Виды стали
Черная металлургия производит множество видов стали с разнообразными характеристиками. Основным отличием стали от других металлов является плотность, теплоемкость и температура плавления.
Содержание статьи
Плюсы и минусы стальных сплавов
Разновидности стали
По химическому составу
По способу производства
По назначению
По структуре
По степени раскисления
По качеству
Маркировка стали
Плюсы и минусы стальных сплавов
Как и любой материал класса металлов, сталь имеет как преимущества, так и недостатки.
Основные преимущества:
- прочность;
- твердость;
- вязкость;
- упругость;
- доступность для разных методов обработки;
- износоустойчивость.
Недостатки:
- неустойчивость к коррозии;
- производство в несколько этапов.
Разновидности стали
Черная металлургия производит множество видов стали с разнообразными характеристиками. Основным отличием стали от других металлов является плотность, теплоемкость и температура плавления. Материалы классифицируют по разным признакам, таким как химический состав, качество и назначение, степени окисления, структуре и способу производства. Условия применения стали предъявляют разные требования и параметры к ее физико-химическим свойствам. В связи с этим в состав сплава могут вводиться различные лигатуры, уменьшая долю железа. Поэтому существует уточненное определение стали – это сплав железа и углерода, но при этом массовая доля железа должна составлять не менее 45%.
По химическому составу
По химическому составу сталь подразделяется на три вида: углеродистые и легированные.
Углеродистые стали применяют в эксплуатационных условиях, легированные используют при высоких температурах и в агрессивных средах. Эти типы стали подразделяют еще на несколько видов:
- низкоуглеродистые – содержат менее 0,3%C;
- среднеуглеродистые – содержание C в интервале 0,3-0,7%;
- высокоуглеродистые – доля углерода превышает 0,7%.
Содержание углерода сильно влияет на технические характеристики. Чем больше его в сплаве, тем тверже и более хрупок материал. Увеличение концентрации углерода приводит к снижению способности стали к деформации в горячем и холодном состояниях. Для холодной штамповки выбирают сплавы, в которых содержание углерода более 1 %.
Легированные стали также классифицируются по количеству добавок в сплаве:
- низколегированные – до 5%;
- среднелегированные – 5-10%;
- высоколегированные – выше 10%
Материалы (примеси), которые добавляют в сплавы для получения новых технических характеристик:
- Титан - Ti, повышает теплостойкость материала, прочность, твердость и пластичность.
- Марганец - Mn, повышает ударную вязкость и износостойкость.
- Никель -Ni, придает стали прочность, пластичность и ударную вязкость, понижает температуру отжига, нормализации и закалки.
- Молибден - Mo и вольфрам -W, применяются при производстве быстрорежущих сталей, также увеличивают износостойкость и ударную вязкость.
- Хром - Cr, дешевый и самый распространенный элемент, повышает прочность стали, ее твердость и прокаливаемость.
- Кремний - Si, повышает упругость и прочность материалов.
- Также в качестве примесей вводят и такие компоненты как ванадий, азот, бор, цирконий, ниобий, кобальт, медь и селен.
По способу производства
Сплавы стали и их свойства сильно зависят от технологии ее изготовления. Обычный, традиционный метод расплавления чугуна и лома - процесс плавления в мартеновских печах, который отличается длительностью плавки и выбросами в атмосферу вредных веществ.
По назначению
По назначению стали делят на конструкционные, инструментальные, специального назначения ( с особыми физико-химическими характеристиками).
Эта классификация условна, но при выборе материала дизайнеры и технологи учитывают множество факторов.
Конструкционные стали (ГОСТ 1050). Это наиболее обширная категория сталей, они идут на изготовление различных деталей машин, используются для строительства металлоконструкций, сетей инженерных коммуникаций, а также для гусениц тракторов, изготовления пружин. Они хорошо куются и обрабатываются резанием. Эта категория включает в себя:
- подшипниковые;
- холодной штамповки;
- цементируемые;
- автоматные;
- улучшаемые;
- высокопрочные;
- пружинно-рессорные;
- строительные;
- коррозионностойкие;
- износостойкие;
- жаропрочные;
- жаростойкие.
Маркировки конструкционной стали:
- 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).
Строительные стали. Сюда входит большое количество марок рядовых углеродистых и сплавов низкого легирования обычного качества. Обладает отличной свариваемостью. Из строительных сплавов изготавливают пространственные конструкции, нагрузка в которых равномерно распределяется между всеми элементами. Цифра маркировки означает номер состава стали по ГОСТу. Чем больше номер, тем больше содержание углерода.
Обозначения строительной стали:
- Ст0-3 — для вторичных элементов конструкций и неответственных деталей (настилы, перила, подкладка,шайбы)
- Ст3 используют для несущих и ненесущих элементов сварных и не сварных конструкций и деталей, которые работают при положительных температурах. ГОСТ 380-88.
Для холодной штамповки. К этой группе сплавов есть одно основное требование - высокая пластичность и стойкость на разрыв, так как в ходе проведения процедуры холодной штамповки форма и размеры будущего изделия меняются.
Коррозионно - стойкие стали. Коррозионно-стойкими называют такие конструкционные материалы, которые сопротивляются химическому и электрохимическому воздействию окружающей среды. Структура и свойства таких сталей зависят от массовой доли хрома и углерода. При содержании хрома более 13 процентов и при наличии 0,1 % углерода стали приобретают высокую жаростойкость.
Инструментальные стали. К данной категории предъявляются специфические требования, связанные с особенностями применения изделий. Внутри классификации также есть свои подтипы:
сплавы для режущих инструментов (сверла, резцы) должны иметь способность сохранять твердость и прочность; такой вид отличается высокой стоимостью, поэтому, как правило, режущий инструмент н делают целиком из инструментальных материалов.
штамповые сплавы отличаются особой твердостью и термостойкостью, к этой группе относятся сплавы холодной и горячей штамповки. ;
валковые стали применяются для разных валков прокатных калиброванных станов, ножей для резки металла и пуансонов (гарантирует долгую бесперебойную работу всего прокатного стана, стабильность параметров проката и снижение расходов на внеплановый ремонт).
сплавы для измерительных инструментов должны быть стабильной формы и размеров в ходе измерения и хранения; .после обработки изделие подвергают закалке и цементации с последующим отпуском для улучшения качества поверхности и повышения износостойкости.
Маркировки инструментальной стали:
У7, У8А (цифра- десятые доли процента по содержанию углерода). Углеродистые стали выпускают качественными и высококачественными. При обработке снижается количество углерода и вредных включений. Буква «А» означает высококачественную углеродистую инструментальную сталь.
Цементируемые стали используются для производства узлов и деталей. Цементируемые материалы отличаются стойкостью к износу.
Пружинные сплавы. Широко используются в транспортной промышленности, машиностроении (там, где требуется амортизация и гашение колебаний).
Коррозионностойкие. Такие сплавы могут эксплуатировать как в слабоагрессивных (вода, пар), так и высоко агрессивных средах (растворы кислот, щелочей, морская вода) при температурах до 60 °С. Из них делают валы, пружины, клапаны.
По структуре
По структуре (структура стали формируется под воздействием высоких температур во время отливки и после отжига) стали разделяют на 6 видов:
1. Ферритная - представляет собой твердые растворы, слабо насыщенные углеродом.
2. Эвтектоидная - отличается хорошей обрабатываемостью стального сплава.
3. Доэвтектоидная - смесь двух фаз (феррита и цементита). Марки углеродистой инструментальной стали У7, У7А по диаграмме железо — цементит относятся к доэвтектоидным сталям
4. Заэвтектоидная - состоит из перлита (распад при охлаждении после нагрева) и цементита.
5. Аустенитная - твердые растворы, перенасыщенные углеродом, отличаются ударной вязкостью.
6. Ледебуритная - смесь перлита и цементита под давлением.
По степени раскисления
По степени раскисления (процесса, при котором из сплава удаляется кислород, который вызывает разрушение при высокотемпературных деформациях). Для раскисления используют алюминий, кремний и марганец. По степени раскисления сплавы делятся на кипящие (из них производят прокат крупного сечения, который переплавляют на материал высокого качества и отправляют на горячую деформацию для получения проката меньших размеров сечения), полуспокойные (отличаются хорошей ковкостью, раскисляют марганцем и алюминием) и спокойные (все качественные легированные марки).
По качеству
По качеству материал делят на:
- обыкновенные стали (только нелегированные);
- качественные;
- высококачественные;
- особовысококачественные.
Качество сталей зависит в том числе от примесей вредных веществ и газовых включений: серы и фосфора. Так, в обычных сплавах содержится до 0,06% серы (S) и до 0,07% фосфора (P); в качественных серы до 0,04, а фосфора до 0,035%; в высококачественных показатели веществ достигают максимум 0,025%, а особовысококачественные содержат минимально примесей (менее 0,015% серы и до 0,025% фосфора), получают их методами электрошлакового переплава.
Маркировка стали
Маркировка сплава указывает на то, каким образом был удален кислород. Так, буквенная аббревиатура “СП” означает материал спокойного качества, “ПС” - полуспокойные, а “КП” - кипящие.
Также сталь маркируют буквами и цифрами, например, Ст - обыкновенная нелегированная сталь, Ст3 - обыкновенная нелегированная с 0,3% углерода (указывается в сотых процента). И, соответственно, Ст3пс - полуспокойная обыкновенная сталь с содержанием углерода 0,3%. Как правило, это шпильки, болты.
Также, сталь делится на 3 группы:
- группа А - сталь с гарантированными механическими свойствами;
- группа Б - сталь гарантированного состава;
- группа В - сталь с гарантированными составом и механическими свойствами.
Тогда, например, наименование ВСт3сп - обыкновенная нелегированная сталь категории В с содержанием углерода 0,3%.
В начале маркировки могут присутствовать значения:
- “ПП” - металл, характеризующийся пониженной прокаливаемостью.
- “К” – качественная углеродистая сталь.
- “Л” – литейная конструкционная сталь.
- “Е” – металл с магнитными свойствами.
- “С” – строительная сталь. Когда обозначение «С» стоит в начале маркировки, после нее фиксируется минимальный предел текучести.
- “А”– высококачественная сталь.
- “У” – углеродистая инструментальная сталь.
- “Э” – чистое железо (электротехническая сталь, используется в электротехническом оборудовании).
- “Ш”– шарикоподшипниковая сталь.
- “АС” – автоматная, легированная свинцом
- “Р” – быстрорежущая сталь.
ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ
.png)