Химический состав сталь: Марки стали и их характеристики

alexxlab | 20.01.2023 | 0 | Разное

Марки стали и химический состав. Из чего и как делают сталь

Сталь, что это за металл? Из чего делают сталь? Сталью считается сплав железа и углерода, вот что является сталями. А вот от процентного соотношения того и другого зависит прочность стали.

Кроме того, в эту смесь можно добавить определенные добавки и примеси — это очень эффективный способ, чтобы придать нужные характеристики металлу, например, повысить его конструкционную стойкость. И называется такой сплав — легированная сталь. Алюминием, свинцом, бором или хромом, а также углеродом, медью и марганцем — и это еще не все, чем легируют стали. Такие легирующие элементы стали создают преимущественные качества сырья и улучшают потребительские свойства готовых материалов. Состав легированной стали может быть разный.

При этом термообработка стали, которая содержит примеси, имеет технологические особенности. Увеличивается, например, время выдержки, а скорость охлаждения необходимо рассчитать соответственно.

Любые стальные изделия, поступающие на объект, должны соответствовать техническим условиям или ГОСТам, которые изложены в проекте.

Разные условия итогового использования конструкции диктуют проектировщикам потребность выбирать сталь, химический состав которой выполняет требования запрашиваемой изначально прочности. Это определяется после всех необходимых расчетов профессионалов. Правильно выбрать марку стали наиболее подходящей для конкретной ситуации помогут специальные обозначения на готовом изделии.

Маркировка стали — это то, с помощью чего мы узнаем, каковы физические свойства и химический состав стальных изделий. Как узнать марку стали? Для этого нужно прочитать набор букв и цифр на изделии, именно они обозначают твердость стали и химический состав.

Как обозначаются марки сталей — для этого существуют определенные таблицы, с помощью которых можно узнать технические характеристики стали.

Наименование сталиМарки по действующим стандартам
Марка сталиОбозначение стандарта
С235Ст3кп2ГОСТ 380, ГОСТ 535
С245Ст3пс5, Ст3сп5ГОСТ 380, ГОСТ 535
С255Ст3Гпс, Ст3ГспГОСТ380
С275Ст3псГОСТ 380
С285Ст3сп, Ст3Гпс, Ст3ГспГОСТ 380
С34512Г2С
09Г2С
 —
ГОСТ 19281
С345Д12Г2СД
09Г2СД
 —
 —
С345К10ХНДПГОСТ 19281
С37512Г2С —
С375Д12Г2СД —
С39014Г2АФГОСТ 19281
С390Д14Г2АФДГОСТ 19281
С390К15Г2АФДпсГОСТ 19281
С44016Г2АФГОСТ 19281
С440Д16Г2АФДГОСТ 19281
С59012Г2СМФ —
С590К12ГН2МФАЮ —

Как расшифровать марку стали наглядно разберем на примере. Подойдет марка стали 09г2с, являющаяся высококачественной. Она очень популярна у строителей, а также в промышленности. Такая сталь незаменима, если изделия будут эксплуатироваться при температурных режимах от −70 ℃ и до +420 ℃. Ей не страшны ни суровый северный климат, ни раскаленное солнце.

  • 09 — обозначает то, сколько содержится углерода. То есть его здесь 0,09%
  • Г2 — обозначает, что количество марганца около 2%
  • С — эта буква обозначает состав кремния в стали. И его менее, чем 1%, ведь после буквы отсутствуют цифры

Химический состав стали

Свойства стали определяются ее химическим составом. Содержащиеся в стали компоненты можно разделить на четыре группы: постоянные (обыкновенные), скрытые, случайные и специальные (легирующие).

К постоянным примесям относятся углерод, марганец, кремний, сера и фосфор.

Углерод — неотъемлемая составляющая часть стали, оказывающая на ее свойства основное влияние. Его содержание в выпускаемых марках стали колеблется от 0,1 до 1,4 %. С увеличением содержания углерода в стали повышаются ее твердость и прочность, уменьшаются пластичность и вязкость.

Марганец относится к постоянным примесям, если его содержание составляет менее 1 %. При содержании более 1 % он является легирующим элементом.

Марганец является раскислителем стали. Он повышает ее прочность, износостойкость и прокаливаемость, снижает коробление при закалке, улучшает режущие свойства стали. Однако ударная вязкость при этом снижается. Сталь, содержащая 11—14 % марганца (сталь Гатфильда), отличается высокой износостойкостью, так как способна упрочняться при пластической деформации. Сталь, содержащая 10—12 % марганца, становится немагнитной.

Кремний также является раскислителем стали и легирующим элементом, если его содержание превышает 0,8 %. Он увеличивает прочностные свойства стали, предел упругости, коррозионную и жаростойкость, однако снижает ее ударную вязкость.

Сера и фосфор являются вредными примесями. Так, сера делает сталь «красноломкой», а фосфор, повышая твердость стали, снижает ее ударную вязкость и вызывает «хладноломкость», т. е. хрупкость при температурах ниже —50°C.

Скрытые примеси представляют собой кислород, азот и водород, частично растворенные в стали и присутствующие в виде неметаллических включений (окислов, нитридов). Они являются вредными примесями, так как разрыхляют металл при горячей обработке, вызывают в нем надрывы (флокены).

Случайные примеси — это медь, цинк, свинец, хром, никель и другие металлы, попадающие в сталь с шихтовыми материалами. В основном они ухудшают качество стали.

Специальные добавки (легирующие элементы) вводятся в сталь с целью придания ей тех или иных свойств. К ним относятся марганец, кремний, хром, никель, молибден, вольфрам, ванадий, бор, ниобий, цирконий, селен, теллур, медь и др.

Наиболее распространенным легирующим элементом является хром. Он препятствует росту зерна при нагреве стали, улучшает механические и режущие свойства, повышает коррозионную стойкость, прокаливаемость, способствует лучшей работе на истирание.

При содержании хрома свыше 10 % сталь становится нержавеющей, но одновременно теряет способность воспринимать закалку.

Никель повышает прочность стали при сохранении высокой вязкости, препятствует росту зерна при нагреве, снижает коробление при закалке, увеличивает коррозионную стойкость и прокаливаемость. При содержании никеля 18—20 %-я сталь становится немагнитной, жаростойкой, жаропрочной и коррозионностойкой.

Молибден измельчает зерно стали, значительно повышает ее прокаливаемость, стойкость против отпуска, вязкость при низких температурах, ковкость и абразивную стойкость, снижает склонность к отпускной хрупкости.

Вольфрам повышает твердость и режущие свойства стали, прокаливаемость, прочность и вязкость. Стали с содержанием 9 и 18 % вольфрама известны как быстрорежущие.

Ванадий создает мелкозернистую структуру стали, задерживает рост зерна при нагреве, повышает ударную вязкость, устойчивость против вибрационных нагрузок, прокаливаемость и стойкость против отпуска.

Бор увеличивает прокаливаемость стали, повышает ее циклическую вязкость, способность гасить колебания высокой частоты, снижает склонность к необратимой отпускной хрупкости.

Ниобий предотвращает межкристаллическую коррозию, улучшает сварочные свойства, повышает пластичность, прочность и ползучесть стали при высоких температурах.

Цирконий повышает предел выносливости стали на воздухе и в коррозионных средах, улучшает ее прочностные характеристики при повышенных температурах и ударную вязкость при температуре ниже нуля, замедляет рост зерна, повышает прокаливаемость и свариваемость.

Медь повышает коррозионную стойкость стали, а селен и теллур — механические свойства стали и особенно ее пластичность.

Сталь | Состав, свойства, типы, сорта и факты

производство

Посмотреть все СМИ

Ключевые люди:
Эндрю Карнеги Генри Бессемер Сэр Уильям Сименс Джон Огастес Роблинг Чарльз М. Шваб
Похожие темы:
Дамасская сталь углеродистая сталь литая сталь перлит стальная промышленность

Просмотреть весь соответствующий контент →

Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы

сталь , сплав железа и углерода, в котором содержание углерода колеблется до 2 процентов (при более высоком содержании углерода материал определяется как чугун). На сегодняшний день это наиболее широко используемый материал для строительства инфраструктуры и промышленности в мире, он используется для изготовления всего, от швейных иголок до нефтяных танкеров. Кроме того, инструменты, необходимые для изготовления таких изделий, также изготавливаются из стали. Как показатель относительной важности этого материала, в 2013 году мировое производство необработанной стали составило около 1,6 миллиарда тонн, а производство следующего по важности технического металла, алюминия, составило около 47 миллионов тонн.

(Для списка производства стали по странам, см. ниже Мировое производство стали.) Основными причинами популярности стали являются относительно низкие затраты на ее производство, формовку и обработку, обилие двух сырьевых материалов (железной руды и металлолома) и беспрецедентный ассортимент механические свойства.

Свойства стали

Основной металл: железо

Изучение производства и структурных форм железа от феррита и аустенита до легированной стали

Посмотреть все видео к этой статье

Основным компонентом стали является железо, металл, который в его чистое состояние ненамного тверже меди. За исключением самых крайних случаев, железо в твердом состоянии, как и все другие металлы, поликристаллично, т. е. состоит из многих кристаллов, смыкающихся друг с другом на своих границах. Кристалл — это хорошо упорядоченное расположение атомов, которые лучше всего можно представить в виде сфер, соприкасающихся друг с другом. Они упорядочены в плоскостях, называемых решетками, которые особым образом проникают друг в друга. Для железа расположение решетки лучше всего представить единичным кубом с восемью атомами железа в углах. Важным для уникальности стали является аллотропность железа, то есть его существование в двух кристаллических формах. В объемно-центрированной кубической (ОЦК) конфигурации в центре каждого куба находится дополнительный атом железа. В гранецентрированной кубической (ГЦК) конфигурации в центре каждой из шести граней единичного куба находится один дополнительный атом железа. Существенно, что стороны гранецентрированного куба или расстояния между соседними решетками в ГЦК конфигурации примерно на 25 процентов больше, чем в ОЦК компоновке; это означает, что в ГЦК-структуре больше места, чем в ОЦК-структуре, для удержания инородных ( , т. е. сплавов) атомов в твердом растворе.

Железо имеет аллотропию ОЦК ниже 912°C (1674°F) и от 1394°C (2541°F) до температуры плавления 1538°C (2800°F). Называемое ферритом, железо в его ОЦК-образовании также называется альфа-железом в диапазоне более низких температур и дельта-железом в зоне более высоких температур. Между 912° и 1394°С железо находится в ГЦК-порядке, который называется аустенитным или гамма-железом. Аллотропное поведение железа сохраняется, за немногими исключениями, в стали, даже когда сплав содержит значительное количество других элементов.

Существует также термин бета-железо, который относится не к механическим свойствам, а скорее к сильным магнитным характеристикам железа. Ниже 770 ° C (1420 ° F) железо является ферромагнитным; температуру, выше которой он теряет это свойство, часто называют точкой Кюри.

В чистом виде железо мягкое и, как правило, непригодное для использования в качестве конструкционного материала; основной метод его упрочнения и превращения в сталь – добавление небольшого количества углерода. В твердой стали углерод обычно встречается в двух формах. Либо он находится в твердом растворе в аустените и феррите, либо находится в виде карбида. Форма карбида может быть карбидом железа (Fe 3 C, известный как цементит), или это может быть карбид легирующего элемента, такого как титан. (С другой стороны, в сером чугуне углерод проявляется в виде чешуек или скоплений графита из-за присутствия кремния, подавляющего образование карбидов.)

Влияние углерода лучше всего иллюстрируется диаграммой равновесия железо-углерод. Линия A-B-C представляет точки ликвидуса (, т. е. температуры, при которых расплавленное железо начинает затвердевать), а линия H-J-E-C представляет точки солидуса (при которых затвердевание завершается). Линия A-B-C показывает, что температура затвердевания снижается по мере увеличения содержания углерода в расплаве железа. (Это объясняет, почему серый чугун, содержащий более 2 процентов углерода, обрабатывается при гораздо более низких температурах, чем сталь.) Расплавленная сталь, содержащая, например, 0,77 процента углерода (показана вертикальной пунктирной линией на рисунке), начинает затвердевает при температуре около 1475 ° C (2660 ° F) и полностью затвердевает при температуре около 1400 ° C (2550 ° F). С этой точки и ниже все кристаллы железа находятся в аустенитной — , т. е. ГЦК — компоновка и содержат весь углерод в твердом растворе. При дальнейшем охлаждении резкое изменение происходит примерно при 727 ° C (1341 ° F), когда кристаллы аустенита превращаются в тонкую пластинчатую структуру, состоящую из чередующихся пластинок феррита и карбида железа. Эта микроструктура называется перлитом, а изменение называется эвтектоидным превращением. Перлит имеет твердость алмазной пирамиды (DPH) примерно 200 кгс на квадратный миллиметр (285 000 фунтов на квадратный дюйм), по сравнению с DPH 70 кгс на квадратный миллиметр для чистого железа. Охлаждающая сталь с более низким содержанием углерода ( , например, 0,25 процента) приводит к микроструктуре, содержащей около 50 процентов перлита и 50 процентов феррита; это мягче, чем перлит, с DPH около 130. Сталь с содержанием углерода более 0,77%, например, 1,05%, содержит в своей микроструктуре перлит и цементит; он тверже перлита и может иметь DPH 250.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Какова химическая формула стали?

••• arhendrix/iStock/GettyImages

Обновлено 11 апреля 2018 г.

Автор: David Sandoval

Когда некоторые люди думают о стали, они могут представить себе небоскреб, собранный из массивных клепаных балок, в то время как другие люди могут представить себе тело и двигатель классического автомобиля на автосалоне. Действительно, сталь присутствует во многих вещах, которыми люди пользуются каждый день. Понимание химического состава стали полезно при определении того, какую сталь следует использовать, а также для каких целей ее использовать. Поскольку сталь представляет собой смесь, а не химическое соединение, у нее нет установленной формулы химического соединения. Когда вы ищете правильный тип стали для использования, присадки определяют, какая сталь является лучшим выбором для ваших целей.

TL;DR (слишком длинный; не читал)

Сталь представляет собой смесь железа и углерода, сплавленных вместе с одним или несколькими другими металлами или неметаллами. Поскольку сталь представляет собой смесь, а не химическое соединение, у стали нет установленной формулы химического соединения. Соглашение об именах для стали зависит от состава стали — от того, что смешано с железом, например, от углеродистой стали или вольфрамовой стали.

Железо и углерод играют большую роль

Железо является умеренно химически активным металлом, склонным к химическому соединению с неметаллами, такими как кислород и углерод. Когда железо добывается или иным образом встречается в природе, оно обычно встречается в виде природного минерала. Когда железную руду нагревают в присутствии восстановителя, такого как монооксид углерода, образуется металлическое железо. Оттуда железо подвергается дальнейшей переработке для создания сплава железа с углеродом, который можно использовать для изготовления материала, известного нам как сталь.

Сплав железа с углеродом является основным материалом для стали. Доля углерода в сплаве обычно составляет от 0,15 до 0,30 процента, и она определяет начальную прочность и пластичность — способность сплава вытягиваться в проволоку или подвергаться обработке. Когда в сплаве больше углерода, сталь прочнее. Однако он менее пластичен, чем сплав с низким содержанием углерода.

После рафинирования железоуглеродистого сплава до желаемого соотношения углерода и железа могут быть добавлены дополнительные материалы для улучшения характеристик конечного стального сплава. Например, если конечным сплавом является нержавеющая сталь, в смесь добавляют хром и марганец.

Улучшение стали

Хотя некоторые виды стали, такие как мягкая сталь, могут состоять только из железа и углерода, несколько важных химических элементов используются для создания конструкционной стали. Например, марганец и ниобий используются для придания стали дополнительной прочности, а хром, никель или медь добавляются для снижения восприимчивости стали к ржавчине и коррозии. Точно так же молибден, ванадий, вольфрам или титан могут быть добавлены для улучшения других характеристик стали для улучшения характеристик. Стали могут быть дополнительно обработаны защитой от ржавчины с использованием гальванизации (покрытие цинком, часто путем погружения в расплавленный цинк) или гальваники (нанесение покрытия на поверхность с помощью электрического тока).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *