містять вуглевод не більш 0,6%.

Основні лігіруючі елементи таких сталей – хром, нікель, кремній, марганець. Інші лігіруючі елементи вводять в сталь в невеликих кількостях, щоб додатково збільшити її властивості. Загальну кількість легіруючих елементів у більшості сталей не перевищує 5%.

Інструментальні сталі поділяються в залежності від вмісту легіруючих

елементів на низьколегірованні (до 5%) та високолегірованні (більш 10%).

Сталі зі спеціальними властивостями в залежності від основних властивостей

бувають корозійно – стійкими, жаростійкими, жароміцними та ізносостійкими. Такі сталі містять велику кількість легіруючих елементів (10….35%).

Питання 4 Сталеві труби.

В будівництві сталеві труби застосовують як для монтажу санітарно –

технічних систем, так і в якості конструкційних матеріалів (будівельні ліса, різноманітні огородження, елементи конструкцій). Асортимент сталевих труб різноманітний.

За засобом виготовлення сталеві труби бувають зварні (щовні) та безшовні.

Водогазопровідні (шовні) труби використовують для монтажу внутрішніх

систем опалення, холодного та гарячого водопостачання, газопостачання, а також для елементів конструкцій. Водогазопровідні труби випускають двох видів: оцинковані та не оцинковані

(чорні).

До водогазопровідних труб висувають наступні вимоги. Поверхня труб

повинна бути рівною та гладкою, без напливів та тріщин. Дозволяються невеликі шари окалини, мілкі вм’ятини та риски. В зоні шва дозволяється пологе стовщення висотою не більш 0,5 мм.

На поверхні оцинкованих труб не повинно бути не покритих цинком ділянок,

по хирності цинкового покриття, дозволяється невеликі широховатості і наплав цинку.

Кінці труб повинні бути обрізані під прямим кутом. Дозволяється величина

скосу не більш 2^о та закруглення кромок, заусенци не повинні перевищувати 0,5мм.

Електрозварні прямо шовні труби необхідні для зовнішніх мереж

теплопостачання з робочим тиском Рр до 1,6 МПа при температурі 150^оС, для парових мереж з Рр = 1,3 МПа при температурі до 300^оС, для газопроводів та непітних водопроводів з Рр. до 1,6 МПа. Ці труби випускають зовнішнім діаметром від 8 до 1420 мм і товщиною стінки від 8 до 20 мм.

До електрозварних прямо шовних труб висуваються наступні вимоги.

Кривизна труб не повинна перевищувати 1,5 мм на 1м довжини. Фаска на кінцях труб повинна бути під кутом 25…..30о до кінця труби. На поверхні труб дозволяються незначні вм’ятини, забоїни, мілкі риски, тонкий шар окалини, сліди зачищення і зварювання дефектів, якщо товщина стінки при цьому не виходить за межові відхилення. Тріщини, раковини і закати на поверхні труб не дозволяються.

Електрозварні труби зі спіральним швом застосовують для зовнішніх мереж

теплопостачання з робочим тиском Рр. до 1,6 МПа при температурі до 150^оС та для парових мереж з Рр. до 1,3 МПа при температурі до 300^оС. Такі труби випускають довжиною до 12 м, діаметром від 159 до 1420 мм, товщиною стінок від 3,5 до 14 мм.

Зварні шви електрозварних труб повинні бути щільними, без не проварів та

свищів. Тріщини, підрізи і пори в швах не дозволяються. Кінці труб повинні бути обрізані під прямим кутом зі зняттям притупляючи фасок. Загальна кривизна труб не повинна перевищувати 0,23 % від їх довжини, а овальність – не більш 2% від зовнішнього діаметру.

Гарячедеформовані (гарячекатанні) безшовні труби застосовують для

найбільш важливих ділянок систем, а також для технологічних трубопроводів і конструкцій різноманітного призначення. Такі труби випускають діаметром від 25 до 820 мм, довжиною від 4 до 12,5 м, товщиною стінки від 2,5 до 75 мм в залежності від діаметру і призначення. Партії труб можуть бути або немірної довжини, або мірної.

За замовленням споживача на кінцях труб, які підлягають зварюванню, зі стінок товщиною від 5 до 20 мм повинні бути зняті фаски під кутом 35….40^о до торцю труби і залишене торцеве кільце шириною 1….3 мм. Ці труби поставляють партіями. В партію входять труби однієї марки сталі і одного виду термообробки (при поставці труб в термообробленому стані).

Холоднодеформовані (холоднокатанні) безшовні труби необхідні для особливо відповідальних трубопроводів і конструкцій. Такі труби випускають зовнішнім діаметром від 5 до 250 мм зі стінками товщиною 0,3 …. 24 мм.

Холоднокатані безшовні труби виготовляють немірної довжини від 1,5 до 11,5 м; мірної довжини від 4,5 до 9 м з межовим відхиленням по довжіні + 10 мм; довжини, кратної мірної, від 1,5 до 9 м з припуском на кожний різ по 5 мм і з межовим відхиленням на загальну довжину не більш +10 мм. В кожній партії труб мірної довжини дозволяється не більш 5% труб немірної довжини не коротше 2,5 м.

Труби для магістральних газо нафтопроводів виготовляють електрозварними, спірально шовними діаметром 820, 1020 та 1220 мм та діаметром 1420 та 1620 мм для спорудження магістральних нафтопроводів, технологічних промислових трубопроводів, компресорних і насосних станцій. Труби для магістральних газо нафтопроводів випускають довжиною від 8 до 123 м з товщиною стінок від 3 до 23 мм.

Питання 5. Випробування , транспортування та зберігання сталевих труб.

Безшовні труби дорожчі ніж зварні, але вони більш надійні в експлуатації і їх рекомендується використовувати на більш відповідальних ділянках, а також в недоступних для ремонту місцях. Випробувальна труба не повинна давати тесі, втрат.

Труби постачають пакетами. Кожний пакет повинен мати бирку, в якій вказані: найменування організації, в систему якої входить підприємство виробник; позначення стандарту або технічних умов, за яким виготовлена партія; розміри труб; марка металу; номер партії; найменування або товарний знак підприємства – виробника; маса пакету або метраж. Пакети міцно пов’язують не менш ніж в двох місцях. Труби діаметром 159 мм і більш постачають поштучно.

Сталеві труби транспортують всіма видами транспорту без упакування, згрупувавши в бунти (пачки) або поштучно. Зберігають труби на відкритому повітрі під навісом розсортованими за видами і діаметрами.

Питання 6. З’єднувальні частини (фітінги) до стальних труб.

З’єднувальні часини поділяються на різьбові, зварні ( з гладкими кінцями під зварку) і фланцеві.

Різьбові з’єднувальні частини для водогазопровідних сталевих труб виготовляють з циліндричною різьбою. Для створення герметичного з’єднання циліндричну різьбу ущільнюють льняною п’яддю, змоченою залізним суриком, замішаним на натуральній оліфі.

З’єднувальні частини для водогазопровідних труб виготовляють з ковкого чавуну і сталі. Зовнішня і внутрішня поверхня фітінгу не повинна мати раковин і інорідних включень. Торцеві плоскості фітінгів повинні бути перпендикулярні осям проходів.

На малюнку 10 наведені найбільш поширені з’єднання з ковкого чавуну з циліндричною різьбою.

Малюнок 10 – З’єднувальні частини (фітінги) з ковкого чавуну:

а – компенсаційна муфта; б – пряма коротка муфта; в – перехідна муфта;

г – футорка; д – контргайка; е – двійний ніпель; ж – прямий угольник;

з – перехідний угольник; и – прямий трійник; к – перехідной трійник;

л – трійник з двома переходами; м – пряма хрестовина; н – перехідна хрестовина; о – пробка – заглушка; п – колпак – заглушка; р – з’єднувальна гайка.

Питання для контролю знань:

1. Дайте визначення сталі, як вона поділяється в залежності від хімічного складу?

2. Як отримують сталь на заводах?

3. Дайте визначення вуглеводистій сталі?

4. Які види вуглеводистих сталей Вам відомі? Як їх виготовляють, як класифікують та що з них виготовляють?

5. Дайте визначення легіруванним сталям? Як вони поділяються за призначенням?

6. Як впливають лігіруючі доданки на властивості сталей?

7. Де я як застосовуються сталеві труби?

8. Як класифікуються сталеві труби за засобом виготовлення? Охарактеризуйте кожний вид.

9. Що Ви можете сказати про випробування, транспортування та зберігання сталевих труб?

10. Які з’єднувальні частини для сталевих труб Вам відомі? Поясніть їх