Сталлю іменується ковкий, що деформується сплав заліза, деякої кількості вуглецю (не більше 2,14%), а також незначної кількості інших елементів. Саме цей матеріал широко застосовується для виготовлення найрізноманітніших приладів, інструментів і будівельних конструкцій. Класифікація та застосування сталей залежать від багатьох факторів, які необхідно розібрати докладніше. Змінюючи хімічний склад цього матеріалу за рахунок концентрації вуглецю і привнесення легуючих елементів, можна отримувати широкий діапазон сталей з абсолютно різними властивостями, що дозволяє використовувати цей матеріал у всіх галузях господарювання.
Сталь: класифікація, застосування, маркування
Перш за все варто сказати, що сталь буває вуглецева і легована. Це залежить від того, чи були додані в сплав спеціальні легуючі елементи - алюміній, нікель, хром, молібден, титан, бор, ванадій, марганець та інші. Всі ці добавки застосовуються для підвищення специфічних властивостей стали, а найкращий результат досягається комплексним легуванням.
У загальному випадку стали класифікують:
- за призначенням;
- за якістю;
- за способом виробництва;
- по мікроструктурі;
- за хімічним складом.
Хімічний склад
Як вже було сказано, класифікація сталей в залежності від хімскладу розділяє цей матеріал на дві великі групи:
- леговані;
- вуглецеві.
У свою чергу, кожну з цих груп можна додатково розділити на кілька частин. Класифікація легованих сталей на увазі наявність таких видів:
- низьколеговані містять незначну кількість (до 2,5%) легуючих добавок;
- середньолеговані - кількість додаткових елементів не перевищує 10%;
- високолеговані характеризуються наявністю легуючих елементів в кількості більше 10%.
Можна також розділити і другу групу. Класифікація вуглецевих сталей виглядає так:
- високовуглецеві характеризуються вмістом вуглецю понад 0,6%;
- середньовуглецеві містять від 0,25 до 0,6% вуглецю;
- маловуглецеві - до 0,25%.
Мікроструктура
У нормалізованому стані стали бувають:
- перлітні - характеризуються низьким вмістом елементів легування і мають після нормалізації структуру: перліт, перліт + ферит, перліт + заевтектоідний карбід;
- мартенситні - мають знижену критичну швидкість загартування і досить високий вміст легуючих елементів;
- аустенітні - підвищений вміст легуючих елементів, під впливом яких досягається структура: аустеніт, аустеніт + карбід.
Класифікація вуглецевих сталей в відпаленого стані:
- доевтектоїдних застосовується, наприклад, для штампів гарячого деформування;
- заевтектоідних має структуру, що складається з перліту і цементиту, зазвичай використовується для виготовлення інструменту;
- карбидная (ледебуритного) - наприклад, швидкоріжуча сталь;
- феритної - нержавіюча, Жаротривка, жароміцний, високохромиста стали.
Якість і спосіб виробництва
Безумовно, якість стали залежить від присутності в ній шкідливих домішок у вигляді сірки і фосфору. Залежно від цього показника класифікація сталей виглядає так:
- звичайні - сірки (S) до 0,06%, фосфору (P) до 0,07%;
- якісні - сірки до 0,04%, а фосфору до 0,035%;
- високоякісні - ті ж показники зменшені до 0,025%;
- особовисококачественная - менше 0,015% сірки і до 0,025% фосфору.
Спосіб виготовлення стали зумовлює її будова, склад і властивості. Так, звичайна сталь (звичайна) найчастіше виплавляється в мартені або томасівських і бессемерівських конвертерах, після чого формується в досить великі злитки. Така сталь має підвищену кількість неметалічних добавок. Високоякісні сталі виготовляють більш досконалими методами, наприклад в електропечі, а особовисококачественная додатково очищаються від оксидів і сульфідів за допомогою ЕШП - електрошлакового переплавлення. Такі стали виготовляються виключно легованими.
розкислення
Також існує класифікація сталей в залежності від ступеня розкислення, тобто від того, яка кількість кисню було видалено в процесі виготовлення. Виходячи з цього параметра, стали бувають:
- киплячі - мало розкислення, насичені киснем;
- спокійні - абсолютно розкислення;
- напівспокійну - стали, в яких кисень видалений частково.
Для розкислення маловуглецевих сталей застосовують алюміній, марганець і кремній. Киплячу сталь зазвичай раскисляют за допомогою феромарганцю в полуспокойную, крім цього, додають невелику кількість феросиліцію, а спокійну, крім попередніх компонентів, обробляють алюмінієм і силикомарганцем.
Що означає маркування стали?
Як не дивно, але класифікація марок стали досить різноманітна, і єдиної світової системи не існує. У ряді країн, в тому числі і в Росії, прийнята буквено-чисельна маркування.
Якісні вуглецеві сталі позначаються двозначним числом, яке вказує на кількісний вміст вуглецю (в сотих%). Вуглецеві сталі маркуються літерою "У" і числом, що виражає кількість вуглецю (в десятих%) - У9, У12 і т. Д.
Букви використовуються також і для позначення основного елемента легування, наприклад: "П" - фосфор, "А" - азот, "T" - титан, "Б" - ніобій, "Г" - марганець, "Ю" - алюміній, "Д "- мідь," M "- молібден," P "- бор," К "- кобальт," В "- вольфрам," E "- селен," H "- нікель," С "- кремній," X "- хром, "Ц" - цирконій. Цифра, що стоїть за буквою, характеризує кількість відповідного елемента, а та, що знаходиться в самому початку, вказує на вміст вуглецю (в сотих%). Якщо кількість останнього перевищує або дорівнює 1%, то первісна цифра може не вказуватися зовсім.
Літера "А", що стоїть в кінці марки, вказує на приналежність її до високоякісних. Та ж буква, що знаходиться в середині, повідомляє, що сталь легована азотом. Якщо ж вона коштує спочатку, то це говорить про те, що перед вами автоматна сталь, що володіє підвищеною оброблюваністю. Особливо високоякісна сталь маркується літерою "Ш", доданої в кінці і написаної через дефіс. Марки, що не містять букв "А" або "Ш", є якісними.
Також існують певні групи сталей, додатково маркують літерами:
- "Е" - магнітні;
- "Е" - електротехнічні;
- "Р" - швидкорізальні;
- "Ш" - шарікоподшипниковиє.
Звичайно, існує ще досить тонкощів, однак можна сказати, що російська маркування досить проста і зрозуміла, в той час як позначення, прийняті в інших країнах, набагато складніше.
Не менш цікава класифікація сталей за призначенням, поговоримо про неї докладніше.
конструкційні стали
- Будівельні - низьколеговані, а також звичайної якості, що володіють хорошою зварюваністю.
- Для холодного штампування - листовий прокат з низьковуглецевих марок нормальної якості.
- Цементовані - маловуглецеві і деякі леговані стали, застосовувані для виготовлення деталей, що зазнають динамічні навантаження і працюють з поверхневим зносом.
- Покращувані піддаються термообробці (загартуванню та високому відпуску). Це середньовуглецеві, хромові, хромонікелеві, хромонікельмолібденових, хромокремніемарганцевие, хромисті стали з бором.
- Високоміцні - стали, у яких за допомогою термообробки і особливого складу досягнуто подвійної межа міцності в порівнянні зі звичайними конструкційними аналогами.
- Рессорно-пружинні можуть тривалий час зберігати пружність, достатній опір втоми і разрушенію- до них відносять стали, леговані хромом, бором, кремнієм, ванадієм і марганцем.
- Шарикопідшипникових характеризуються високою зносостійкістю, міцністю і витривалістю, що досягається за допомогою високого (до 1%) вмісту вуглецю і включення хрому.
- Автоматні застосовуються для виробництва масових деталей, оброблюваних за допомогою верстатів-автоматів (болти, гвинти, шайби, гайки і т. Д.) - Для полегшення обробки в такі стали додатково вводиться сірка, свинець, телур і селен, що призводить до отримання ламкою короткою стружки і знижує тертя.
- Корозійностійкі - високохромисті стали з вмістом нікеля- чим більше в них хрому, тим більше виражена стійкість до корозії, при цьому вміст вуглецю має бути мінімальним.
- Зносостійкі використовуються в місцях абразивного тертя, ударів і високого тиску, наприклад ківш екскаватора або гусениці трактора.
інструментальні стали
Класифікація сталей інструментального призначення також може бути представлена кількома пунктами:
- для ріжучих інструментів застосовуються вуглецеві, леговані і швидкорізальні стали;
- для вимірювальних інструментів матеріал повинен, перш за все, мати сталістю розмірів, шліфуватися, мати достатню твердість і ізносостойкость- для отримання таких характеристик інструментальну сталь часто піддають гарту і цементізаціі;
- Штампові стали повинні мати достатню зносостійкість, твердістю, теплостійкістю і прокаліваемостью- цю групу також можна додатково розділити на стали для холодної, гарячої штамповки і валкові стали.
Стали з особливими хімічними і фізичними властивостями
Крім всіх перерахованих вище, існують також марки сталей з особливими властивостями:
- електротехнічна сталь - сплав заліза і кремнію, іноді легований алюмініем- застосовується при виробництві магнітопроводів різноманітного електротехнічного обладнання;
- суперінвар - сплав заліза, нікелю і кобальту, що застосовується при виготовленні високоточного обладнання;
- жаростійкий - володіє підвищеною стійкістю проти руйнування при температурах від 900 ° C, легується алюмінієм, кремнієм, нікелем;
- жароміцний - застосовується для виготовлення деталей газотурбінних установок, такі стали покликані працювати в навантаженому стані при високій температурі протягом деякого часу.
