Виды стали и ее классификация

Виды стали

К сталям относятся все сплавы железа, содержание углерода в которых менее 2,14%.
В составе стальных сплавов также могут присутствовать другие химические элементы: марганец, фосфор, сера, кремний. Их применяют в качестве легирующих компонентов для обеспечения стали определенных свойств необходимых в тех или иных условиях эксплуатации.

1 Классификация сталей

Классификация и маркировка сталей зависят от процентного наличия дополнительных компонентов в сплаве и характеристик конструкционного материала.

Деление стальных сплавов на виды и присвоение им соответствующей маркировки осуществляется на основании:

1. Состава.
2. Структуры.
3. Методики изготовления.
4. Сферы использования.
5. Характера затвердевания и уровня раскисления.
6. Качественных характеристик.

Сталь является широко распространенным материалом, применяемым для различных промышленных нужд. Стальные сплавы отличаются прочностью (способностью переносить интенсивное напряжение), пластичностью (устойчивость материала к сильным деформациям ), вязкостью, упругостью, устойчивостью к холоду и жару.

Стальные элементы применяются как в промышленности, так и в бытовых и хозяйственных отраслях, и для каждой сферы применения существуют определенные сорта стальных сплавов. Важные для конкретной сферы применения свойства и характеристики материала достигаются путем обогащения сплава определенными химическими компонентами, наличие которых отражается в маркировке.

2 Классификация по химическому составу

Исходя из наличия в стальном сплаве определенных элементов выделяют два основных типа стали:

Углеродистые стали дополнительно классифицируются по процентному наличию углерода в составе сплава:

• малоуглеродистые стали (С менее 0,25%);
• среднеуглеродистые стали (С в пределах 0,25-0,60 %);
• высокоуглеродистые стали (С свыше 0,60%).

Легированные стали содержат дополнительные компоненты, влияющие на их физические характеристики, и делятся на подвиды зависимо от объема легатуры в составе:

• низколегированные (до 2,5% легатуры в составе);
• среднелегированные (2,5-10% дополнительных компонентов);
• высоколегированные (концентрация легатуры более 10%).

Стоит учитывать, концентрация углерода не влияет на степень легирования.

Содержание углерода не влияет на степень легирования. В случаях, когда доля марганца в составе стали более 1%, а кремния свыше 0,9 % их также относят к легирующим компонентам.

3 Классификация по микроструктуре

Классификация стали зависит не только от состава, но и от структуры материала, а также факторов, действовавших на нее в процессе производства (отливки, термообработки).

После отжига (нагревание стальной заготовки до пластичного состояния с последующим медленным охлаждением) сталь приобретает определенную структуру:

• доэвтектоидную (преобладание включений ферритов);
• эвтектоидную (замещение ферритов перлитами);
• заэвтектоидную (наличие в структуре вторичных карбидных включений);
• ледебуритную (наличие первичных карбидных включений);
• аустенитную;
• ферритную.

В зависимости от конечной микроструктуры сталь делят на 5 классов:

1. Перлитный – стали используемые в строительстве, изготовлении конструкционных материалов, производстве инструментов. К этому классу относятся низколегированные сплавы углеродистого типа.
2. Мартенситный – нержавейки, сплавы для производства инструментов и конструктивные стали высоколегированного типа.
3. Аустенитный – жароустойчивые и огнеупорные сплавы нержавеющих металлов.
4. Ферритный — сплавы с высоким содержанием хрома, нержавейки, жаропрочные стали.
5. Карбидный – высокоуглеродистые стали с карбидообразующими структурными элементами.

4 Классификация по способу производства

От способа изготовления стали зависит ее состав, структурные характеристики и физические параметры. По методике производства стальные сплавы подразделяют на:

1. Обыкновенные – среднеуглеродестый сплав выплавляемый в конвертерах и печах. Отливается в большинстве случаев крупнокалиберными слитками.Такие стали отличаются значительной ликвидацией и большим объемом неметаллических примесей. В раскатанном виде на ней заметны полосы.
2. Качественные – стали, которые плавятся в мартеновских печах в соответствии с установленными для состава, плавильного и разливочного процесса требованиями. В стали этого вида неметаллических примесей содержится существенно меньше, чем в рядовом сплаве, а серы и фосфора в составе не больге 0,04%.
3. Высококачественные – сплавы с многокомпонентным составом. Их плавят в печах уменьшенного тоннажа, контролируя минимальное наличие в ее составе фосфора и серы. Сплав отличается наивысшей чистотой и содержит минимум неметаллических компонентов.

5 Классификация по применению

Классификация сталей по назначению определяется физическими характеристиками стали и возможностью применения материала в той или иной сфере промышленности/производства. По такому критерию различают следующие классы сталей:

1. Строительная (1 класс) – углеродистый сплав обыкновенного качества, обработанный под давлением. В некоторых случаях материал дополнительно упрочняют путем закалки при прокатном нагреве.
2. Машиностроительная (2 класс) – изготавливается по методике интенсивной термообработки. При необходимости изготовления из машиностроительной стали малонагруженных деталей возможно изготовление машиностроительных сплавов рядового качества.
3. Инструментальная (3 класс) – сталь заэвтектоидной структуры, используется в производстве инструментов различных типов.
4. Сталь с особыми характеристиками(4 класс) – изготавливается в специфических условиях (вакуум, газ, электрошлак).

6 Классификация по степени раскисления и характеру затвердевания

Степень раскисления стали определяется наличием в сплаве, от которого также зависит характер отвердевания стального сплава. По этому критерию различают следующие типы сталей:

1. Спокойную – полное раскисление и минимизация насыщенности сплава газами (маркировка «сп»).
2. Кипящую – содержит газовые пузыри в слитках, завариваемые в процессе термообработки. Хуже поддается сварке и склонна к старению, деформируется под высокими (более 150-200С) и низкими (менее 0С) температурами (маркировка «кп»).
3. Полуспокойную – тип стали с усредненными между спокойным и кипящим сплавом свойствами (маркировка «пс»).

В некоторых случаях при маркировке стали, характер затвердевания и степень раскисления не указываются.

7 Классификация по качеству

В зависимости от качественных характеристик стали и возможности применения ее в той или иной промышленной сфере классификация сталей по качеству выглядит так:

1. Стали обыкновенного качества – углеродистые сплавы выплавленные в конвертерах или печах под воздействием кислорода. Отличаются низкой стоимостью и слабыми механическими параметрами в сравнении со сталями иных классов качества.
2. Качественные стали – углеродистые или легированные сплавы выплавляемые с соблюдением определенных требований к плавильному и отливному процессам, составу материала.
3. Высококачественные стали – плавятся в электропечах, отличаются относительной чистотой по неметаллическим примесям и газам, и соответственным улучшением эксплуатационных параметров.
4. Особо высококачественные стали – легированные сплавы, изготавливаются методом электрошлаковой переплавки, которая позволяет максимально очистить стальной сплав от оксидов и сульфидов.

Сталь: основные виды, классификация, предназначение

Опубликовано 10.03.2018 · Обновлено 11.03.2018

Современная строительная индустрия не обходится без применения сталей. Сплав, имеющий множество маркирований и классов, используется как в мелком, так и крупном строительстве, а также принимает участие в декоративно-отделочных работах. По своей специфике, сталь – совокупность железа и углерода. Особенность состоит в процентном соотношении данных компонентов. На 1 кг сплава приходится 98% железа и лишь оставшиеся 2%, составляет углерод. При увеличении количества углерода, может получиться новый сплав – чугун. В компонентном составе присутствуют иные металлы: хром, магний и т. д. Подобное сочетание позволяет регулировать производственный процесс, создавать новые, востребованные марки стали, а также использовать данный сплав во многих сферах человечества.

Типология и виды стали

Ранее отмечалось, что базовыми компонентами стали выступает железо и углерод. Исходя из подобного соотношения, сплав, по типологии, характеризуется как легированный, низколегированный и углеродистый. От типологии зависят не только свойства, но и технические характеристики материала.

Качество – показатель соотношения углерода к железу. При меньшем процентном соотношении, конечный продукт выходит мягким, эластичным и пригоден для дальнейшей обработки и производства холоднокатаной и горячекатаной металлопродукции. Сталь, с повышенным количеством железа, предназначается для изготовления элементов, служащий в качестве составляющих простых механизмов, не отвечающих за распределения веса или сложные функции.

Сплав, содержащий C₂ в процентном соотношении 0.5 к основной массе, является твердым (легированным). Наиболее востребованный продукт в строительной индустрии. Материал играет основную роль, а именно: сдерживание веса конструкции.

Эксплуатационный срок у материала высокий, от 50 до 75 лет. Сплав не подвергается коррозии и не деформируется в неблагоприятном температурном режиме. Проще говоря, любая продукция, изготовленная из твердого сплава, крайне износоустойчива и обладает выдержкой к объёмным нагрузкам.

В строении крупной автомобильной и погрузочной техники легированная и углеродистая сталь играет далеко не последнюю роль, так как данные материалы способны выдержать весомую механическую нагрузку, без деформационных и разрушительных процессов. Но, в момент производственного процесса, возникают определенные трудности со скреплением деталей.

Легированная сталь не сваривается. Соединить несколько элементов можно посредством разогрева до огромной температуры и дальнейшего прикладывания двух деталей.

Сталь обладает антикоррозийными свойствами и не разрушается в местах с повышенной влажностью.

Нержавеющая сталь – отдельная категория материала

Главенствующим критерием, способным уменьшить срок службы любого сплава, в составе которого присутствует железа, выступает коррозия. Ее разрушительное воздействие сказывается не только на внешнем виде детали. Ржавчина деформирует металлическое изделие изнутри, со временем приводя его в непригодность. Около четверти столетия назад, эксперты в области металлургии нашли решение данной проблемы, а именно: нержавеющую сталь.

Нержавейка – универсальный материал, эксплуатируемый во многих отраслях человечества. Машиностроение, возведение многоэтажных зданий, судостроение и даже авиастроение не обходится без использования нержавейки. Деформировать данный сплав сложно, ведь он устойчив к перепадам давления и температуры, а также категорически не подвергается воздействию коррозии. Народные умельцы и кузнецы предпочитают использовать нержавейку в качестве исходного материала, для производства сувенирной и потребительской продукции.

В чем особенность данного материала? Подобная популярность обусловлена невероятными коррозионно-стойкими свойствами, а также сохранность конечного изделия даже при высокой температуре.

Маркирование и обозначение сталей

Сталь – не целостный материал, а совокупность многочисленных компонентов. Маркировка позволяет обозначить соотношение конкретных элементов в компонентном составе, а также отнести сплав к определенной группе. Как правило, при помощи обозначения, определяются базовые свойства стали – устойчивость к механическим нагрузкам, выдержка давления и смены температурных режимов, а также устойчивость к ржавчине. В отдельных ситуациях, маркировка обозначает количество железа и C₂ входящего в состав сплава.

Конечная расшифровка, позволяет классифицировать сплав к определенной группе. Всего существует три классификации (группы):

• Конструкционный вид.
• Строительный.
• Инструментальный.

Каждая группа обладает определенными преимуществами и недостатками перед представителями другой классификации. Рассмотрим подробно, в чем заключается положительная и отрицательная сторона определенной группы.

Конструкционная группа

Принимает участие в изготовлении конструкционных деталей, опор, арматур и свай, используемых для строительства крупногабаритных объектов или высокоэтажных зданий. Очень часто применяется в сфере металлопроката. В конструкционную группу входят стали двух типажей: легированная и углеродистая. В свою очередь, легированная сталь делится на четыре подкласса:

• Базового качества . Отсутствуют посторонние примеси, за исключением хрома. На конечном продукте присутствует маркировка «Ст».
• Оптимального качества . Приблизительно 0,05% — посторонние элементы. Остальную часть сплава занимается железо и C2. На деталях отсутствует маркировка.
• Высокого качества . Для повышения технических характеристик и прочности добавляется никель, в количестве 0,003, на общую массу сплава. На конечном продукте отмечается буквой «А».
• Наивысшее качество . Посторонние примеси не используются, чтобы процент прочности не уменьшался. Посредине маркировочного обозначения присутствует буква «Ш».

Отдельный подкласс, не относящийся к обычным подкатегориям – быстрорежущая сталь . Она используется в качестве полировочного материала, так как податливость сплава превышает 50%. При помощи термообработки, конечный продукт закаляют и значительно повышают коэффициент прочности.

При наличии быстрорежущей стали, на продукт наносят маркировку «КБ».

Инструментальные стали

Базовая специфика данного сплава – производство инструментария общественного назначения. В эту категорию входит инструмент, для обработки и шлифовки металлопрокатной продукции, а также предметы для бытовых потребностей. В результате многочисленных обработок и видоизменения компонентного состава, повышается сопротивляемость механическим нагрузкам, что позволяет использовать предмет без боязни, что неосторожное движение спровоцирует разрушение. По количеству железа и C2, присутствующего в составе инструментальной стали, можно отнести данную группу к чугунному типажу материалов. На каждом инструменте присутствует соответствующее обозначение – «У».

Строительная группа

Главное направление – строительная сфера. Из сталей строительной группы изготавливают крепежное оснащение, использующееся в качестве опоры жилого или складского помещения. Конечная продукция способна выдержать вес до нескольких тон, сохранив при этом первоначальный вид. Характерная маркировка – буква «С», в самом начале.

Маркировка – очень важная вещь, поэтому для выбора качественной продукции, следует заранее овладеть терминологическим языком, чтобы подобрать требующийся материал. Низколегированные стали не подходят для строительных работ, но их можно использовать для производства холоднокатаной металлопрокатной продукции.

Классификация

Последний, но очень важный момент – классификация стали. Охарактеризовать сплав возможно, учитывая следующие критерии:

• Компонентный состав.
• Процентное соотношение железа, углерода и вспомогательных добавок.
• Восприимчивость к ржавчине.
• Специфике применения.

Некоторые аспекты не требуют тщательного изучения, но компонентный состав, наличие посторонних добавок и восприимчивость к ржавчине – ключевые моменты, позволяющие выбрать не только качественную, но и долговечную продукцию.

Компонентный состав

Данный показатель конкретизирует количество C2, используемого для изготовления сплава. По ГОСТу, продукция, с недостатком или избытком углерода не может быть допущена к употреблению, из-за несоответствия своду правил безопасности.

Структуризация – процесс, характеризующийся не только наличием C2 и железа, а также наличием дополнительных материалов, способствующих улучшению базовых параметров – прочности, устойчивости к коррозии и долговечности. Чтобы добиться требуемого результата, нужно раскалить сталь до 800 градусов и оставить охлаждаться. Если материал остывает в течение 3–4 часов – 100% соответствие нормативам ГОСТа. Продукцию можно использовать в строительстве и крупном машиностроении.

Процентное соотношение вспомогательных добавок

Ранее отмечалось, что в стали присутствуют вспомогательные добавки, позволяющие оптимизировать качество конечной продукции и самого сплава. Например, чтобы увеличить сопротивляемость температурным перепадам, необходимо присутствие серы в составе материала. Подобное сочетание приводит к уплотнению внешней оболочки, что позволит сохранять сплаву первоначальную структуру без изменений. Помимо серы, в сталь добавляют бром, молибден и прочие добавки.

Восприимчивость к коррозии

Один из базовых моментов классификации. Коррозия возникает не только в условиях повышенной влажности, но и при неправильном хранении и использовании сплава и конечной продукции.

Углерод – природный катализатор коррозии, но полностью подавить данный процесс невозможно. Чтобы избавиться от столь неприятной проблемы, была разработана и применена в широком производстве нержавейка, о которой упоминалось ранее. Но, помимо нержавейки, существует отдельный компонентный состав, с участием серы, преграждающий дальнейшее развитие ржавчине не только внутри, но и снаружи изделия. К сожалению, оградить от пагубного влияния природного разрушающего фактора можно лишь твердые сплавы.

Тема урока: «Сталь, её виды и свойства» (7 класс)

Как организовать дистанционное обучение во время карантина?

Помогает проект «Инфоурок»

Технология 7 класс

Тема урока: «Сталь, её виды и свойства».

Цели и задачи урока:

1.Ознакомить учащихся с видами и свойствами сталей

2. Научить распознавать маркировку сталей.

3.Воспитывать у учащихся бережное отношение к материалам и инструментам.

4.Способствовать развитию логического мышления.

Тип урока : Изучение нового материала. Время- 45 минут.

Методы обучения : фронтальный опрос, рассказ учителя, показ приёмов работы, демонстрация наглядных пособий.

Приветствие учащихся, контроль посещаемости, проверка готовности учащихся к уроку, сообщение темы и целей урока.

Повторение пройденного материала « Получение и применение чугуна».

Вопросы для повторения пройденного материала .

Что такое чугун?

Классификация и свойства чугуна .

Способы получения и область применения чугуна.

3) Изучение нового материала

План рассказа учителя:

Сталь. Виды сталей (углеродистые, легированные, конструкционные, инструментальные, специальные).

Сталь — деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом (до 2,14%) и другими элементами. Получают, главным образом, из смеси чугуна со стальным ломом в кислородных конвертерах, мартеновских печах и электропечах. Сплав железа с углеродом, содержащий более 2,14% углерода, называют чугуном.

Сталь по химическому составу делится на две группы: углеродистую и легированную, по качеству — на сталь обыкновенного качества, качественную, повышенного качества, высококачественную и особовысококачественную.

Углеродистой сталью называется сплав железа с углеродом (содержание углерода до 2%) с примесями кремния, серы и фосфора, причем главной составляющей, определяющей свойства, является углерод.
Процентное содержание элементов в стали примерно следующее: Fe — до 99,0; С — 0,05-2,0; Si — 0,15-0,35; Mn — 0,3-0,8; S — до 0,06; P — до 0,07.
К недостаткам углеродистой стали относятся:

отсутствия сочетания прочности и твердости с пластичностью;

потеря твердости и режущей способности при нагревании до 200°C и потери прочности при высокой температуре;

низкая коррозионная устойчивость в среде электролита, в агрессивных средах, в атмосфере и при высоких температурах;

низкие электротехнические свойства;

высокий коэффициент теплового расширения;

увеличение веса изделий, удорожание их стоимости, усложнение проектирования вследствие невысокой прочности этой стали.

Легированной называется сталь, в которой наряду с обычными примесями имеются легированные элементы, резко улучшающие ее свойства: хром, вольфрам, никель, ванадий, молибден и др., а также кремний и марганец в большом количестве. Примеси вводятся в процессе плавки.
По химическому составу (ГОСТ 5200) легированная сталь делится на три группы:

низколегированная сталь — не более 2,5% примесей;

высоколегированная — свыше 10%.

Легированная сталь обладает ценнейшими свойствами, которых нет у углеродистой стали, и не имеет ее недостатков. Применение легированной стали повышает долговечность изделий, экономит металл, увеличивает производительность, упрощает проектирование и потому в прогрессивной технике приобретает решающее значение.

Специальные стали – это сплавы на основе железа, имеющие особые свойства, обусловленные либо их химическим составом, либо особым способом производства, либо способом их обработки.

Специальные стали могут быть и углеродистыми, но в большинстве случаев они содержат легирующие элементы.

В настоящее время нет единой классификации специальных сталей. Существует много признаков, по которым классифицируют стали, но часто они не могут быть однозначными для большого числа марок сталей.

Любому специалисту, имеющему дело с металлом, знакомо понятие «марки стали». Расшифровка маркировки стальных сплавов дает возможность получить представление об их химическом составе и физических характеристиках. Разобраться в данной маркировке, несмотря на ее кажущуюся сложность, достаточно просто – важно только знать, по какому принципу она составляется.

Обозначают сплав буквами и цифрами, по которым можно точно определить, какие химические элементы в нем содержатся и в каком количестве. Зная это, а также то, как каждый из таких элементов может влиять на готовый сплав, можно с высокой степенью вероятности определить, какие именно технические характеристики свойственны определенной марке стали.

О чем говорит маркировка сталей

Расшифровать марку стали довольно просто, необходимо только владеть определенными сведениями. Конструкционные стали, обладающие обыкновенным качеством и не содержащие легирующих элементов, маркируют буквосочетанием «Ст». По цифре, идущей после букв в названии марки, можно определить, сколько в таком сплаве углерода (исчисляется в десятых долях процента). За цифрами могут идти буквы «КП»: по ним становится ясно, что данный сплав не до конца прошел процесс раскисления в печи, соответственно, он относится к категории кипящего. Если название марки не содержит таких букв, то сталь соответствует категории спокойной.

Химический состав углеродистых конструкционных сталей обыкновенного качества

Прежде чем приступить к рассмотрению марок тех сталей, которые включают легирующие добавки, следует разобраться в том, как данные добавки обозначаются. Маркировка легированных сталей может включать такие буквенные обозначения:

Список используемых легирующих добавок

Как расшифровать маркировку сталей?

Чтобы расшифровка обозначения различных видов сталей не вызывала затруднений, следует хорошо знать, какими они бывают. Отдельные категории сталей имеют особенную маркировку. Их принято обозначать определенными буквами, что позволяет сразу понять и назначение рассматриваемого металла, и его ориентировочный состав. Рассмотрим некоторые из таких марок и разберемся в их обозначении.

Прочность — способность материала выдерживать внешнюю нагрузку без разрушения. Количественно это свойство характеризуется пределом прочности и пределом текучести;

предел прочности — механическое напряжение, при превышении которого образец разрушается;

предел текучести — механическое напряжение, при превышении которого образец продолжает удлиняться при отсутствии нагрузки;

пластичность — способность стали изменять форму под действием нагрузки и сохранять ее после снятия нагрузки. Количественно характеризуется углом загиба и относительным удлинением при растяжении;

ударная вязкость — способность стали противостоять динамическим нагрузкам. Количественно оценивается работой, необходимой для разрушения специального образца, отнесенной к площади его поперечного сечения;

твердость — способность стали сопротивляться проникновению в нее других твердых тел. Количественно определяется нагрузкой, отнесенной к площади отпечатка при вдавливании стального шарика (метод Бринелля) или алмазной пирамиды (метод Виккерса).

Плотность — масса вещества, заключенного в единичном объеме. Все металлы обладают высокой плотностью;

теплопроводность — способность передавать теплоту от более нагретых участков к менее нагретым;

электропроводность — способность пропускать электрический ток. Все металлы и их сплавы обладают высокой тепло- и электропроводностью.

Окисляемость — способность вещества соединяться с кислородом. Окисляемость усиливается с повышением температуры металла. Низкоуглеродистые стали под действием влажного воздуха или воды окисляются с образованием ржавчины — оксидов железа;

коррозионная стойкость — способность металла не окисляться и не вступать в химические реакции с окружающими веществами;
жаростойкость — способность стали не окисляться при высокой температуре и не образовывать окалины;

жаропрочность — способность стали сохранять свои прочностные свойства при высокой температуре.

Ковкость — способность стали принимать новую форму под действием внешних сил;

жидкотекучесть — способность стали в расплавленном состоянии заполнять узкие зазоры и пространства;

обрабатываемость резанием — свойство стали поддаваться механической обработке режущим инструментом;

свариваемость — способность стали образовывать высококачественное сварное соединение, не содержащее дефектов.

Влияние химических элементов на свойства сталей

В состав стали кроме железа и углерода входят и другие химические элементы, которые содержатся в ней в малых количествах из-за несовершенства технологии производства либо специально вводятся в нее для придания особых свойств. В последнем случае эти элементы называются легирующими. Все элементы в стали условно подразделяются на полезные и вредные.

1 .Каким основным свойством отличается сталь от чугуна?

3. Изделия из стали?

1. Повторить изученный материал (учебник по технологии для 7 класса стр . 73-77.), конспект в тетради.

Стали по ГОСТ, классификация, свойства.

Классификация стали

Сталь – деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом (до 2%) и другими элементами. Это важнейший материал, который применяется в большинстве отраслей промышленности. Существует большое число марок сталей, различающихся по структуре, химическому составу, механическим и физическим свойствам. Посмотреть основные виды продукции металлопроката и ознакомиться с ценами можно здесь.

Основные характеристики стали:

• плотность
• модуль упругости и модуль сдвига
• коэффициент линейного расширения
• и другие

По химическому составу стали делятся на углеродистые и легированные. Углеродистая сталь наряду с железом и углеродом содержит марганец (0,1-1,0%), кремний (до 0,4%).

Сталь содержит также вредные примеси (фосфор, серу, газы — несвязанный азот и кислород). Фосфор при низких температурах придает ей хрупкость (хладноломкость), а при нагревании уменьшает пластичность. Сера приводит к образованию мелких трещин при высоких температурах (красноломкость).

Чтобы придать стали какие-либо специальные свойста (коррозионной устойчивости, электрические, механические, , магнитные, и т.д.), в нее вводят легирующие элементы. Обычно это металлы: алюминий, никель, хром, молибден, и др. Такие стали называют легированными.

Свойства стали можно изменять путем применения различных видов обработки: термической (закалка, отжиг), химико-термической (цементизация, азотирование), термо-механической (прокатка, ковка). При обработке для получения необходимой структуры используют свойство полиморфизма, присущее стали так же, как и их основе – железу. Полиморфизм – способность кристаллической решетки менять свое строение при нагреве и охлаждении. Взаимодействие углерода с двумя модификациями (видоизменениями) железа — α и γ – приводит к образованию твердых растворов. Избыточный углерод, не растворяющийся в α-железе, образует с ним химическое соединение — цементит Fe₃C. При закалке стали образуется метастабильная фаза — мартенсит – пересыщенный твердый раствор углерода в α-железе. Сталь при этом теряет пластичность и приобретает высокую твердость. Сочетая закалку с последующим нагревом (отпуском), можно добиться оптимального сочетания твердости и пластичности.

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

Конструкционные стали применяют для изготовления строительных конструкций, деталей машин и механизмов, судовых и вагонных корпусов, паровых котлов. Инструментальные стали служат для изготовления резцов, штампов и других режущих, ударно-штамповых и измерительных инструментов. К сталям с особыми свойствами относятся электротехнические, нержавеющие, кислотостойкие и др.

По способу изготовления сталь бывает мартеновской и кислородно-конверторной (кипящей, спокойной и полуспокойной). Кипящую сталь сразу разливают из ковша в изложницы, она содержит значительное количество растворенных газов. Спокойная сталь — это сталь, выдержанная некоторое время в ковшах вместе с раскислителями (кремний, марганец, алюминий), которые соединяясь с растворенным кислородом, превращаются в оксиды и выплывают на поверхность массы стали. Такая сталь имеет лучший состав и более однородную структуру, но дороже кипящей на 10-15%. Полуспокойная сталь занимает промежуточное положение между спокойной и кипящей.

В современной металлургии сталь выплавляют в основном из чугуна и стального лома. Основные виды агрегатов для ее выплавки: мартеновская печь, кислородный конвертер, электропечи. Наиболее прогрессивным в наши дни считается кислородно-конвертерный способ производства стали. В то же время развиваются новые, перспективные способы ее получения: прямое восстановление стали из руды, электролиз, электрошлаковый переплав и т.д. При выплавке стали в сталеплавильную печь загружают чугун, добавляя к нему металлические отходы и железный лом, содержащий оксиды железа, которые служат источником кислорода. Выплавку ведут при возможно более высоких температурах, чтобы ускорить расплавление твердых исходных материалов. При этом железо, содержащееся в чугуне, частично окисляется:

2Fe + O₂ = 2FeO + Q

Образующийся оксид железа (II) FeO, перемешиваясь с расплавом, окисляет, кремний, марганец, фосфор и углерод, входящие в состав чугуна:

Si +2FeO = SiO₂ + 2 Fe + Q

Mn + FeO = MnO + Fe + Q

C + FeO = CO + Fe – Q

Чтобы довести до конца окислительные реакции в расплаве, добавляют так называемые раскислители – ферромарганец, ферросилиций, алюминий.

Марки стали

Марки стали углеродистой

Углеродистая сталь обыкновенного качества в зависимости от назначения подразделяется на три группы:

• группа А — поставляемая по механическим свойствам;
• группа Б — поставляемая по химическому составу;
• группа В — поставляемая по механическим свойствам и химическому составу.

В зависимости от нормируемых показателей стали группы А подразделяются на три категории: А1, А2, А3; стали группы Б на две категории: Б1 и Б2; стали группы В на шесть категорий: В1, В2, В3, В4, В5, В6. Для стали группы А установлены марки Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6. Для стали группы Б марки БСт0, БСт1, БСт2, БСт3, БСт4, БСт5, БСт6. Сталь группы В изготовляется мартеновским и конвертерным способом. Для нее установлены марки ВСт2, ВСт3, ВСт4, ВСт5.

Буквы Ст обозначают сталь, цифры от 0 до 6 — условный номер марки стали в зависимости от химического состава и механических свойств. С повышением номера стали возрастают пределы прочности (σ_в) и текучести (σ_т) и уменьшается относительное удлинение (δ₅).

Марку стали Ст0 присваивают стали, отбракованной по каким-либо признакам. Эту сталь используют в неответственных конструкциях.

В ответственных конструкциях применяют сталь Ст3сп.

Буквы Б и В указывают на группу стали, группа А в обозначении не указывается.

Если сталь относится к кипящей, ставится индекс «кп», если к полустойкой — «пс», к спокойной — «сп».

Качественные углеродистые конструкционные стали применяют для изготовления ответственных сварных конструкций. Качественные стали по ГОСТ 1050-74 маркируются двузначными цифрами, обзначающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Например, марки 10, 15, 20 и т.д. означают, что сталь содержит в среднем 0,10%, 0,15%, 0,2% углерода.

Сталь по ГОСТ 1050-74 изготовляют двух групп: группа I — с нормальным содержанием марганца (0,25-0,8%), группа II — с повышенным содержанием марганца (0,7-1,2%). При повышенном содержании марганца в обозначение дополнительно вводится буква Г, указывающая, что сталь имеет повышенное содержание марганца.

Марки стали легированной

Легированные стали кроме обычных примесей содержат элементы, специально вводимые в определенных количествах для обеспечения требуемых свойств. Эти элементы называются лигирующими. Лигированные стали подразделяются в зависимости от содержания лигирующих элементов на низколегированные (2,5% легирующих элементов), среднелегированные (от 2,5 до 10% и высоколегированные (свыше 10%).

Лигирующие добавки повышают прочность, коррозийную стойкость стали, снижают опасность хрупкого разрушения. В качестве легирующих добавок применяют хром, никель, медь, азот (в химически связанном состоянии), ванадий и др.

Легированные стали маркируются цифрами и буквами, указывающими примерный состав стали. Буква показывает, какой легирующий элемент входит в состав стали (Г — марганец, С — кремний, Х -хром, Н — никель, Д — медь, А — азот, Ф — ванадий), а стоящие за ней цифры — среднее содержание элемента в процентах. Если элемента содержится менее 1%, то цифры за буквой не ставятся. Первые две цифры указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента.

Нержавеющая сталь. Свойства. Химический состав

Нержавеющая сталь — легированная сталь, устойчивая к коррозии на воздухе, в воде, а также в некоторых агрессивных средах. Наиболее распространены хромоникелевая (18% Cr b 9%Ni) и хромистая (13-27% Cr) нержавеющая сталь, часто с добавлением Mn, Ti и других элементов.

Добавка хрома повышает стойкость стали к окислению и коррозии. Такая сталь сохраняет прочность при высоких температурах. Хром входит также в состав износостойких сталей, из которых делают инструменты, шарикоподшипники, пружины.

Примерный химический состав нержавеющей стали ( в %)