Что называется сталью
Elton-zoloto.ru

Драгоценные металлы

Что называется сталью

Сталь: виды, свойства, область применения

Сталь: виды, свойства, марки, производство

Эти сведения важны, скорее, для тех, кто решился приступить к строительству собственного жилья, и не знает какие металлоизделия подходят для этих целей. Итак, о том, что такое сталь, какие виды стали существуют, и какими свойствами обладает этот популярный на сегодняшнее время сплав, будет рассказано в строительном журнале samastroyka.ru .

Что такое сталь, и её отличие от чугуна

Железоуглеродистый сплав — это и есть всем известная сталь. Обычно доля углерода в сплаве варьируется от 0,1 до 2,14%. Увеличение концентрации углерода делает сталь хрупкой. Кроме основных компонентов в сплаве содержатся и небольшие количества магния, марганца и кремния, а так же вредных серных и фосфорных примесей.

По основным свойствам сталь и чугун очень схожи. Несмотря на это между ними существуют значительные различия:

  • сталь более прочный и твёрдый материал, нежели чугун;
  • чугун, несмотря на обманчивую массивность чугунных изделий, более лёгкий материал;
  • поскольку в составе стали ничтожно малый процент углерода, её легче обрабатывать. Для чугуна более предпочтительна отливка;
  • изделия из чугуна лучше сохраняют тепло, благодаря тому, что его теплопроводность значительно ниже чем у стали;
  • закалка металла, повышающая прочность материала, невозможна в отношении чугуна.

Достоинства и несовершенства стальных сплавов

Поскольку марок стали огромное количество, а изделий из неё ещё больше, то говорить о плюсах и минусах стали бессмысленно. Тем более, что свойства металла во многом зависят от технологий изготовления и обработки.

Вследствие этого можно только выделить несколько общих преимущественных особенностей стали, таких как:

  • прочность и твёрдость;
  • вязкость и упругость, то есть способность не деформироваться и выдерживать ударные, статические и динамические нагрузки;
  • доступность для разных способов обработки;
  • долговечность и повышенная износоустойчивость в сравнении с другими металлами;
  • доступность сырьевой базы, экономичность производственных технологий.

К сожалению, стали свойственны и некоторые минусы:

  • неустойчивость к коррозии, в том числе высокий уровень электрохимической коррозии;
  • сталь — тяжёлый металл;
  • изготовление изделий из стали производится в несколько этапов, нарушение технологии на любом из них приводит к снижению качества.

Разновидности и классификации стальных сплавов

Сегодня сложно определить количество производимых и используемых стальных сплавов. Так же не просто их классифицировать, поскольку их свойства зависят от множества параметров, таких как состав, характер и количество добавок, способы изготовления и обработки, назначения и многих других.

По качеству принято различать обычные, качественные, высококачественные и особовысококачественные стали. Доля вредных примесей является основным критерием для определения качества сплава. Для обыкновенных сталей характерны более высокие значения доли примесей, чем для особовысококачественных сплавов.

Химический состав стали. В основу производства сплавов из железа положена его способность формировать различные структурные фазы при разных температурах, так называемый полиморфизм. Благодаря этой способности, растворённые в железе примеси, образуют сплавы различных составов. Принято делить стальные сплавы на углеродистые и легированные.

Сталь по определению является сплавом железа с углеродом, от концентрации которого зависят его свойства: твёрдость, прочность, пластичность, вязкость. В составе углеродистой стали практически не содержится дополнительных добавок.

Базовые примеси — марганец, магний, и кремний содержатся в минимальных количествах, и не ухудшают её свойств и качеств. Кремний и марганец оказывают на сплав раскисляющее действие, повышают упругость, износоустойчивость, жаростойкость. Но, в случае увеличения доли являются легирующими элементами. Стали с большим содержанием марганца теряют магнитные свойства.

Значительно более вредные для обоих видов сталей примеси серы и фосфора. Сера, соединяясь с железом, способствует повышению хрупкости при обработке высокими температурами (прокат, ковка), увеличению усталости, уменьшению устойчивости к коррозии.

Фосфор, особенно при большой доле углерода в сплаве, повышает его хрупкость в обычных температурных условиях. Кроме этого, существует целая группа скрытых, неудаляющихся во время плавки вредных примесей. Эти неметаллические включения в виде азота, водорода и кислорода при горячей обработке делают металл более рыхлым.

Виды углеродистой стали

Углеродистые стали делятся на виды, которые характеризуются долей содержания углерода:

  • к высокоуглеродистым относятся сплавы с долей более 0,6 %;
  • в среднеуглеродистых сплавах концентрация углерода находится в пределах от 0,25 до 0,6 %;
  • допустимые значения, характерные для низкоуглеродистых сталей — не более 0,25 % .

Легированные стали подразделяются на:

— низколегированные, с долей легирующих добавок не более 2,5 %;

— среднелегированные, с долей дополнительных элементов до 10%;

— высоколегированные, в которых доля легирующих элементов составляет более 10%.

Легированные стали отличаются низкой концентрацией углерода и наличием различных легирующих добавок.

В соответствии с назначением стали делят на группы конструкционных, инструментальных и сталей особого назначения.

Каждая группа делится на подгруппы и виды, которые конкретизируют свойства, особенности и области применения сплавов.

К конструкционным сталям относятся:

  1. Строительные, их основное свойство — хорошая свариваемость, это низколегированные сплавы обычного качества.
  2. Для холодной штамповки используют прокат из низкоуглеродистых сплавов обычного качества.
  3. Цементуемые, применяются в изготовлении деталей с поверхностным истиранием.
  4. Высокопрочные характеризуются двойным порогом прочности относительно других конструктивных видов.
  5. Рессорно-пружинные стали с добавлением ванадия, брома, кремния, хрома и марганца, рассчитаны на длительное сохранение упругости.
  6. Шарикоподшипниковые стали с большой долей углерода и добавлением хрома, которым свойственны особая износоустойчивость, прочность и выносливость.
  7. Автоматные, в их составе присутствуют примеси серы, свинца, теллура и селена, облегчающие обработку металла станками — автоматами, на которых осуществляется производство массовых деталей
  8. Нержавеющие, к ним относятся сплавы с высоким содержанием хрома и никеля. Концентрация углерода в таких сплавах минимальна.

Виды инструментальной стали

Стали инструментального назначения имеют несколько разновидностей:

  • Используемые в производстве режущих инструментов, к ним относятся некоторые виды углеродистой, легированной и быстрорежущей стали.
  • Измерительные инструменты производятся из достаточно твёрдых сплавов, обладающих износоустойчивостью и способностью к сохранению постоянных размеров, чаще всего для этого используют закалённую и цементированную сталь.
  • Для штамповой стали характерны твёрдость, термоустойчивость и прокаливаемость. Этот вид делится на подвиды, к которым относят валковые сплавы и стали для разнотемпературной обработки.

К сталям особого назначения относят марки сталей, которые применяются в конкретных производственных областях:

  • электротехнические стали — из них производят магнитные провода;
  • суперинвары — используют в производстве высокоточных приборов;
  • жаростойкие — работают при температурах более 900 °C;
  • жаропрочные — могут работать при высоких температурах в нагруженных состояниях.

Структура стали

Концентрация углерода в сплаве определяет не только свойства металла, но и его внутреннюю структуру. К примеру, мало- и среднеуглеродистые сплавы имеют структуру, состоящую из феррита и перлита. При увеличении доли углерода начинается формирование вторичного цементита. Легирование стали тоже меняет структуру сплава.

По структуре стали могут быть:

  • перлитными — с низким содержанием легирующих добавок;
  • мартенситными — стали, имеющие пониженную критическую скорость закалки и средний уровень содержания легирующих примесей;
  • аустенитными — высоколегированные сплавы, применяемые в агрессивных средах.

Отожженные стали делятся на:

  • доэвтектоидную сталь, с концентрацией углерода менее 0,8%;
  • заэвтектоидную сталь, состоящую из перлита и цементита, применяют как инструментальную;
  • карбидную (ледебуритную) — к ней относятся быстрорежущие стали;
  • ферритную — высоколегированную сталь с низким содержанием углерода.

Способы изготовления стали и технологии

От технологии изготовления стали зависят структура этого сплава, его состав и свойства. Обычные стали производятся в мартеновских печах или конвертерах. Как правило, они насыщены значительным количеством неметаллических примесей.

Высококачественные сплавы производят с использованием электропечей. Особовысококачественные легированные стали, содержащие минимальное количество вредных примесей, производятся в процессе электрошлаковой переплавки.

При производстве сталей используют процесс раскисления, направленный на выведение кислорода из структуры сплава. От количества удалённого кислорода зависит, какие получаются стали: малораскисленные, совершенно раскисленные или полураскисленные. Их классифицируют, как кипящие, спокойные и полуспокойные.

Марки стали

Несмотря на то, что сталь однозначно признаётся самым востребованным сплавом железа, единая система маркировки её видов по настоящее время не сложилась. Наиболее проста и популярна буквенно-численная маркировка.

Качественные углеродистые стали маркируют с использованием литеры «У» и двузначным числовым значением (в сотых %) уровня углерода в их составе (У11).В марке обычных углеродистых сталей за буквой следует число, указывающее на количество углерода в десятых % — У8.

Читать еще:  Как отрегулировать маску для сварки

Литеры используются и в маркировке легированных сталей. Они указывают на основной элемент, применяемый для легирования. Идущая следом цифра показывает концентрацию данного элемента в составе стали. Перед литерой ставят цифру, соответствующую доле углерода в металле в сотых %.

Например, стоящая в конце марки высококачественного сплава буква «А» указывает на его качество. Эта же литера в середине марки уведомляет об основном элементе легирования, в данном случае им является азот. Литера в начале марки сообщает о том, что это автоматная сталь.

Литера «Ш» в конце маркировки, прописанная через дефис, говорит о том, что это особовысококачественный сплав. Качественные стали, не имеют в маркировке литер «А» и «Ш». Кроме того, существует дополнительная маркировка, указывающая на особые характеристики сталей. Так, например, магнитные сплавы отмечают литерой «Е», а электротехнические — «Э».

Буквенно-числовая маркировка, пожалуй, одна из самых простых и понятных для потребителя. Другие, более сложные, доступны только для специалистов.

Виды и марки стали

Сталь. Виды и марки стали. Их применение.

Сталь – это сплав железа и углерода с другими элементами, содержание углерода в нём не более 2,14%.

Наиболее общая характеристика – по химическому составу сталь различают:

углеродистую сталь (Fe – железо, C – углерод, Mn – марганец, Si — кремний, S – сера, P – фосфор). По содержанию углерода делится на низкоуглеродистую, среднеуглеродистую и высокоуглеродистую. Углеродистая сталь предназначена для статически нагруженного инструмента.

легированную сталь – добавляются легирующие элементы: азот, бор, алюминий, углерод, фосфор, кобальт, кремний, ванадий, медь, молибден, марганец, титан, цирконий, хром, вольфрам, никель, ниобий.

По способу производства и содержанию примесей сталь различается:

сталь обыкновенного качества ( углерода менее 0,6%) – соответствует ГОСТ 14637, ГОСТ 380-94. Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5,Ст6. Буквы «Ст» обозначают сталь обыкновенного качества, цифры указывают на номер маркировки в зависимости от механических свойств. Является наиболее дешёвой сталью, но уступает по другим качествам.

качественная сталь ( углеродистая или легированная ) – ГОСТ 1577, содержание углерода обозначается в сотых долях % – 08, 10, 25, 40, дополнительно может указываться степень раскисления и характер затвердевания. Качественная углеродистая сталь обладает высокой пластичностью и повышенной свариваемостью.

Низкоуглеродистые качественные конструкционные стали характеризуются невысокой прочностью и высокой пластичностью. Из листового проката стали 08, 10, 08кп изготавливают детали для холодной штамповки. Из сталей 15, 20 делают болты, винты, гайки, оси, крюки,шпильки и другие детали неответственного назначения.

Среднеуглеродистые качественные стали (ст 30, 35, 40, 45, 50, 55) используют после нормализации и поверхностной закалки для изготовления таких деталей, которые обладают высокой прочностью и вязкостью сердцевины (оси, винты, втулки и т. д.)

Стали 60 — стали 85 обладают высокой прочностью, износостойкостью, упругими свойствами. Из них изготавливают крановые колёса, прокатные валки, клапаны компрессоров, пружины, рессоры и т.д.

высококачественная — сложный химический состав с пониженным содержанием фосфора и серы — по ГОСТу 19281.

Также сталь делится по применению :

а) строительная сталь — углеродистая обыкновенного качества. Обладает отличной свариваемостью. Цифра обозначает условный номер состава стали по ГОСТу. Чем больше условный номер, тем больше содержание углерода, тем выше прочность стали и ниже пластичность.

Ст0-3 — для вторичных элементов конструкций и неответственных деталей (настилы, перила, подкладка,шайбы)

Ст3 используют для несущих и ненесущих элементов сварных и несварных конструкций и деталей, которые работают при положительных температурах. ГОСТ 380-88.

Стандартом качества предусмотрена сталь с повышенным количеством марганца (Ст3Гсп/пс, ст5Гсп/пс).

б) конструкционная сталь — ГОСТ 1050

Углеродистые качественные конструкционные стали используются в машиностроении, для сварных, болтовых конструкций, для кровельных работ, для изготовления рельсов, железнодорожных колёс, валов, шестерен и других деталей грузоподъёмников.Ц ифры в маркировке означают содержание углерода в десятых долях процента.

Ст20 — малонагруженные детали, такие как валики, копиры, упоры,

Ст35 — испытывающие небольшие напряжения (оси, тяги, рычаги, диски, траверсы, валы),

Ст45 (ст40Х) — требующие повышенной прочности (валы, муфты, оси, зубчатые рейки)

Конструкционные легированные стали используют для гусениц тракторов, изготовления пружин, рессор, осей, валов, автомобильных деталей, деталей турбин и др.

в) инструментальная сталь — применяется для режущего инструмента, быстрорежущая сталь для холодного и горячего деформирования материла, для измерительных инструментов, на производство молотков, долот, стамесок, резцов, свёрлов, напильников, бритв, рашпилей.

У7, У8А (цифра- десятые доли процента по содержанию углерода). Углеродистые стали выпускают качественными и высококачественными. Буква «А» означает высококачественную углеродистую инструментальную сталь.

г) легированная сталь — универсальная сталь, содержащая специальную примесь. Содержание кремния более 0,5%, марганца более 1%. ГОСТ 19281-89. Если содержание легирующего элемента превышает 1 – 1,5%, то оно указывается цифрой после соответствующей буквы.

низколегированная сталь — где легирующих элементов до 2,5% (09Г2С, 10ХСНД, 18ХГТ). Низколегированную сталь можно использовать в условиях крайнего севера, от -70 град С. Низколегированную сталь отличает большая прочность за счёт более высокого предела текучести,что важно для ответственных конструкций.

среднелегированная (2,5 -10%),

высоколегированная (от 10 до 50%)

Сталь 09Г2С применяется для паровых котлов, аппаратов и ёмкостей, работающих под давлением и температурой от минус 70, до плюс 450град; её используют для ответственных листовых сварных конструкций в химическом и нефтяном машиностроении, судостроении.

Сталь 10ХСНД используют для сварных конструкций химического машиностроения, фасонных профилей в сдостроении, вагоностроении.

18ХГТ применяют для деталей, работающих на больших скоростях при высоком давлении и ударных нагрузках.

д) сталь особого назначения — сталь с особыми физическими свойствами. Она применяется в электротехничсеской промышленности и точном судостроении.

На свариваемость стали влияет степень её раскисления. По степени раскисления сталь классифицируется:

спокойная сталь (ст3сп) — полностью раскисляется с минимальным содержанием шлаком и неметаллических примесей,

полуспокойная сталь (ст3пс) — по характеристикам качества схожа со спокойной сталью,

кипящая сталь (08кп) — неокисленная сталь с высоким содержанием неметаллических примесей. ГОСТ 1577.

В зависимости от нормируемых характеристик , сталь подразделяют на категории: 1, 2, 3, 4, 5. Категории обозначают химический состав, механические свойства при растяжении, ударную вязкость)

Например, категория 1 — химический состав не нормируемый, категория 3 — нормируется ударная вязкость при температуре +20. Для марки ст0 не нормируется ни химический состав, ни предел текучести.

Марка стали С245 – Ст3пс5

Марка стали С255 — Ст3сп5

Марка стали С235 — Ст3кп2

Марка стали С345 – 09Г2С

© 2001-2020 АО Металлоторг, Все права защищены
металлопрокат, катанка, оцинковка, листы хк, гк, листы оцинкованные холоднокатаные, профильные трубы
Металлоторг – продажа металлопроката

Сталь

“Железо не только основа всего мира, самый главный металл окружающей нас природы,

оно основа культуры и промышленности, оно орудие войны и мирного труда”.

Все знаю, что сталь является важнейшим инструментальным и конструкционным материалом для всех отраслей промышленности.

Металлургическая промышленность Украины насчитывает более 50 металлургических заводов и является стратегически важной для страны. В Украине производится широкий ассортимент металлопроката, таких, как: арматура, круги, квадрат, катанка, проволока, полоса, уголок, балка, швеллер, листы, трубы и метизы.

Сталь

Рассматривая данный вопрос, начнем с химического состава.

Сталь – это соединение железо (Fe) + углерод (С) + другие элементы растворенные в железе.

Железо в чистом виде имеет очень низкую прочность, а углерод ее повышает.

Углерод улучшает и некоторые другие показатели:

  • твердость,
  • упругость,
  • устойчивость к износу,
  • выносливость.

Содержание “Fe” в стали должно быть – не менее 45%, “С”- не более 2,14% – теоретически, однако на практике % концентрации углерода имеет следующий диапазон значений:

  • Низкоуглеродистые стали – 0,1-0,13 %
  • Углеродистые стали 0,14-0,5%
  • Высокоуглеродистые – от 0,6%

Чем выше процент содержания углерода в стали , тем выше ее прочность и меньше пластичность. УГЛЕРОД – является неметаллическим элементом. Его плотность равна 2,22 г/см3, а плавится при t -3500 °С. В природе он присутствует 2х полиморфных модификаций – графит (стабильная модификация) и алмаз (метастабильная модификация), а в сплаве с железом:

  • в свободном – графит (в серых чугунах),
  • в связанном – твердое состояние -цементит.
Читать еще:  Как заточить ножницы для кутикулы в домашних условиях

Углерод в соединении с железом находится в состоянии цементита, т.е в химической связи с железом (Fe3C). Структура цементита может быть очень разной, а зависит она от процесса образования, содержания углерода и методов термообработок.

Углерод в свободном состоянии присутствует в сером чугуне (СЧ), в виде графита. Серый чугун имеет пористую металлическую структуру и является весьма хрупким; на нем легко появляются трещины (особенно в процессе сварки).

Химический состав углеродистых сталей обыкновенного качества (ГОСТ 380-71)

Система железо- углерод

Структура стали изучается по диаграмме состояния системы железо- углерод. Она характеризует структурные превращения стали и выражает зависимость структурного состояния от температурных режимов и химического состава.

Диаграмма состояния системы железо- углерод

Диаграмма состояния содержит критические точи, которые очень важны теоретически и практически для процессов термообработки стали и их анализа. С помощью диаграммы Fe-C – можно определить вид термообработки, температурный интервал изменения структуры и прогнозировать микроструктуру.

Структуры стали

Сплавы железа с углеродом при различных температурах и различном содержании «С» имеют различную структуру, а соответственно и физические и химические свойства. Одним из таких состояний и является описанный выше цементит. А теперь о них:

Аустенит – твердая структура углерода в гамма-железе – содержит “С” до 1,7% (t > 723° С). При снижении температуры аустенит распадается на феррит и цементит и возникает пластинчатая структура – перлит.

Феррит – твердый раствор “C” в α-железа- при t> 723-768° С , концентрация “С” составляет – 0,02%, а при t 20°С около 0,006% “С”. Он очень пластичен, не тверд и имеет низкие магнитные свойства.

Цементит – карбид железа Fe3C. Концентрация «С» 6,63% . Цементит является хрупким , а его твердость – НВ760-800.

Перлит – механическая смесь феррита и цементита, образуемая при постепенном охлаждении в процессе распада аустенита. Исходя из размера частиц цементита перлит имеет различные механические свойства. Содержание «С» -0,8%.

Ледебурит (структура чугуна) – смесь образующаяся из кристаллизация жидкого сплава цементита и аустенита. Ледебурит очень твердый, но хрупкий. Концентрация “С”-4,3%

Свойства стали

Конечно, не только углерод влияет на свойства стали. Состав дополнительных элементов и их количество придают стали определенные свойства. Примеси бывают полезными и вредными. Хорошие примеси влияют исключительно на сами кристаллы, а вредные негативно воздействуют на связь кристаллов между собой. К хорошим примесям относят : марганец (Mn), кремний (Si). К плохим: фосфор (Р), серу (S), азот, кислород и другие.

Физические и механические свойства стали

Основными физическими свойствами стали являются:

  • теплоемкость;
  • теплопроводность;
  • модуль упругости.
  • Понятие модуля упругости стали (Е) заключается в соотношении твердого вещества упруго деформироваться при воздействии силы. Данная характеристика на прямую зависит от напряжения, а точнее, является производной соотношения напряжения к упругой деформации.
  • модуль сдвига (упругость при сдвиге) (G )– величина измеряемая в Паскалях (Па), определяющая упругие свойства тела или материала и их способность сопротивляться сдвигающим деформациям. Он применяется для расчета на сдвиг, срез, кручение.
  • коэффициент линейного и коэффициент объемного расширения при изменении температуры – это величина показывающая относительное изменение линейных размеров или объема материала или тела при увеличении температуры при неизменном давлении.

Основными механическими свойствами стали являются:

  • прочность
  • твердость
  • пластичность
  • упругость
  • выносливость
  • вязкость

Показатели механических свойств углеродистых сталей обыкновенного качества ( ГОСТ 380-71)

Основными химическими свойствами стали являются:

  • степень окисления
  • устойчивость к коррозии
  • жаростойкость
  • жаропрочность

Качество стали определяется различными показателями всех ее свойств и структуры. Учитываются и свойства и изделий из этой стали.

По качеству стали разделяют на:

  • обыкновенного качества,
  • качественная сталь,
  • высококачественная сталь.

В данной статье мы рассматриваем только структуру стали и связанные с ней понятия. Качество стали, состав дополнительных примесей и их свойства будут рассмотрены в следующей публикации.

Виды стали

К сталям относятся все сплавы железа, содержание углерода в которых менее 2,14%.
В составе стальных сплавов также могут присутствовать другие химические элементы: марганец, фосфор, сера, кремний. Их применяют в качестве легирующих компонентов для обеспечения стали определенных свойств необходимых в тех или иных условиях эксплуатации.

1 Классификация сталей

Классификация и маркировка сталей зависят от процентного наличия дополнительных компонентов в сплаве и характеристик конструкционного материала.

Деление стальных сплавов на виды и присвоение им соответствующей маркировки осуществляется на основании:

  1. Состава.
  2. Структуры.
  3. Методики изготовления.
  4. Сферы использования.
  5. Характера затвердевания и уровня раскисления.
  6. Качественных характеристик.

Сталь является широко распространенным материалом, применяемым для различных промышленных нужд. Стальные сплавы отличаются прочностью (способностью переносить интенсивное напряжение), пластичностью (устойчивость материала к сильным деформациям ), вязкостью, упругостью, устойчивостью к холоду и жару.

Стальные элементы применяются как в промышленности, так и в бытовых и хозяйственных отраслях, и для каждой сферы применения существуют определенные сорта стальных сплавов. Важные для конкретной сферы применения свойства и характеристики материала достигаются путем обогащения сплава определенными химическими компонентами, наличие которых отражается в маркировке.

2 Классификация по химическому составу

Исходя из наличия в стальном сплаве определенных элементов выделяют два основных типа стали:

Углеродистые стали дополнительно классифицируются по процентному наличию углерода в составе сплава:

  • малоуглеродистые стали (С менее 0,25%);
  • среднеуглеродистые стали (С в пределах 0,25-0,60 %);
  • высокоуглеродистые стали (С свыше 0,60%).

Легированные стали содержат дополнительные компоненты, влияющие на их физические характеристики, и делятся на подвиды зависимо от объема легатуры в составе:

  • низколегированные (до 2,5% легатуры в составе);
  • среднелегированные (2,5-10% дополнительных компонентов);
  • высоколегированные (концентрация легатуры более 10%).

Стоит учитывать, концентрация углерода не влияет на степень легирования.

Содержание углерода не влияет на степень легирования. В случаях, когда доля марганца в составе стали более 1%, а кремния свыше 0,9 % их также относят к легирующим компонентам.

3 Классификация по микроструктуре

Классификация стали зависит не только от состава, но и от структуры материала, а также факторов, действовавших на нее в процессе производства (отливки, термообработки).

После отжига (нагревание стальной заготовки до пластичного состояния с последующим медленным охлаждением) сталь приобретает определенную структуру:

  • доэвтектоидную (преобладание включений ферритов);
  • эвтектоидную (замещение ферритов перлитами);
  • заэвтектоидную (наличие в структуре вторичных карбидных включений);
  • ледебуритную (наличие первичных карбидных включений);
  • аустенитную;
  • ферритную.

В зависимости от конечной микроструктуры сталь делят на 5 классов:

  1. Перлитный – стали используемые в строительстве, изготовлении конструкционных материалов, производстве инструментов. К этому классу относятся низколегированные сплавы углеродистого типа.
  2. Мартенситный – нержавейки, сплавы для производства инструментов и конструктивные стали высоколегированного типа.
  3. Аустенитный – жароустойчивые и огнеупорные сплавы нержавеющих металлов.
  4. Ферритный – сплавы с высоким содержанием хрома, нержавейки, жаропрочные стали.
  5. Карбидный – высокоуглеродистые стали с карбидообразующими структурными элементами.

4 Классификация по способу производства

От способа изготовления стали зависит ее состав, структурные характеристики и физические параметры. По методике производства стальные сплавы подразделяют на:

  1. Обыкновенные – среднеуглеродестый сплав выплавляемый в конвертерах и печах. Отливается в большинстве случаев крупнокалиберными слитками.Такие стали отличаются значительной ликвидацией и большим объемом неметаллических примесей. В раскатанном виде на ней заметны полосы.
  2. Качественные – стали, которые плавятся в мартеновских печах в соответствии с установленными для состава, плавильного и разливочного процесса требованиями. В стали этого вида неметаллических примесей содержится существенно меньше, чем в рядовом сплаве, а серы и фосфора в составе не больге 0,04%.
  3. Высококачественные – сплавы с многокомпонентным составом. Их плавят в печах уменьшенного тоннажа, контролируя минимальное наличие в ее составе фосфора и серы. Сплав отличается наивысшей чистотой и содержит минимум неметаллических компонентов.

5 Классификация по применению

Классификация сталей по назначению определяется физическими характеристиками стали и возможностью применения материала в той или иной сфере промышленности/производства. По такому критерию различают следующие классы сталей:

  1. Строительная (1 класс) – углеродистый сплав обыкновенного качества, обработанный под давлением. В некоторых случаях материал дополнительно упрочняют путем закалки при прокатном нагреве.
  2. Машиностроительная (2 класс) – изготавливается по методике интенсивной термообработки. При необходимости изготовления из машиностроительной стали малонагруженных деталей возможно изготовление машиностроительных сплавов рядового качества.
  3. Инструментальная (3 класс) – сталь заэвтектоидной структуры, используется в производстве инструментов различных типов.
  4. Сталь с особыми характеристиками(4 класс) – изготавливается в специфических условиях (вакуум, газ, электрошлак).
Читать еще:  Как убрать ржавчину с крыла автомобиля

6 Классификация по степени раскисления и характеру затвердевания

Степень раскисления стали определяется наличием в сплаве, от которого также зависит характер отвердевания стального сплава. По этому критерию различают следующие типы сталей:

  1. Спокойную – полное раскисление и минимизация насыщенности сплава газами (маркировка «сп»).
  2. Кипящую – содержит газовые пузыри в слитках, завариваемые в процессе термообработки. Хуже поддается сварке и склонна к старению, деформируется под высокими (более 150-200С) и низкими (менее 0С) температурами (маркировка «кп»).
  3. Полуспокойную – тип стали с усредненными между спокойным и кипящим сплавом свойствами (маркировка «пс»).

В некоторых случаях при маркировке стали, характер затвердевания и степень раскисления не указываются.

7 Классификация по качеству

В зависимости от качественных характеристик стали и возможности применения ее в той или иной промышленной сфере классификация сталей по качеству выглядит так:

  1. Стали обыкновенного качества – углеродистые сплавы выплавленные в конвертерах или печах под воздействием кислорода. Отличаются низкой стоимостью и слабыми механическими параметрами в сравнении со сталями иных классов качества.
  2. Качественные стали – углеродистые или легированные сплавы выплавляемые с соблюдением определенных требований к плавильному и отливному процессам, составу материала.
  3. Высококачественные стали – плавятся в электропечах, отличаются относительной чистотой по неметаллическим примесям и газам, и соответственным улучшением эксплуатационных параметров.
  4. Особо высококачественные стали – легированные сплавы, изготавливаются методом электрошлаковой переплавки, которая позволяет максимально очистить стальной сплав от оксидов и сульфидов.

Таблица содержания количества серы и фосфора для каждого типа качества

Тип стали по качеству Содержание фосфора (Р) % Содержание серы (S)%
Обыкновенная 0,040 0,050
Качественная 0,035 0,035
Высококачественная 0,025 0,025
Особовысококачественная 0,025 0,015

8 Маркировка стали

Маркировки стали отображают свойства конструкционного материала, его состав и качество. Стальные сплавы обозначают в буквенно-цифровом отображении, по которому можно определить процент содержания в стали тех или иных химических элементов, а значит и основные физические свойства материала.

В маркировке легированных сталей первые цифры (одна или пара) в начале названия марки отображают процентное содержание углерода в сплаве (одна цифра в сотых долях, две – в десятых). Буквы, располагающиеся за этими цифрами указывают на степень раскисления стали (кп, сп, пс соответственно). Иногда такой параметр в маркировке не указывается.

Далее следуют буквы, демонстрирующие наличие в сплаве определенного химического элемента, которые могут сопровождаться цифровым значением (в целых процентных долях) содержания компонента в составе стали. Отсутствие цифр означает содержание в стали указанного элемента на уровне 1 – 1,5%.

Высококачественные по способу производства стали маркируются буквой А в окончании названия марки.

Сталь: железо + углерод +

Что такое сталь?

«Бытовое» определение стали звучит примерно так: «Твердый и прочный металл на основе железа с легированием небольшим количеством углерода, а также часто другими металлами, такими как никель, хром, марганец». Хотя и нельзя сказать, что это определение полностью неправильное, но оно вряд ли адекватно отражает понятие «сталь».

Более точное определение стали может быть таким: «Сплав на основе железа, хорошо деформируемый в определенном интервале температур и содержащий углерод, и часто другие легирующие элементы. В углеродистых и низколегированных сталях максимальное содержание углерода около 2 %, в высоколегированных сталях – до 2,5 %. Разделительная линия между низколегированными и высоколегированными сталями обычно проходит по 5 % металлических легирующих элементов.

Три фазы стали – феррит, цементит и аустенит

В принципе, все стали являются смесями, а точнее, сплавами железа и углерода. Однако даже самые обычные стали, так называемые стали общего назначения, имеют небольшие, но контролируемые количества марганца и кремния, а также малое и обычно неизбежное количество фосфора и серы. Содержание углерода в сталях общего назначения обычно составляет от 0,05 до 1,0 %.

Механизм легирования железа углеродом отличается от других систем сплавов тем, что является двухступенчатым. На первом этапе железо соединяется с 6,67 % углерода, образуя карбид железа, который чаще называют цементитом. Поэтому при комнатной температуре обычная сталь содержит смесь цементита и феррита. Оба они являются фазами. Фазой называют физически гомогенный и выделенную часть материальной системы. Когда сталь нагревают до 725 ºС цементит цементит растворяется в железе и образуется новая фаза – аустенит. Заметим, что не надо путать «фазы стали» и «структуры стали». Любая сталь может иметь только три фазы, тогда как может быть несколько структур, а также их смесей.

Классификация сталей

Невозможно определить точное число составов сталей, которые существует в настоящее время. Их насчитается, по крайней мере, за тысячу. Жесткой классификации сталей не существует. Однако чаще всего стали разбивают на пять групп, что вполне устраивает большинство специалистов, которые работаю со сталью.

К этим пяти классам относятся:

углеродистые стали;
легированные стали, иногда их называют низколегированными сталями;
нержавеющие стали – стандарты называют их «коррозионно-стойкими»;
инструментальные стали;
специальные стали,

К специальным сталям относят стали со специальными свойствами, которые нужны для применения их в специфических условиях работы. Кроме того, это могут быть стали, которые очень похожи на стали из первых четырех групп, но все таки настолько отличаются от них, что требуют отдельного обозначения сплава.

Почему сталь главная?

Было бы несправедливо заявлять, что какой-то один металл является более важным, чем другой. Например, без алюминия и титана не было бы современных самолетов и космических кораблей.

Сталь, тем не менее, значительно более широко применяется, чем любой другой металл. Обычно бытует мнение, что причина доминирования стали заключается в избытке железной руды, а также легкости, с которой железо можно извлекать из руды. И то, и другое ошибочно. Железо не является самым распространенным элементом. Извлекать его из руды не так-то просто, а вот, медь, например, в некоторых районах мира встречается в почти чистом виде.

Сталь является таким важным материалом благодаря ее невероятной гибкости в ее обработке и применении. Эту гибкость ей дает разнообразие вариантов ее структуры и методов деформационной и термической обработки для их достижения.

Широкие возможности для применения стали дают два ее важных металлургических феномена:

1) железо является аллотропическим элементом, то есть может существовать в более чем одной кристаллических форм;
2) размер атом углерода составляет только 1/30 от размера атома железа.

Железо – основа стали

Все чистые металлы, а также сплавы имеют индивидуальные фазовые диаграммы, которые чаще называют диаграммами состояния. Как правило, по горизонтальной оси откладывают процентное содержание в сплаве легирующего элемента. Температуру откладывают по вертикали. Диаграмма чистого железа является прямой линией. При охлаждении чистого железа оно изменяется от одной фазы в другую при постоянной температуре.

Чистое железо затвердевает при 1538 ºС с образованием кристаллической структуры, которая называют ферритом или дельта-железом. Эта фаза имеет объемноцентрированную кубическую атомную решетку . При дальнейшем охлаждении с достижением температуры 1395 ºС атомы перестраиваются в 14-ти атомную решетку, которая называется гамма-железо.

При продолжении охлаждения ниже температуры 910 °С структура железа возвращается 9-ти атомной решетке или альфа-железу. Изменение в точке 770 °С просто обозначает изменение от немагнитного железа к магнитному и не является сменой фаз. Все поле ниже 910 °С является ферритом вплоть до комнатной температуры и ниже. Феррит, который образуется выше аустенита, часто называют «дельта-феррит», а то феррит, которые образуется ниже точки А 3 – альфа-феррит, хотя структурно оба они совершенно одинаковые.

Механизм аллотропии является наиважнейшим свойством железа, которое и обеспечивает ему разнообразие его структуры и гибкость термической обработки сталей.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector