По химическому составу стали подразделяются на углеродистые (низкоуглеродистые 0,09 - 0,20 % С, среднеуглеродистые 0,20 -0,45 % С, высокоуглеродистые более 0,5 % С) и легированные (низколегированные - сумма легирующих элементов до 2,5 %, среднелеги-рованные 2,5 - 10 %, высоколегированные более 10 %).

Основные легирующие элементы, входящие в состав легированных сталей, обозначаются буквами в их маркировке: В - вольфрам, Ф - ванадий, Б - ниобий, К - кобальт, Р - бор, А - азот, Ц - цирконий, остальные элементы обозначаются так же, как в маркировке леги рованных чугунов. Первые цифры в марке стали показывают содержание углерода в сотых долях процента, а цифра после буквы -среднее содержание легирующего элемента в процентах. Если цифра отсутствует, то среднее содержание элемента. Буква Л означает, что сталь литейная.

В зависимости от назначения и качественных показателей отливки из углеродистых и легированных сталей разделены на три группы: I - отливки общего назначения, кон тролируемые по внешнему виду, размерам и химическому составу; II - отливки ответствен ного назначения, контролируемые также по прочности и относительному удлинению; III -отливки особо ответственного назначения, контролируемые дополнительно по ударной вязкости.

Основные элементы углеродистых сталей - углерод, марганец и кремний (основа - железо), примеси - сера и фосфор. Механические свойства сталей зависят в основном от содержания углерода (табл. 1.5), что определяет область лх применения (табл. 1.6). Наибольшее применение в конструкциях машин полу чили средиеуглеродистые стали. Пределы со держания марганца и кремния в сталях составляют 0,4 - 0,9 и 0,2 - 0,52 % соответственно. Их вводят, главным образом, для раскисления стали. Марганец нейтрализует также вредное воздействие серы на красноломкость стали.

Фосфор вызывает снижение пластичности стали при нормальной и низкой температурах. Содержание серы и фосфора ограничивается соответственно в пределах 0,045 - 0,06 и 0,04 - 0,06 % в зависимости от процесса вы плавки стали (основного или кислого) и группы качества отливки.

Стальные отливки подвергаются обычно термической обработке. Для углеродистых сталей характерны нормализация при температуре 850 - 920 °С с последующим отпуском при 620 - 680 °С или закалка при 800 - 870 °С с отпуском. Для криогенной техники и оборудования (машин), работающего в районах Крайнего Севера, литые детали изготавливают из специально разработанных хладостойких и износостойких сталей, позволяющих эксплуатировать технику при температуре до -60 °С. Отличительной особенностью этих сталей является низкая допустимая концентрация серы и фосфора (до 0,02 % каждого). Большинство сталей относится к низколегированным. Многие марки содержат 0,1 - 0,3 % Мо, некоторые из них 0,06 - 0,15 % V, 0,5 - 2,0 % Сг и 1,0 - 1,8 % Ni. Исключение по уровню легирования составляет сталь 10Х18Н9МЛС (буква С означа ет, что сталь хладостойкая).

Для выплавки различных сталей применяют кислые и основные процессы, имеющие ряд характерных признаков. Для кислых процессов футеровку плавильных печей выполняют из огнеупоров с высоким содержанием SiC>2 (например, динас), а для основных MgO (магнезит, хромомагнезит) В первом случае главным шлакообразующим материалом яв ляется кварцевый песок, а во втором - известняк и известь. Шлаки при кислых процессах (кислые шлаки) позволяют выплавлять стали с меньшим содержанием водорода, чем при основных. Однако кислые шлаки не погло щают серу и фосфор из расплава, а основные -очищают его от этих примесей. Поэтому для получения высококачественных сталей предпочтителен основной процесс плавки.

Стойкость кислой и основной футеровок разная. В мартеновских печах стойкость кислой футеровки ниже, чем основной, увеличивается время плавки под кислым шлаком. Наоборот, при кислом процессе в элсктродуговых печах стойкость футеровки примерно в 2 раза выше, а длительность плавки на 20 - 25 % меньше, чем при основном. Поэтому для плавки углеродистых и низколегированных сталей обычно применяют кислые дуговые печи, а содержание в шихте серы и фосфора ограничивают их допустимым содержанием в выплавляемой стали. В основных дуговых печах получают легированные стали, в частности высокомарганцовистые, высокохромистые и хро мо н и келевые.

В литейном производстве около 70 % общего объема стали выплавляется в дуговых печах. Мартеновские печи в силу ряда причин (высокого угара металла, громоздкости и неприспособленности к работе с перерывами и др.) применяют, в основном, для производства крупных отливок из углеродистых сталей в ранее построенных цехах. Среди сталеплавильных процессов специфичным является получение стали в конвертере, в котором в качестве исходного материала используется жидкий чугун, выплавляемый в вагранке.

Для плавки высококачественных и высоколегированных сталей рационально использование индукционных тигельных печей. В кислых индукционных печах так же, как и в кислых дуговых, применяется шихта с мини мальным содержанием серы и фосфора. Для основных печей это требование менее жесткое. Так как в индукционных тигельных печах ре акционная способность шлаков низкая из-за их невысокой температуры, во время плавки снижается окисление (угар) легирующих элементов. Кроме того, интенсивное перемешивание расплава в индукционном тигле улучшает усвоение легирующих элементов, ускоряет плавку, а также способствует очищению стали от неметаллических включений. Отмеченные особенности плавки сталей в индукционных тигельных печах, а также возможность выдавливать металл небольшими порциями определили их распространение для специальных способов литья, особенно по выплавляемым моделям.

Наиболее высококачественную сталь получают при плавке в вакуумных индукционных и электронно-лучевых печах, в плазменных печах с контролируемой атмосферой, при электрошлаковом рафинирующем переплаве.

Улучшение качества стали достигается также применением внепечной се обработки -продувкой нейтральным газом (аргоном) в ковше, обработкой синтетическим шлаком, вакуумированием