Область применения стали как сплава

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.

Читайте также:  Химический состав стали 40х гост 4543 71 таблица

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.

Читайте также:  Термическая обработка заэвтектоидной стали

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.

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.

Источник

Сферы применения стали

Классификации сталей

Чтобы разобраться во всем многообразии марок, металлурги применяют несколько классификаций:

  • по химическому составу;
  • по структуре;
  • по назначению;
  • по качеству;
  • по степени раскисления.

Существуют и другие классификации, но их применение ограничивается научными и узкоспециальными областями применения.

Классификация по химическому составу

По химическому составу классификацию проводя, подразделяя на: углеродистые и легированные стали, которые, в свою очередь, подразделяются на:

углеродистые Содержание углерода, %
0,45 высокоуглеродистые
легированные Содержание присадок,%
10 высоколегированные

Содержание углерода не влияет на степень легирования, Если доля Mn превышает 1%, а Si- 0,9%, они также признаются легирующими добавками

Классификация по структуре

Структура стали, кроме ее химического состава, зависит от многих факторов, влиявших на нее на этапах отливки и термической обработки. Классификация по структуре после процедуры отжига, во время которого заготовку нагревают до температуры пластичности и медленно охлаждают прямо в печи, следующая:

  • доэвтектоидные – с избыточными ферритовыми включениями;
  • эвтектоидные – ферриты замещаются перлитами;
  • заэвтектоидные – с включениями вторичных карбидов;
  • ледебуритные – с включениями первичных карбидов;
  • аустенитные;
  • ферритные.


Микроструктура ледебуритной стали


Эвтектоидная сталь и ее микроструктура

После проведения процедуры нормализации, заключающейся в нагревании до температуры пластичности и остывании на открытом воздухе, классификация различает такие группы, как:

Классификация по степени раскисления

Процесс раскисления приводит к снижению содержания кислорода в расплаве. Классификация предусматривает такие классы, как:

Основными раскислительными добавками служат Mn, Al, Si.

Классификация сталей по степени раскисления

Обозначение сталей с легирующими элементами

Далее сложнее, так как вступает в игру легирующий состав. Ниже покажем таблицу – буквенное сочетание:

Литера в маркировке Знак химэлемента Наименование
Х Cr Хром
С Si Кремний
Т Ti Титан
Д Cu Медь
В Wo Вольфрам
Г Mn Марганец
Ф W Ванадий
H Ni Никель
K Co Кобальт
M Mo Молибден

Покажем на примере определенной марки:

Первая цифра всегда указывает на количество сотых частей углерода. Затем перечисляются буквенные обозначения, которые отвечают за добавки. Если рядом с ним не стоит буква, значит этого компонента меньше, чем 1%.

Читайте также:  Сталь для посуды цептер

Сзади самая последняя буква (в примере не указана) может быть «А» или «Ш» – это высококачественная или особовысококачественная сталь, соответственно.

Классификация стали по содержанию примесей

Кроме классификации по содержанию углерода и по степени раскисления, применяется классификация по качеству, определяемому методом производства и содержанием вредных примесей, прежде всего, серы и фосфора. Классификация сталей по качеству:

Источник

Сферы и области применения стали. Где применяется сталь?

Металлы всегда занимали важное место в деятельности человека. Из них производят всевозможные детали и механизмы для различных областей промышленности.

В этой статье речь пойдет о таком важном металле как сталь. Наверняка многие слышали о нем, но не все знают, какие сферы и области применения стали. Об этом и о многом другом мы сегодня поговорим.

Что собой представляет сталь?

Сталью называют сплав железа и углерода, количество которого не превышает 2%. Чем выше содержание углерода, тем более твердую сталь получают, но менее пластичную. В сплав также добавляют различные металлические и неметаллические вещества – серу, фосфор, кремний, разные металлы. Количество и вид примесей влияет на состав стали и формирует её вид. Рассмотрим основные виды стали.

Какие бывают виды стали?

Согласно стандартам, сталь разделяют в зависимости от её качества на сталь особенного качества, конструктивную и инструментальную. Также сталь бывает углеродистой и легированной. В зависимости от того, сколько углерода содержит сплав, различают низкоуглеродистые, среднеуглеродистые и высокоуглеродистые сплавы. Количество углерода в таких сплавах варьируется от 0,25% до 2%.

Легированная сталь значит, что в состав сплава добавили определенное количество какого-то металла, тем самым придав стали особенных свойств (стойкости к коррозии, морозостойкости, ударопрочности). Такая сталь бывает низко-, средне-, высоколегированной (содержание легирующих веществ колеблется от 4 до 11%).

Применение углеродистой стали

Стоит отметить, что определенный вид и марка стали имеет свою область применения. Так, углеродистая инструментальная сталь высокой и повышенной прочности различных марок используется для производства слесарных зубил, молотков, отверток, кос, столярных инструментов, пил, ножниц, ножей рубильных машин, токарных резцов по дереву.

Из низкоуглеродистых сталей изготавливают разные изделия с помощью холодной штамповки, а также для небольших деталей (малонагруженных зубастых колес, толкателей). Среднеуглеродистые стали также применяются для изготовления деталей небольших размеров – шестерней, шатунов, маховых колес. Стали с самым высоким содержанием углерода – высокоуглеродистые — используются для производства пружин различных размеров и рессор разных видов.

Из качественной углеродистой стали марок У7, У8Г, У9, У12 и У13 производят сверла, кузнечные инструменты, резцы, а также инструменты для обработки камня и дерева.

Применение легированной стали

Сталь с разными легированными веществами имеет более разнообразные свойства, чем обычная. Легированная сталь может быть более хрупкой, более пластичной или более твердой, все зависит от её состава. Предназначение такой стали зависит от того, какие добавки были внесены в сплав.

Легированная сталь используется в строительстве, машино- и приборостроении и даже в медицине. Рассмотрим сферы и области применения стали с легированными добавками более подробно:

— производство хирургического оборудования;

— изготовление различных труб (бесшовные, электросварные, горячедеформированные бесшовные, прямошовные, спиралешовные);

— строительство мостов и дорог различного назначения;

— судо- и авиастроительство;

— производство сверл, фрез, коллекторов, метчиков, плашек;

— изготовление крупных деталей сложных форм;

— изготовление деталей, которые предназначены для работы в условиях трения и повышенных нагрузок;

— производство ножей различного предназначения;

— создание трубопроводов из нержавеющей стали (повышенное содержание хрома в сплаве).

Сталь – это непростой металл. Он имеет сложную классификацию и маркировку, но, несмотря на это, сталь незаменима и необходима для нормального функционирования разных сфер промышленности и народного хозяйства и даже медицины.

Источник