Из каких элементов состоит сталь

На сегодняшний день сталеплавильные заводы могут выплавлять сотни марок сталей. Есть четыре основных параметра для их классификации:

1. По назначению стали могут быть конструкционными, инструментальными или специальными. Первые используют для изготовления деталей машин или элементов строительных конструкций; инструментальные оптимальны для изготовления мерительного, режущего или штампового инструмента; специальные востребованы для получения жаропрочных, коррозионностойких и прочих изделий с особыми характеристиками.
2. По качеству различают стали обыкновенные, качественные, высококачественные и особо высококачественные. Чем выше качество, тем меньше в стали вредных примесей, ухудшающих ее свойства.
3. По степени раскисления стали бывают кипящими, полуспокойными и спокойными. Такое деление тоже связано с количеством вредных примесей. В первую очередь – кислорода.
4. По химическому составу различают углеродистые и легированные стали. У первых механические свойства напрямую зависят от количества содержащегося в них углерода, у вторых – от наличия и содержания легирующих элементов.

Конструкционные и инструментальные углеродистые стали

Характеристики сталей формируются в процессе их выплавки

Какие элементы могут входить в состав сталей

Элементы, которые входят в состав сталей, можно разбить на три группы:

1. К первой относятся основные элементы, которые обязательно присутствуют во всех сталях: железо и углерод.
2. Ко второй – примеси. Их в свою очередь можно разделить еще на три группы:

• Фосфор, сера, кремний и марганец по-разному влияют на свойства сталей, но всегда есть в небольших количествах, поэтому их относят к постоянным.
• Кислород, водород и азот тоже есть во всех сталях, но все они нежелательны и отрицательно влияют на свойства. Их относят к скрытым.
• Мышьяк, медь, цинк, свинец, олово и ряд других элементов встречаются не в каждой марке стали. Их присутствие – особенность месторождений, где добывают руду. Такие примеси считают случайными.

1. К третьей группе относят легирующие элементы: хром, ванадий, молибден, вольфрам и прочие. Их целенаправленно добавляют в стали для получения нужных свойств.

Как различные химические элементы влияют на свойства сталей

Химические элементы по-разному влияют на механические свойства сталей:

1. Основные элементы:

• Углерод (С) оказывает прямое влияние на способность стали сопротивляться деформации. При увеличении его содержания возрастают твердость, прочность и упругость, но одновременно снижаются свариваемость, обрабатываемость и вязкость.

1. Примеси:

• Фосфор (Р) оказывает положительное влияние на коррозионную стойкость, обрабатываемость и прочность сталей, но ухудшает их вязкость, пластичность и повышает хрупкость при низких температурах.
• Сера (S) улучшает обрабатываемость сталей резанием, но повышает их хрупкость при высоких температурах, снижает коррозионную стойкость, пластичность, истираемость, свариваемость и сопротивление усталости.
• Кремний (Si) способствует повышению прочности, упругости, окалиностойкости, кислотостойкости, твердости и электросопротивления, но при содержании более 2 % делает их хрупкими при высоких температурах.
• Кислород (О2) снижает вязкость и пластичность сталей.
• Марганец (Mn) считается полезной примесью: он нейтрализует вредное влияние на свойства сталей серы и кислорода. Кроме того, этот элемент повышает прочность, твердость, износоустойчивость и стойкость к ударным нагрузкам.
• Водород (Н2) увеличивает хрупкость сталей.
• Азот (N2) оказывает такое же вредное влияние на свойства сталей, как и кислород: снижает их вязкость и пластичность.
• Медь (Cu) улучшает пластичность и коррозионную стойкость.
• Свинец (Pb) улучшает обрабатываемость.
• Цинк (Zn) повышает коррозионную стойкость сталей.
• Олово (Sn) снижает пластичность и повышает хрупкость сталей.
• Мышьяк повышает коррозионную стойкость, но незначительно снижает их пластичность.

Химический состав стали

Прочность и долговечность зависят от механических свойств металлопроката, которые задаются химическим составом сталей

1. Легирующие элементы:

• Хром (Cr) увеличивает твердость, коррозионную стойкость, ударную вязкость, истираемость, жаростойкость, улучшает режущие свойства сталей, но одновременно ухудшает их теплопроводность и пластичность.
• Ванадий (V) способствует росту прочности и твердости, улучшению их свариваемости.
• Молибден (Мо) улучшает антикоррозионные свойства сталей, их прочность, твердость, устойчивость к ударным нагрузкам, упругость, окалиностойкость, но ухудшает свариваемость.
• Вольфрам (W) увеличивает твердость, сопротивление истираемости, антикоррозионные свойства, но, как и молибден или ванадий, ухудшает свариваемость.
• Ниобий (Nb) положительно влияет на коррозионную стойкость и кислотостойкость сталей.
• (Ti) увеличивает пластичность, прочность, антикоррозионные свойства сталей, улучшает их обрабатываемость.
• Никель (Ni) способствует увеличению упругости, прочности, коррозионной стойкости, улучшает ковкость сталей, но снижает их теплопроводность.
• Кобальт (Co) положительно влияет на показатели жаропрочности, их сопротивляемость ударным нагрузкам и магнитные свойства.
• Алюминий (Al) считается хорошим раскислителем. Он способствует повышению прочности, твердости, окалиностойкости и жаростойкости сталей.
• Церий (Се) положительно влияет на показатели пластичности и прочности.
• Неодим (Nd) уменьшает количество серы в сталях и снижает ее вредное влияние на свойства, уменьшает пористость, улучшает качество поверхности. Аналогичное влияние на характеристики сталей оказывают лантан (La) и цезий (Cs).

Заключение

Химические элементы могут ухудшать или улучшать отдельные характеристики сталей. Часть из них неизбежно оказывается в их составе, другие добавляют целенаправленно. От правильно подобранного баланса и зависят конечные свойства сталей.

• Трубы профильные прямоугольные от поставщика адронного коллайдера?
• Электросварная стальная труба
• Горячекатаный лист
• Холоднокатаный лист
• Шестигранник стальной
• Арматура а500с оптом
• Стальная труба оптом
• Металлопрокат оптом
• Где купить оцинкованные листы?
• Купить электроды
• Двутавровая балка
• Стальной уголок
• Листовая низколегированная сталь
• Бесшовные стальные трубы
• Арматура А1 оптом
• Арматура А3 оптом
• Стальная проволока
• Стальная квадратная труба
• Купить профнастил
• Арматура в Москве
• Оцинкованный лист 0.5 мм
• Оцинкованный лист 0.7 мм
• Оцинкованный лист 1 мм
• Виды и особенности ножничных подъемников
• Сфера применения подъемных столов
• Конструкция ножничного подъемного стола
• Чем ножничные подъемные столы отличаются от других видов подъемников
• Как изготавливаются подъемные столы
• Ремонт и техническое обслуживание подъемных столов
• Типы опор наружного освещения: фланцевые и прямостоечные
• Как изготавливают опоры освещения
• Защитные покрытия опор освещения
• Опоры освещения: стальные или железобетонные?
• Антивандальные опоры освещения
• Опоры освещения для парков
• Опоры для освещения дорог
• Опоры освещения на несколько рожков
• Изготовление лестниц из нержавеющей стали
• Закладные детали фундамента
• Сталь разных производителей: что мы из нее изготавливаем
• Марки стали, которые мы используем в металлопрокате
• Доклевеллеры и направляющие для колес — два атрибута крупных перегрузочных пунктов
• Перегрузочные мосты: виды и характеристики
• Подъемные столы по индивидуальному заказу
• ГОСТ 16523: чем отличаются редакции документа 1970, 1989 и 1997 года
• Элементы благоустройства городской среды
• Ограждения из нержавеющей стали
• Облицовка строительных конструкций нержавеющей сталью
• Металлоконструкции для сбора мусора: урны и мусорные баки
• Металлические остановки общественного транспорта

Источник: spk-region.ru

Сталь: определение, классификация, химический состав и применение

Как часто мы слышим слово «сталь». И произносят его не только профессионалы в области металлургического производства, но и обыватели. Без стали не обходится ни одна прочная конструкция. По сути, когда мы говорим о чем-то металлическом, то подразумеваем изделие из стали. Узнаем, из чего она состоит, и как ее классифицируют.

Определение

Сталь – это самый, пожалуй, популярный сплав, основой которого являются железо и углерод. Причем доля последнего колеблется от 0,1 до 2,14 %, а первый не может быть ниже 45 %. Простота производства и доступность сырья имеют определяющее значение при распространении этого металла на все сферы деятельности человека.

Основные характеристики материала меняются в зависимости от его химического состава. Определение стали, как сплава, состоящего из двух компонентов, железа и углерода, нельзя назвать полным. В него может входить, например, хром — для придания жаропрочности, а никель, чтобы обеспечить устойчивость к коррозии.

Обязательные компоненты материала способствуют появлению дополнительных преимуществ. Так, железо делает сплав ковким и легко деформируемым при определенных условиях, а углерод – прочность и твердость одновременно с хрупкостью. Именно поэтому его доля так мала в общей массе стали. Определение способа производства сплава привело к содержанию в нем марганца в количестве 1 % и кремния – 0,4 %. Существует целый ряд примесей, которые появляются при плавлении металла и от которых пытаются избавиться. Наряду с фосфором и серой, кислород и азот также ухудшают свойства материала, делая его менее прочным и изменяя пластичность.

Классификация

Определение стали как металла с определенным набором характеристик, конечно, не вызывает сомнений. Однако именно ее состав позволяет классифицировать материал по нескольким направлениям. Так, например, различают металлы по следующим признакам:

• по химическому;
• по структурному;
• по качеству;
• по назначению;
• по степени раскисления;
• по твердости;
• по свариваемости стали.

Определение стали, маркировка и все ее характеристики будут описаны далее.

Маркировка

К сожалению, не существует мирового обозначения сталей, что значительно затрудняет торговые операции между странами. В России определена буквенно-цифровая система. Буквами обозначают название элементов и способ раскисления, а цифрами – их количество.

Химический состав

Существует два способа деления стали по химическому составу. Определение, которое дают современные учебники, позволяет различать углеродистый и легированный материал.

Первый признак определяет сталь как малоуглеродистую, среднеуглеродистую и высокоуглеродистую, а второй – низколегированную, среднелегированную и высоколегированную. Малоуглеродистым называют металл, который может включать согласно ГОСТу 3080-2005, помимо железа, следующие составляющие:

• Углерод – до 0,2 %. Он способствует термическому упрочнению, за счет которого временное сопротивление и твердость повышается в два раза.
• Марганец в количестве до 0,8 % активно вступает с кислородом в химическую связь и не допускает образование оксида железа. Металл лучше выдерживает динамические нагрузки и более податлив термическому упрочнению.
• Кремний – до 0,35 %. С помощью него становятся лучше механические характеристики, такие как вязкость, прочность, свариваемость.

По ГОСТу определение стали в качестве малоуглеродистой дают металлу, который содержит, кроме полезных, целый ряд вредных примесей в следующем количестве. Это:

• Фосфор – до 0,08 % отвечает за появление хладноломкости, ухудшает выносливость и прочность. Снижает ударную вязкость металла.
• Сера – до 0,06 %. Она усложняет обработку металла давлением, увеличивает отпускную хрупкость.
• Азот. Снижает технологические и прочностные свойства сплава.
• Кислород. Снижает прочность и препятствует обработке инструментов при резке.

Следует отметить, что низко- или малоуглеродистые стали отличаются особой мягкостью и пластичностью. Они хорошо деформируются как в горячем, так и в холодном состоянии.

Определение стали среднеуглеродистой так же, как и ее состав, конечно, отличаются от материала, описанного выше. И самым большим различием является количество углерода, которое колеблется от 0,2 до 0,45 %. Такой металл имеет небольшую вязкость и пластичность наряду с отличными свойствами по прочности. Из среднеуглеродистой стали обычно изготавливают детали, применяемые при обычных силовых нагрузках.

Помимо выявления имеющегося в стали углерода, определение характеристик материала возможно через находящиеся в ней дополнительные примеси. Если в металл, кроме обычных элементов, целенаправленно вводят хром, никель, медь, ванадий, титан, азот в химически связанном состоянии, то его называют легированным. Такие добавки снижают риск хрупкого разрушения, увеличивают коррозионную стойкость и прочность. Их количество и обозначает степень легирования стали:

• низколегированная – имеет до 2,5 % легирующих добавок;
• среднелегированная – от 2,5 до 10 %;
• высоколегированная – до 50 %.

Что это значит? Например, повышение каких-либо свойств стали обеспечиваться следующим образом:

1. Добавление хрома. Позитивно действует на механические характеристики уже в количестве 2 % от общего объема.
2. Введение никеля от 1 до 5 % увеличивает температурный запас вязкости. И снижает хладноломкость.
3. Марганец работает так же, как и никель, хотя значительно дешевле. Однако способствует повышению чувствительности металла к перегреву.
4. Вольфрам — карбидобразующая добавка, обеспечивающая высокую твердость. Поскольку препятствует росту зерна при нагреве.
5. Молибден – дорогостоящая добавка. Которая повышает теплостойкость быстрорежущих сталей.
6. Кремний. Увеличивает кислотостойкость, упругость, окалиностойкость.
7. Титан. Может способствовать образованию мелкозернистой структуру, если сочетается с хромом и марганцем.
8. Медь. Повышает антикоррозионные свойства.
9. Алюминий. Увеличивает жаростойкость, окалийность, ударную вязкость.

Структура

Определение состава стали было бы неполным без изучения ее структуры. Однако этот признак непостоянен, и может зависеть от целого ряда факторов, таких как: режим термообработки, скорость охлаждения, степень легирования. Согласно правилам структуру стали следует определять после отжига или нормализации. После отжига металл разделяют на:

• доэвтектоидную структуру – с избыточным ферритом;
• эвтектоидную, которая состоит из перлита;
• заэвтектоидную – со вторичными карбидами;
• ледебуритную – с первичными карбидами;
• аустенитную – с гранецентрированной кристаллической решеткой;
• ферритную – с кубической объемоцентрированной решеткой.

Определение класса стали возможно после нормализации. Под ней понимают вид термической обработки, включающий в себя нагрев, выдержку и последующее охлаждение. Здесь различают перлитный, аустенитный и ферритный классы.

Качество

Определение типов стало по качеству возможным по четырем направлениям. Это:

Конструкционные стали

Это, пожалуй, самый простой и понятный для обывателя признак. Различают конструкционные, инструментальные и специального назначения стали. Конструкционные принято разделять на:

Стали инструментального назначения

В этой группе сплавы делят на штамповые, для режущих и измерительных инструментов. Стали для штампов бывают двух видов.

• Материал для холодного деформирования должен иметь высокую степень твердости, прочности, износостойкости, теплостойкости. Но иметь достаточную вязкость (СтХ12Ф1, СтХ12М, СтХ6ВФ, Ст6Х5ВМФС).
• Материал для горячего деформирования отличается хорошей прочностью и вязкостью. Наряду с износостойкостью и окалиностойкостью (Ст5ХНМ, Ст5ХНВ, Ст4ХЗВМФ, Ст4Х5В2ФС).

Стали для измерительных инструментов, кроме износостойкости и твердости, должны отличаться постоянством размеров и легко шлифоваться. Из этих сплавов изготавливаются калибры, скобы, шаблоны, линейки, шкалы, плитки. Примером могут быть сплавы СтУ8, Ст12Х1, СтХВГ, СтХ12Ф1.

Определение групп сталей для режущих инструментов осуществляется достаточно легко. Такие сплавы должны обладать режущей способностью и высокой твердостью продолжительное время, даже если подвергаются нагреву. К ним относят углеродистые и легированные инструментальные, а также быстрорежущие стали. Здесь можно назвать следующих ярких представителей: СтУ7, СтУ13А, Ст9ХС, СтХВГ, СтР6М5, СтРЮК5Ф5.

Раскисление сплава

Определение стали по степени раскисления подразумевает три ее вида: спокойная, полуспокойная и кипящая. Само же понятие обозначает удаление кислорода из жидкого сплава.

У спокойной стали при затвердевании газы почти не выделяются. Так происходит из-за полного удаления кислорода и образования сверху слитка усадочной раковины, которую затем обрезают.

У полуспокойной стали газы выделяются частично, то есть больше, чем в спокойных, но меньше, чем в кипящих. Здесь отсутствует раковина, как в предыдущем случае, но вверху образуются пузыри.

Кипящие сплавы выделяют большое количество газа при затвердевании, а в поперечном сечении достаточно просто заметить разницу химического состава между верхним и нижним слоями.

Твердость

Это понятие обозначает способность материала сопротивляться более твердому, проникающему в него. Определение твердости стало возможно с использованием трех методов: Л. Бринеля, М. Роквелла, О. Викерса.

Согласно способу Бринеля закаленный стальной шарик вдавливают в отшлифованную поверхность образца. Изучая диаметр отпечатка, определяют твердость.

Метод определения твердости стали по Роквеллу. Он основан на подсчете глубины проникновения наконечника в виде алмазного конуса с углом в 120 градусов.

По Викерсу в испытываемый образец вдавливается алмазная четырехгранная пирамида. С углом 136 градусов у противоположных граней.

Можно ли определить марку стали без химического анализа? Специалисты в области металловедения способны узнать марку стали по искре. Определение составляющих металла возможно при его обработке. Так, например:

• Сталь ХВГ имеет темно-малиновые искры с желто-красными крапинками и пучками. На концах разветвленных нитей появляются ярко-красные звездочки с желтыми крупками в середине.
• Сталь Р18 также определяется по темно-малиновым искрам с желтыми и красными пучками в начале, однако нити прямые и не имеют разветвлений. На концах пучков имеются искры с одной или двумя светло-желтыми крупинками.
• Стали марок ХГ, Х, ШХ15, ШХ9 имеют желтые искры со светлыми звездочками. И красными крупинками на разветвлениях.
• Сталь У12Ф отличается светло-желтыми искрами с густыми и крупными звездами. С несколькими красно-желтыми пучками.
• Стали 15 и 20 имеют светлые желтые искры, много разветвлений и звезд. Но мало пучков.

Определение стали по искре является достаточно точным методом для специалистов. Однако обыватели не могут дать характеристику металлу, изучив только цвет искры.

Свариваемость

Также действуют и легирующие компоненты, ухудшая соединение. Самыми неблагоприятными для сварки называют такие химические элементы как хром, молибден, марганец, кремний, ванадий, фосфор.

Однако соблюдение технологии при работе с низколегированными сталями обеспечивает хороший процент свариваемости без применения специальных мероприятий. Определение свариваемости возможно после оценки ряда важных качеств материала, в числе которых:

• Скорость охлаждения.
• Химический состав.
• Вид первичной кристаллизации и структурных изменений при сварке.
• Возможность металла образовывать трещины.
• Склонность материала к возникновению закалочных формирований.

Источник: fb.ru

24 вида стали, которые вы должны знать [Часть 1]

Сталь, состоящая из железа и углерода, является одним из самых универсальных сплавов в мире. Она используется для изготовления всего, от автомобилей и грузовиков до железнодорожных путей, гвоздей, бытовой техники и многого другого. В этой статье мы рассмотрим 24 вида стали которые необходимо знать каждому кто связан с металлообработкой.

1. Углеродистая сталь

Углеродистая сталь помимо углерода обычно содержит небольшое количество кремния, марганца, серы и фосфора. Углеродистую сталь можно разделить на углеродистую конструкционную сталь, углеродистую инструментальную сталь и конструкционную сталь с высокой режущей способностью.

Углеродистую конструкционную сталь можно разделить на конструкционную сталь для строительства и конструкционную сталь для машиностроения.

По содержанию углерода углеродистую сталь можно разделить на низкоуглеродистую (C ≤ 0,25%), среднеуглеродистую (C 0,25%~0,6%) и высокоуглеродистую (C>0,6%).

2. Углеродистая конструкционная сталь

Этот тип стали в основном гарантирует механические свойства, поэтому его марка отражает его механические свойства, выражаемые Q+число, где «Q» означает предел текучести, а число представляет собой значение предела текучести, например, Q275 представляет собой предел текучести 275МПа.

Например, Q235-A — F представляет собой кипящую сталь класса A с пределом текучести 235 МПа, а Q235-c представляет собой спокойную сталь класса C с пределом текучести 235 МПа.

Их часто прокатывают в тонкие листы, арматуру, сварные стальные трубы и т.д. и используют для мостов, зданий и других конструкций, а также для производства обычных заклепок, винтов, гаек и других деталей.

Как правило, стальной прокат, полосовая сталь и листовая сталь используются в качестве конструкционных элементов, а также шатунов, шестерен, муфт, штифтов и других деталей для производства простых машин.

3. Высококачественная конструкционная сталь

Этот вид стали должен обеспечивать как химический состав, так и механические свойства. Марка выражается двумя цифрами, т.е. 10000% от средней массовой доли углерода в стали. Например, сталь 45 означает, что средняя массовая доля углерода в стали составляет 0,45%; 08 сталь означает, что средняя массовая доля углерода в стали составляет 0,08%.

Высококачественная углеродистая конструкционная сталь в основном используется для изготовления деталей машин. Как правило, для улучшения механических свойств требуется термическая обработка. Существуют различные области применения в зависимости от массовой доли углерода.

Сталь 08, 08F, 10, 10F, обладающая высокой пластичностью и ударной вязкостью, обладает отличными характеристиками холодной штамповки и сварки, часто подвергается холодной прокатке в тонкие листы, которые используются для изготовления деталей холодной штамповки корпусов приборов, автомобилей и тракторов, такие как автомобильные кузова, кабины и т. д.;

Сталь 15, 20, 25 используется для изготовления науглероженных деталей с небольшими размерами, малой нагрузкой, требованиями к износостойкой поверхности и низкой центральной прочностью, таких как поршневой палец. После термической обработки (закалка+высокотемпературный отпуск) сталь 30, 35, 40, 45 и 50 имеет хорошие комплексные механические свойства, то есть обладает высокой прочностью, высокой пластичностью и вязкостью, и используется для изготовления деталей оси.

Например, сталь 40 и 45 часто используется для изготовления коленчатых валов, шатунов, шпинделей станков общего назначения, зубчатых колес станков и других деталей оси с низким напряжением; Стали 55, 60 и 65 имеют высокий предел упругости после термической обработки (закалка+среднетемпературный отпуск).

Они обычно используются для изготовления пружин с малой нагрузкой и небольшим размером (размер сечения менее 12~15 мм), таких как пружины для регулирования давления и скорости, плунжерные пружины, спиральные пружины и т.д.

4. Углеродистая инструментальная сталь

Углеродистая инструментальная сталь — это разновидность высокоуглеродистой стали, которая в основном не содержит легирующих элементов. Содержание углерода в ней колеблется от 0,65% до 1,35%.

Она имеет низкую себестоимость, хорошую обрабатываемость, высокую твердость и износостойкость после обработки. Поэтому она широко используется для производства различных режущих инструментов, пресс-форм и измерительных инструментов.

Однако, этот вид стали имеет плохую красностойкость, то есть, когда рабочая температура превышает 250 ℃, твердость и износостойкость стали резко падает и теряет работоспособность.

Кроме того, углеродистая инструментальная сталь плохо поддается закалке, если из нее изготавливают крупные детали, и в ней легко возникают деформации и трещины.

Популярные станки для обработки металла:

Рабочая зона 1500х3000 мм. Источник 2000 Вт Raycus. Резка нержавеющей стали до 8 мм, углеродистой стали до 16 мм.

Источник: www.stankoff.ru