Сталь из чего делается: Сталь – что это за сплав? Особенности, свойства и классификация по видам. Почему растут цены на сталь?

alexxlab | 30.11.2022 | 0 | Разное

Износостойкие стали, их характеристики и типы

К износостойким сталям относятся сплавы, предназначенные для использования в экстремальных условиях. Благодаря особому химическому составу, они выдерживают серьезный абразивный износ, исключительные механические и сжимающие нагрузки, воздействие скольжения, трения. На рынке высокопрочных сталей представлено множество производителей и видов проката, разобраться в которых бывает сложно даже профессионалам. Из данной статьи вы узнаете, как правильно выбрать износостойкую сталь, и почему в разных отраслях промышленности просто необходимо использование качественных износостойких сплавов.

Характеристики износостойких сталей

Главное свойство износостойких сталей – повышенная твердость, которая обеспечивается присутствием в составе марганца и других легирующих элементов. Причем чем сильнее нагрузка на элемент, тем более износостойкой и твердой становится деталь, а разрушения поверхности и внутренней структуры не происходит.
При высоких показателях прочности материал остается пластичным, не крошится, поддается сварке. При выборе высокопрочного сплава важно учитывать условия и интенсивность эксплуатации детали или узла. У проката, прошедшего закалку, повышается устойчивость ко всем разновидностям износа.

Характеристики износостойких сталей

Главное свойство износостойких сталей – повышенная твердость, которая обеспечивается присутствием в составе марганца и других легирующих элементов. Причем чем сильнее нагрузка на элемент, тем более износостойкой и твердой становится деталь, а разрушения поверхности и внутренней структуры не происходит.
При высоких показателях прочности материал остается пластичным, не крошится, поддается сварке. При выборе высокопрочного сплава важно учитывать условия и интенсивность эксплуатации детали или узла. У проката, прошедшего закалку, повышается устойчивость ко всем разновидностям износа.

Сферы применения износостойких сплавов

Использование высокопрочных сталей увеличивает срок эксплуатации оборудования, машин и механизмов, значительно снижает затраты на их ремонт и обслуживание, устраняет простои на производстве. Металлопрокат используется в самых разных отраслях.

1. Автомобилестроение
   Производство деталей и узлов, подверженных интенсивным нагрузкам и работающих в условиях трения – ролики и шарики подшипников, втулки, сменные накладки, поршневые кольца, коленчатые валы и другие фасонные изделия, бронированные элементы.
2. Дорожная и строительная техника
   Изготовление экскаваторных ковшей, режущих кромок техники, козырьков землечерпалок, гидравлических молотов, элементов разравнивателя для асфальтоукладочной машины. В качестве футеровки желобов оборудования, дробилок, контейнеров, лопастей барабана, бетономешалок.
3. Тяжелая карьерная и горнодобывающая техника
   Изготовление режущих кромок оборудования, кузовов для самосвалов, транспортировочных емкостей и желобов, бункеров, футеровка накопителей и других элементов дробилок, режущий инструмент.
4. Железнодорожная отрасль
   Облицовка вагонов, в качестве элементов железнодорожных полотен, звеньев гусеничных механизмов, крестовин и т. д.
5. Сельхозтехника и оборудование для лесозаготовки
   Концевые механизмы лесопогрузчика, перегружателя, элементы отжимного пресса, плужного оборудования, оборудования для транспортировки и хранения силоса.
6. Станкостроение
   В качестве элементов производственного оборудования, подвергающегося серьезным нагрузкам и трению: валы, узлы, агрегаты, детали.
7. Строительная отрасль
   Изготовление металлоконструкций различного назначения, предполагающих особую прочность строения. Для этих целей используются конструкционные марки.

Виды и марки износостойких сталей

При изучении классификации и выборе износостойких сплавов необходимо учесть, что ряд марок отечественных производителей обозначают индексами, а в зарубежных маркировках нет информации по химическому составу.

Графитизированные марки (У16 (ЭИ336), 60Г, 65Г, 70Г, 40Х, 40ХН, 45ХН и др.) – отличаются высоким содержанием углерода, в состав также входит хром, никель, графит. Прокат упрочняется при динамической нагрузке, плохо поддается обработке.

Шарикоподшипниковые сплавы ГОСТ 801-78 (ШХ20, ШХ15) – относятся к виду инструментальных сталей и обладают высокой прочностью и износостойкостью, твердостью и необходимым уровнем вязкости. Высокомарганцовистые марки (Г13Л, 110Г13Л) – в состав кроме марганца входят также железо, углерод, хром. Обладают самой высокой износостойкостью, которая сочетается с низкой твердостью и высокой прочностью. Согласно отечественной стандартизации, сплавы соответствуют ГОСТ 977-88.

Как можно убедиться, высокое качество и надежность высокопрочных сталей делают их использование обоснованным во многих отраслях промышленности и машиностроения. Эти сплавы прочно завоевали позиции на рынке металлопроката и пользуются большой популярностью.

жаропрочная, полированная, виды и маркировка

Большой рывок в развитии металлургической промышленности сделали разработка и получение нержавейки. Нержавеющая сталь имеет высокий уровень антикоррозионной защиты. Легирующие элементы, входящие в состав, образуют поверхностную оксидную пленку, защищающую материал от воздействия агрессивных сред.

Сырьем для производства является чугун или отработанный металлопрокат. В полученный из него расплав добавляются хром, титан, молибден, никель. Содержание хрома в антикоррозионной стали от 10,5%. Сплав содержит также углерод, придающий материалу необходимую твердость и прочность. Количество данного вещества не должно превышать 1,2%.

Содержание

• 1 Классификация
• 2 Маркировка нержавеющей стали
  • 2.1 Таблица соответствия популярных зарубежных марок с российскими аналогами
• 3 Достоинства нержавеющих сталей
• 4 Применение
• 5 Жаропрочная нержавеющая сталь
  • 5.1 Применение жаропрочных сталей
  • 5.2 Таблица соответствия зарубежных и российских марок
• 6 Полированная нержавеющая сталь
• 7 Пищевая нержавеющая сталь
• 8 Заключение

Классификация

В металлургической промышленности различают более двухсот видов легированных сплавов. Они отличаются присутствием в составе разного количества дополнительных химических элементов.

Существует четыре основных типа нержавейки.

• Ферритные. Это малоуглеродистые сплавы, содержащие более 20% хрома, менее 0,15% углерода. Они имеют объемную кристаллическую структуру. Прочные, пластичные. Сталь данного вида обладает магнитными свойствами.
• Аустенитные. Коррозионностойкие сплавы, имеющие в составе 18% хрома, от 8 до 9% никеля. Они сохраняют пластичность в холодном и горячем состоянии, хорошо поддаются сварке, обладают высокой прочностью. Существуют нестабилизированные и стабилизированные марки. Для последних сортов характерно присутствие титана и ниобия.
• Мартенситные. Стали данного вида содержат 17% хрома, 0,05% углерода. Металлы пластичны, обладают упругостью, не вступают в реакцию с агрессивными средами. Они не подвержены воздействию высоких температур, считаются износостойким материалом.
• Комбинированные. Существуют аустенитно-ферритные и аустенитно-мартенситные стали. Разработка и производство таких сплавов проводится под требования заказчика.

Маркировка нержавеющей стали

В России легирующие сплавы производятся в соответствии ГОСТ 5632-2014. Маркировка — сочетание цифр и буквенного обозначения. Число, стоящее в начале, говорит о содержании углерода в сплаве. Цифры, расположенные после букв, указывают среднюю массовую долю легирующего элемента, который указывается в виде букв русского алфавита.

Состав зарубежных марок нормируется стандартами, существующими в стране производителя. В Российской Федерации популярны стали AISI, получившие название от американского научно-исследовательского института «The American Iron and Steel Institute». Первая цифра указывает на тип сплава, две последующих говорят о порядковом номере во всей группе данного класса. Сниженное количество углерода в системе AISI обозначается дополнительной буквой L.

Таблица соответствия популярных зарубежных марок с российскими аналогами

Марка стали	ГОСТ 5632-2014	AISI
Ферритная	08Х13; 12Х13; 12Х17	409; 410; 430
Аустенитная	12Х18Н10Т; 08Х18Н10; 08Х17Н13М2	321; 304; 316
Мартенситная	20Х13; 30Х13; 40 Х13	420

Достоинства нержавеющих сталей

С развитием экономического и научно-технического прогресса растут требования к качеству материалов, используемых в областях народного хозяйства.

Преимущества легированных металлов:

• Высокий уровень антикоррозионных свойств.
• Соответствие нормам, предусмотренным правилами пожарной безопасности.
• Надежность, долгий срок службы без изменения технических характеристик.
• Идеально сочетание с любыми строительными материалами.
• Многообразие поверхностей: шлифованная, полированная, матовая, декоративная.
• Широкий выбор металлопрокатной продукции.
• Простота в обработке, формовании, сборке деталей, выполненных из данного вида стали.
• Большой ассортимент марок, обладающих уникальными свойствами.
• Экологическая безопасность, гигиена.

Применение

Перечисленные преимущества способствуют удержанию лидирующих позиций на рынке металлопроката. Антикоррозионные сплавы являются незаменимым материалом в тяжелом машиностроении, энергетической, нефтегазовой и сельскохозяйственной сферах.

Материал востребован в следующих областях народного хозяйства:

• Строительство, архитектура;
• производство оборудования, инструментов медицинского назначения;
• целлюлозно-бумажное производство;
• пищевая промышленность;
• транспортное машиностроение;
• химическая промышленность;
• электроэнергетика и электроника;
• производство бытовой техники и предметов домашнего хозяйства.

Декоративные качества нержавеющих металлов и высокий уровень антикоррозионных свойств дают возможность использовать изготовленные из них детали и элементы для фасадов, рекламных установок, витрин, фонтанов. Из легированного материала изготавливают перила, двери, лестницы, лифты.

Жаропрочная нержавеющая сталь

К категории жаропрочных материалов относятся сплавы, способные под воздействием температур свыше 550º С сохранять свою структуру и не менять качественных характеристик. Химический состав и маркировка данного вида регламентирует ГОСТ 5632 — 2014. По способу производства такая нержавейка бывает литейной и деформируемой.

Металлы различаются по способности выдерживать определенные нагрузки при высоких температурах. В соответствии с этими показателями выделяют три вида нержавейки.

• Теплоустойчивая нержавеющая сталь. Не поддается коррозии при 600°С.
• Жаростойкая. Проявляет инертность к агрессивным средам при температурах свыше 550°С.
• Жаропрочная. Противостоит механическим нагрузкам при 400 — 850°С.

По составу материалы с повышенной жаропрочностью бывают:

• Мартенситные. Марки, произведенные с применением перлитных добавок. Смесь металлов подвергается закалке при 950 — 1100 ºС. Полученные сплавы содержат более 0,15 % углерода, 11-17 % хрома и небольшое количество никеля, вольфрама, молибдена, ванадия. Они не вступают в реакцию со щелочами и кислотами. Продолжительное нахождение во влажной среде не отражается на их технических характеристиках.
• Аустенитные. Стали имеют гомогенную или гетерогенную структуру. В гомогенном составе, не подвергаемом закалке, содержится повышенное количество углерода и максимум легирующих элементов: Ni, Сг, Мп, Mo, V, Nb. Такие сплавы устойчивы к температурам до 500°С. К данному классу относятся: 06Х14Н6Б, 08Х18Н12Т, 20Х23Н18, 07XI6H9M2. Гетерогенные марки в процессе производства проходят закалку и старение. Это необходимо для образования карбидных, карбидно-нитридных и интерметаллидных соединений. Они упрочняют границы матрицы и придают необходимую жаростойкость сплаву при температурах от 700 до 750°С. Представителями данного вида являются стали: 08Х17Н13М2Т, 20Х25Н20С2, 45Х14Н14В2М.
• Никелевые и кобальтовые. Это одни из лучших жаропрочных материалов, способных сохранять в неизменном виде все технические параметры при температурных режимах до 900°С. Эти марки делятся на гомогенные и гетерогенные сплавы. К ним относятся: ХН77ТЮ, ХН55ВМТФКЮ, ХН70МВТЮБ.

Применение жаропрочных сталей

Легированные металлы, устойчивые к высоким термическим нагрузкам, используются для производства труб, изготовления деталей, составных частей машин, агрегатов, промышленного оборудования. В этот список входят:

• детали термических печей;
• детали конвейерных лент транспортеров печей;
• установки для термообработки;
• камеры сжигания топлива;
• моторы, газовые турбины;
• аппараты для конверсии метана;
• печные экраны;
• выхлопные системы; нагревательные элементы.

Жаропрочный нержавеющий металл – лучший материал для производства деталей и механизмов, эксплуатация которых будет проходить в агрессивных средах, при повышенных температурах.

Таблица соответствия зарубежных и российских марок

Класс стали	AISI	ГОСТ 5632-2014
Аустенитные	303	12Х18Н9 12Х18Н10Е
	304	08Х18Н10 12X18h20
	304 L	03Х18Н11
	316	08X17h23M2
	316 L	03X17h23M2
	316 Ti	08X17h23M2T
	321	12Х18Н10Т 08Х18Н10
Ферритные	409	08Х13
	430	12X17
	439	08X17T
Мартенситные	420	20Х13
	431	20Х17Н2

Полированная нержавеющая сталь

Данный вид нержавейки представляет собой материал с абсолютно гладкой поверхностью и высоким отражающим эффектом. Технологический процесс ее производства отличается от остальных видов нержавейки способом обработки поверхности. Она проводится на специальном оборудовании с использованием контрольно-измерительных приборов.

Этапы шлифовки листового проката.

1. Обработка абразивными материалами с помощью специальной ленты.
2. Шлифование мелкозернистыми шкурками или щетками.
3. Финишная отделка шлифовальными кругами до зеркального состояния.

Сферы применения полированного нержавеющего металлопроката:

• Трубы со шлифованной поверхностью используются для транспортировки нефти, газа, жидких пищевых продуктов и спирта.
• Полированный металлопрокат востребован у дизайнеров. Он позволяет создавать креативные архитектурные проекты.
• Материал широко используется для изготовления бытовой техники, медицинского оборудования и инструмента, приборов для пищевой промышленности.

Полированные легированные металлы применяют во всех областях народного хозяйства, где требуется абсолютно гладкий и прочный материал, отвечающий нормам экологической безопасности.

Пищевая нержавеющая сталь

Данный вид металлопроката относится к шлифованным и отличается от остальных сортов особым способом обработки его поверхности. Финишный слой материала пищевого назначения шлифуется до появления блеска. Данный вид нержавейки экологически безопасен, не вступает в реакцию с кислотами, щелочами, моющими средствами.

Популярные марки и их применение:

• 08Х18Н10 – широко используется для выпуска пищевого оборудования.
• 08Х13 – металл, подходящий для изготовления кухонной посуды, столовых принадлежностей.
• 20Х13, 40Х13 – идеальный материал для производства моек и емкостей, в которых проводят тепловую и гигиеническую обработку продуктов. Его используют для выпуска оборудования, предназначенного для производства вина, спирта, продуктов питания.
• 08Х17 – востребованный материал для посуды, подвергающейся воздействию высоких температур.

Оптимальное количество легирующих элементов, входящих в состав нержавейки, образует защитную пленку на поверхности металла. Использование данного вида стали необходимо для производства изделий, которые подвергаются долгому воздействию паров воды, нагреванию и кипячению жидких пищевых продуктов. Благодаря свойствам пищевой стали при  приготовлении еды не происходит химического взаимодействия между продуктами и емкостью, в которой они находятся.

Заключение

Развитие научно-технического прогресса и появление современных синтетических материалов не оказали влияние на востребованность нержавеющей стали. Залогом ее популярности являются уникальные свойства. Повышенная стойкость к коррозии и высоким температурным нагрузкам, надежность, сохранение технических характеристик в процессе длительной эксплуатации, соответствие нормам экологической безопасности.

Используемая литература и источники:

• Л. Н. Паль-Валь, Ю. А. Семеренко, П. П. Паль-Валь, Л. В. Скибина, Г. Н. Грикуров. Исследование акустических и резистивных свойств перспективных хромо-марганцевых аустенитных сталей в области температур 5—300 К
• Скороходов В. Н., Одесский П. Д., Рудченко А. В. «Строительная сталь»
• The Discovery of Stainless Steel(англ.). British Stainless Steel Association
• Статья на Википедии

Элементы стали | Американский опыт | Официальный сайт

‘

Streamliners: потерянные поезда Америки | Статья

Элементы стали

Железо является основным компонентом различных форм железа и стали, но различные типы металлов также содержат другие элементы. Иногда эти элементы нежелательны; в других случаях они добавляются намеренно.

Элементы, используемые в стали

Углерод (C):  Углерод, неметаллический элемент, образует ряд органических и неорганических соединений и содержится в угле, нефти и известняке. Это основной упрочняющий элемент углеродистых и низколегированных сталей. Атомный номер 6, атомный вес 12,01115.

Марганец (Mn):  Марганец представляет собой хрупкий металлический элемент, присутствующий в пиролюзитовой руде. При изготовлении стали он вступает в реакцию с серой и способствует повышению термостойкости металла. Атомный номер 25, атомный вес 54,9380.

Фосфор (P):  Фосфор — это ядовитый неметаллический элемент, помогающий защитить металлические поверхности от коррозии. Атомный номер 15, атомный вес 30,9738.

Сера (S):  Сера представляет собой неметаллический элемент, встречающийся в основном в вулканических и осадочных отложениях. Сера в форме сульфида железа может сделать сталь слишком пористой и склонной к растрескиванию. Атомный номер 16, атомный вес 32,064.

Кремний (Si):  Кремний является вторым наиболее распространенным элементом в земной коре, его можно найти в горных породах, песке и глине. Он действует как раскислитель в производстве стали. Атомный номер 14, атомный вес 28,086.

Никель (Ni):  Никель — это твердый металлический элемент, который содержится в магматических породах. Без никеля нержавеющая сталь была бы менее устойчива к нагреву и коррозии. Атомный номер 28, атомный вес 58,71.

Хром (Cr):  Хром, металлический элемент, содержится в земной коре. Он используется в производстве нержавеющей стали, чтобы сделать сталь устойчивой к окислению и коррозии. Атомный номер 24, атомный вес 51,996.

Элементы состава стали (в процентах по массе)

Чугун
Углерод 3,5 %
Марганец 0,5 %
Фосфор 0,13 %
Сера 0,13 %
Кремний 1,2 %
Чугун содержит большое количество углерода, что делает его твердым, хрупкий металл. Чугун обычно использовался по всей Европе для изготовления церковных колоколов, а в колониальной Америке – кастрюль и сковородок.

Кованое железо
Углерод 0,035%
Марганец 0,075%
Фосфор 0,075%
Сера 0,1%
Кремний – 0,1%
Кованое железо – прочный, долговечный металл с низким содержанием углерода. Такие предметы, как замки, болты, инструменты и заборы, изготавливаются из этого металла. Стержни из кованого железа также продавались и обменивались, чтобы позже превратить их в сталь или чугун.

Обычная сталь
Углерод 1,35 %
Марганец 1,65 %
Фосфор 0,04 %
Сера 0,05 %
Кремний 0,06 % используется конструкционный металл. Его большая прочность и доступность позволили мастерам строить более прочные мосты и более высокие здания.

Высокопрочная сталь
Углерод 0,25%
Марганец 1,65%
Фосфор 0,04%
Сера 0,05%
Кремний 0,12%
Никель 2,5%
Хром 0,8%
Добавление сплавов в сталь дает более прочные и износостойкие металлы. Джеймс Идс использовал легированную сталь при строительстве моста через реку Миссисипи — первого стального моста, построенного в Америке.

Нержавеющая сталь
Углерод 0,08%
Марганец 2%
Фосфор 0,04%
Сера 0,03%
Кремний 0,75%
Никель 8%
Хром 18% до блендеров из нержавеющей стали
, с его гладкой, блестящей поверхностью, может прославить даже самые простые гаджеты. Помимо эстетической привлекательности, легкий вес и прочность нержавеющей стали делают ее идеальной для транспортировки.

Как делают сталь?

← Вернуться в Центр знаний

Posted on Понедельник, 1 апреля 2019 г.

Как производится сталь?

Предметы, которые мы используем каждый день, сделаны из стали: скрепки, инструменты и автомобили, и это лишь некоторые из них. Иногда вам может быть интересно, как изготавливаются эти предметы, но задумывались ли вы когда-нибудь, как изготавливается сама сталь? Сэр Генри Бессемер разработал первый процесс доступного производства стали в 1856 году, названный бессемеровским процессом. Этот процесс стал очень популярным и был адаптирован для массового производства стали. Можно производить разные виды стали, но все начинается с железной руды.

Железная руда добывается во многих странах, включая Австралию, Бразилию, Китай, Индию, США и другие. В осадочных породах есть месторождения железа, которые измельчаются для извлечения железной руды с помощью магнитного ролика. Железная руда смешивается с коксом (топливом с небольшим количеством примесей и высоким содержанием углерода), обычно изготавливаемым из угля. Когда они нагреваются вместе в доменной печи, образуется расплавленный чугун, также известный как чугун.

Существует два разных метода производства стали: кислородная печь и электродуговая печь.

Основной кислородный процесс (BOP)

Для загрузки печи мы начинаем со стального лома. Он используется в качестве хладагента для контроля высоких температур, возникающих в результате экзотермических реакций между доменным чугуном и кислородом. Около 25% будет из металлолома, а 75% будет из жидкого чугуна. Затем кислород подается через фурму, которую опускают в расплавленный металл. Кислород соединяется с нечистыми элементами, углеродом, кремнием, марганцем и фосфором, вызывая экзотермическую реакцию.

Затем в печь добавляют известь, чтобы помочь отделить другие примеси и превратить их в шлак. Этот этап длится около 20 минут, затем берется проба на состав металла. Теперь мы хотим выпустить сталь из летки в ковш, чтобы отделить шлак от стали. Если необходимы какие-либо корректировки химического состава, то начинается процесс вторичной выплавки стали.

(Рис. 1: Схема основного кислородного процесса)

Электродуговая печь (ЭДП)

В электродуговом методе используются сильноточные электрические дуги для плавления стального лома и его преобразования в жидкость. Мы начинаем с загрузки стального лома в ЭДП сверху. В крышке находятся электроды, которые после установки опускают в печь. Затем электрический ток проходит через электроды, образуя дугу. Как только дуга выделяет тепло, лом расплавится. В лом добавляют другие металлы, чтобы придать стали необходимый химический состав во время этого процесса. Когда все расплавится, в печь подается кислород для очистки стали. Известь и плавиковый шпат добавляют для соединения с примесями.