В этом материале не решается вопрос о том, какая сталь «лучше». Это устаревшая формулировка, которой не один десяток лет, и она некорректна: для каждого случая выбор свой. Поэтому мы просто и непредвзято рассмотрим характеристики обеих сталей и их пригодность для конкретных целей.

Здесь мы будем употреблять единый термин «углеродистая сталь» для средне- и высокоуглеродистых видов. Между собой они отличаются, но при сравнении с так называемой нержавейкой эта разница нам не важна.

Просто и доступно про углеродку и нержавейку

Начнем с разъяснения, что устоявшаяся терминология не очень точно отражает саму суть противостояния: название «углеродистая» говорит о составе стали, а «нержавеющая» – о ее способности противостоять коррозии, то есть понятия, в принципе, не очень сравнимые.

Нож Hiroo Itou, выполненный по технологии «дамаск» из нержавеющего сплава. Не подвержен коррозии, но его режущие свойства не так хороши, как у углеродки

Что имеем по факту?

• Любая сталь содержит какое-то количество углерода. Соответственно, углеродистая – в большей степени, но и в так называемой нержавейке этот элемент тоже присутствует.
• Почти любая сталь ржавеет. Нержавеющая – тоже (при совсем суровых условиях).

Почему названные материалы ржавеют с разной скоростью?

• Железо в составе углеродистой стали быстро окисляется, когда углерод контактирует с кислородом в составе воздуха или воды.
• В нержавеющей стали есть присадки (хром, молибден), которые делают ее более устойчивой к окислению и, соответственно, коррозии.

Способность или неспособность сопротивляться коррозии (ржавчине) – это главное и принципиальное отличие одной стали от другой. Но есть и другие, не менее важные для выбора.

Нож Santoku Всемогущий из углеродистой стали Shirogami: требует чуть более тщательного ухода, но обладает отличными режущими свойствами

Сравнение углеродной стали с нержавеющей

Способность впитывать запахи

Углеродистая сталь сама по себе имеет приятный запах (особенно чистая и свежезаточенная), но при этом она быстро впитывает посторонние запахи. Если мы строгаем ножом из углеродки дерево, это даже здорово, а вот для нарезки продуктов не очень хорошо: от «аромата» лука или копченой рыбы инструмент придется отмывать довольно долго. С нержавеющей сталью таких проблем нет; сама по себе она также не имеет запаха. Для кухонных ножей это однозначный плюс.

Заточка

При равном количестве углерода клинки из коррозионностойких сталей будут сложнее в заточке за счет повышенной износостойкости. Поэтому и правка клинков из высокоуглеродистой коррозионностойкой стали потребует специального инструмента: мелкозернистого водного камня или керамического доводочного стержня. Клинки из углеродистой стали, напротив, можно править даже обычным поварским мусатом. Достигаемая при этом острота, по мнению практиков, намного превосходит остроту ромок из коррозионностойких аналогов, хотя и несколько уступает им в долговечности и износостойкости. Проще говоря, клинок из углеродки точится легче, правится проще и режет лучше нержавеющего аналога, но уступает ему в стойкости к коррозии и длительности удержания остроты.

Простота в уходе

Обе стали однозначно требуют регулярной чистки, правки, заточки и правильного хранения. Причем если делать это действительно постоянно, то уход в обоих случаях будет простым; но чувствительнее к «невниманию» все-таки углеродистая сталь. Бросьте одновременно уход за высокоуглеродистой и нержавеющей сталями, и первая скорее «отомстит» появлением ржавчины.

Режущие свойства

Тут высокоуглеродистая сталь однозначно выигрывает. За счет более податливой структуры она чувствительнее к заточке, да и режущая кромка из высокоуглеродистой стали может быть куда тоньше, чем из нержавеющей. А это и обусловливает, как говорят, «резучесть».

Эстетическая сторона вопроса

• Нержавеющая сталь не требует дополнительной защиты от коррозии, поэтому часто просто полируется. А вот высокоуглеродистая сталь выглядит в итоге куда разнообразнее, так как к клинкам из нее применяют самые разные способы обработки: назначение у них функциональное, но они же «дарят» стали и индивидуальность. Например, воронение дает клинку элегантный черный цвет, покрытие blackwash – необычный серо-зеленый оттенок и тысячи микроцарапин, порошковые напыления – матовую текстуру. В принципе, то же самое можно сделать и с нержавейкой, но обычно это не практикуется.
• Рано или поздно на углеродке образуется темный равномерный налет, который естественным образом защищает клинок от дальнейшего окисла; нравится нам такая самовольная окраска клинка или нет – вопрос индивидуальный. С нержавеющей сталью ничего подобного не происходит.

По всем перечисленным характеристикам и на форумах, и в литературе есть расхождения (особенно касательно заточки – и трудозатрат на нее, и времени, которое клинок ее держит). Дело в том, что на практике мало кто испытывает чистую сталь того или другого вида: чаще всего клинок обработан каким-либо способом или от коррозии, или от механических повреждений. Это здорово искажает объективную картину.

Важный момент: проблема с коррозией у углеродки решается обработкой клинка, а вот проблема режущих свойств у нержавейки пока никак не решена полностью.

***

Если мы готовы регулярно ухаживать за ножом, то есть держать его в чистоте и сухости, то для многих целей подойдет клинок из углеродистой стали – он подарит нам куда более комфортную работу за счет «резучего» лезвия. Если нам нужен просто надежный кухонный или охотничий нож, которому мы не готовы уделять много времени, стоит выбрать нержавеющую сталь.

Легированная сталь что это значит

Легированные стали используют для изготовления тяжелонагруженных деталей ответственного назначения, так как они обладают значительно более высокими механическими характеристиками. При легировании у стали можно получать заданные свойства, в том числе отсутствующие у углеродистых сталей (например, коррозионную стойкость, жаропрочность).

Легированные стали обладают более глубокой прокаливаемостью деталей тех же размеров, чем из углеродистых сталей. Многие их марки прокаливаются насквозь даже при больших сечениях деталей. Чем больше в стали легирующих элементов (до определенной концентрации), тем выше ее прокаливаемость. Большинство легирующих элементов снижают температуру мартенситного превращения и улучшают качество остаточного аустенита в структуре.

В зависимости от суммарного содержания легирующих элементов стали делятся на низколегированные (содержание легирующих элементов до 2.5%), среднелегированные (от 2.5 до 10%) и высоколегированные (свыше 10%).

В легированных сталях Fe должно быть не менее 50%, при меньшем количестве Fe получаются сплавы с особыми свойствами. Стали считаются легированными, если они содержат Si более 0.8% и Mn более 1%.

По назначению легированные стали делятся на конструкционные, инструментальные, стали и сплавы с особыми свойствами.

В конструкционные легированные стали для улучшения их служебных свойств вводят такие химические элементы, как Cr, Ni, W, Mo, V, B и другие, а также Mn и Si в количествах, превышающих их обычное содержание в углеродистых сталях.

ГОСТом предусмотрены следующие буквенные обозначения легирующих элементов, входящих в состав сталей: Mn – Г, Si – С, Cr- Х, Ni – Н, Mo – М, W- В, V- Ф, Al – Ю, Ti – Т, B – Р, Cu – Д, Nb – Б. Эти буквы, сочетаясь с цифрами, указывают на состав легированной стали, например: 45Х, 12ХН3А, ХВ5, 9ХС. Цифры, стоящие перед буквами, указывают на содержание углерода в сотых долях процента, – если две цифры и в десятых долях процента, – если одна цифра. Отсутствие впереди букв цифр означает, что сталь содержит углерода 1% и больше. Цифры, стоящие за буквами, указывают на среднее содержание данного легирующего элемента в процентах. Отсутствие за буквой цифры означает, что данного элемента содержится до 1%. Стоящая в конце маркировки буква А свидетельствует о высококачественной стали, с пониженным содержанием S и P (менее0.02% каждого). Например, марка 12Х2Н4А обозначает, что это хромоникелевая высококачественная сталь с содержанием углерода 0.12%, Cr – 2%, Ni – 4%.

Из 90 стандартных марок конструкционных легированных сталей большинство являются среднеуглеродистыми (0.25-0.45% углерода). Используют их после улучшения свойств путем закалки и отпуска, поэтому называют улучшенными. Наиболее распространенные среди них являются стали: хромистые (30Х, 38Х, 40Х, 45Х, 50Х), марганцевые (30Г, 35Г, 40Г, 45Г, 35Г2, 40Г2), кремнистые (55С2, 60С2), хромоникелевые (30ХН3А, 40ХН, 45ХН), хромокремнистые (33ХС, 38ХС), хромомарганцевые (35ХГ2, 4ХГ), хромомарганцевокремнистые (30ХГС, 30ХГСА, 35ХГСА). Эти стали используются в производстве нагруженных и сильнонагруженных деталей машин.

Конструкционные легированные стали в сравнении с углеродистыми обладают более высокими вязкостно-прочностными свойствами. Это объясняется тем, что: 1) все они (кроме марганцевых сталей) имеют мелкозернистую структуру; 2) глубже прокаливаются; 3) закаливаются не в воде, а в масле (а некоторые на воздухе), благодаря чему у них образуется очень малые закалочные напряжения, и поэтому они имеют более высокие пластичность и вязкость; 4) при их отпуске требуется более высокая температура и время выдержки, чем для углеродистых сталей, вследствие чего в них полнее снимаются закалочные напряжения и вязкость оказывается выше.

Инструментальные легированные стали применяют для изготовления мерительного, режущего и ударно-штамповочного инструментов. Эти стали должны быть твердыми и износостойкими, сохранять геометрические размеры в течение длительного времени. Указанные свойства достигаются в результате относительно высокого содержания углерода (0. 8-1.0%) и при наличии карбидообразующих элементов, главным образом Cr. Образующаяся у них после закалки и низкого отпуска структура обеспечивает высокие режущие свойства инструмента.

Наиболее часто для изготовления режущего инструмента используют следующие марки легированной инструментальной стали: Х (для резцов), 9ХС и ХВСГ (для сверл, разверток, метчиков, плашек, фрез). В маркировке этих сталей содержание углерода указывается в десятых долях процента. Отсутствие цифры указывает на содержание углерода в количестве около 1%. Отсутствие цифры после символов таких элементов, как Cr, Si, W, означает, что их содержание может достигать до 1.5%.

Высоколегированные инструментальные стали, содержащие до 1% углерода и до 25% W, Cr, V, способны сохранять высокую твердость и резать металл при разогреве режущей кромки инструмента до 580-650 ° С. Благодаря этим качеством они обеспечивают высокую скорость резания при точении, сверлении, фрезеровании и называются быстрорежущими сталями. Например, в стали марки Р18 – буквой Р обозначают быстрорежущую сталь.

Еще более высокой твердостью и режущей способностью обладают твердосплавные пластины, которыми оснащают режущий инструмент. Они превосходят быстрорежущую сталь по скорости резания и теплостойкости, которая достигает 900-1000° С . Пластины получают методом спекания при температуре 1500° С. Изготавливают их из порошков карбидов вольфрама, титана, тантала и кобальта; кобальт используют в качестве пластичной связки.

Коррозионностойкими ( нержавеющими) называют стали стойкие к действию химической и электрохимической коррозии, т.е. обладающие стойкостью к разрушающему воздействию атмосферных условий, речной и морской воды, растворов солей, кислот и щелочей. Основным легирующим элементом всех марок нержавеющих сталей является Cr. На металлическом изделии при содержании Cr не менее 12% образуется тонкая сплошная плотная пленка окисла хрома Cr₂O₃, которая и предохраняет сталь от коррозии. Стойкость к коррозии хромистых сталей повышается при введении в их состав Ni. Поэтому различают нержавеющие стали хромистые и хромоникелевые. Например, хромистые стали ОХ13, 12Х13, 40Х13 и хромоникелевые стали Х18Н10, ОХ18Н10, ООХ18Н10. В маркировке «О» указывает, что содержание углерода не должно превышать 0.08%, «ОО» – не более 0.04%. Стали марок Х17, ОХ17Т, Х28 используют для изготовления оборудования предприятий химической и пищевой промышленности. Хромоникелевые стали марок ОХ18Н10 и ОХ18Н9 применяют для изготовления деталей сваркой; они работают в особо агрессивной среде.

Для защиты металла от коррозии используют также оксидирование и фосфатирование, цинкование, хромирование, кадмирование и др.

Окружающие нас металлические предметы редко состоят из чистых металлов. Только алюминиевые кастрюли или медная проволока имеют чистоту около 99,9%. В большин­стве же других случаев люди имеют дело со сплавами. Сплавы – это системы, состоящие из двух или нескольких металлов, а также из металлов и неметаллов, обладающие свойствами, присущи металлическому состоянию. Так, различные виды железа и стали содержат наряду с металлическими добавками незначительные количества углерода, которые оказывают решающее влияние на механическое и тер­мическое поведение сплавов. Все сплавы имеют специальную маркировку, т.к. сплавы с одним названием (например, латунь) могут иметь разные массовые доли других металлов.

Для изготовления сплавов применяют различные металлы. Самое большое значение среди всех сплавов имеют стали раз­личных составов. Простые конструкционные стали состоят из железа относительно высокой чистоты с небольшими (0,07—0,5%) добавками углерода. Так, чугун, получаемый в доменной печи, содержит около 10% других металлов, из них примерно 3% составляет углерод, а остальные — кремний, марганец, сера и фосфор. А легированные стали получают, добавляя к железу кремний, медь, марганец, никель, хром, вольфрам, ванадий и молибден.

Никель наряду с хромом является важнейшим компонентом многих сплавов. Он придает сталям высокую химическую стойкость и механическую прочность. Так, известная нержа­веющая сталь содержит в среднем 18% хрома и 8% никеля. Для производства химической аппаратуры, сопел самолетов, космических ракет и спутников требуются сплавы, которые устойчивы при тем­пературах выше 1000 °С, то есть не разрушаются кислородом и горючими газами и обладают при этом прочностью лучших сталей. Этим условиям удовлетворяют сплавы с высоким содержанием никеля. Большую группу составляют медно-никелевые сплавы.

Сплав мельхиор содержит от 18 до 33% никеля (остальное медь). Он имеет красивый внешний вид. Из мельхио­ра изготавливают посуду и укра­шения, чеканят монеты («серебро»). Похожий на мельхиор сплав – нейзильбер -содержит, кроме 15% ни­келя, до 20% цинка. Этот сплав используют для изготовления худо­жественных изделий, медицинского инструмента. Медно-никелевые спла­вы константан (40% никеля) и ман­ганин (сплав меди, никеля и мар­ганца) обладают очень высоким электрическим сопротивлением. Их используют в производстве элект­роизмерительных приборов. Харак­терная особенность всех медно-ни­келевых сплавов – их высокая стой­кость к процессам коррозии – они почти не подвергаются разрушению даже в морской воде. Латуни благодаря своим качествам нашли широкое применение в ма­шиностроении, химической промыш­ленности, в производстве бытовых товаров. Для придания латуням особых свойств в них часто добав­ляют алюминий, никель, кремний, марганец и другие металлы. Из латуней изготавливают тру­бы для радиаторов автомашин, тру­бопроводы, патронные гильзы, па­мятные медали, а также части технологических аппаратов для полу­чения различных веществ.

Для деталей машин используют сплавы меди с цинком, оловом, алюминием, кремнием и др. (а не чистую медь) из-за их большей прочности: 30-40 кгс/мм 2 у сплавов и 25-29 кгс/мм 2 у технически чистой меди.

Медные сплавы (кроме бериллиевой бронзы и некоторых алюминиевых бронз) не принимают термической обработки, и их механические свойства и износостойкость определяются химическим составом и его влиянием на структуру. Модуль упругости медных сплавов (900-12000 кгс/мм 2 ниже, чем у стали).

Основное преимущество медных сплавов – низкий коэффициент трения (что делает особенно рациональным применением их в парах скольжения), сочетающийся для многих сплавов с высокой пластичностью и хорошей стойкостью против коррозии в ряде агрессивных сред и хорошей электропроводностью.

Марки обозначаются следующим образом.

Первые буквы в марке означают: Л – латунь и Бр. – бронза. Буквы, следующие за буквой Л в латуни или Бр. В бронзе, означают: А – алюминий, Б – бериллий, Ж – железо, К – кремний, Мц – марганец, Н – никель, О – олово, С – свинец, Ц – цинк, Ф. – фосфор. Цифры, помещенные после буквы, указывают среднее процентное содержание элементов. Порядок расположения цифр, принятый для латуней, отличается от порядка, принятого для бронз.

В марках латуни первые две цифры (после буквы) указывают на содержание основного компонента – меди. Остальные цифры, отделяемые друг от друга через тире, указывают среднее содержание легирующих элементов.

Эти цифры расположены в том же порядке, как и буквы, указывающие присутствие в сплаве того или иного элемента. Таким образом, содержание цинка в наименовании марки латуни не указывается и определяется по разности. Например, Л86 означает латунь с 68% Cu (в среднем) и не имеющую других легирующих элементов, кроме цинка; его содержание составляет (по разности) 32%. ЛАЖ 60-1-1 означает латунь с 60% Cu , легированную алюминием (А) в количестве 1% , с железом (Ж) в количестве 3% и марганцем (Мц) в количестве 1%. Содержание цинка (в среднем) определяется вычетом из 100% суммы процентов содержания меди, алюминия, железа и марганца.

В марках бронзы (как и в сталях) содержание основного компонента – меди – не указывается, а определяется по разности. Цифры после букв, отделяемые друг от друга через тире, указывают среднее содержание легирующих элементов; цифры расположенные в том же порядке, как и буквы, указывающие на легирование бронзы тем или иным компонентом. Например, Бр.ОЦ10-2 означает бронзу с содержанием олова (О)

3%. Содержание меди определяется по разности (из 100%). Бр.АЖНЮ-4-4 означает бронзу с 10% Al , 4% Fe и 4% Ni (и 82% Cu). Бр. КМц3-1 означает бронзу с 3% Si , и 1% Mn (и 96% Cu).

Легированная сталь — сталь, которая кроме обычных примесей содержит элементы, специально вводимые в определённых количествах для обеспечения требуемых физических или механических свойств. Эти элементы называются легирующими.

Легирующие добавки повышают прочность, коррозийную стойкость стали, снижают опасность хрупкого разрушения. В качестве легирующих добавок применяют хром, никель, медь, азот (в химически связанном состоянии), ванадий и др. Легированные стали делятся на низколегированные(содерж Lэ 10 %) и высоколегированные(Lэ>10%).

Легированные стали маркируются цифрами и буквами, указывающими примерный состав стали. Буква показывает, какой легирующий элемент входит в состав стали. Стоящие за буквой цифра обозначает среднее содержание элемента в процентах. Если элемента содержится менее 1 %, то цифры за буквой не ставятся. Первые две цифры указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, если цифра одна, то содержание углерода в десятых долях процента.

Дополнительные обозначения в начале марки:

содержание в шарикоподшипниковых сталях хрома в десятых долях процента(например ШХ4 — Cr 0,4 %)

в марке быстрорежущей стали, цифра после «Р» — содержание вольфрама в %, и во всех быстрорежущих сталях содержание хрома 4 %.

Буква А в середине марки стали показывает содержание азота, а в конце — сталь высококачественная.

сталь 18ХГТ — 0,18 %, 1 Сr, 1 Мn, около 0,1 Тi;

сталь 38ХНЗМФА — 0,38 %, 1,2—1,5 Сr; 3 Ni, 0,3—0,4 Мо, 0,1—0,2 V;

сталь 30ХГСА — 0,30 %, 0,8—1,1 Сr, 0,9—1,2 Мn, 0,8—1,251 Si;

сталь 03Х13АГ19 — 0,03 %, 13 Сr, 0,2—0,3 N, 19 Мn.

6) Строительная сталь (определение и маркировка).Строительная сталь предназначается для изготовления строительных конструкций — мостов, газо- и нефтепроводов, ферм, котлов и т. д. Все строительные конструкции, как правило, являются сварными, и свариваемость — одно из основных свойств строительной стали.

Эта группа сталей содержит относительно малые количества углерода 0,1—0,25 %. Повышение прочности достигается легированием обычно дешевыми элементами — марганцем и кремнием.

Простые углеродистые строительные стали — Ст1, Ст2 и СтЗ, поставляются по ГОСТ 380—71. Наиболее широко применяется сталь марки СтЗ, которую для сварных конструкций следует поставлять по требованиям группы В, а для несварных конструкций — по группе А.

Из полученных тремя способами раскисления сталей (спокой полуспокойная и кипящая) более надежна сталь спокойная, имеющая более низкий порог хладноломкости.

Таким образом, следует применять для несвариваемых конструкций (или свариваемых неответственных конструкций) — кипящую сталь, для сварных расчетных конструкций — полуспокойную или спокойную сталь. Для ответственных конструкций, а также для сооружений, работающих в условиях низких температур, следует применять нормализованную или термически улучшенную сталь.

Низколегированные или строительные стали повышенной прочности – в отличие от конструкционных легированных сталей, строительные стали повышенной прочности у потребителей не подвергаются термической обработке, т. е. структура и служебные характеристики формируются при производстве сталей.

Строительные стали применяют главным образом в виде листов разной толщины, а также в виде сортового проката. Применение в строительных конструкциях более прочных низколегированных сталей вместо углеродистых дает возможность снизить расход металла на 15—25 %. Несмотря на несколько более высокую стоимость их использование экономически целесообразно.

7) Арматура.Арматура — совокупность соединенных между собой элементов, которые при совместной работе с бетоном в железобетонных сооружениях воспринимают растягивающие напряжения (хотя также могут использоваться для усиления бетона в сжатой зоне).

Элементы арматуры делятся на жёсткие (прокатные двутавры, швеллеры, уголки) и гибкие (отдельные стержни гладкого и периодического профиля, а также сварные или вязаные сетки и каркасы). Арматурные стержни могут быть стальными, стеклопластиковыми, древесного происхождения (бамбук) и др.

Арматура классифицируется по ряду признаков: по назначению, ориентации в конструкции, условиям применения, по виду материала из которого арматура изготавливается.

По назначению арматуру разделяют на:

– анкерную (закладные детали)

Классификация арматуры по ориентации:

– поперечная — арматура, которая препятствует образованию наклонных трещин от возникающих скалывающих напряжений вблизи опор и связывает бетон сжатой зоны с арматурой в растянутой зоне;

– продольная — арматура, которая воспринимает растягивающие напряжения и препятствует образованию вертикальных трещин в растянутой зоне конструкции.

8) Термическая и химико-термическая обработка стали.Термическая обработка придает стальным изделиям опреде ленные механические свойства: высокую твердость, повысив этим сопротивление износу, меньшую хрупкость для улучшения обработки или повышения ударной вязкости и т. д. Это достигается нагревом и последующим охлаждением стали по строго определенному температурному режиму. В результате в нужном направлении изменяется структура стали, которая и определяет ее механические свойства.

Различают следующие виды термической обработки стали: закалку, отпуск, отжиг и нормализацию, а также обработку холодом и химико-термическую обработку.

Закалка — термическая обработка стали путем ее нагрева до определенной температуры, некоторой выдержки при этой температуре до завершения фазовых превращений с быстрым последующим охлаждением в воде, масле и других жидкостях. При закалке увеличиваются твердость и прочность, но снижается ударная вязкость. Закаленная сталь обладает большой хрупкостью, что делает ее малопригодной для практического использования.

Отпуску подвергают сталь после закалки для уменьшения хрупкости и ослабления внутренних напряжений. Отпуск стали заключается в нагреве ее ниже температуры закалки с последующим постепенным охлаждением на воздухе. В зависимости от вида отпуска изделие нагревают от 150 до 550°С. С повышением температуры отпуска сильно изменяются механические свойства закаленной стали: предел прочности и твердость понижаются, а относительное удлинение и вязкость возрастают.

Отжиг уменьшает структурную неоднородность стали, придает мелкозернистую структуру, снижает напряжение, возникшее при обработке давлением (ковке, волочении) или литьем, а также улучшает обрабатываемость стали резанием.

Нормализация — это, по существу, процесс отжига. Стальное изделие нагревают до температуры несколько ниже температуры закалки, выдерживают сталь при этой температуре, а затем охлаждают на воздухе. В результате сталь получается более мелкозернистой, чем при отжиге, повышаются ее твердость, прочность, ударная вязкость по сравнению с отожженной сталью.

Обработка холодом способствует более равномерной струк туре и повышает твердость стали. Закаленная сталь с содержа нием углерода более 0,6% состоит из мартенсита с распределен ным в нем остаточным аустенитом, не успевшим перейти мартенсит при закалке. В результате структура стали оказывается недостаточно равномерной и несколько пониженной твердо сти, чем если бы она состояла только из мартенсита. Если же такую сталь подвергнуть после закалки обработке холодом, процесс превращения аустенита в мартенсит продолжается.

Химико-термическая обработка стали заключается в изменении химического состава поверхностного слоя стального изделия путем насыщения его каким-либо другим веществом (углеродом, азотом, цианом, хромом) с целью повышения твердости, износостойкости или коррозионной стойкости поверхности и сохранения при этом высоких механических качеств самого изделия. Видами химико-термической обработки стали являются цементация, азотирование, цианирование и хромирование.

Цементацию стали осуществляют насыщением углеродом поверхностного слоя стального изделия при температуре среды 880. 950°С, содержащей углерод.

Азотирование — насыщение азотом поверхностного слоя стального изделия при нагревании до 500. 700°С в атмосфере аммиака, при этом повышаются коррозионная стойкость, твердость, износоустойчивость и предел усталости стали. Азотированию подвергают легированные стали, содержащие в качестве легирующего вещества алюминий и прошедшие предварительную термическую и механическую обработку, кроме окончательного шлифования. Глубина азотированного слоя 0,01. 1,0 мм.

Хромирование — насыщение поверхностного слоя хромом. Повышение коррозионной стойкости стали при действии пресной и морской воды, азотной кислоты, окислительной среды при высокой температуре (окалиностойкость) достигается хромированием. Твердость хромированного слоя низколегированной стали составляет НВ 250. 300, а высокоуглеродистой — НВ 1200. 1300.

9) Цветные металлы и сплавы.Сплавы цветных металлов применяют для изготовления деталей, работающих в условиях агрессивной среды, подвергающихся трению, требующих большой теплопроводности, электропроводности и уменьшенной массы.

Медь— металл красноватого цвета, отличающийся высокой теплопроводностью и стойкостью против атмосферной коррозии. Прочность невысокая: ав = 180. . 240 МПа при высокой пластичности б>50%.

Латунь — сплав меди с цинком (10. 40 %), хорошо поддается холодной прокатке, штамповке, вытягиванию 7 — щелочная. Таким образом, для

затворения может допускаться вода, дающая слабокислую либо слабощелочную реакцию.

Вредными примесями в воде считаются органические вещества, растворимые соли, в особенности содержащие ионы SC>42H О , а также взвешенные частицы глины, пыли, песка, почвы.

Органические вещества, в особенности содержащие сахар и фенолы, замедляют нормальное протекание процесса гидратации цемента и тем самым снижают прочность бетона. При большом содержании сахара схватывание бетонной смеси может вообще отодвинуться на неопределенное время. Поэтому в воде затворения количество сахаров или фенолов должно быть не более 10 мг/л каждого.

Недопустимы в воде примеси нефтепродуктов, масел, жиров. Эти вещества могут осаждаться на поверхности цементных частиц, замедляя их гидратацию. Если же они адсорбируются на зернах заполнителей, то препятствуют образованию прочного контакта с цементным камнем и тем самым снижают прочность бетона. Чтобы довести прочность бетона до проектной, в этом случае потребуется увеличить расход цемента, что вызовет необоснованное удорожание бетона. Проще и дешевле употреблять чистую воду, на поверхности которой нет пленки масел, нефтепродуктов или жиров.

В ряде случаев к поверхности бетонных конструкций предъявляют повышенные требования по чистоте и однородности цвета. Это касается конструкций, формирующих фасад сооружения. Для их изготовления и поливки бетона употребляют воду, не содержащую окрашивающих примесей.

Особую опасность представляет присутствие в воде растворимых солей, сульфат-ионов и ионов хлора. Они могут вызвать неконтролируемое изменение сроков схватывания и скорости твердения бетона. Но самое главное — возникает опасность коррозии цементного камня и стальной арматуры в железобетоне. При большом количестве сульфат-ионов в бетоне начинается сульфатная коррозия, которая разрушает цементный камень и конструкцию в целом (см. § 5). Хлор-ионы вызывают коррозию не только в цементном камне, но и в стальной арматуре.

Растворимые в воде соли (при большом их содержании) после затвердевания бетона кристаллизуются в порах цементного камня и образуют на поверхности изделий солевые налеты — так называемые высолы, портящие внешний вид сооружений. По этим причинам содержание солей в воде для затворения и поливки бетона, а также используемой для промывки заполнителей ограничено.

Таким образом, для затворения бетонной смеси и поливки твердеющего бетона можно без предварительной проверки применять питьевую воду, а также речную, озерную или воду из искусственных водоемов, не загрязненную сточными выбросами, солями и маслами.

Морская вода содержит соли, сульфат-ионы и хлор-ионы в большом количестве. Так, соленость воды в Балтийском море составляет в среднем 0,72 %, Каспийском – 1. 1.4, Черном – 1,8. 2,2, Белом – 1,9. 3,3, в океанах и открытых морях— 3,3. 3,74 %. Поэтому морскую воду при содержании солей не более 3,4 % можно употреблять для затворения бетона и поливки массивных нормированных конструкций лишь в крайних случаях, когда на их поверхности допускается появление высолов. Болотные и сточные (бытовые и промышленные) воды не разрешается применять без их очистки. Использовать сточные воды можно только с разрешения санитарно-эпидемиологической станции.

Качество воды контролируют в строительной лаборатории. В тех случаях, когда возникают сомнения в пригодности воды, изготовляют на ней образцы бетона или раствора. Если прочность бетона оказывается не ниже прочности контрольного бетона, изготовленного на питьевой воде, проверяемую воду можно считать пригодной.

14) Мелкий заполнитель для бетона.Заполнитель для бетона мелкий — рыхлая смесь зерен материала природного или искусств, происхождения размером 0,16—5 мм.

Заполнитель для бетона мелкий — рыхлая смесь зерен материала природного или искусств, происхождения размером 0,16—5 мм. В качестве З.б.м. в бетоне используют песок.

Природный песок — это рыхлая обломочная порода. По минер, составу различают кварцевые пески, полевошпат-ные, карбонатные и др. Кварцевые пески лучше по качеству и чаще применяются при изготовлении бетонов. По условиям образования различают речные, морские и овражные (горные) пески (см. Песок природный) . Искусств, пески получают дроблением горных пород, нек-рых продуктов пром-сти, напр. металлургич. шлаков, либо крупных фракций (св. 20 мм) искусств, обожженных материалов. В зависимости от зернового состава различают пески по-выш. крупности, крупный, средний, мелкий и очень мелкий.

Лучшими считаются крупные и средние пески, позволяющие получать бетон без перерасхода вяжущего. Если зерновой состав песка не соответствует требованиям стандарта, его следует фракционировать — рассеивать на две фракции при помощи сита с отверстиями размером 1,15 или 0,63 мм. Полученные крупную и мелкую фракции смешивают в соотношении, к-рое устанавливает строит, лаборатория. Применение мелких песков приводит к перерасходу цемента в бетоне. Содержание в песке глинистых, илистых и пылевидных частиц ограничивают (не более 2,5%).

15) Крупный заполнитель для бетона.Гравий представляет собой рыхлую смесь окатанных обломков размеров 5. 70 мм. Горный гравий по сравнению с речным, морским и ледниковым обладает более угловатыми с шероховатой поверхностью обломками и большим количеством примесей. Для получения бетонов высокой прочности горный гравий следует промыть, но, как и промывание песка, это очень трудоемкий процесс, и индивидуальные застройщики обычно это не делают. Значительное содержание в гравии выветренных обломков осадочных и других пород ухудшает его механические свойства; присутствие же обломков магматических пород и песчаников повышает его качество. В основном гравий используют как крупный заполнитель для приготовления бетона. Кроме того, его часто применяют для укрепления грунта под полами первого этажа, устройства дорог, декоративной штукатурки и т.д.

16) Зерновой состав заполнителя (методика определения и требования стандарта).Раньше была признана классификация, по которой мелкий заполнитель разделили на два класса, однако выявлено, что, подбирая рациональное соотношение между мелким и крупным заполнителем, можно получить бетон удовлетворительного качества на заполнителе как одного, так и другого класса. Поэтому в 1954 г. при пересмотре BS 882 классификация мелкого заполнителя была изменена, при этом стандартом были введены четыре области зернового состава. Требования к зерновым составам заполнителя, относящимся к этим областям, приведены в табл. 3.20 и на рис. 3.18. Любой мелкий заполнитель считают пригодным для бетонов, если его зерновой состав находится полностью в пределах одной из указанных четырех областей. Допускается отклонение в 5% общего количества заполнителя, проходящего через все британские контрольные сита, за исключением сита № 25. Однако заполнитель не должен выходить за пределы самого мелкого зернового состава (предельная кривая 4) или самого крупного зернового состава (предельная кривая 1). Единственное исключение может быть в случае использования дробленого песка, когда допускается проход 20% материала сквозь британское контрольное сито № 100 во всех четырех областях. Для сравнения в табл. 3.15 (рис. 3.19) частично включены требования Технических условий ASTM С 33—57. Допускаемый диапазон значений в этих Технических условиях намного уже, чем в BS 882 : 1954.

В BS 882:1954 деление зерновых составов на области основано главным образом на различном процентном содержании зерен, проходящих сквозь британское контрольное сито № 25, что подтверждается данными, приведенными в табл. 3.15. Основная причина этого заключается в том, что большое количество песков разделено природным способом как раз по этому размеру. Количество зерен более крупных и более мелких, чем этот размер, является примерно постоянным вэ всех четырех областях. Кроме того, содержание зерен более мелких, чем размер отверстий сита № 25, оказывает значительное влияние на удобоукладываемость бетонной смеси и на величину общей удельной поверхности песка.

Песок, зерновой состав которого находится в любой из четырех областей, обычно может быть использован в бетоне, хотя в определенных условиях пригодность данного песка может зависеть от зернового состава и формы зерен крупного заполнителя.

Применение крупного песка, относящегося к области, способствует образованию жесткой бетонной смеси. Следовательно, высокое содержание песка может явиться необходимым условием для повышения удобоукладываемости бетонной смеси. Крупный песок более пригоден для использования в жирных смесях или в бетоне низкой удобоукладываемости.

В целом отношение количества крупного заполнителя к мелкому должно быть тем больше, чем мельче зерновой состав мелкого заполнителя. При использовании в качестве крупного заполнителя дробленого щебня требуется несколько большее количество песка, чем при использовании гравия, что позволит компенсировать снижение удобоукладываемости из-за остроугольности дробленых зерен.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Уже более 3 000 лет человечество обрабатывает железо изготавливая различные орудия, машины, домашнюю утварь. Несмотря на относительно высокие механические свойства этого металла его разрушение в результате коррозии не способствует долговременному использованию железных изделий на открытом воздухе.

Ещё одним существенным ограничением в использовании данного металла является его невысокие эстетические качества. Чтобы существенно улучшить данные свойства при производстве стали используются добавки придающие устойчивость к окислению, появлению на её поверхности блеска и существенному увеличению прочности металла.

Что такое легированная сталь

Это углеродистая сталь для улучшения технологических свойств которой введены специальные легирующие элементы. Процент добавок в составе невелик, но даже при незначительной концентрации, физические свойства металла улучшаются в несколько раз.

В зависимости от вида используемых добавок при производстве стали металл приобретает следующие свойства:

• неподверженность коррозии;
• упругость;
• тугоплавкость;
• прочность.

Для придания перечисленных качеств в состав добавляют следующие металлы:

Зачастую в углеродистую сталь достаточно добавить 1 — 3% легирующих элементов для придания ей необходимых свойств и качеств.

Виды легированных сталей

От процентного содержания добавок стали разделяются на:

1. Низколегированные — содержание добавок менее 2,5%
2. Среднелегированные — 2,5 — 10%.
3. Высоколегированные — более 10%.

Также легированные стали подразделяются на следующие виды:

• конструкционные;
• инструментальные;
• с особыми физическими свойствами.

Конструкционные и инструментальные изделия используются в тех областях применения металлов, где необходима повышенная прочность. Легированные стали с особыми физическими свойствами могут быть устойчивыми к коррозии, высокой температуре и к химически агрессивным средам.

Маркировка легированных сталей

Из-за большого разнообразия сплавов с улучшающими добавками появилась необходимость в их маркировке. Легированные стали классификация и маркировка которых будет приведена ниже очень легко идентифицировать по буквенному обозначению, а также по указанию процентного состава тех или иных веществ в металле.

Маркировка включает в себя буквы, которые обозначают предназначение металла.

1. Ж, Х, Е — обозначение нержавеющих, хромистых и магнитных сплавов.
2. Я — хромоникелевая нержавеющая сталь.
3. Ш — шарикоподшипниковая.
4. Р — режущая.
5. А, Ш — качественная и высококачественная легированная сталь.

Также в сплавах могут содержаться следующие элементы:

• Азот — А
• Алюминий — Ю
• Бериллий — М
• Бор — П
• Вольфрам — В
• Ванадий — Ф
• Кобальт — К
• Кремний — С
• Марганец — Г
• Медь — Д
• Молибден — М
• Магний — Ш
• Ниобий — Б
• Никель — Н
• Селен — Е
• Титан — Т
• Фосфор — П
• Хром — Х
• Цирконий — Ц
• Редкоземельные металлы — Ч

Если легированные стали маркировка которых после букв не имеет цифр не содержат ниобия, молибдена, ванадия, алюминия, азота, бора, титана, циркония и редкоземельных металлов, то это будет говорить о том, что в материале содержание легирующего элемента менее 1,5%. Для перечисленных выше металлов имеется исключение из данного правила, по причине влияния на механические свойства сплава даже десятых долей процента.

Если перед буквенным обозначением стоит цифра, то это показатель содержания кремния, а расположение цифр после буквы указывает процентное соотношение обозначенных химических элементов.

Применение легированных сплавов

Благодаря высоким эксплуатационным характеристикам легированная сталь применение находит в машиностроении, изготовлении инструментов, труб и строительных материалов.

Детали машин обычно изготавливают из перлитных металлов. К этой категории материалов относятся низколегированные и среднелегированные стали, которые после отжига имеют структуру позволяющую легко обрабатывать металл с помощью режущего инструмента.

Низколегированные стали благодаря повышенным прочностным характеристикам позволяют существенно экономить денежные средства при строительстве крупногабаритных сооружений и машин. Например, в судостроительстве благодаря использованию материала удаётся уменьшить толщину применяемого металла.

Легированные стали с добавками хрома широко используются для производства изделий, которые устойчивы к воздействия молочной и уксусной кислоты, а также следующих деталей работающих под значительным давлением:

1. Поршневые пальцы, карданные крестовины и другие изделия предназначенные для эксплуатации в условиях повышенного износа.
2. Кулачковые муфты, плунжеры и шлицевые валики.
3. Шестерни коробок передач и червячные валы, а также другие изделия для работы на малых и средних скоростях.

Высоколегированная сталь широко используется для производства деталей устойчивых к коррозионному разрушению. Такие изделия также устойчивы к высоким температурам и способны работать в условиях до +1100 градусов.

Некоторые виды сплавов благодаря особым тепловым качествам имеют специальное применение, например:

1. ЭН42 — материал обладает коэффициентом расширения таким же как и у стекла, поэтому применяется в качестве электродов в лампах накаливания.
2. Х8Н36 — обладает постоянной упругостью, которая не изменяется в температурных пределах от минус 50 до +100 градусов. Благодаря неизменяемой упругости такой материал широко используется для
   производства пружин для часовых механизмов и стрелочных измерительных приборов.
3. И36 — сплав обладает нулевым коэффициентом температурного расширения, поэтому идеально подходит для изготовления различных эталонов и калибровочных изделий.

Сварка легированных сталей: особенности

Легированные сплавы обладают хорошей пластичностью, поэтому из них можно изготовить сложные конструкции методом сварки. По причине различного содержания добавок каждый тип легированных изделий имеет свои особенности.

Сварка низколегированных сталей

Особенность сварных соединений низколегированных сталей заключается в высокой сопротивляемости холодным трещинам и хрупкому разрушению. Но, такие свойства соединительного шва можно достичь только при правильном сваривании.

Если процесс предварительного нагрева будет нарушен либо сварной шов подвергнется слишком быстрому остыванию металл может получить в местах соединения микроскопические повреждения, которые значительно уменьшат прочность всей конструкции.

Низколегированные стали марки 10Г2СД, а также 14ХГС и 15ХСНД свариваются с использованием аппарата постоянного тока с обратной полярностью. Электроды для сваривания должны иметь фтористо-кальциевое покрытие. Величина сварочного тока должна точно соответствовать типу электрода, толщине металла и типу сплава. Несоблюдение этого требования также отразится на качестве сварного шва и, как следствие, на прочности изготавливаемой конструкции.

Сварка низколегированной стали должна осуществляться без перерыва, чтобы весь шов был выполнен без при температуре металла не менее 200 градусов. Средняя скорость сварки составляет 20 м/ч, при напряжении 40 В и силе тока 80 А.

Сварка среднелегированных сталей

При изготовлении конструкций из среднелегированных сталей необходимо использовать сварочные материалы, в которых содержание легирующих элементов должно быть меньше, чем в свариваемом материале.

Только при использовании таких материалов можно добиться получения шва с высокой устойчивостью к деформации. Если при изготовлении изделий из среднелегированных сталей толщина листа не превышает 5 мм, то высокого качества соединения можно достичь при использовании аргонодуговой сварки.

Если для соединения деталей используется газовая сварка, то в качестве источника горения следует применять ацетилен в смеси с кислородом.

Сварка высоколегированных сталей

Если для производства металлических деталей применяется высоколегированная сталь, то в этом случае следует применять сварочное оборудование с минимальным тепловым захватом материала. Это необходимо для снижения вероятности коробления металла во время сварки, по причине большого содержания в составе металла различных примесей.

Электрическая сварка высоколегированных сплавов осуществляется с использованием электродов с фтористокальциевым покрытием. В этом случае удаётся добиться высоких показателей механической и химической прочности сварного шва.

Применение газовой сварки при изготовлении конструкций из высоколегированных сталей нежелательно. В исключительных случаях возможно использование газовой сварки для соединения жаропрочного высоколегированного стального листа толщиной не более 2 мм.

Заключение

Применение легированных сплавов при изготовлении металлических деталей и конструкций позволяет придать ним необходимые физические качества. При работе с такими металлами обозначение легирующих элементов в стали помогает подобрать заготовку с нужными параметрами, из которой затем будет изготовлена конструкция.

При использовании таких сплавов необходимо не только знать их состав, но и способы соединения при помощи сварки. Поэтому если следовать рекомендациям изложенным в данной статье, то можно получить высококачественное изделия с заданными параметрами.

– обзор

13.5 Легированная сталь

Легированные стали, используемые в стальных гидротехнических сооружениях, обычно также литые или кованые. Следовательно, обсуждение в предыдущем разделе также применимо к этим сталям. Примерами элементов из легированной стали в гидравлических затворах являются поршневые пальцы и нижние цапфы в косых воротах, цапфы в радиальных воротах и ​​ролики в воротах вертикального подъема. Кроме того, в таблице 13 представлены некоторые типичные примеры применения легированной стали.4 в Разделе 13.2.3. В гидравлических затворах легированные стали обычно используются из-за их механических свойств, а не из-за коррозионной стойкости или по другим причинам.

Инженеры обычно избегают сварки углеродистой стали с легированной, поэтому свариваемость редко вызывает беспокойство. Это также относится к ремонту несплошностей литья или повреждений, вызванных рабочими нагрузками. Распространенной процедурой в таких случаях является дисквалификация отливки или поковки в целом, а не попытки отремонтировать ее с помощью сварки.В случаях, когда такого ремонта нельзя избежать, следует беспокоиться о свариваемости. В таком случае желательно ознакомиться с соответствующими результатами расследования. Хороший обзор возможностей сварки в таких случаях, например, представлен в работе. [33].

Важно правильно определить механические и другие свойства конкретной легированной стали, прежде чем выбирать ее для применения в конструкции гидравлических затворов. Примером такой важности является безуспешное крупномасштабное применение марганцевой стали в шарнирных опорах европейских угловых ворот, как описано в Разделах 7.5.4 и 8.4.2.2. В данном случае повреждению способствовало так называемое деформационное упрочнение сплава марганцевой стали. Замечательным наблюдением является то, что подобное поведение оказалось очень желательным и желательным в других тяжелых условиях эксплуатации, например, в горных и карьерных машинах.

Поскольку детали из легированной стали обычно используются для облегчения движения затвора, смазка этих деталей часто является важной проблемой. Подробное обсуждение этого вопроса представлено в Разделе 11.6. Однако важно не только выбрать адекватные и экологически приемлемые смазочные материалы для изделий из легированной стали, но и обеспечить удобный способ их нанесения. С этой точки зрения был извлечен болезненный урок из строя подъемной цепи из легированной стали у ворот Лит-Вейр в Маасе, Нидерланды, упомянутой в Разделе 12.5.2. Непосредственной причиной этой неисправности была перегрузка и разрыв цепи подъемника, в основном из-за недостаточной смазки. В 2009 году цепь была заменена роликовой цепью из высоколегированной стали с тройными боковыми шинами, как показано на рис.13.11. Основным усовершенствованием стало устранение неэффективной и загрязняющей смазки цепи в крановой клетке и предоставление услуг по обслуживанию со столами для обслуживания цепей наверху подъемных башен. Работа этих таблиц технического обслуживания представлена ​​на чертежах на рис. 13.12.

Рис. 13.11. Новые цепи из высоколегированной стали для Lith Weir на Маасе, Нидерланды.

Рис. 13.12. Стол для обслуживания цепей ворот Литовской плотины на Маасе.

Очевидно, что таблица техобслуживания, показанная на рис. 13.12, позволила не только обеспечить экологически чистую и эффективную смазку цепей, но также провести тщательный осмотр, улучшить техническое обслуживание и, как следствие, снизить риск повторной поломки.

Нынешние взгляды инженерного корпуса армии США на применение легированных сталей в роликовых цепях для подъемников с гидравлическими затворами немного отличаются. Корпорация обычно рекомендует роликовые цепи с боковинами из алюминиевой бронзы и штифтами из нержавеющей стали.Детали таких цепочек можно увидеть на рис. 3.94 и 11.29 ранее в этой книге. См. Также обсуждение материалов цепи в Разделе 11.3.11.

Что такое легированная сталь?

Технически каждая сталь представляет собой сплав, но не все они имеют обозначение «легированная сталь». Чтобы сталь называлась легированной, в состав железа и углерода должны быть намеренно добавлены другие элементы. В смесь добавляется небольшой процент легирующих элементов – обычно не более 5%, и эти металлы могут улучшить коррозионную стойкость, обрабатываемость и многие другие свойства.

В чем разница между высоколегированными и низколегированными?

Большинство людей говорят, что высоколегированная сталь – это любая сталь с легирующими элементами (не включая углерод или железо), которые составляют более 8% ее состава. Эти сплавы менее распространены, потому что в большинстве сталей на дополнительные элементы отводится лишь несколько процентов. Нержавеющая сталь – самый популярный высоколегированный сплав с содержанием хрома не менее 10,5% по массе. Это соотношение обеспечивает большую коррозионную стойкость нержавеющей стали с покрытием из оксида хрома для замедления коррозии.

Между тем, низколегированная сталь лишь немного модифицирована другими элементами, которые обеспечивают незначительные преимущества в прокаливаемости, прочности и свободной обработке. При снижении содержания углерода примерно до 0,2% низколегированная сталь сохранит свою прочность и улучшенную формуемость.

Какие легирующие элементы встречаются чаще всего?

• Марганец : Используемый в тандеме с небольшими количествами серы и фосфора, стальной сплав становится менее хрупким и его легче забивать молотком.

• Хром : Небольшой процент (0,5–2%) может способствовать упрочнению сплава; более высокие проценты (4% – 18%) имеют дополнительный эффект предотвращения коррозии.

• Ванадий : с содержанием всего 0,15% этот элемент может повысить прочность, термостойкость и общую зернистую структуру. Смешанный с хромом, стальной сплав становится намного тверже, но при этом сохраняет свою формуемость.

• Никель : до 5% этот легирующий элемент улучшает прочность стали.Более 12% обеспечивает впечатляющую коррозионную стойкость.

• Вольфрам : Повышает термостойкость, поэтому температура плавления выше. Также улучшает структурный вид стали.

Легированная сталь: все, что вам нужно знать о легированных сталях и их роли в строительстве

Сталь – один из самых популярных материалов, используемых в строительной отрасли. По данным Всемирной ассоциации производителей стали, в 2018 году во всем мире было произведено около 1808 миллионов тонн нерафинированной стали, и около 50% этой продукции было использовано в строительной отрасли.Кроме того, они также заявляют, что существует до 3500 различных марок стали, и каждая марка обладает экологическими, химическими и физическими свойствами, уникальными для этой марки стали. Сталь претерпела значительные изменения с течением времени, и около 75% всех видов современной стали были разработаны за последние 20 лет. Интересно отметить, что если бы Эйфелева башня (построенная в 1887 году) была построена в наши дни, для нее потребовалась бы только треть стали, используемой тогда.

Виды стали

Легированная сталь
Когда к углеродистой стали добавляются другие элементы, содержащие металлы и неметаллы, образуется легированная сталь. Эти легированные стали обладают различными экологическими, химическими и физическими свойствами, которые могут варьироваться в зависимости от элементов, используемых для легирования. Здесь соотношение легирующих элементов может обеспечивать разные механические свойства.

Влияние легирования
Легирующие элементы могут изменять углеродистую сталь несколькими способами. Легирование может повлиять на микроструктуру, условия термообработки и механические свойства.Современные технологии с использованием высокоскоростных компьютеров позволяют предвидеть свойства и микроструктуру стали при холодной штамповке, термообработке, горячей прокатке или легировании. Например, если для определенных применений стали требуются такие свойства, как высокая прочность и свариваемость, тогда углеродистая сталь сама по себе не будет служить этой цели, поскольку присущая углероду хрупкость сделает сварной шов хрупким. Решение состоит в том, чтобы уменьшить углерод и добавить другие элементы, такие как марганец или никель. Это один из способов получения высокопрочной стали с требуемой свариваемостью.

Виды легированной стали
Существует два вида легированной стали – низколегированная и высоколегированная. Как упоминалось ранее, состав и пропорция легирующих элементов определяют различные свойства легированной стали. Низколегированные стали содержат до 8% легирующих элементов, тогда как высоколегированные стали содержат более 8% легирующих элементов.

Легирующие элементы
Существует около 20 легирующих элементов, которые можно добавлять в углеродистую сталь для производства различных марок легированной стали.Они предоставляют различные типы свойств. Некоторые из используемых элементов и их эффекты включают:

• Алюминий – избавляет сталь от фосфора, серы и кислорода
• Хром – может повысить ударную вязкость, твердость и износостойкость
• Медь – может повысить коррозионную стойкость и жгут
• Марганец – может повысить жаропрочность, износостойкость, пластичность и прокаливаемость
• Никель – может повысить коррозионную стойкость, стойкость к окислению и прочность
• Кремний – может увеличить магнетизм и прочность
• Вольфрам – может повысить прочность и твердость
• Ванадий – может повысить коррозионную стойкость, ударопрочность, прочность и ударную вязкость

Свяжитесь с ближайшими к вам крупнейшими дилерами стали и получите бесплатные расценки

Изделия из легированной стали и области их применения
Существуют сотни продуктов, которые могут быть изготовлены из легированных сталей различного состава. Сюда входят трубы и трубки из легированной стали, листы и рулоны из легированной стали, прутки из легированной стали, прутки и проволока, кованые фитинги из легированной стали, стыковые фитинги из легированной стали, фланцы из легированной стали, крепежные детали и многое другое.Легированные стали находят широкое применение в различных отраслях промышленности, таких как автомобилестроение, горнодобывающая промышленность, машиностроение и оборудование, железные дороги, дорожное строительство, здания, бытовая техника и морские установки.

Применение в строительстве крупных сооружений
В строительстве легированные стали используются для изготовления очень больших современных конструкций, таких как аэропорты, мосты, небоскребы и стадионы в виде стального каркаса. Легированные стали обеспечивают необходимую высокую прочность для поддержки таких больших конструкций.Даже в бетонных конструкциях легированная сталь используется в качестве арматуры для увеличения прочности и снижения общего веса конструкций. В строительстве используются более мелкие изделия, такие как шурупы, гвозди и болты из легированной стали.

Применение в строительстве мостов В мостах
используются специальные легированные стали, известные как погодостойкие. Они обеспечивают улучшенную защиту от коррозии из-за присутствия никеля, меди и хрома в качестве легирующих элементов. Погодостойкая сталь также находит применение в зданиях в качестве облицовочного материала для улучшения внешнего вида.Погодостойкая сталь предлагает несколько преимуществ, включая высокую безопасность, простоту и скорость строительства, эстетичный внешний вид, небольшую глубину конструкции, низкие эксплуатационные расходы и возможность внесения изменений в будущем. Из-за его естественной выветривания отделка не требует покраски, что позволяет избежать проблем с окружающей средой, вызванных красками. Погодостойкие стали в долгосрочной перспективе чрезвычайно рентабельны.

Плоский прокат из легированной стали
Легированные стали используются для изготовления плоского проката – листов и полос.Таблички доступны в широком диапазоне сортов и размеров. Они используются в строительстве путем сварки пластин в готовые секции.

Лента и рулоны из легированной стали
Полосы доступны в виде горячекатаных и холоднокатаных полос, а также горячеоцинкованных рулонов. Оцинкованные методом горячего цинкования рулоны используются для изготовления строительных изделий, которые включают облицовку стен и крыш, боковые перила, прогоны крыши, легкие стальные рамы и перемычки.

Сортовой прокат из легированной стали
Легированные стали используются для производства сортового проката, используемого в строительной отрасли, такого как балки, конструкционные профили, стержни, рельсы, стержни и проволока.

Фланцы из легированной стали
Еще одним важным продуктом из легированных сталей являются фланцы. Они используются в трубопроводах из нержавеющей стали. Эти фланцы могут быть изготовлены для различных применений. Некоторые из них включают фланцы с приварной шейкой, которые имеют ту же толщину и фаску, что и труба, и могут хорошо работать в суровых условиях высокого давления, высокой температуры или минусовых температур. Фланцы с соединением внахлест представляют собой надвижные фланцы, подходящие для трубопроводов из легированной стали, которые требуют регулярного технического обслуживания и осмотра.

Трубы из легированной стали
Трубы из легированной стали являются важным материалом в строительстве из-за их эксплуатационных характеристик, таких как пластичность, простота крепления без термической обработки и высокая долговечность. Они представляют собой сплав нержавеющей стали, хрома и никеля. Некоторые специальные типы труб из легированной стали включают сварные трубы большого диаметра, трубы, полученные электросваркой плавлением, сварные трубы и бесшовные трубы. Они чрезвычайно полезны для высокотемпературных или агрессивных сред, помимо сред с высоким давлением.

Цена легированной стали
Поскольку легированные стали обладают особыми свойствами, необходимыми для конкретных применений, цены сильно различаются в зависимости от марок, входящих в состав легирующих элементов, процесса производства и размера. Цены на легированные стали, доступные в Индии, обычно варьируются в диапазоне от 90 580 рупий (1294 доллара США) за тонну до 4 08 730 рупий (5839 долларов США) за тонну.

Как видно из вышеизложенного, легированные стали играют важную роль в строительстве и других отраслях промышленности.Легированные стали отличаются экономичностью, высокими эксплуатационными характеристиками, коррозионной стойкостью, долговечностью, высокой прочностью, высоким соотношением прочности и веса, высокими эксплуатационными характеристиками в суровых условиях и широким ассортиментом продукции для большинства областей применения.

Свяжитесь с ближайшими к вам крупнейшими дилерами стали и получите бесплатные расценки

Легированная сталь: свойства, обработка и применение

Легированная сталь – это класс стали, который, помимо углерода, легирован другими элементами в диапазоне от 1 мас.% до 50 мас.%, которые используются для улучшения различных свойств материала [1].

Эти элементы обычно включают марганец, никель, хром, молибден, ванадий, кремний и бор. Менее распространенные элементы включают алюминий, кобальт, медь, церий, ниобий, титан, вольфрам, олово, цинк, свинец и цирконий.

Здесь вы узнаете о:

• Виды легированной стали
• Свойства легированной стали
• Производство и обработка легированной стали
• Применение и области применения легированной стали

Виды легированной стали

Есть несколько подкатегорий легированной стали.К ним относятся:

Низколегированные стали обычно содержат менее 8 мас.% Нежелезных элементов, тогда как высоколегированные стали содержат более 8 мас.% Нежелезных элементов [2]. Обе стали обычно обладают превосходными механическими свойствами по сравнению с углеродистыми сталями [3].

Свойства легированной стали

могут содержать широкий спектр элементов, каждый из которых может улучшать различные свойства материала, такие как механическая термическая и коррозионная стойкость. Элементы добавлены в небольших количествах, менее примерно 5 мас.% имеют тенденцию улучшать механические свойства, например повышать прокаливаемость и прочность, тогда как более крупные добавки до 20 мас.% повышают коррозионную стойкость и стабильность при высоких или низких температурах [2].

Эффект от добавления различных элементов в сталь, наряду с типичными количествами в весовой доле, суммирован в таблице ниже [2].

В целом, по сравнению с углеродистыми сталями, легированные стали могут обладать повышенной прочностью, пластичностью и ударной вязкостью. Однако недостатком является то, что легированные стали обычно имеют более низкую обрабатываемость, свариваемость и формуемость.

Производство и обработка

Способы легирования и обработки легированной стали зависят от желаемого результата.Требуемая комбинация элементов сначала плавится в печи при температуре выше 1600 ° C в течение 8–12 часов. Затем сталь отжигают при температуре выше 500 ° C для удаления примесей и изменения физических и химических свойств [4].

Затем прокатная окалина (смесь оксидов железа), образующаяся в процессе отжига, удаляется с поверхности стали с помощью плавиковой кислоты перед повторением процесса отжига и удаления окалины. Наконец, сталь плавится и отливается для прокатки и придания окончательной формы.

Приложения и примеры

Поскольку термин «легированная сталь» охватывает множество типов стали, область его применения широка.

Низколегированные стали используются в широком спектре отраслей промышленности из-за их исключительной прочности, обрабатываемости, рентабельности и доступности. Они используются в военных транспортных средствах, строительном оборудовании, кораблях, трубопроводах, нефтедобывающих платформах, работающих под давлением, и в конструктивных элементах. Примеры включают HY80 и HY100.

Высоколегированные стали могут быть дорогими в производстве и сложными в обработке. Тем не менее, их превосходная твердость, ударная вязкость и коррозионная стойкость делают их идеальными для конструкционных компонентов, автомобильных приложений, оборудования для химической обработки и производства электроэнергии. Примеры высоколегированных сталей включают марки HE, HF, HH, HI, HK и HL.

[1] Р. Эллиотт, Технология чугуна. Баттервортс, 1988, стр. 1

[2] Дж. Т. Блэк и Р.А. Козер, Материалы и процессы ДеГармо в производстве, 12-е издание. Wiley, 2017, стр. 105

[3] «Разница между низколегированной сталью и высоколегированной сталью», Блог Amardeep Steel Center, 27 декабря 2017 г. [Онлайн]. [Доступ: 10 октября 2018 г.].

[4] B. Индекс, «Процесс производства легированной стали», Наука, 25 апреля 2017 г. [Онлайн]. Доступно: https://sciencing.com/alloy-steel-manufacturing-process-7267414.html. [Доступ: 17 октября 2018 г.].

Типы и применение легированной стали | Кованые детали сосуда

API иногда требуется сталь с особыми свойствами.В легированной стали углеродистая сталь сочетается с другими материалами, такими как алюминий, никель или медь, в соответствии со спецификациями проекта. Легированная сталь в первую очередь классифицируется по легируемому или процентному содержанию сплава.

Высоколегированная сталь

Высоколегированные стали отличаются высоким процентным содержанием легирующих элементов. Наиболее распространенной высоколегированной сталью является нержавеющая сталь, которая содержит не менее 12 процентов хрома. Нержавеющая сталь обычно делится на три основных типа: мартенситную, ферритную и аустенитную.Мартенситные стали содержат наименьшее количество хрома, обладают высокой способностью к закалке и обычно используются для изготовления столовых приборов. Ферритные стали содержат от 12 до 27 процентов хрома и часто используются в автомобилях и промышленном оборудовании. Аустенитные стали содержат большое количество никеля, углерода, марганца или азота и часто используются для хранения агрессивных жидкостей и горнодобывающего, химического или фармацевтического оборудования.

Сталь низколегированная

Низколегированные стали имеют гораздо меньшее процентное содержание легирующих элементов, обычно от 1 до 5 процентов.Эти стали имеют разную прочность и применение в зависимости от выбранного сплава. Производители фланцев большого диаметра обычно выбирают сплавы по определенным механическим свойствам. Разнообразие потенциальных сплавов делает низколегированную сталь полезной для множества проектов, включая изготовление бесшовных катаных колец и изготовление выпускных отверстий для шпилек.

Тип по сплаву

часто классифицируется по типу сплава и его концентрации. Вот некоторые из наиболее распространенных добавок к легированной стали:

• Алюминий удаляет кислород, серу и фосфор из стали.
• Висмут улучшает обрабатываемость.
• Хром увеличивает износостойкость, твердость и ударную вязкость.
• Кобальт увеличивает стабильность и способствует образованию свободного графита.
• Медь улучшает закалку и устойчивость к коррозии.
• Марганец повышает прокаливаемость, пластичность, износостойкость и жаропрочность.
• Молибден снижает концентрацию углерода и увеличивает прочность при комнатной температуре.
• Никель улучшает прочность, коррозионную стойкость и стойкость к окислению.
• Кремний увеличивает прочность и магнетизм.
• Титан улучшает твердость и прочность.
• Вольфрам улучшает твердость и прочность.
• Ванадий увеличивает ударную вязкость, прочность, коррозионную стойкость и ударопрочность.

Вам нужно производство форсунок для сосудов высокого давления?

Если вам необходимо изготовление подводных соединений, ковка сопла с длинной приварной шейкой или выпускные отверстия под шпильки для промышленных фланцев, обратитесь в Forged Components, Inc.Cегодня. Позвоните нам по телефону (281) 441-4088 или свяжитесь с нами через Интернет.

Влияние химических элементов в стали

Вы когда-нибудь задумывались, что на самом деле означают все эти элементы, перечисленные в протоколе испытаний материалов? Читать дальше!

Углерод

Углерод обычно считается наиболее важным легирующим элементом в стали и может присутствовать до 2% (хотя в большинстве сварных сталей его содержание составляет менее 0,5%). Повышенное количество углерода увеличивает твердость и прочность на разрыв, а также повышает отклик на термическую обработку (способность к закалке).Повышенное количество углерода ухудшает свариваемость.

Сера

Сера обычно является нежелательной примесью в стали, а не легирующим элементом. В количествах, превышающих 0,05%, он вызывает хрупкость и снижает свариваемость. Легирующие добавки серы в количестве от 0,10% до 0,30% будут улучшать обрабатываемость стали. Такие типы могут называться «ресульфурация» или «автоматическая обработка». Сплавы для свободной механической обработки не предназначены для использования там, где требуется сварка.

фосфор

Фосфор обычно считается нежелательной примесью в сталях. Обычно он содержится в количестве до 0,04% в большинстве углеродистых сталей. В закаленных сталях это может вызвать охрупчивание. В низколегированные высокопрочные стали фосфор может быть добавлен в количестве до 0,10% для повышения прочности и коррозионной стойкости.

Кремний

Обычно только небольшие количества (0,20%) кремния присутствуют в стальном прокате, когда он используется в качестве раскислителя.Однако в стальных отливках обычно присутствует от 0,35 до 1,00%. Кремний растворяется в железе и имеет тенденцию укреплять его. Металл шва обычно содержит примерно 0,50% кремния в качестве раскислителя. Некоторые присадочные металлы могут содержать до 1% для улучшения очистки и раскисления при сварке загрязненных поверхностей. Когда эти присадочные металлы используются для сварки на чистых поверхностях, в результате прочность металла сварного шва будет заметно повышена. В результате снижение пластичности может вызвать проблемы с растрескиванием.

Марганец

обычно содержит не менее 0,30% марганца, поскольку он способствует раскислению стали, предотвращает образование сульфида железа и включений и способствует большей прочности за счет повышения прокаливаемости стали. В некоторых углеродистых сталях содержится до 1,5%.

Хром

Хром – мощный легирующий элемент в стали. Он сильно увеличивает закаливаемость стали и заметно улучшает коррозионную стойкость сплавов в окислительных средах.Его присутствие в некоторых сталях может вызвать чрезмерную твердость и растрескивание сварных швов и прилегающих к ним швов. Нержавеющие стали могут содержать более 12% хрома.

молибден

Молибден является сильным карбидообразователем и обычно присутствует в легированных сталях в количестве менее 1%. Повышает прокаливаемость и устойчивость к повышенным температурам. В аустенитных нержавеющих сталях он улучшает стойкость к точечной коррозии.

Никель

Никель добавляется в стали для повышения прокаливаемости.Он часто улучшает ударную вязкость и пластичность стали, даже при увеличении прочности и твердости, которые она дает. Его часто используют для повышения ударной вязкости при низких температурах.

Алюминий

Алюминий добавляют в сталь в очень малых количествах в качестве раскислителя. Это также измельчитель зерна для повышения прочности; стали с умеренными добавками алюминия были сделаны с «мелкозернистой практикой».

Ванадий

Добавление ванадия приводит к увеличению прокаливаемости стали.Он очень эффективен, поэтому его добавляют в незначительных количествах. При содержании более 0,05% сталь может иметь тенденцию к охрупчиванию во время обработки для снятия термического напряжения.

Общие определения стали

Слиток железа

Максимум 0,03% углерода, используется для эмалирования, цинкования, глубокой вытяжки листов и полос, отличная свариваемость.

Низкоуглеродистая

Максимум 0,15% углерода, используется для электродов, листов и профилей, листов, полос, отличная свариваемость.

Низкоуглеродистая сталь

Максимум 0,15-0,30% углерода, используется для профилей, листов и стержней, хорошая свариваемость.

Средний углерод

Максимум 0,30-0,50% углерода, используется для деталей машин, хорошая свариваемость – может потребоваться предварительный и последующий нагрев.

Высокоуглеродистый

Максимум 0,50–1,00% углерода, используется для пружин, штампов, рельсов, плохая свариваемость – трудно сваривать без предварительного нагрева и последующего нагрева.

Спасибо Американскому обществу сварщиков за предоставленную информацию, использованную в этом ресурсе.

Сталь различного назначения. Высокопрочные низколегированные стали