Сталь применение свойства и состав: классификация, производство, применение, маркировка, цена

alexxlab | 01.10.1985 | 0 | Разное

Содержание

виды, свойства, марки, технология производства

Сталь: виды, свойства, марки, производство

Содержание статьи:

Сталь и изделия из неё настолько прочно вошли в жизнь и быт современного человека, что существование без металлических предметов трудно представить. Когда это касается посуды, мелких инструментов, бытовой техники и оборудования совсем не обязательно знать марку, классификацию сплавов, области их применения.

Эти сведения важны, скорее, для тех, кто решился приступить к строительству собственного жилья, и не знает какие металлоизделия подходят для этих целей. Итак, о том, что такое сталь, какие виды стали существуют, и какими свойствами обладает этот популярный на сегодняшнее время сплав, будет рассказано в строительном журнале samastroyka.ru.

Что такое сталь, и её отличие от чугуна

Железоуглеродистый сплав — это и есть всем известная сталь. Обычно доля углерода в сплаве варьируется от 0,1 до 2,14%. Увеличение концентрации углерода делает сталь хрупкой. Кроме основных компонентов в сплаве содержатся и небольшие количества магния, марганца и кремния, а так же вредных серных и фосфорных примесей.


По основным свойствам сталь и чугун очень схожи. Несмотря на это между ними существуют значительные различия:

  • сталь более прочный и твёрдый материал, нежели чугун;
  • чугун, несмотря на обманчивую массивность чугунных изделий, более лёгкий материал;
  • поскольку в составе стали ничтожно малый процент углерода, её легче обрабатывать. Для чугуна более предпочтительна отливка;
  • изделия из чугуна лучше сохраняют тепло, благодаря тому, что его теплопроводность значительно ниже чем у стали;
  • закалка металла, повышающая прочность материала, невозможна в отношении чугуна.

Достоинства и несовершенства стальных сплавов

Поскольку марок стали огромное количество, а изделий из неё ещё больше, то говорить о плюсах и минусах стали бессмысленно. Тем более, что свойства металла во многом зависят от технологий изготовления и обработки.

Вследствие этого можно только выделить несколько общих преимущественных особенностей стали, таких как:

  • прочность и твёрдость;
  • вязкость и упругость, то есть способность не деформироваться и выдерживать ударные, статические и динамические нагрузки;
  • доступность для разных способов обработки;
  • долговечность и повышенная износоустойчивость в сравнении с другими металлами;
  • доступность сырьевой базы, экономичность производственных технологий.

К сожалению, стали свойственны и некоторые минусы:

  • неустойчивость к коррозии, в том числе высокий уровень электрохимической коррозии;
  • сталь — тяжёлый металл;
  • изготовление изделий из стали производится в несколько этапов, нарушение технологии на любом из них приводит к снижению качества.

Разновидности и классификации стальных сплавов

Сегодня сложно определить количество производимых и используемых стальных сплавов. Так же не просто их классифицировать, поскольку их свойства зависят от множества параметров, таких как состав, характер и количество добавок, способы изготовления и обработки, назначения и многих других.

По качеству принято различать обычные, качественные, высококачественные и особовысококачественные стали. Доля вредных примесей является основным критерием для определения качества сплава. Для обыкновенных сталей характерны более высокие значения доли примесей, чем для особовысококачественных сплавов.

Химический состав стали. В основу производства сплавов из железа положена его способность формировать различные структурные фазы при разных температурах, так называемый полиморфизм. Благодаря этой способности, растворённые в железе примеси, образуют сплавы различных составов. Принято делить стальные сплавы на углеродистые и легированные.

Сталь по определению является сплавом железа с углеродом, от концентрации которого зависят его свойства: твёрдость, прочность, пластичность, вязкость. В составе углеродистой стали практически не содержится  дополнительных добавок.

Базовые примеси — марганец, магний, и кремний содержатся в минимальных количествах, и не ухудшают её свойств и качеств. Кремний и марганец оказывают на сплав раскисляющее действие, повышают упругость, износоустойчивость, жаростойкость. Но, в случае увеличения доли  являются легирующими элементами. Стали с большим содержанием марганца теряют магнитные свойства.

Значительно более вредные для обоих видов сталей примеси серы и фосфора. Сера, соединяясь с железом, способствует повышению хрупкости при обработке высокими температурами (прокат, ковка), увеличению усталости, уменьшению устойчивости к коррозии.

Фосфор, особенно при большой доле углерода в сплаве, повышает его хрупкость в обычных температурных условиях. Кроме этого, существует целая группа скрытых, неудаляющихся во время плавки вредных примесей. Эти неметаллические включения в виде азота, водорода и кислорода при горячей обработке делают металл более рыхлым.

Виды углеродистой стали

Углеродистые стали делятся на виды, которые характеризуются долей содержания углерода:

  • к высокоуглеродистым относятся сплавы с долей более 0,6 %;
  • в среднеуглеродистых сплавах концентрация углерода находится в пределах от 0,25 до 0,6 %;
  • допустимые значения, характерные для низкоуглеродистых сталей — не более 0,25 %  .

Легированные стали подразделяются на:

— низколегированные, с долей легирующих добавок не более 2,5 %;

— среднелегированные, с долей дополнительных элементов до 10%;

— высоколегированные, в которых доля легирующих элементов составляет более 10%.

Легированные стали отличаются низкой концентрацией углерода и наличием различных легирующих добавок.

В соответствии с назначением стали делят на группы конструкционных, инструментальных и сталей особого назначения.

Каждая группа делится на подгруппы и виды, которые конкретизируют свойства, особенности и области применения сплавов.

К конструкционным сталям относятся:

  1. Строительные, их основное свойство — хорошая свариваемость, это низколегированные сплавы обычного качества.
  2. Для холодной штамповки используют прокат из низкоуглеродистых сплавов обычного качества.
  3. Цементуемые, применяются в изготовлении деталей с поверхностным истиранием.
  4. Высокопрочные характеризуются двойным порогом прочности относительно других конструктивных видов.
  5. Рессорно-пружинные стали с добавлением ванадия, брома, кремния, хрома и марганца, рассчитаны на длительное сохранение упругости.
  6. Шарикоподшипниковые стали с большой долей углерода и добавлением хрома, которым свойственны особая износоустойчивость, прочность и выносливость.
  7. Автоматные, в их составе присутствуют примеси серы, свинца, теллура и селена, облегчающие обработку металла станками — автоматами, на которых осуществляется производство массовых деталей
  8. Нержавеющие, к ним относятся сплавы с высоким содержанием хрома и никеля. Концентрация углерода в таких сплавах минимальна.

Виды инструментальной стали

Стали инструментального назначения имеют несколько разновидностей:

  • Используемые в производстве режущих инструментов, к ним относятся некоторые виды углеродистой, легированной и быстрорежущей стали.
  • Измерительные инструменты производятся из достаточно твёрдых сплавов, обладающих износоустойчивостью и способностью к сохранению постоянных размеров, чаще всего для этого используют закалённую и цементированную сталь.
  • Для штамповой стали характерны твёрдость, термоустойчивость и прокаливаемость. Этот вид делится на подвиды, к которым относят валковые сплавы и стали для разнотемпературной обработки.

К сталям особого назначения относят марки сталей, которые применяются в конкретных производственных областях:

  • электротехнические стали — из них производят магнитные провода;
  • суперинвары — используют в производстве высокоточных приборов;
  • жаростойкие — работают при температурах более 900 °C;
  • жаропрочные — могут работать при высоких температурах в нагруженных состояниях.

Структура стали

Концентрация углерода в сплаве определяет не только свойства металла, но и его внутреннюю структуру. К примеру, мало- и среднеуглеродистые сплавы имеют структуру, состоящую из феррита и перлита. При увеличении доли углерода начинается формирование вторичного цементита. Легирование стали тоже меняет структуру сплава.

По структуре стали могут быть:

  • перлитными — с низким содержанием легирующих добавок;
  • мартенситными — стали, имеющие пониженную критическую скорость закалки и средний уровень содержания легирующих примесей;
  • аустенитными — высоколегированные сплавы, применяемые в агрессивных средах.

Отожженные стали делятся на:

  • доэвтектоидную сталь, с концентрацией углерода менее 0,8%;
  • заэвтектоидную сталь, состоящую из перлита и цементита, применяют как инструментальную;
  • карбидную (ледебуритную) — к ней относятся быстрорежущие стали;
  • ферритную — высоколегированную сталь с низким содержанием углерода.

Способы изготовления стали и технологии

От технологии изготовления стали зависят структура этого сплава, его состав и свойства. Обычные стали производятся в мартеновских печах или конвертерах. Как правило, они насыщены значительным количеством неметаллических примесей.

Высококачественные сплавы производят с использованием электропечей. Особовысококачественные легированные стали, содержащие минимальное количество вредных примесей, производятся в процессе электрошлаковой переплавки.

При производстве сталей используют процесс раскисления, направленный на выведение кислорода из структуры сплава.  От количества удалённого кислорода зависит, какие получаются стали: малораскисленные, совершенно раскисленные или полураскисленные. Их классифицируют, как кипящие, спокойные и полуспокойные.

Марки стали

Несмотря на то, что сталь однозначно признаётся самым востребованным сплавом железа, единая система маркировки её видов по настоящее время не сложилась. Наиболее проста и популярна  буквенно-численная маркировка.

Качественные углеродистые стали маркируют с использованием литеры «У» и двузначным числовым значением (в сотых %) уровня углерода в их составе (У11).В марке обычных углеродистых сталей за буквой следует число, указывающее на количество углерода в десятых %  — У8.

Литеры используются и в маркировке легированных сталей. Они указывают на основной элемент, применяемый для легирования. Идущая следом цифра показывает концентрацию данного элемента в составе стали. Перед литерой ставят цифру, соответствующую доле углерода в металле в сотых %.

Например, стоящая в конце марки высококачественного сплава буква «А» указывает на его качество. Эта же литера в середине марки уведомляет об основном  элементе легирования, в данном случае им является азот. Литера в начале марки сообщает о том, что это автоматная сталь.

Литера «Ш» в конце маркировки, прописанная через дефис, говорит о том, что это особовысококачественный сплав. Качественные стали, не имеют в маркировке литер «А» и «Ш». Кроме того, существует дополнительная маркировка, указывающая на особые характеристики сталей. Так, например, магнитные сплавы отмечают литерой «Е», а электротехнические — «Э».

Буквенно-числовая маркировка, пожалуй, одна из самых простых и понятных для потребителя. Другие, более сложные, доступны только для специалистов.

Оценить статью и поделиться ссылкой:

Высокоуглеродистая сталь: марки, свойства, состав, применение

Высокоуглеродистая сталь по причине ряда неоспоримых достоинств, которыми она обладает, успешно применяется для производства изделий, использующихся во многих отраслях промышленности. Между тем использование сталей данной категории не всегда целесообразно, поэтому очень важно хорошо разбираться в свойствах и качественных характеристиках подобных сплавов.

Производство высокоуглеродистой стали

Особенности материала

Любая сталь, как известно, является сплавом железа и углерода, в который могут добавляться различные легирующие элементы. Разделение сталей на мало-, средне- и высокоуглеродистые типы зависит от того, в каком количестве в их составе присутствует углерод. Данный элемент, который оказывает серьезное влияние на характеристики готового сплава, может содержаться в сталях от 0,02 до 2,14%. В сталях, относящихся к категории высокоуглеродистых, количество данного элемента в составе начинается с отметки 0,6%.

Марки стали и доля различных элементов в их составе

Одной из отличительных особенностей, которой обладают высокоуглеродистые стали, является то, что изделия из них плохо поддаются сварке, ее выполнение приводит к тому, что в зоне сварного шва возникают трещины. Объясняется это тем, что такие материалы, обладая определенным химическим составом, имеют склонность к образованию закаленных зон в тех местах, где металл подвергается термическому воздействию.

В связи с такой особенностью высокоуглеродистых сталей, выполнять сварку изделий из них стоит только при помощи электродов, обладающих невысокой тепловой мощностью. Сварочная дуга, с использованием которой выполняется соединение изделий из высокоуглеродистых сталей, должна быть восстановительного типа. Применение окислительной дуги в таких случаях приведет к тому, что из состава стали будет выжигаться углерод, и, как следствие, металл в области сварного шва станет более пористым. Между тем такого отрицательного эффекта можно избежать, если предварительно прогреть соединяемые изделия до температуры 200–2500.

Нарушение технологических особенностей сварки высокоуглеродистых сталей приводит к дефектам сварочного шва

Применение сталей высокоуглеродистого типа

Углерод, содержащийся в составе любых стальных сплавов, оказывает серьезное влияние на их качественные и механические характеристики. Чем больше данного элемента содержится в стали, тем больше в ее составе цементита и меньше — феррита. Цементит, как известно, оказывает положительное влияние на твердость и прочность материала, но негативно отражается на его пластичности. Данная закономерность характерна для стальных сплавов, в которых количество углерода не превышает 1%. При превышении в составе стального сплава содержания данного элемента выше указанного предела в его структуре формируется сетка вторичного цементита, что приводит к снижению его прочностных характеристик.

При увеличении содержания углерода в составе стали происходят изменения и с рядом других характеристик данного материала. Так, снижается ее ударная вязкость, а электрическое сопротивление повышается. У стальных сплавов при увеличении в их составе содержания углерода повышается показатель температуры, при которой материал переходит от вязкого разрушения к хрупкому. У высокоуглеродистых сталей по причине особенностей их внутренней структуры снижен показатель их жидкотекучести, такие материалы хуже остальных обрабатываются резанием и давлением. Между тем стали высокоуглеродистого типа используются для производства различных изделий методом литья, из них производят проволоку, обрабатывают данный материал методом штамповки. Применения сварочных операций для изделий из сталей данных марок стараются избегать, так как они затруднены и не позволяют получать надежные и прочные соединения.

Назначение углеродистых сталей различных марок

Маркировка материала

Маркировка высокоуглеродистых стальных сплавов, как и сталей любых других марок, позволяет точно определить их химический состав, получить представление о характеристиках материала и, соответственно, правильно подобрать его для реализации тех или иных целей.

Маркировка, которую наносят на поверхность высокоуглеродистой стали несмываемой краской, включает в себя как буквенные, так и числовые значения, по которым можно узнать следующую информацию о представленном сплаве:

  • тип и количество содержащихся легирующих элементов;
  • качественные характеристики рассматриваемого материала;
  • степень раскисления металла;
  • и другие.

Примеры расшифровки маркировки

На качественные характеристики высокоуглеродистых сталей кроме углерода серьезное влияние оказывает такой элемент, как марганец. Данный элемент, в частности, отвечает за такие характеристики, как:

  • прочность;
  • прокаливаемость;
  • износостойкость.

Марганец по причине своего значительного влияния на свойства стального сплава присутствует в составе практически каждой марки стали. В том случае, если данного элемента в стали содержится более 0,8%, то в ее маркировке после обозначения количества углерода присутствует буква «Г».

Высокоуглеродистые стали импортного производства (нажмите для увеличения)

Стальные сплавы, относящиеся к категории инструментальных, которые характеризуются содержанием углерода в пределах 0,75%, легко узнать по букве «У», располагающейся в самом начале их маркировки. Цифры, стоящие в маркировке таких сталей после данной буквы, говорят о содержании в них углерода в десятых долях процента.

Маркировка стальных сплавов, относящихся к категории высокоуглеродистых, имеет еще ряд характерных особенностей, к которым следует отнести:

  • наличие в маркировке буквы «А», если высокоуглеродистый сплав относится к категории высококачественных сталей;
  • буква «Ш» в маркировке таких сталей говорит о том, что перед вами марка, отличающаяся особо высоким качеством;
  • буквы «сп», «пс» и «кп», присутствующие в маркировке, позволяют определить степень раскисления (спокойный, полуспокойный и кипящий, соответственно).
Таким образом, маркировка сталей данной категории позволяет получить практически всю информацию, которая необходима потребителям таких сплавов при выборе их марок.

Сталь 45. Расшифровка и области применения

Характеристики стали 45 с точки зрения химического состава сплава позволили ей достичь популярности применения в промышленности. Следы ее применения встречаются практически во всех сферах производства. А в машиностроении около половины выпускаемой продукции имеет в своем составе детали из стали 45. Важность её трудно переоценить.

Этот сплав стали отличается от других набором особых характеристик, которые присущи только этой марке. Она отличается применением и высокой функциональностью, уникальным составом химических соединений, совокупностью литейных и других производственных параметров.


Химический состав

Химическими составляющими сплава помимо железа и углерода являются и ряд других элементов, количество которых малосущественно. Процентное отношение химических составляющих стали 45:

  • Железо (Fe) — около 97%.
  • Углерод (C) — 0,42—0,5%.
  • Марганец (Mn) — 0,5—0,8%.
  • Кремний (Si) — 0,17—0,37%.
  • Никель (Ni) — не больше 0,25%.
  • Хром (Cr) — не больше 0,25%.
  • Медь (Cu) — не больше 0,25%.
  • Мышьяк (As) — не больше 0,08%.
  • Сера (S) — не больше 0,04%.
  • Фосфор (P) — не больше 0,035%

От химического состава стали и структуры напрямую зависят ее химические свойства. Все элементы входящие в состав условно делятся на полезные и вредные. Процесс добавления полезных примесей носит название легирование. Если расшифровать маркировку 45х, то становится ясно что сплав содержит добавление хрома, 45 г — марганца.

Основные химические свойства материала:

  • степень окисления:
  • устойчивость к коррозии;
  • жароустойчивость;
  • жаропрочность.

Применение

Сталь под номером 45 изготавливается в соответствии со всеми требованиями ГОСТа. Из нее делают валы всех видов, бандажи, шпиндели, цилиндры различных видов, кулачки разнообразной формы. По сути, применяется для конструкций и устройств, функциональным назначением которых является устойчивость к огромным нагрузкам, где требуется демонстрировать повышенные показатели износостойкости, прочности, нечувствительности к коррозии.

В составе стали марки 45 в соответствии с ГОСТ находятся такие элементы, как фосфор, мышьяк, медь, никель, марганец и другие вещества. Данная сталь обладает большим набором механических характеристик. Поэтому она способна вынести практически все климатические и температурные колебания. Испытывают данный вид стали при температурном интервале от 200 до 600 градусов.

Технические характеристики

Данная сталь относится к тем материалам, которые трудно поддаются сварке, однако, при этом у нее отсутствует отпускная способность. Эта ее особенность часто очень хорошо влияет на изготовление сложных форм и деталей. Благодаря характеристикам данной стали, ударная вязкость изделий из нее всецело зависит от толщины взятого листа, причем наибольшим значением будет обладать самый толстый исходник. Но, даже несмотря на данный параметр, можно с уверенностью сказать, что практически любая конструкция, изготовленная из стали этой марки, выдержит практически любые, в том числе и самые интенсивные воздействия.

Это стало возможным благодаря применяемым способам обработки, а также производственному процессу, который разработан в соответствии с ГОСТ. Безусловно, в мире еще не создали материалы, обладающие бесконечной выносливостью к различным воздействиям, поэтому данный металл в этом смысле не исключение. Но благодаря высоким свойствам сырья, из которых производят материал, у него великолепные показатели.

Теги: Листовой прокат

Основные свойства и характеристики стали

В промышленном производстве для создания наиболее качественных материалов очень часто используют комбинации из нескольких химических элементов. Особенно распространен такой подход в металлургии, где получаемые сплавы способны работать в таких условиях, которые неподвластны чистым металлам.


Соединения нескольких элементов позволяет добиться уникальных свойств, которые необходимо в той или иной отрасли. Одним из наиболее распространенных сплавов является сталь. Она получается в результате соединения железа с углеродом. Также в массовую долю материала входит незначительное количество примесей. При необходимости в сплав вводят легирующие присадки или покрывают поверхность металла защитным слоем.

 

Химический состав стали

 

Свойства и характеристики стали зависят от количественного состава химических элементов в ее структуре. Углерод придает материалу твердости и вязкости, но его повышенное содержание приводит к хрупкости и ухудшает свариваемость. Наиболее качественная сталь получается после обработки отжигом, когда углерод внедряется в структуру металлической решетки железа на молекулярном уровне и образует устойчивое соединение цементит. Содержание кремния в сплаве повышает текучесть и прочность, а также упругость. Но избыток этого элемента ухудшает свариваемость и ударную вязкость. Марганец массовой долей до 2% позволяет повысить прочность материала. При большем процентном содержании сварка становится затруднительной.

 

 

Хром защищает сталь от окисления и значительно продляет срок ее эксплуатации. Но при неправильной термической обработке образует карбид, который препятствует сварке. Никель улучшает пластичность, вязкость и ковкость, а также является одним из немногих элементов, повышенное содержание которых не приводит к побочным эффектам. Молибден повышает термическую стойкость стали, а также предельно допустимые нагрузки, поэтому, активно используется в качестве присадок в конструкционных сплавах.


Ванадий улучшает вязкость и упругость, активно способствует процессу закалки, но ухудшает свариваемость. Вольфрам добавляет материалу твердости и стойкости при работе с высокими температурами. Титан повышает коррозийную стойкость стали, но его избыток может приводить к горячим трещинам при сварке. Медь повышает коррозионную стойкость и ковкость металла и не несет негативных эффектов при избытке. Кроме перечисленных элементов, наделяющих сталь положительными свойствами, есть и вещества, чье присутствие несет только негативную нагрузку.

 

 

Сера повышает ломкость материала при высоких температурах и затрудняет свариваемость. Фосфор влияет на повышение параметра ломкости при нормальных температурах и тоже ухудшает свариваемость. Азот, кислород и водород отрицательно влияют на прочность и приводят к быстрому старению стали. Содержание негативных элементов должно сводиться к минимуму, чтобы качество материала удовлетворяло потребностям рынка.

 

Характеристики стали

 

Твердость стали зависит от массовой доли углерода, а также количества специальных присадок. В основном твердые материалы используются в тех случаях, когда они не будут находиться под воздействием динамической нагрузки, так как с твердостью обычно повышается и хрупкость сплава. Предел прочности стали на растяжение составляет 60 килограммосил на миллиметр квадратный. Остальные значения прочностей напрямую зависят от марки материала. Стойкости к определенному виду негативного воздействия достигаются при помощи закалки металла или введения в сплав нужных присадок.

 

 

 

Предел прочности стали всегда отражается в маркировке, чтобы покупатель мог быстро выбрать нужный ему материал. Удельное сопротивление стали варьируется от 0,103 до 0,137 Ом*миллиметр в квадрате/метр. Величина зависит от количественного содержания химических элементов в сплаве. Для электротехнических сталей показатель сопротивления составляет 0,25-0,6 Ом*миллиметр в квадрате/метр. Столь высокое значение по сравнению с обычной сталью объясняется условиями эксплуатации и соответствует техническим требованиям. Расчетное сопротивление стали может быть разным даже для одной партии изделий, так как количество примесей распределяется не равномерно по всей структуре сплава.

 

 

Стальные проводники на практике применяются очень редко, так как есть металлы, обладающие гораздо лучшими параметрами, необходимыми для использования в электротехнике. А вот электротехническая сталь является одним из основных материалов, применяемых при изготовлении корпусов электроприборов и трансформаторов. Теплопроводность стали находится на высоком уровне, что позволяет с успехом использовать материал в отопительных системах. С ростом температуры этот показатель несколько снижается, но общие потери не критичны по сравнению с затратами энергии. Конечно, есть металлы и сплавы с гораздо более высокими параметрами теплопроводности, но их использование является нерентабельным ввиду больших затрат на их производство.

 

 

Удельная теплоемкость стали составляет 0,462 килоджоуля/килограмм*Кельвин. Это является неплохим показателем для металла. Данная характеристика показывает, сколько тепловой энергии необходимо передать телу, чтобы его температура изменилась на один градус. То есть, чем меньше этот показатель, тем быстрее нагревается вещество. Фактическое значение теплоемкости стали позволяет еще раз доказать оправданность ее использования в отопительных сетях. К тому же сталь очень хорошо сохраняет полученное тепло и медленно остывает, так что на поддержание температуры на нужном уровне понадобится меньше топлива.


Коэффициент трения сталь-сталь в состоянии покоя составляет 0,15 без использования смазки и 0,1 с ней. При скольжении этот параметр составит 0,15 и 0,05 соответственно. Химические свойства стали зависят от количественного и качественного содержания элементов в сплаве. При необходимости эксплуатации материала в агрессивной среде в его состав вводятся дополнительные присадки, позволяющие не допустить или сильно замедлить протекания разрушительных химических реакций.

 

 

Углеродистая сталь: классификация, марки, применение

При выплавке железной руды сначала получают чугун, в химическом составе которого не менее 2,14% углерода. Процедура науглероживания превращает сырье в сталь. Металл становится пластичнее, но обладает меньшей твердостью. Так как углеродная массовая доля по-прежнему считается высокой, такие сплавы называют углеродистыми. В зависимости от этого показателя, определяют три группы:

  • Высокоуглеродистые (0,6-1,4%) — особо твердые сплавы. Из них изготавливают канатную проволоку, дробь для дробеструйной обработки, штампы для деформации металлов. В группу входят некоторые пружинные марки.
  • Среднеуглеродистые (0,3-0,6%) — наряду с прочностью повышается пластичность, что крайне важно для технологической обработки. Область применения: конструкции, работающие в нормальных условиях.
  • Низкоуглеродистые (до 0,25%) — мягкие сплавы с хорошей формообразующей способностью. Детали обычно подвергают отжигу для увеличения прочности.

Углерод образует карбидные соединения, находящиеся в состоянии цементита и обуславливает следующие свойства углеродистых сталей:

  • Прочность;
  • Упругость;
  • Износостойкость.

Наряду с этим цементит неустойчив к изменениям внешних условий, подвержен распаду с образованием свободного графита, хрупок. Причиной может быть избыточная кинетическая энергия, увеличение нагрузок. В ходе разрушения кристаллической решетки образуются графитные хлопья и вкрапления, вследствие чего изделие утрачивает первоначальные свойства. 

Характеристики углеродистых сталей объясняются прежде всего сложным молекулярным строением. Ячейка структуры цементита приобретает форму октаэдра.

В результате сплавам присущи следующие технико-экономические показатели:

  • Высокая прочность и несущая способность;
  • Из-за плохой прокаливаемости формируется твердый поверхностный слой и мягкая сердцевина, это свойство компенсирует хрупкость;
  • Долговечность, в нормальных условиях или с использованием способов защиты от коррозии срок службы достигает 50 лет;
  • Низкая цена. Технологический процесс выплавки доступен с момента появления мартеновских печей в конце XIX века.

Углеродистая сталь — незаменимый конструкционный материал, а невысокая стоимость позволяет использовать ее в строительстве масштабных сооружений: трубопроводов, зданий, мостов.

Выдающиеся механические параметры применяют при изготовлении инструментов и крепежей, деталей, испытывающих повышенные нагрузки.

Химический состав

Классификация по качеству и способу производства

В рудах содержится большое количество неметаллических включений, минералов и газов, влияющих на физико-химические свойства. К полезным относятся кремний и магний, к вредным, фосфор и серу. Выплавка производится в следующей последовательности:

  • Плавление: осуществляется при максимальной температуре с активным окислением железа, марганца, кремния, фосфора и других элементов.
  • Окисление: при распаде карбидов образуется углекислый газ, в состоянии кипения массовая доля углерода уменьшается до 2%.
  • Раскисление: оксиды восстанавливают до железа ферромарганцем, ферросилицием и другими реагентами. При плохой раскисленности материал склонен к трещинообразованию.

Температура доменных печей не позволяла выплавлять стали. Сегодня произвести эти операции можно несколькими способами:

  • Мартеновские печи. Пьер Мартен дополнил кузнечные печи регенератором, который не позволял рассеиваться тепловой энергии продуктов горения, таким образом удалось получить достаточную температуру. Снижение углеродной составляющей достигалось в основном выгоранием карбидов. Последняя печь в России работала до 2018 года на Выксунском заводе.
  • Конвертеры. Расплавленную массу продувают кислородом снизу и сверху. В ходе химической реакции окисления выделяется дополнительная энергия. Контакт воздушного потока с расплавом увеличивают перемешиванием.
  • Электроплавка. Электрометаллургия позволяет заменить реагенты электролизом, в частности на этапе восстановления из окиси не требуется уголь, что снижает количество примесей и вредные выбросы в атмосферу. Кроме этого предусмотрены возможности получения температур до 20 тыс С⁰ с помощью эффекта электротермии и вакуумная плавка.

В результате проведенной работы получают углеродистые стали разного качества. Этот параметр указывают в технической документации, так как от маркировки зависит область применения.

  • Обыкновенные — самый распространенный материал для производства металлопроката, конструкций, термоупрочняемых деталей: валов, осей, втулок. Вредные примеси: до 0,05%.
  • Качественные — характеристики указывают в отраслевых стандартах. Общее содержание примесей: до 0,035%. 
  • Высококачественные — загрязненность до 0,025%. В основном применяются для изготовления инструментов.
  • Особо высококачественные — концентрации серы и фосфора ниже 0,015%. В обозначении употребляют букву «Ш».

Получение сталей с малым содержанием примесей возможно только методом электроплавки. Они используются для производства некоторых механизмов и деталей оборудования специального назначения, например в атомной энергетике.

Классификация по уровню раскисления и количеству углерода

На этапе окисления расплав насыщается водородом, азотом, углекислотой, а железо превращается в окись. Восстановление металла осуществляется до нужных параметров, так как дополнительная очистка приводит к удорожанию. В связи с этим действует следующая классификация:

  • Кипящие (кп) — раскисление осуществляют марганцем, структура неоднородная и насыщенная пузырьками воздуха, характеристики отличаются от слитка к слитку. КП ценят за низкую стоимость и пластичность, их используют для производства плит, подставок, неответственных элементов, работающих при температуре не ниже -20 С⁰.
  • Полуспокойные (пс) — окись восстанавливают марганцем и алюминием, если процедура проведена правильно, то газы концентрируются в верхней части слитка. При обработке прокаткой дефекты устраняются.
  • Спокойные (сп) — газы удалены практически полностью, структура однородная и плотная. Применяются для изготовления сортового и фасонного проката. 

Индекс раскисления указывают только для обыкновенных и частично для качественных сталей, в других маркировках он не используется, так как требования к химическому составу устраняют эту необходимость.

Чем больше углерода, тем выше прочность, но из-за снижения пластичности и ударной вязкости материал становится хрупким. При превышении установленных нагрузок вместо пластической деформации образуются трещины и сколы.

По его массовой доле углерода определяют назначение:

  • Обыкновенные (от 0,06 до 0,49%) — в зависимости от группы поставки механические свойства или состав могут быть стабильны.
  • Конструкционные — понятие включает в себя сплавы разного качества со средним содержанием (0,25-0,6%), применяется в машиностроении и строительстве.
  • Инструментальные — марки с самой высокой твердостью (от 0,7), из них изготовляют ударные инструменты, группа включает в себя только качественные и высококачественные стали У7,У8 — У11А, У12а.

Характеристики и структуру металла изменяют термообработкой. Таким образом достигается баланс прочности и пластичности стальных изделий, повышается коррозионная стойкость. В ряде случаев закаливанию подвергаются лишь поверхностные слои, а сердцевина остается пластичной.

Маркировка углеродистых сталей

Обозначение указывает на класс, чистоту и назначение. В России и СНГ приняты регламенты ГОСТ и ОСТ, устанавливающие нормы химического состава, механических свойств и методов испытаний. В каждой стране разработана своя система: DIN(Германия), EN (Евросоюз), JIS (Япония). Свои нормативы действуют даже в небольших государствах, таких как Чехия, Югославия, Бельгия, в США работает сразу несколько организаций стандартизации, которые создали 8 спецификаций. 

Марка стали

Цвет маркировки

Ст 0

Красный и зеленый

Ст 1

Желтый и черный

Ст 2

Желтый

Ст 3

Красный

Ст 3Г пс

Красный и коричневый

Ст 3Г сп

Синий и коричневый

Ст 4

Черный

Ст 5

Зеленый

Ст 5Г пс

Зеленый и коричневый

Ст 6

Синий

Для упрощения согласования поставок и работы по международным контрактам создан интернациональный стандарт ISO, представляющий собой адаптированную систему DIN, разработанную немецким институтом стандартизации в 1951 году. В связи с этим, в ГОСТ отмечают соответствие номеру регламента ИСО, в Европе встречаются обозначения DIN ISO и EN ISO.

  • Марки обыкновенного качества отмечают сокращением Ст и цифрами от 1 до 6, в конце пишут степень раскисления: Ст3кп, Ст5пс. ГОСТ 380-2005 соответствует нескольким стандартам ISO в области химического состава. Обозначения E355 (Fe510) или Fe590 указывают на категории очистки, нормированное содержание углерода и основных примесей.
  • Качественные маркируют цифрами от 8 до 85, они показывают на углеродную долю в процентах, умноженных на 100. Используют индексы кп и пс, очистку до спокойного состояния (сп) никак не обозначают. Ранее действовал нормативный документ ГОСТ 1050-88, сейчас он заменен рядом отраслевых нормативов ОСТ. Для конструкционных сталей предусмотрен ряд норм ИСО. 
  • Инструментальные стали обозначают цифрой от 7 до 13 (% углеродной составляющей*10) и буквами У и А. Пример: У8 — качественная, У8А — высококачественная. Сплавы специального назначения, максимально очищенные от фосфора и серы, маркируют буквой Ш в конце.

База стандартизации постоянно обновляется. Для упрощения решения задач разрабатывают таблицы соответствия. Например сплав 20 соответствует Ck22 (1.1151) по системе DIN и 2C22 в спецификации EN.

Оцените нашу статью

[Всего голосов: 2 Рейтинг статьи: 5]

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.

Спецсталь: состав, изготовление, обработка

Новые отрасли промышленности, бурно развившиеся во второй половине ХХ века (аэрокосмическая, атомная, электроэнергетическая) предъявили новые требования ко многим сортам стали. Космической и атомной отраслям необходимы материалы, способные работать в вакууме, при температуре от нескольких тысяч градусов до почти абсолютного нуля, в условиях высокой радиации и вибрации, в химически-агрессивных средах… Стали, способные выдерживать такие условия и нагрузки относятся к категории специальных.

Они могут отличаться от обычных сортов стали

  • особым химическим составом
  • специальным способом изготовления и выплавки
  • специальным способом обработки

Обычно спецстали отличаются от остальных по всем трем параметрам (хотя в принципе достаточно наличия и одного из данных факторов, чтобы определить сталь как специальную). В настоящее время доля специальных сталей в сортаменте металлургической промышленности постоянно растет, что и не удивительно: спрос на такую сталь существует машино- и судостроении, на транспорте… не говоря уж о военно-промышленном комплексе.

К специальным сталям относятся сплавы с повышенным содержанием никеля, хрома, вольфрама, молибдена, ванадия и др. элементов.

Главным признаком легированной специальной стали является то, что легирующие добавки вводятся в ее состав специально для достижения определенных свойств металла.

В маркировке таких сталей легирующие добавки обозначаются буквами:

  • Х – хром (Cr)
  • Н – никель (Ni)
  • К – кобальт (Co)
  • М – молибден(Mo),
  • В – вольфрам(W),
  • Т – титан (Ti)
  • Д – медь (Cu)
  • Г – марганец (Mn)
  • С – кремний (Si)
  • Ф – ванадий (V),
  • Р – бор (B)
  • А – азот (N),
  • Б – ниобий(Nb)
  • Е – селен (Se)
  • Ц – цирконий(Zr),
  • Ю – алюминий(Al)
  • Ч – редкоземельные элементы.

Например, для придания стали повышенной жаростойкости, в ее состав добавляют хром (а также отчасти алюминий и кремний).

Вступая в реакцию с кислородом, эти элементы образуют в структуре металла особо плотные и прочные структуры из тугоплавких кристаллов, что позволяет металлу выносить высокие температуры.

Увеличивают жаростойкость стальных сплавов и добавки таких металлов, как титан, ниобий или тантал.

Такие стальные сплавы называют еще сильхромами, к ним, например, относятся:

  • 08Х17Т
  • 15Х25Т
  • 15Х6СЮ
  • 36Х18Н25С2

Первые две цифры в их маркировке обозначают сотые доли процента углерода, процент легирующих добавок определяют цифры после маркирующей буквы (кроме тех случаев, когда содержание добавки составляет мене одного процента).

Следовательно, в жаропрочной стали 36Х18Н25С2 будет 0,36% углерода, 18% хрома, 25% никеля и 2% кремния. А в марке 15Х6СЮ при 0,15% углерода и 6% хрома будет еще около одного процента кремния и алюминия.

Хром и никель, будучи добавленными в состав стали придают ей также и устойчивость к коррозии. При этом по своей структуре хромо-никелевые нержавеющие стали делятся на несколько видов, среди коих наибольшее значение получили:

  • ферритная (F)
  • мартенситная (C)
  • аустенитная (A)

Ферритная хромистая нержавейка содержит очень мало углерода, имеет малую твердость и может притягиваться магнитом. В отечественной маркировке такая нержавеющая сталь определяется чаще всего по сочетанию 12Х17. Ферритные стали отличаются высокой жаропрочностью и плохой свариваемостью. В этой связи из нее производят преимущественно цельнокатаные изделия: листовой прокат, трубы и прутки.

Мартенситные сплавы наиболее тверды, но менее устойчивы к коррозии, и тоже могут (но не всегда) проявлять магнитные свойства. Их использование уместно при изготовлении столовой посуды, производстве металлорежущего инструмента и в некоторых областях машиностроения.

Аустенинтная нержавейка отличается высоким содержание хрома (до 20 %) и никеля (до 15 %), хорошими антикоррозийными свойствами и отсутствием магнитных свойств. Она наиболее популярна у потребителей, поскольку достаточно легко поддается обработке. Аустенитные сплавы широко употребляются в промышленности и особо популярны при использовании в крепежных элементах.

Кислотоустойчивость стали увеличивается также при введения в ее состав никеля и молибдена. Придают устойчивость к кислотам и добавки марганца и меди.

Например, в стали 10Х17Н13М2Т кроме 0,1% углерода, 17% хрома и 13% никеля будет еще 2% молибдена и около процента титана. Но заводская марка стали отражает ее состав не полностью. В стали марки 12Х18Н10Т кроме 0,12% углерода, 18% хрома, 10% никеля и процента титана будет еще присутствовать 0,3% меди, 0,2% марганца и 0,8% кремния. Но об их наличии можно узнать уже только в специальной справочной литературе.

Там же можно выяснить, что сталь 12Х18Н10Т относится к аустенитным и входит в группу высоколегированных термо- и коррозионноустойчивых сталей. Для получения полной информации о свойствах “нержавеек” можно еще обратиться к ГОСТ 5632–72, в котором описаны все виды специальных сталей, их химсостав, физические свойства и даны рекомендациями по применению.

Из ГОСТ 5632–72 легко понять, что к аустенитной группа сталей относится множество стальных сплаво, в том числе и так называемые нержавейки 300 серии. Они все жаропрочны, устойчивы к коррозии и поэтому очень востребованы на рынке.

Разумеется, свойства сплавов могут изменяться в зависимости от соотношения легирующих элементов. Так, примесь серы может сделать сталь более прочной, но снизит ее устойчивость к коррозии.

Например, чрезвычайно жаростойкая аустенитная сталь А1, способная работать при температуре до 1100 C, содержит довольно много серы – поэтому подвержена коррозии и не должна использоваться в кислотной среде. Но зато детали из нее незаменимы при производстве щелочей, из стали А1 делаются крекинговые узлы, установки каталитического реформинга и проч.

Надо заметить, что в процессе производства также и нелегированной стали в ее состав могут попадать различные примеси и легирующие элементы, которые присутствуют в железной руде. Такие естественные добавки обычно не оказывают заметного влияния на качество стали, но иногда их сочетание может «само собой» придавать ей особые свойства. Такое наблюдалось, например, в средневековье, когда «дамасская сталь», выгодно отличалась от всех прочих по своим качествам, просто в силу особого состава железной руды, не будучи легированной в строгом смысле этого слова. «Дамасская сталь» отличалась, как известно, сочетанием высокой прочности и гибкости (упругости).

Эти свойства современная металлургия может воспроизводить вполне целенаправленно. Например, ее близким аналогом «дамасской стали» можно считать ножевую сталь 95Х18.

Это высоколегированная хромистая нержавейка не уступает «дамасской» по твердости и устойчивости режущей кромки, и превосходит по устойчивости к коррозии. Не удивительно, что ее и по сей день используют для производства холодного оружия. Хотя основное, промышленное, предназначение данного вида стали — быть материалом для производства износостойких деталей, которые работают при температуре до 500 градусов в умеренно-агрессивных средах.

Что же касается упругости, то по этому показателю дамасскую сталь превосходит сплав 60С2А, содержащий кремний (1,6-2,0%), марганец ( 0,60-0,90%), хром (до 0,3%), никель (до 0,25%), медь ( 0,20%), фосфор и серу (до 0,025%), который используется при производстве рессор и тяжело нагруженных пружин.

Кроме того, надо отметить, что порой и очень малая доля легирующего элемента (в количестве 0,1% и менее), влияет на ее свойства весьма существенно. Поэтому “специальным составом” следует признать и беспримесно-чистое железо. Благо, что одним из примеров спецстали может служить т.н. «цементированная» сталь, в которая получается путем внедрения углерода в особо чистое железо.

Тот же процесс является и примером того, что сталь может становиться специальной и в зависимости от специального особого способа выплавки.

Свойства обычных и специальных сортов стали, имеющих один и тот же химический состав, могут сильно различаться в зависимости от того, каким технологическим путем они получены – томасовским или бессемеровским способами, в мартеновских, тигельных или электрических печах.

Примером тому могут служить стальные сплавы с содержанием 0,6-0,8% углерода и около 0,6-1% марганца.

Сплавы для продукции широкого применения (например для закаливаемых рельсов), производятся томасовским способом или в обычных мартеновских печах. Специальную сталь почти того же состава, необходимую для производства штампов и особо прочных режущих инструментов получают в электропечах; металл, подходящий для пил и лемехов выплавляют в бессемеровских и «кислых» мартеновских печах.

Разница в итоговых физических свойствах стали связана с тем, что при использовании определенных технологий плавки даже минимальные примеси различных элементов (азота, кислорода, серы и фосфора и пр.) могут оказать своё влияние на конечные свойства сплава. Из чего следует, что повлиять на свойства стали, сделав ее специальной, может и технология последующей обработки. Примером тому могут служить сорта листовой стали для глубокой вытяжки, полученные из мягкой низкоуглеродистой стали.

Сейчас активно разрабатываются технологи, которые позволяют придавать многим сортам стали специальные свойства в процессе обработки. Особенно это относится к спецэлектрометаллургии, основные направления развития которой заключаются в:

  • Совершенствовании способов выплавки и переплавки агрегатов специальных составов для получения спецсталей заданного качества металла
  • Разработке способов изготовления спецсталей «земного» (то есть не авиакосмического) назначения.

При этом наибольшее внимание направлено на достижение снижения себестоимости производства специальных сталей. Наиболее перспективным направлением в этой сфере считается производство специальных сплавов методами порошковой металлургии.

Свойства типов стали | Sciencing

Сегодня сталь очень широко используется почти во всех отраслях промышленности, и ее продукция в той или иной форме попадает в каждый дом. Сталь производится в различных составах, и эти сплавы имеют разные свойства. Свойство стали определяется характеристиками элемента, легированного сталью. Стоимость стали зависит от ее состава и использования.

Борсодержащая сталь

Борсодержащая сталь имеет высокую прокаливаемость (способность металлического сплава упрочняться при термообработке) и прочность.Бор при добавлении к полностью окисленной стали, особенно к низкоуглеродистой стали, придает стали эти свойства без потери пластичности (способности материала растягиваться при растяжении), пластичности (способности материала к формованию) и обрабатываемости ( легкость, с которой металл может быть обработан до приемлемого качества поверхности). Обычно в эту сталь добавляют бор в диапазоне 0,003-0,005%.

Углеродистая сталь

Углерод, легированный сталью, действует двояко.Добавление углерода в сталь контролирует получаемую твердость и существенно увеличивает способность стали к закалке. Углеродистая сталь имеет улучшенную прокаливаемость. Эти стали используются в менее ответственных областях применения в некоррозионных средах и обычно не подвергаются термообработке. Процент углерода в углеродистой стали обычно находится в диапазоне 0,06-0,90 процента.

Хромированная нержавеющая сталь

Хромированная сталь имеет высокую закаливаемость и высокую стойкость к коррозии и окислению. Эта сталь выдерживает высокие температуры и обладает высокой стойкостью к истиранию.Хромистая сталь может быть хрупкой и содержать хром в диапазоне 0,15 процента и выше.

Хром-молибденовая сталь

Хром и молибден по отдельности повышают прокаливаемость легированной стали. Эта сталь обладает высокой устойчивостью к коррозии и окислению. Он выдерживает высокие температуры и устойчив к истиранию. Молибден в стали сохраняет закаливаемость в требуемом диапазоне и повышает стойкость к высокотемпературной обработке. Количество хрома в этой стали поддерживается в пределах 0.От 40 до 1,10 процента, а молибдена от 0,08 до 0,25 процента.

Никель-хромистая сталь

Никель-хромистая сталь имеет высокую закаливаемость. Эта сталь устойчива к коррозии из-за хрома и имеет высокую стойкость к истиранию, окислению и истиранию. Он обладает высокой термостойкостью и обеспечивает гораздо большую ударную вязкость при определенном уровне углерода. Количество никеля в хромоникелевой стали составляет от 3,25 до 3,75 процента, а количество хрома – от 1,25 до 1,75 процента.

Хромованадиевая сталь

Хромованадиевая сталь имеет высокую вязкость. Он устойчив к коррозии и окислению, обладает высокой термостойкостью и абразивной стойкостью. И хром, и ванадий увеличивают закаливаемость, а ванадий подавляет рост зерен во время термообработки. Диапазон легирования хрома в хромованадиевой стали составляет от 0,80 до 1,10 процента, а количество ванадия составляет 0,15 процента и выше.

Высокопрочная сталь

Высокопрочная сталь – это специально изготовленная сталь, которая обладает высокой прочностью и может обрабатываться при очень высоких температурах.Эта сталь подходит для конкретных применений, где прочность является основным требованием. Общий состав высокотемпературной прочности обычно; углерод (от 0,27 до 0,38 процента), марганец (от 0,60 до 0,90 процента), кремний (от 0,40 до 0,60 процента), хром (от 1,0 до 0,90 процента), никель (от 1,85 до 2,0 процента), молибден (от 0,35 до 0,40 процента) и ванадий ( От 0,05 до 0,23 процента).

Жаропрочная сталь

Жаропрочная сталь предназначена для применения в котельных трубах, сосудах высокого давления и паровых турбинах, где требуется работа при высоких температурах.Эти стали обладают высокой устойчивостью к механическому и химическому разрушению при повышенных температурах. Обычный состав жаропрочной стали включает углерод (от 0,28 до 0,50 процента), марганец (от 0,45 до 0,90 процента), кремний (от 0,15 до 0,75 процента), хром (от 0,80 до 1,50 процента), никель (от 0,25 до 0,50 процента), молибден. (От 0,40 до 0,65 процента) и ванадия (от 0,20 до 0,95 процента).

Свойства, состав и применение стандартных сталей

Стальные трубы

Изображение предоставлено: Shutterstock / CHIARI VFX

Сталь – это общий термин для большого семейства железоуглеродистых сплавов, которые являются ковкими в определенном температурном диапазоне сразу после затвердевания из расплавленного состояния.

Основное сырье, используемое в сталеплавильном производстве, – это железная руда, уголь и известняк. Эти материалы превращаются в доменной печи в продукт, известный как «чушковый чугун», который содержит значительные количества углерода, марганца, серы, фосфора и кремния. Чугун твердый, хрупкий и непригоден для прямой переработки в кованые формы. Производство стали – это процесс рафинирования передельного чугуна, а также лома чугуна и стали путем удаления нежелательных элементов из расплава с последующим добавлением желаемых элементов в заранее определенных количествах.Первичной реакцией в большинстве сталеплавильных производств является соединение углерода с кислородом с образованием газа. Если растворенный кислород не удаляется из расплава до или во время разливки, газообразные продукты продолжают выделяться во время затвердевания. Если сталь сильно раскисляется добавлением раскисляющих элементов, газ не выделяется, и сталь называется «убитой», потому что она спокойно лежит в формах. Повышенная степень газовыделения (пониженное раскисление) характеризует стали, которые называются «полувысокими», «покрытыми» или «покрытыми ободом».«Степень раскисления влияет на некоторые свойства стали. Помимо кислорода жидкая сталь содержит измеримые количества растворенного водорода и азота. Для некоторых критических сталеплавильных применений могут использоваться специальные методы раскисления, а также вакуумная обработка для уменьшения и контроля растворенных газов.

Содержание углерода в обычных марках стали колеблется от нескольких сотых процента до примерно 1 процента. Все стали также содержат различные количества других элементов, в основном марганца, который действует как раскислитель и облегчает горячую обработку.Кремний, фосфор и сера тоже присутствуют всегда, хотя и в следовых количествах. Другие элементы могут присутствовать либо в виде остатков, которые не добавляются намеренно, а являются результатом использования сырья или производства стали, либо в виде легирующих элементов, добавленных для изменения свойств стали.

Сталь может быть отлита для придания формы, или отлитый слиток или прядь могут быть повторно нагреты и подвергнуты горячей обработке путем прокатки, ковки, экструзии или других процессов в форму деформируемого стана. Кованые стали являются наиболее широко используемыми конструкционными материалами, предлагая множество форм, отделок, прочности и применимых температурных диапазонов.Ни один другой материал не предлагает сопоставимой универсальности в дизайне продукта.

Классификация стандартной стали

Деформируемые стали можно систематически классифицировать по группам на основе некоторых общих характеристик, таких как химический состав, практика раскисления, метод чистовой обработки или форма продукта. Химический состав – наиболее часто используемая основа для определения и присвоения стандартных обозначений деформируемым сталям. Хотя углерод является основным упрочняющим и упрочняющим элементом стали, ни один элемент не влияет на характеристики стали.Совместное действие нескольких элементов влияет на реакцию на термообработку, твердость, прочность, микроструктуру, коррозионную стойкость и формуемость. Стандартные стали можно условно разделить на три основные группы: углеродистые стали, легированные стали и нержавеющие стали.

Углеродистые стали

Сталь квалифицируется как углеродистая, если содержание в ней марганца ограничено 1,65 процента (макс.), Кремния – 0,60 процента (макс.), А меди – 0,60 процента (макс.). За исключением раскислителей и бора, если это указано, другие легирующие элементы не добавляются намеренно, но они могут присутствовать в виде остатков.Если любой из этих случайных элементов считается вредным для специальных приложений, могут быть указаны максимально допустимые пределы. В отличие от большинства легированных сталей углеродистые стали чаще всего используются без окончательной термообработки; однако они могут быть подвергнуты отжигу, нормализации, поверхностной закалке или закалке и отпуску для улучшения производственных или механических свойств. Углеродистые стали могут быть убитыми, полуфабрикатами, покрытыми колпаками или краями, и, при необходимости, может быть указан метод раскисления.

Легированные стали Легированные стали

включают не только те марки, которые превышают пределы содержания элементов для углеродистой стали, но также и любые марки, к которым добавляются элементы, отличные от тех, которые используются для углеродистой стали, в определенных диапазонах или определенных минимумах для улучшения механических свойств, характеристик изготовления, или любой другой атрибут стали.Согласно этому определению, легированные стали включают все стали, кроме углеродистых сталей; однако обычно стали, содержащие более 3,99% хрома, считаются «особыми типами» легированных сталей, включая нержавеющие стали и многие инструментальные стали.

В техническом смысле термин легированная сталь зарезервирован для тех сталей, которые содержат небольшое количество легирующих элементов (около 1-4 процентов) и обычно зависят от термической обработки для развития определенных механических свойств.Легированные стали всегда гибнут, но для особых критических применений могут быть рекомендованы специальные методы раскисления или плавления, включая вакуум. Легированные стали обычно требуют дополнительного ухода на протяжении всего процесса производства, поскольку они более чувствительны к термическим и механическим воздействиям.

Нержавеющая сталь

Нержавеющие стали – это высоколегированные стали, которые обладают превосходной коррозионной стойкостью по сравнению с углеродистыми и обычными низколегированными сталями, поскольку содержат относительно большое количество хрома.Хотя другие элементы также могут повышать коррозионную стойкость, их полезность в этом отношении ограничена.

Нержавеющие стали обычно содержат не менее 10 процентов хрома с другими элементами или без них. Однако в Соединенных Штатах было принято включать в классификацию нержавеющей стали те стали, которые содержат всего 4 процента хрома. Вместе эти стали составляют семейство, известное как нержавеющие и жаропрочные стали, некоторые из которых обладают очень высокой прочностью и стойкостью к окислению.Однако немногие из них содержат более 30 процентов хрома или менее 50 процентов железа.

В самом широком смысле стандартные нержавеющие стали можно разделить на три группы в зависимости от их структуры: аустенитные, ферритные и мартенситные. В каждой из трех групп есть один состав, который представляет собой основной сплав общего назначения. Все другие составы получены из основного сплава с определенными вариациями состава для получения очень специфических свойств.

Аустенитные марки немагнитны в отожженном состоянии, хотя некоторые из них могут стать слегка магнитными после холодной обработки.Их можно упрочнить только холодной обработкой, а не термообработкой, и они сочетают в себе исключительную коррозионную и жаропрочность с хорошими механическими свойствами в широком диапазоне температур. Аустенитные марки далее подразделяются на две подгруппы: хромоникелевые типы и менее часто используемые хромомарганцево-малоникелевые типы. Основной состав хромоникелевой группы широко известен как 18-8 (Cr-Ni) и является аустенитным сортом общего назначения. Эта марка является основой для более чем 20 модификаций, которые можно охарактеризовать следующим образом: соотношение хрома и никеля было изменено для изменения характеристик формования; содержание углерода было уменьшено для предотвращения межкристаллитной коррозии; элементы ниобий или титан были добавлены для стабилизации структуры; или был добавлен молибден, или было увеличено содержание хрома и никеля для повышения стойкости к коррозии или окислению.

Стандартные ферритные сорта всегда магнитные и содержат хром, но не содержат никель. Их можно до некоторой степени упрочнить холодной обработкой, но не термообработкой, и они сочетают в себе устойчивость к коррозии и нагреванию с умеренными механическими свойствами и декоративной привлекательностью. Ферритные сорта обычно ограничены более узким диапазоном коррозионных условий, чем аустенитные сорта. Основной ферритный сорт содержит 17 процентов хрома. В этой серии есть модификации для свободной обработки и сплавы с повышенным содержанием хрома для повышения устойчивости к образованию накипи.Также в эту ферритную группу входит сталь с 12-процентным содержанием хрома (основной состав мартенситной группы) с другими элементами, такими как алюминий или титан, добавленными для предотвращения закалки.

Стандартные марки мартенсита являются магнитными и могут упрочняться закалкой и отпуском. Они содержат хром и, за двумя исключениями, никель. Основная мартенситная марка обычно содержит 12 процентов хрома. В мартенситном ряду более 10 стандартных составов; некоторые модифицированы для улучшения обрабатываемости, а другие содержат небольшие добавки никеля или других элементов для улучшения механических свойств или их реакции на термическую обработку.Третьи имеют значительно повышенное содержание углерода в диапазоне инструментальных сталей и поддаются закалке до самого высокого уровня среди всех нержавеющих сталей. Мартенситные марки отлично подходят для работы в мягких средах, таких как атмосфера, пресная вода, пар и слабые кислоты, но не устойчивы к сильно коррозионным растворам.

Системы нумерации металлов и сплавов

Несколько различных систем нумерации были разработаны для металлов и сплавов различными торговыми ассоциациями, профессиональными инженерными обществами, организациями по стандартизации и частными предприятиями для их собственного использования.Цифровой код, используемый для идентификации металла или сплава, может быть связан или не иметь отношения к спецификации, которая представляет собой изложение технических и коммерческих требований, которым должен соответствовать продукт. Используемые системы нумерации включают системы, разработанные Американским институтом чугуна и стали (AISI), Обществом автомобильных инженеров (SAE), Американским обществом испытаний и материалов (ASTM), Американским национальным институтом стандартов (ANSI), Американским обществом основателей стали, Американское общество инженеров-механиков (ASME), Американское общество сварщиков (AWS), Алюминиевая ассоциация, Ассоциация разработки меди, U.S. Министерство обороны (военные спецификации) и Главное бухгалтерское управление (федеральные требования).

Единая система нумерации (UNS) была разработана совместными усилиями ASTM и SAE, чтобы обеспечить средства сопоставления различных систем нумерации для металлов и сплавов, имеющих коммерческую ценность. Эта система позволяет избежать путаницы, возникающей при использовании более одного идентификационного номера для указания одного и того же материала или когда один и тот же номер присваивается двум совершенно разным материалам.Важно понимать, что номер UNS не является спецификацией; это идентификационный номер для металлов и сплавов, подробные характеристики которых приведены в другом месте. Номера UNS показаны в таблице 1; каждое число состоит из буквенного префикса, за которым следуют пять цифр. В некоторых случаях буква наводит на мысль о семействе металлов, идентифицированных серией, например, A для алюминия и C для меди. По возможности, номера в группах UNS содержат последовательности нумерации, взятые непосредственно из других систем, чтобы облегчить идентификацию материала; е.g., соответствующий номер UNS для стали AISI 1020 – G10200. Номера UNS, соответствующие обычно используемым номерам AISI-SAE, которые используются для идентификации углеродистой, легированной и инструментальной стали, приведены в таблице 2.

Сводка

В этой статье описаны основные типы стандартных сталей. Узнайте больше о свойствах материалов из Руководства по машинному оборудованию, 30-е издание, которое опубликовано и доступно в Industrial Press на Amazon.

Чтобы найти источники поставок стали, посетите платформу Thomas Supplier Discovery Platform, где вы можете найти потенциальные источники поставок для более чем 70 000 различных категорий продуктов и услуг.

Прочие изделия из стали

  • Типы профилей из конструкционной стали
  • Лучшие производители и поставщики арматуры
  • Типы арматуры
  • Виды стали
  • Типы нержавеющей стали
  • Ведущие сталелитейные компании и производители стали США в мире
  • Все о стали 5160 (свойства, прочность, применение)
  • Все о стали 440 (свойства, прочность, применение)
  • Все о стали 430 (свойства, прочность, применение)
  • Все о стали 304 (свойства, прочность, применение)
  • Все о 52100 Сталь
  • Обработка стали для поверхностного упрочнения (цементирование)
  • Все о стали 9260 (свойства, прочность, применение)
  • Все о стали 4130 (свойства, прочность, применение)
  • Steel vs.Титан – прочность, свойства и применение

Больше от Metals & Metal Products

Состав, свойства, дефекты, применение и механическая обработка

В этой статье мы обсудим: – 1. Состав стали 2. Использование стали 3. Факторы, влияющие на физические свойства 4. Магнитные свойства 5. Дефекты 6. Свойства низкоуглеродистой стали 7. Свойства твердой стали 8. Механическая обработка .

Состав стали:

По содержанию углерода сталь образует промежуточную ступень между чугуном и кованым чугуном.В чугуне содержится от 2 до 4 процентов углерода. В кованом железе содержание углерода не превышает 0,15%. В стали содержание углерода варьируется от 0,25% до 1,50% максимум.

Это связано с тем, что углерод, если его содержание превышает 1,5 процента, не соединяется с железом и присутствует в виде свободного графита. Таким образом, разделительной чертой чугуна и стали является наличие свободного графита. Если в составе материала нет свободного графита, его называют сталью.С другой стороны, наличие свободного графита указывает на то, что материал является чугунным.

Сталь становится все тверже и жестче по мере увеличения содержания углерода в ней, и при максимальном уровне 1,5% весь углерод вступает в химическое соединение с железом, и ни один из них не находится в свободном состоянии.

Чугун может воспринимать только сжимающие напряжения, и его использование ограничено только сжимающими элементами. Кованое железо имеет волокнистую природу и может выдерживать растягивающие напряжения.

Сталь пригодна для всех строительных целей в целом и, следовательно, она практически заменила чугун и кованое железо в современной строительной практике. Он одинаково силен как при сжатии, так и при растяжении.

Если капля азотной кислоты попадает на сталь, на ней образуется темно-серое пятно из-за более высокого процентного содержания углерода. Если такую ​​же процедуру провести с кованым железом, пятно не будет заметно.Таким образом, с помощью этого простого процесса можно легко отличить низкоуглеродистую сталь от кованого железа.

Последняя битва чугуна, кованого железа и стали произошла на поле строительства небоскребов. Колонны раннего каркаса небоскребов были чугунными, а балки – коваными.

Сэр Генри Бессемер (1813-98) из Англии изобрел свой преобразователь в 1857 году, и он начал использоваться примерно с 1880 года. Внедрение мартеновского процесса принесло стали окончательную победу, поскольку она позволила получить сталь более высокого качества, которая могла выдерживать более высокие рабочие нагрузки.

Настоящее время – это сталь, и на самом деле промышленный прогресс и финансовая стабильность страны напрямую оцениваются объемом ее годового производства стали. Япония, США и бывший СССР производят от 1100 до 1250 миллионов кН стали каждый год. Великобритания, Западная Германия и Франция производят от 350 до 400 миллионов кН стали каждый год.

Сталь, производимая Индией, составляет от 100 до 120 миллионов кН в год. Общий контроль над всей сталелитейной промышленностью как в государственном, так и в частном секторах осуществляется Steel Authority of India Limited (SAIL) со штаб-квартирой в Нью-Дели.

Применение стали:

В зависимости от содержания углерода, сталь обозначают как низкоуглеродистую или среднеуглеродистую сталь или высокоуглеродистую сталь. Различные виды использования стали зависят от количества содержащегося в ней углерода.

Содержание углерода в мягкой стали составляет от 0,10 до 0,25 процента. Когда содержание углерода составляет менее 0,10%, она называется мертвой сталью или очень низкоуглеродистой сталью.

Содержание углерода в среднеуглеродистой стали составляет около 0.От 25 до 0,60 процента.

Высокоуглеродистая сталь также известна как твердая сталь, и ее содержание углерода варьируется от 0,60 до 1,10 процента или около того.

Таблица 11-1 показывает различные применения стали каждой категории.

Отмечается, что сталь требуется для существования предприятий тяжелого и легкого машиностроения, судостроения, железных дорог и подвижного состава, автомобилей, листового металла, энергетики, электротехники и т. Д.Следует также отметить, что весь спектр электротехнической промышленности зависит от свойства стали магнетизмом.

Факторы, влияющие на физические свойства стали:

На физические свойства стали, такие как пластичность, эластичность, прочность и т. Д., Большое влияние оказывают следующие три фактора:

(1) Содержание углерода:

При изменении процентного содержания углерода получается сталь разных марок.Углерод всегда способствует увеличению твердости и прочности стали. Но в то же время это снижает пластичность стали. Низкоуглеродистая сталь с содержанием углерода от 0,10 до 0,25 процента широко используется для строительных работ.

(2) Наличие примесей:

Обычными примесями в стали являются кремний, сера, фосфор и марганец.

Если содержание кремния меньше 0,20%, он не оказывает заметного влияния на физические свойства стали.Если содержание кремния повышается примерно до 0,30–0,40%, эластичность и прочность стали значительно повышаются без серьезного снижения ее пластичности.

Если содержание серы составляет от 0,02 до 0,10%, она не оказывает заметного влияния на пластичность или прочность стали. Однако это снижает ковкость и свариваемость горячего металла. Избыток серы снижает прочность и пластичность стали.

Фосфор оказывает вредное воздействие на сталь.Желательно, чтобы его содержание не превышало 0,12%. Снижает ударопрочность, пластичность и прочность стали.

Марганец способствует повышению прочности низкоуглеродистой стали. Его желаемое содержание составляет от 0,30 до 1,00%. Когда его содержание превышает примерно 1,50 процента, сталь становится очень хрупкой и, следовательно, теряет свою структурную ценность.

(3) Процессы термообработки

Магнитные свойства стали:

Сталь также широко используется в электрических машинах, генераторах, трансформаторах и т. Д.При изготовлении стали, пригодной для такого использования, ее магнитные свойства имеют первостепенное значение, и эти свойства достигаются путем тщательного регулирования ее химического состава.

Ниже приведены пропорции различных элементов стали для достижения лучших магнитных свойств:

(1) Углерод. Желательно, чтобы содержание углерода было как можно более низким, и оно не должно превышать 0,10%.

(2) Кремний – Присутствие кремния приводит к значительному увеличению электрических потерь и, следовательно, крайне нежелательно.

(3) Сера и фосфор – Если совместное содержание серы и фосфора превышает примерно 0,30%, магнитные свойства стали сильно ухудшаются.

(4) Марганец – Если содержание марганца превышает примерно 0,30 процента, он оказывает вредное воздействие на магнитные свойства стали.

Дефекты стали:

Ниже приведены четыре распространенных дефекта стали:

(1) Полости или пузырьки

(2) Холодостойкость

(3) Красная неплотность

(4) Изоляция.

(1) Полости или продувки:

Они образуются, когда газ ограничен или заключен в расплавленной массе металла. Такой ограниченный газ создает пузырьки или пузырьки при затвердевании металла.

(2) Холодостойкость:

Сталь, имеющая данный дефект, при работе в холодном состоянии дает трещины. Этот дефект связан с наличием избыточного количества фосфора.

(3) Красная Короткость:

Сталь, имеющая данный дефект, при работе в горячем состоянии дает трещины.Этот дефект связан с наличием избыточного количества серы.

(4) Изоляция:

Некоторые составляющие стали затвердевают на ранней стадии и отделяются от основной массы. Это явление известно как сегрегация, и оно заметно на верхней поверхности слитков или отливок.

Свойства мягкой стали:

Ниже приведены свойства низкоуглеродистой стали:

(i) Может быть намагничен постоянно.

(ii) Легко поддается ковке и сварке.

(iii) Его нелегко закалить и отпустить.

(iv) Имеет волокнистую структуру.

(v) Податливый и пластичный,

(vi) На него не легко воздействовать соленой водой.

(vii) Он прочнее и эластичнее кованого железа.

(viii) Применяется для всех видов строительных работ.

(ix) Легко и быстро ржавеет.

(x) Его температура плавления составляет около 1400 ° C.

(xi) Его удельный вес 7,80.

(xii) Его предел прочности на сжатие составляет от 80 до 120 кН на см 2 .

(xiii) Его предел прочности при растяжении и сдвиге составляет от 60 до 80 кН на см 2 .

Свойства твердой стали:

Свойства твердой стали:

(i) Легко закаливается и отпускается.

(ii) Может быть намагничен постоянно.

(iii) Его нельзя легко ковать и сваривать.

(iv) Имеет зернистую структуру.

(v) На него не легко воздействовать соленой водой.

(vi) Он прочнее и эластичнее, чем низкоуглеродистая сталь.

(vii) Используется для тонких столовых приборов, режущих инструментов и деталей, которые должны подвергаться ударам и вибрации.

(viii) Легко и быстро ржавеет.

(ix) Его температура плавления составляет около 1300 ° C.

(x) Его удельный вес равен 7.90.

(xi) Его предел прочности на сжатие составляет от 140 до 200 кН на см 2 .

(xii) Его предел прочности на сдвиг составляет около 110 кН на см 2 .

(xiii) Его предел прочности при растяжении составляет примерно от 80 до 110 кН на см 2 .

Механическая обработка стали:

Цель механической обработки стали – придать слиткам желаемую форму, чтобы сталь стала доступной в рыночных формах.Механическая обработка стали может быть горячей или холодной. Горячая обработка очень распространена.

Ниже приведены операции, связанные с механической обработкой стали:

(1) Рисунок

(2) Поковка

(3) Нажатие

(4) Прокатная,

Теперь будет кратко описана каждая из этих операций.

(1) Чертеж:

Эта операция выполняется для уменьшения поперечного сечения и пропорционального увеличения длины.В этой операции металл протягивается через штампы или инструменты специальной формы. Волочение продолжается до получения проволоки необходимого диаметра или сечения. Этот процесс используется для подготовки проволоки и стержней.

(2) Поковка:

Операция выполняется многократными ударами молотка или пресса. Металл нагревается выше критического диапазона температур. Затем его кладут на наковальню и подвергают ударам молотка. Этот процесс увеличивает плотность и улучшает размер зерна металла.Клепка относится к кузнечным операциям. Процесс используется для изготовления болтов, скоб и т. Д.

Сталь может быть кованой или штампованной. В первом случае сталь может свободно растекаться во всех направлениях при ударе. В последнем случае сталь течет под ударами молотка, заполняя внутреннюю часть матрицы, а излишки материала вытесняются через специальную канавку, а затем отрезаются. Кованые детали имеют очень точные размеры.

(3) Прессование:

Это медленный процесс, выполняемый на оборудовании, известном как пресс.Главное преимущество этого процесса в том, что он не требует шока.

Пресс состоит в основном из матрицы и пуансона. Матрица и пуансон имеют подходящую форму для получения изделия желаемой формы. Металл помещается в матрицу, а затем пуансон опускается под очень большим давлением.

Таким образом, металл зажимается между матрицей и пуансоном, и получается изделие желаемой формы. Для изготовления изделий с широким изменением формы прессование проводится в несколько этапов.

Этот процесс полезен, когда должно быть произведено большое количество аналогичных инженерных изделий.

(4) Каток:

Эта операция выполняется на специально подготовленных прокатных станах. Слитки, еще раскаленные докрасна, последовательно пропускают через различные валки до тех пор, пока не будут получены изделия желаемой формы. Различные формы, такие как уголки, швеллеры, балки, балки, рельсы и т. Д., Получаются в процессе прокатки.

С помощью этого процесса можно изготовить трубу без стыков.Сплошная штанга растачивается роликами поэтапно до получения трубы необходимого диаметра и толщины.

Сталь М-50 | Tech Steel & Materials

Просмотр номеров AMS >

Сталь М-50

Сталь М-50 – это быстрорежущий сплав премиум-класса с высоким содержанием молибдена. Он обладает высокой прочностью на сжатие при повышенных температурах, а также выдающейся стойкостью к многоосевым напряжениям, хорошей усталостной прочностью и хорошей стойкостью к окислению.Сталь М-50 также имеет высокий уровень чистоты и может быть обработана до блеска.

Благодаря этим свойствам стали М-50, она в основном используется для производства подшипников авиационных двигателей, подшипников для газовых турбин, деталей для ракет и других применений, требующих высокой износостойкости и прочности до 800 ° F (425 ° C). ).

Сталь

M-50 также может использоваться для производства высокопроизводительных инструментов, таких как высокоскоростные буровые штанги, инструменты для вибрации и удара, штампы для глубокой вытяжки и вырубки, полотна пил для резки металла, инструменты для холодной высадки и экструзии.Обратите внимание, что сталь M-50 не обладает высокой стойкостью к истиранию и должна использоваться для инструментов, где это свойство не является существенным, например, для обработки дерева или коммерческих спиральных сверл.

Этот стальной сплав производится с использованием процесса VIM-VAR или вакуумной индукционной плавки с последующим вакуумно-дуговым переплавом (VAC-ARC). Детали, изготовленные с использованием процесса VIM-VAR, обладают превосходной микрочистотой и превосходным сопротивлением усталости.

Tech Steel & Materials предлагает сталь M-50 в двух спецификациях подтипов и трех формах / формах:

Химический состав стали М-50

Элемент мин. макс
Углерод (C) 0.78 0,88
Марганец (Mn) 0,15 0,45
Кремний (Si) 0,20 0.60
Фосфор (P) 0,030
Сера (S) 0,030
Хром (Cr) 3,75 4,50
Никель (Ni) 0,30
Молибден (Мо) 3. 3] 2500-2700 МПа
Твердость 60-65 HRC
Рабочая температура 32-797 ° F 0-425 ° С

Физические, механические, термические, электрические и механические свойства стали М-50

Имущество Тип Значение
Плотность Физический 7.-9
Относительная магнитная проницаемость Магнитный> 500

Коэффициент теплового расширения

Диапазон температур Значение (английская система мер) Значение (метрическая система)
21-93 ° C (70-200 ° F) 6,23 микродюймов / дюйм – ° F 11,21 мкм / м- ° K
21-204 ° C (70-400 ° F) 6,58 микродюймов / дюйм – ° F 11.84 мкм / м- ° K
21-316 ° C (70-600 ° F) 6,83 микродюймов / дюйм – ° F 12,29 мкм м / м- ° K
21-427 ° C (70-800 ° F) 7,05 микродюймов / дюйм – ° F 12,69 мкм / м- ° K
21-538 ° C (70-1000 ° F) 7,38 микродюймов / дюйм – ° F 13,28 мкм / м- ° K

Инструкции по изготовлению и работе

Сталь М-50 обладает хорошей обрабатываемостью. Тем не менее, рекомендуется обрабатывать его в отожженном состоянии.Сталь М-50 хорошо поддается ковке, которую можно проводить, медленно нагревая деталь до 1500 ° F (815 ° C) и выдерживая при этой температуре в течение нескольких часов, или тщательно нагревая деталь. Затем перед работой следует повысить температуру до 2000 ° F (1090 ° C). Ковка никогда не должна выполняться при температуре ниже 1800 ° F (980 ° C). После завершения формования медленно охладите до комнатной температуры.

Термическая обработка

Сталь М-50 может быть получена в отожженном или закаленном состоянии, в зависимости от вспомогательной спецификации.

Отжиг проводят при 1600 ° F (870 ° C) с последующим медленным охлаждением до комнатной температуры. Обратите внимание, что сталь M-50 подвержена обезуглероживанию, что нежелательно, учитывая ее использование в инструментах и ​​подшипниках. Чтобы уменьшить обезуглероживание, используйте во время отжига инертную атмосферу или атмосферу с пониженным давлением.

Закалку следует проводить после отжига. Чтобы должным образом закалить Сталь M-50, предварительно нагрейте деталь до 1500 ° F (815 ° C), пока весь компонент не нагреется должным образом.После предварительного нагрева увеличьте температуру до 2000 ° F (1090 ° C) для перегрева. Как и на этапе предварительного нагрева, убедитесь, что вся часть нагревается одинаково, прежде чем приступить к немедленной закалке в печи с соляной ванной или печи с регулируемой атмосферой. После охлаждения детали методом закалки охладите деталь до -100 ° F (-73 ° C) в течение 1 часа.

Отпуск должен проводиться сразу после закалки, с двойным отпуском при 1025 ° F (550 ° C), рекомендованном для достижения наилучших свойств.

Что такое сталь? – Свойства, типы, применение, состав

Что такое сталь?

Сталь – это сплав железа с обычно несколькими процентами углерода для повышения ее прочности и сопротивления разрушению по сравнению с железом. Могут присутствовать или добавляться многие другие элементы. Для нержавеющих сталей, устойчивых к коррозии и окислению, обычно требуется дополнительно 11% хрома.

Сталь Состав: Сталь – это сплав железа и углерода, содержащий менее 2% углерода и 1% марганца и небольшое количество кремния, фосфора, серы и кислорода.Сталь – важнейший инженерный и строительный материал в мире.

Он используется во всех аспектах нашей жизни; в автомобилях и строительных изделиях, холодильниках и стиральных машинах, грузовых судах и хирургических скальпелях.

Основными причинами популярности стали являются относительно низкая стоимость ее производства, формовки и обработки, обилие двух видов сырья (железной руды и лома) и беспрецедентный диапазон механических свойств.

Наиболее важными свойствами стали являются отличная формуемость и долговечность, хороший предел прочности на растяжение и текучесть, а также хорошая теплопроводность.Помимо этих важных свойств, наиболее характерной чертой нержавеющей стали является ее устойчивость к коррозии.

Физические свойства стали включают высокую прочность, малый вес, долговечность, пластичность и коррозионную стойкость. Сталь отличается высокой прочностью, хотя и имеет небольшой вес. Фактически, отношение прочности к весу у стали ниже, чем у любого другого строительного материала.

Химические свойства стали включают: Сталь имеет плотность 7850 кг / м3, что составляет 7.В 85 раз плотнее воды. Его температура плавления на 1510 ° C выше, чем у большинства металлов. Для сравнения, температура плавления бронзы составляет 1040 ° C, меди – 1083 ° C, чугуна – 1300 ° C и никеля – 1453 ° C.

Типы стали

Сталь можно разделить на четыре категории. основные группы, основанные на химическом составе:

  • Углеродистая сталь
  • Легированная сталь
  • Нержавеющая сталь
  • Инструментальная сталь

Существует много различных марок стали, обладающих различными свойствами.Эти свойства могут быть физическими, химическими и экологическими. Вся сталь состоит из железа и углерода. Количество углерода и дополнительных сплавов определяет свойства каждой марки.

1. Углеродистая сталь

Углеродистая сталь выглядит тусклой, матовой и, как известно, подвержена коррозии. В целом, существует три подтипа этой стали: низкоуглеродистая, средне- и высокоуглеродистая сталь, при этом низкоуглеродистая сталь содержит около 30% углерода, средняя 0,60% и высокая 1,5%.

Само название происходит от того факта, что они содержат очень небольшое количество других легирующих элементов.Они исключительно прочные, поэтому их часто используют для изготовления таких вещей, как ножи, высоковольтные провода, автомобильные детали и другие подобные предметы.

2.

Легированная сталь

Далее идет легированная сталь, которая представляет собой смесь нескольких различных металлов, таких как никель, медь и алюминий.

Они, как правило, дешевле, более устойчивы к коррозии и используются для изготовления некоторых автомобильных запчастей, трубопроводов, корпусов судов и механических конструкций. Для этого сила зависит от концентрации элементов, которые в нем содержатся.

3.

Инструментальная сталь

Инструментальная сталь известна своей твердостью, устойчивостью к нагреванию и царапинам. Название происходит от того факта, что они очень часто используются для изготовления металлических инструментов, таких как молотки.

Для них они состоят из таких веществ, как кобальт, молибден и вольфрам, и это основная причина того, почему инструментальная сталь обладает такими высокими характеристиками прочности и термостойкости.

4.

Нержавеющая сталь

И последнее, но не менее важное: нержавеющая сталь, вероятно, является самым известным типом на рынке.Этот сорт блестящий и обычно содержит от 10 до 20% хрома, который является их основным легирующим элементом.

Эта комбинация делает сталь устойчивой к коррозии и очень легко формуется в различные формы. Из-за простоты использования, гибкости и качества нержавеющая сталь может использоваться в хирургическом оборудовании, бытовом оборудовании, изделиях из серебра и даже использоваться в качестве внешней облицовки коммерческих / промышленных зданий.

Для получения дополнительной информации посетите нашу подробную статью: Что такое нержавеющая сталь?

Использование стали

Чугун и сталь широко используются при строительстве дорог, железных дорог, другой инфраструктуры, бытовых приборов и зданий.Большинство крупных современных сооружений, таких как стадионы и небоскребы, мосты и аэропорты, поддерживаются стальным каркасом. Даже в бетонных конструкциях для армирования используется сталь.

Некоторые виды применения стали приведены ниже:

  • Сталь является экологически чистой и устойчивой. Обладает большой прочностью.
  • По сравнению с другими материалами, сталь требует мало энергии для производства легкой стальной конструкции.
  • Сталь – это самый переработанный материал в мире, который очень легко переработать.Его уникальные магнитные свойства позволяют легко извлекать из потока материал для повторного использования.
  • Сталь может иметь различные формы. Он дает лучшую форму и остроту, чем железо, которое используется для изготовления оружия.
  • Конструкционные стали используются в общем машиностроении и обрабатывающей промышленности.
  • Сталь широко используется в автомобильной промышленности. В кузове, дверях, двигателе, подвеске и салоне автомобиля используются различные типы сталей. В среднем автомобиль на 50% сделан из стали.
  • Сталь снижает выбросы CO2.
  • Все типы энергетики нуждаются в стали для инфраструктуры и добычи полезных ископаемых.
  • Нержавеющая сталь используется для производства морских платформ и трубопроводов.
  • Стали используются для упаковки и защиты товаров от воздействия воды, воздуха и света.
  • Большинство бытовых приборов, таких как холодильник, телевизор, духовка, раковины и т. Д., Изготовлены из стали.
  • Стали используются для производства таких промышленных товаров, как сельскохозяйственные машины и машины.
  • В качестве материала для столовых приборов используется нержавеющая сталь.
  • Благодаря своей способности легко сваривать и привлекательной отделке сталь стала важным элементом современной архитектуры.
  • Нержавеющая сталь создает гигиеническую среду. Именно поэтому его используют для хирургических имплантатов.
  • Сталь имеет более широкий температурный диапазон, который используется для изготовления больших листов.
  • Возобновляемые источники энергии, такие как солнечная, гидро- и ветровая энергия, используют компоненты из нержавеющей стали.
  • Для строительства зданий используется низкоуглеродистая сталь. Это также очень популярный строительный каркасный материал.

Часто задаваемые вопросы.

Что такое сталь?

Сталь – это сплав железа с обычно несколькими процентами углерода для повышения его прочности и сопротивления разрушению по сравнению с железом. Могут присутствовать или добавляться многие другие элементы. Для нержавеющих сталей, устойчивых к коррозии и окислению, обычно требуется дополнительно 11% хрома.

Что такое состав стали?

Сталь – это сплав железа и углерода, содержащий менее 2% углерода и 1% марганца и небольшое количество кремния, фосфора, серы и кислорода.Сталь – важнейший инженерный и строительный материал в мире.

Каковы свойства стали?

Свойства, которые необходимо учитывать проектировщикам при выборе изделий из стальных конструкций:
1. Прочность.
2. Стойкость.
3. Пластичность.
4. Свариваемость.
5. Долговечность.

Какие виды стали?

Четыре основных типа стали :
1. Углеродистая сталь
2. Легированная сталь
3. Инструментальная сталь
4.Нержавеющая сталь

Для чего нужна сталь?

Чугун и сталь широко используются при строительстве дорог, железных дорог, другой инфраструктуры, бытовых приборов и зданий. Большинство крупных современных сооружений, таких как стадионы и небоскребы, мосты и аэропорты, поддерживаются стальным каркасом. Даже в бетонных конструкциях для армирования используется сталь.

СВЯЗАННЫЕ ЗАПИСИ

Состав / свойства – SSINA

Нержавеющие стали обладают хорошей прочностью и хорошей устойчивостью к коррозии и окислению при повышенных температурах.Нержавеющие стали используются при температурах до 1700 ° F для 304 и 316 и до 2000 F для высокотемпературной нержавеющей стали марки 309 (S) и до 2100 ° F для 310 (S). Нержавеющая сталь широко используется в теплообменниках, пароперегревателях, котлах, подогревателях питательной воды, клапанах и главных паропроводах, а также в самолетах и ​​авиакосмической отрасли.

Рисунок 1 (ниже) дает общее представление о преимуществах горячей прочности нержавеющей стали по сравнению с низкоуглеродистой нелегированной сталью. Таблица 1 (ниже) показывает кратковременное растяжение и предел текучести в зависимости от температуры.В таблице 2 (ниже) показаны общепринятые температуры как для прерывистой, так и для непрерывной работы.

Общее сравнение жаропрочных характеристик аустенитных и ферритных нержавеющих сталей с характеристиками низкоуглеродистых нелегированных сталей и полуаустенитных дисперсионных и трансформируемых сталей с ионным упрочнением.

Со временем и температурой изменения в металлургической структуре можно ожидать для любого металла. В нержавеющей стали изменениями могут быть размягчение, выделение карбида или охрупчивание.Размягчение или потеря прочности происходит в нержавеющих сталях серии 300 (304, 316 и т. – закаливаемая серия 400 (409, 430) (см. Таблицу 1 ниже).

Осаждение карбида может происходить в серии 300 в диапазоне температур 800 – 1600 ° F. Его можно предотвратить, выбрав марку, предназначенную для предотвращения выделения карбида, то есть 347 (с добавлением Cb) или 321 (с добавлением Ti). Если выпадение карбида все же происходит, его можно удалить нагреванием выше 1900 ° С и быстрым охлаждением.

Закаливаемая серия 400 с содержанием хрома более 12%, а также незакалываемая серия 400 и дуплексные нержавеющие стали подвержены охрупчиванию при воздействии температуры 700–950 ° F в течение длительного периода времени. Иногда это называют охрупчиванием при температуре 885 ° F, потому что это температура, при которой охрупчивание происходит наиболее быстро. Охрупчивание 885F приводит к низкой пластичности и повышенной твердости и прочности на разрыв при комнатной температуре, но сохраняет свои желаемые механические свойства при рабочих температурах.

Может показаться нелогичным, что «непрерывная» рабочая температура будет выше, чем «прерывистая» рабочая температура для марок серии 300. Ответ заключается в том, что периодическая эксплуатация включает «термоциклирование», которое может привести к растрескиванию и скалыванию образовавшейся высокотемпературной окалины. Это происходит из-за разницы в коэффициенте расширения нержавеющего металла и шкалы. В результате этого образования накипи и растрескивания происходит большее ухудшение поверхности, которое произойдет, если температура будет постоянной.Поэтому предлагаемые температуры периодической эксплуатации ниже. Это не относится к серии 400 (как ферритных, так и мартенситных марок). Причина этого не известна.

Кредит: Эти таблицы были извлечены из следующих брошюр прежних версий;

  • Брошюра Института никеля № 11 021 Высокоэффективная нержавеющая сталь
  • Брошюра Международной молибденовой ассоциации «Практические рекомендации по производству дуплексных нержавеющих сталей»

различных видов стали и их свойства [PDF]

Сталь – широко используемый в промышленности материал.Это сплавы железа , углерода и других элементов, таких как кремний, фосфор, сера и марганец. Углерод, присутствующий в форме карбида железа (Fe3C), увеличивает твердость и прочность стали.

Стали классифицируются в зависимости от химического состава, применения и методов производства. В этой статье я собираюсь обсудить типы стали и их свойства.

Производство стали

различных типов сталей:

Стали можно классифицировать

1.На основе содержания углерода:

  • Низкоуглеродистые стали
  • Среднеуглеродистые стали
  • Высокоуглеродистые стали
Низкоуглеродистые стали:
  • Состав: от 0% C до 0,25% C.
  • Микроструктура: Преимущественно α – феррит и небольшие количества перлита.
  • Свойства: Исключительная пластичность и вязкость. хорошая обрабатываемость и свариваемость, высокая формуемость, вязкость, пластичность и т. д.

Например, Низкоуглеродистая сталь.

  • Преимущества: Наименее дорого в производстве.
  • Недостатки: Мартенсит трудно образовывать из-за очень низкого содержания углерода.
  • Применения: Компоненты кузова автомобиля, профили, трубы, листы и т. Д.
Среднеуглеродистые стали:
  • Состав: От 0,25% до 0,55% C.
  • Микроструктура: α – феррит и перлит.
  • Свойства: Прочнее, чем низкоуглеродистая сталь, но менее жесткая, чем она.
  • Преимущества: Лучший ассортимент для добавления легирующих элементов.
  • Применения: Железнодорожные колеса и гусеницы, шестерни и т. Д.
Высокоуглеродистые стали:
  • Состав: От 0,55% до 2,1% C
  • Микроструктура: Fe3C, Перлит (C> 0,8%), – феррит и перлит (C <0,8%).
  • Свойства: Твердость, самая прочная и наименее пластичная по сравнению с низкоуглеродистыми сталями.
  • Преимущества: Изготавливать инструментальные стали.
  • Применения: Ножи, полотна для ножовки, долота, молотки, сверла, матрицы, фрезы для станков, пробойники и т. Д.

2. На основе метода производства сталей:

На основе метода производства сталей они классифицируются как метод производства стали Бессемера и метод электродуговой печи, объяснение которых приводится ниже.

Сталь Бессемера
Метод:

Принцип преобразователя Бессемера заключается в удалении примесей из железа путем окисления и продувки воздуха через расплавленное железо.

Печь сделана из стали с огнеупорным кирпичом для защиты от тепла.

Примеси марганец (mn) и кремний (Si) превращаются в соответствующие оксиды, которые можно удалить.

Электродуговая печь Метод:

Это чрезвычайно горячая замкнутая область, где тепло вырабатывается с помощью электродов для плавления определенных материалов, таких как сталь (лом), без изменения электрохимических свойств материала (металла).

Электрическая дуга , возникающая между электродами и металлом, используется для плавления металла (лома).

Подробнее: Метод Бессемера и метод электродуговой печи

3. По свойствам некоторых других марок сталей:

  • Ударопрочные стали
  • Высокопрочные стали
  • Инструментальные стали
  • Пружинные стали
  • Жаропрочные стали
Ударопрочные стали:

Эти стали могут выдерживать усталостные и ударные нагрузки.

Высокопрочные стали:

Применяется там, где требуется малый вес и высокая прочность.

Инструментальная сталь:

Они в основном используются для изготовления инструментов и штампов для резки, формовки и ковки металлов в горячих или холодных условиях.

Пружинные стали:

используется для изготовления спиральных и листовых рессор.

Жаропрочные стали:

Эти стали могут противостоять коррозии, окислению и ползучести при более высоких рабочих температурах.

4. По влиянию легирующих элементов на сталь:

Кобальт / молибден:
  • Обладает высокой эксплуатационной температурой или устойчивостью к высоким температурам.
Хром:
  • Улучшает коррозионную стойкость и стойкость к истиранию.
Ванадий:
  • Обладает высокой температурой, твердостью и прочностью.
Алюминий:
  • Повышает вязкость разрушения и действует как раскислитель.
Фосфор:
  • Повышает прочность, твердость и улучшает обрабатываемость.
Сера:
  • Улучшает обрабатываемость.
Кремний:
  • Обладает высокой прокаливаемостью.
Магний:
  • Повышает ударную вязкость и обрабатываемость.
Марганец:
  • Износостойкость и закаливаемость высокие.

Применения стали:

Поскольку сталь имеет высокую прочность на разрыв, она использовалась в :

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *