Сталь какой металл

Что это такое? Сплавы черных металлов сегодня активно применяются как при создании технических устройств, так и в различных отраслях промышленности. Например, из стали, которая относится к этой группе, изготавливается порядка 95 % всех товаров. Внушительные цифры, не правда ли?

Какими они бывают? Важно отличать черные металлы от цветных, а также понимать их ключевые характеристики. Производство данных сплавов тоже обладает своими особенностями. Обладая информацией об этой категории металлов, можно эффективнее их использовать.

Вопросы, рассмотренные в материале:

• Определение черного металла
• Отличия черного металла от цветного
• Виды сплавов черных металлов
• Список сплавов черных металлов
• Области применения цветных сплавов и черных металлов
• Особенности производства черных металлов и сплавов

Определение черного металла

Turning tool collection

Для того чтобы придать сплаву те или иные свойства, например, повысить его коррозионную стойкость или жаропрочность, при выплавке в его состав вводятся легирующие добавки: металл, сплав или другие химические элементы.

Помимо железа и сплавов на его основе, к черным металлам относят:

• марганец;
• хром;
• ванадий;
• титан;
• актиноиды (уран, торий, плутоний, протактиний, фермий и др.);
• вольфрам;
• щелочные металлы (литий, калий, рубидий, цезий, натрий и франций).

За исключением железа, которое по содержанию в земной коре уступает только алюминию, остальные черные металлы содержатся во внешней твердой оболочке Земли в относительно малых количествах.

Сплавы на основе черного металла широко применяются в различных областях производства. Огромное количество инструментов, механизмов, бытовых приборов и других изделий, без которых сложно представить себе существование современного человека, производится из стали или чугуна.

Наращивание объемов добычи и выплавки черных металлов входит в число приоритетных направлений технологического и экономического развития всех стран с развитой промышленностью, включая Российскую Федерацию.

Отличия черного металла от цветного

В периодическую систему элементов входят 78 металлов, в том числе несколько таких, которых с технической точки зрения часто причисляют к первой категории, в то время как по физическим свойствам они принадлежат ко второй (никель, хром, марганец, ванадий и вольфрам). Все металлы принято делить на типы. Они могут быть:

• Тяжелыми – медь, цинк, свинец, олово. Сюда же включают и никель.
• Легкими – алюминий, титан, магний и другие (всего 12 элементов).
• Тугоплавкими – марганец, вольфрам, молибден, хром и другие (всего 8 элементов).
• Благородными и т. д. (всего 8 групп цветных металлов).

Технически к черным металлам относится множество сплавов на основе железа. Число выплавляемых видов стали и чугуна исчисляется сотнями. Многие из них проявляют свойства как черных, так и цветных металлов, поэтому их относят к обеим группам, так как они не магнитятся.

Закалка стали. Научно-популярная теория и практика!

Виды сплавов черных металлов

Выше мы выяснили, какой металл является основой черных сплавов. Свойства каждого из них зависят от химического состава, в том числе от того, какие легирующие элементы и в каком количестве были добавлены при выплавке.

Черные металлы принято подразделять на пять классов:

• железные;
• тугоплавкие;
• урановые;
• щелочноземельные;
• редкоземельные.

Список сплавов черных металлов

Классификация сплавов черных металлов, как уже было сказано, подразумевает их разделение на две большие группы по процентному содержанию углерода.

Сталь

Чугун

При содержании углерода свыше 2,14 % сплав на основе железа принято называть чугуном. Также чаще всего в его составе присутствует кремний. Наличие этих элементов в достаточно высокой концентрации позволяет понизить температуру плавления и сделать расплав более текучим, а значит, использовать для выплавки более простые и недорогие печи или отливать при помощи специальных литейных форм детали сложной формы.

Для получения твердого и хрупкого белого чугуна используют меньшее количество добавок и быстрое охлаждение отливок. Слой такого устойчивого к изнашиванию металла формируется на поверхности заготовки при литье в многоразовые металлические формы – кокили. Термическая обработка заготовок позволяет получать ковкие типы чугуна, близкие по характеристикам к низкоуглеродистым видам стали. Пластичность такого материала достигается благодаря перераспределению углерода в ходе отжига.

Схожие свойства можно придать металлу путем получения чугуна со сфероидальным графитом, который образуется при введении в расплав никеля.

Чугун разливают в изложницы прямо из доменной печи и не требуют для обработки сложного и дорогостоящего оборудования. Однако по мере развития технологий и роста инвестиций в металлургию происходит постепенное увеличение выплавки стали и снижение потребления чугуна.

Области применения цветных сплавов и черных металлов

Черные металлы широко применяются для изготовления:

• строительной арматуры;
• листового, сортового и фасонного проката, в том числе оцинкованного;
• труб;
• стального и чугунного литья общего назначения, например, корпусов трубопроводной арматуры.

Это далеко не полный перечень. Важно понимать, что ржавление не является однозначным признаком черных металлов.

Главным потребителем продукции черной металлургии была и остается тяжелая промышленность. Основная ее масса выпускается в виде литых и передельных типов чугуна, мартеновских и конвертерных видов стали, а также готового проката, стальных и чугунных труб.

Еще один важный продукт – ферросплавы, которые используются как один из компонентов легированных типов стали. Из передельных чугунов путем плавки и обезуглероживания получают стальные сплавы с заданной процентной долей углерода. Сталь чаще всего поступает на переработку (ковку и прокатку) в слитках. Далее ее используют для получения:

• поковок;
• листового проката;
• периодического проката (колес, шаров, колец и т. д.);
• проката;
• бесшовных труб;

Сортовой прокат используется для изготовления элементов конструкций – мостов, перекрытий, железнодорожных рельсов и т. п. Разработан широкий диапазон стандартных размеров (сортамент) для всех перечисленных выше изделий. Листовой прокат используют для изготовления классических сварных стальных труб.

Изделия сложной конфигурации принято относить к специальному металлопрокату. Речь идет, например, об:

• осях и колесах железнодорожных вагонов;
• шестернях и т. д.

Из чугуна путем фасонного литья изготавливают станины тяжелых дерево- и металлообрабатывающих станков. Передельный чугун, металлолом, отходы литейного производства и механической обработки металла поступают на специализированные предприятия, где переплавляются и очищаются от примесей для дальнейшего использования.

Такие свойства сплавов черных металлов, как прочность, термостойкость и коррозионная устойчивость, позволяют использовать различные виды стали и чугуна для изготовления деталей автомобилей, химического оборудования, кораблей, самолетов, железнодорожной техники и т. д. Подобный металл служит основным материалом для:

1. боковых крышек редукторов;
2. подшипников;
3. клапанов;
4. фитингов;
5. втулок;
6. труб;
7. цилиндров двигателей внутреннего сгорания;
8. зубчатых колес;
9. звеньев цепей;
10. тормозных барабанов;
11. кареток;
12. кожухов и т. д.

Этот перечень можно расширять до бесконечности, так как продукция черной металлургии окружает нас повсюду.

Особенности производства черных металлов и сплавов

Выплавка чугуна

Большая часть черных металлов выплавляется в доменных печах из передельного чугуна и/или железной руды. Помимо большого количества сырья в процессе выплавки используется каменный уголь, шихта и вода, которая служит охладителем.

Продуктами реакции, в которую при нагревании вступают оксиды железа и угарный газ (CO) становятся углекислый газ (CO2) и металлическое железо. Конструкция домны обеспечивает непрерывное течение процесса – сверху поступают углерод и оксид железа, а снизу подается воздух.

Рекомендуем статьи

• Назначение чугуна: сферы применения и виды материала
• Электрошлаковая сварка: преимущества, технология, оборудование
• Чем отличаются металлы от неметаллов: физические и химические свойства

Углерод, который выделяется из кокса, выполняет две задачи – обеспечивает нагревание печи и выработку монооксида углерода, благодаря которому происходит восстановление оксида до металлического железа. Доменные печи останавливают редко. Остановка процесса выплавки необходима, когда в ремонте нуждается внутренняя кладка из специального огнеупорного кирпича (футеровка).

Выплавка стали

Чугун, выплавленный в доменных печах, избавляют от кремния и большей части углерода при помощи окисления. Полученный расплав при необходимости легируют марганцем, никелем или хромом. Чаще всего для такой переработки используются кислородные конвертеры, которые в наше время почти полностью вытеснили мартеновские печи.

Сталь легко поддается повторной переработке. Как в кислородно-конвертерных, так и в мартеновских процессах можно использовать сырье с большой долей металлического лома. Современные электрические печи способны обеспечивать выплавку стали полностью из скрапа, что позволяет решать обострившуюся проблему утилизации металлических отходов.

Важно понимать, что чем качественнее используемый для переработки скрап, тем дешевле стоимость его переработки. Если в металлическом ломе содержится большое количество олова или меди, это существенно усложняет выплавку стали и увеличивает затратность производства. Самое ценное сырье – металлолом, который не нуждается в предварительной очистке от нежелательных примесей.

Главные источники такого металлического лома – устаревшее заводское оборудование, железнодорожная техника, выведенные из эксплуатации суда и отходы металлообрабатывающих предприятий. Металл, полученный при утилизации автомобилей, посуды, консервных банок и т. п. содержит большое количество нежелательных примесей, поэтому ценится меньше.

Сплавы черных металлов – очень обширная и сложная тема. Надеемся, что изложенная в статье общая информация была вам полезна!

Источник: vt-metall.ru

Как и из чего получают сталь

Сталь — ковкий сплав железа с углеродом и другими легирующими элементами. Ее используют для изготовления металлопроката, посуды, медицинских инструментов, механизмов и различных деталей для промышленности. Сплав почти на 99 % состоит из железа. Углерод занимает от 0,1 до 2,14 % общей массы металла.

Углерод, марганец, кремний, магний, фосфор и сера изменяют физико-химические свойства стали. Количество примесей определяет способы обработки металла и сферы его применения. Производство стали занимает весомую долю черной металлургии.

Из чего делают сталь?

Сталь — одна из самых востребованных в промышленности. Железо и углерод — основные компоненты для изготовления стали. Железо отвечает за пластичность и вязкость, а углерод — за твердость и прочность.

Получают деформируемый сплав железа, который поддается механической, термической, токарной и фрезерной обработке. Литьем, прессованием, резкой, шлифовкой и сверловкой добиваются нужной формы. Стальные изделия получают с точно выверенными размерами.

Примеси бывают полезными и вредными. Разделение условное и означает то, что элементы улучшают химический состав стали или ухудшают его свойства. К полезным элементам относятся марганец и кремний. Сера, фосфор, кислород, азот, водород — вредные примеси в составе стали.

Как влияют полезные и вредные примеси на свойства стали?

Эффект от различных элементов в сталях:

Чтобы удалить вредные примеси и неметаллические включения, жидкую сталь рафинируют. Используют комбинированное рафинирование в печи и вне печи. К примеру, раскисление, десульфурацию, дегазацию и другое. За счет очистки структура металла становится однородной, а качество возрастает.

Почему сталь сравнивают с чугуном?

Металлы похожи составом и способом изготовления. Чугун и сталь — сплавы железа, отличающиеся по концетрации углерода. В чугуне его свыше 2,14 % от общей массы, а в стали — не больше 2,14 %. Кроме процентной доли углерода в сплаве, они различны по свойствам. Чугун жаростойкий, теплоемкий, легкий и устойчивый к коррозии. А сталь прочнее, тверже и легче поддается механической обработке.

Плюсы и минусы стали

Сталь классифицируется по химическому составу и физическим свойствам. Разным маркам металла характерны свои преимущества и недостатки.

По сравнению с другими сплавами сталь отличается:

• высокой прочностью;
• твердостью;
• устойчивостью к ударной, статической и динамической нагрузке;
• пригодностью к сварке, резке и гибке заготовок механическим или ручным способом;
• многолетней износостойкостью;
• доступной стоимостью.

К минусам стали относится нестойкость к коррозии, тяжелый вес и намагничивание. Чтобы изделия из стали не портились, изготавливают нержавеющие марки. Чтобы получить устойчивый к коррозии сплав, добавляют хром. Также в составе могут присутствовать никель, молибден, титан, сера, фосфор.

Способы производства

Используют три метода изготовления стали, у каждого из которых свои достоинства и недостатки.

Мартеновские печи

Применяемые печи выкладывают из хромо-магнезитового кирпича. В них плавят сырье, окисляют сплав и удаляют посторонние включения. Печи могут быть использованы для изготовления углеродистых и легированных сталей. Они нагреваются до температуры +2000оС, позволяют добавлять различные примеси.

Кислородно-конвертерный метод

Это способ, получивший звание универсального. Его используют в производстве ферромагнитных сплавов. Выплавляют сталь из жидкого чугуна и шихты. Задействуют конвертер, облицованный огнеупорными материалами. Чтобы ускорить процесс окисления, через него подают струю воздуха.

Электродуговой способ

Принцип производства заключается в выделении тепла при горении электрической дуги. Тепловой режим обеспечивает плавление сырья под температурой +6000оС. Благодаря нему получаются высококачественные сплавы. У этой группы больше остальных хорошо раскисленных сталей.

Как получают сталь?

Производство стали состоит из нескольких этапов. Нарушения технологии влияют на свойства металла.

Расплавление шихты железных руд и нагрев ванны жидкого металла

Кипение ванны металла

Повышение температуры и интенсивное окисление железа путем введения руды, окалины и кислорода. Введение добавок позволяет получить оксид железа. С ним будет взаимодействовать углерод. Образующиеся пузырьки оксида углерода приводят сплав в кипящее состояние. К пузырькам прилипают сторонние примеси, тем самым очищая состав стали.

Также удаляют сульфид железа, чтобы избавиться от серы.

Раскисление стали

В этом процессе восстанавливают оксид железа, который был растворен в жидком металле. Когда плавят шихту, кислород окисляет примеси, но в готовой стали он не нужен. Кислород понижает механические свойства стали, поэтому его нужно восстановить и удалить. Раскисляют стали ферромарганцем, ферросилицием, алюминием. Попадая в сплав, раскислители образуют оксиды низкой плотности, а затем отходят в шлак.

Как классифицируют сталь?

Физико-механические свойства и химический состав определяют виды металла. Сталь делят по составу, методу получения, структуре и примесям. Углеродистые и легированные стали различают по содержанию углерода и легирующим элементам. Сплавы обычного и высокого качества делят по содержанию примесей. Инструментальные, конструкционные и специальные стали делят в зависимости от назначения.

Углеродистые стали

Углеродистая сталь содержит углерод от 0,1 до 2,14 %. Количество углерода определяет группы стали:

• Низкоуглеродистые содержат меньше 0,3 % углерода.
• Среднеуглеродистые — от 0,3 до 0,7 %.
• Высокоуглеродистые — более 0,7 до 2,14 %.

По процентному содержанию углерода определяют структуру сплава. Сталь с 0,8 % углерода сохраняет ферритно-перлитную структуру, с повышением меняет ее на перлит и цементит. Преобразования каждой фазы отражаются на прочностных характеристиках. Также углеродистые стали разделяют на группы А, Б, В, которые в свою очередь делятся на категории и марки.

Легированные

Сталь обогащают марганцем, хромом, никелем, молибденом и другими легирующими элементами. Количество примесей считают суммарно. В зависимости от их содержания различают:

• низколегированные — до 2,5 % примесей;
• среднелегированные — от 2,5 до 10 %;
• высоколегированные — более 10 %.

Марганцем повышают прочность и твердость материала, хромом — стойкость к ударам, жаропрочность и устойчивость к коррозии. Никель делает сталь упругим и стойким к высоким температурам.

Марки стали отличаются сложной структурой. Обязательно указывают их состав в порядке убывания. Начинают с доли углерода, а затем прописывают меньшие доли легирующих добавок.

Спокойные, полуспокойные и кипящие

Стали классифицируют по степени раскисления. Чем меньше в сплаве газов, тем равномернее его структура и чище состав. Спокойные стали содержат меньше закиси железа, а кипящие — большое количество оксидов. Пузырьки оксида углерода ухудшают прочностные и пластичные свойства металла. Спокойные стали стабильны, их используют в изделиях ответственного назначения.

Полуспокойные марки — среднепрочные, их задействуют как конструкционный материал. Кипящие разрушаются, трескаются и плохо поддаются сварке, поэтому и стоят меньше. Они разрешены в простых конструкциях.

Строительные

Низколегированные сплавы обычного качества. Они обладают удовлетворительными механическими свойствами, выдерживают статические и динамические нагрузки, пригодны к сварке.

Инструментальные

Высокоуглеродистые или высоколегированные сплавы. Их используют для изготовления штампов, режущего и измерительного инструмента. Разделяют соответственно на штамповые металлы, сплавы для режущего и измерительного инструмента. Названия группы зависит от назначения сталей. К примеру, штамповую сталь используют для изготовления инструментов, которыми будут обрабатывать металлы под давлением.

Конструкционные

Стали специального назначения

Эти сплавы относятся к конструкционным сталям. Они бывают жаропрочными, жаростойкими, кислотоупорными, криогенными, электротехническими, парамагнитными, немагнитными.

Заказать услугу

Оформите заявку на сайте, мы свяжемся с вами в ближайшее время и ответим на все интересующие вопросы.

Источник: spb-stal.ru

Многие считают, что сталь, металл и железо это одно и то же. На самом деле, это грубейшая ошибка. Объясняю почему

Если спросить любого человека, например, из чего сделан клинок ножа, то он ответит одним из трех вариантов – сталь, металл или железо. К сожалению, очень много окружающих Вас людей не видят разницы между этими тремя словами. Не верите?

Попробуйте спросить у своей жены (мужа), ребенка или родителей и убедитесь, что более 50% опрошенных скажут, что это одно и то же, или будут пытаться с умным видом что-то выдумать, чтобы показать свою эрудированность. Между сталью, металлом и железом, несомненно, есть связь, но это далеко не одно и то же. Если Вы и сами затрудняетесь ответить в чем заключается разница, то после прочтения этой статьи, у Вас не останется вопросов и Вы сможете блеснуть полученными знаниями перед окружающими.

Ножи из стали, металла или железа?

Логически правильно будет начать со слова «металл». Всем со школы из уроков химии знакома таблица Менделеева, и наверняка многие помнят, что все элементы в ней подразделялись на металлы, составляющие около 80% всей таблицы, и неметаллы. В настоящее время, известно более 50 металлов, и ответ, что клинок сделан из металла, получается слишком абстрактным.

Это то же самое, что сказать, что он сделан из химического элемента и не уточнить какого именно. Все металлы объединяет определенный набор свойств, которыми они все обладают. Это металлический блеск, хорошая электропроводность, высокая плотность, высокая температура плавления (кроме ртути и некоторых других), большая теплопроводность. У каждого металла есть свои особенности и говорить, что что то сделано из металла не совсем корректно, ведь один от другого может отличаться очень сильно. Более того, чаще всего, когда человек говорит, что что то сделано из металла, он ошибается, так как в большинстве случаев это сделано из стали, а она не является металлом.

Различные металлы
Железная руда, из которой получают железо
Термообработка стали была бы невозможна без углерода

Подведем некоторые итоги. Все окружающие нас «металлические» вещи сделаны либо из стали, либо из металла, но не из железа. Например, ювелирные украшения сделаны из драгоценных металлов, а жилки алюминиевых и медных проводов состоят из цветных металлов. Соседский забор из профлиста сделан из стали, все ножи, кроме керамических, состоят из стали, большинство окружающих нас металлоконструкций тоже стальные. По большому счету, можно называть всё это как угодно, главное самому осознавать, в чем разница между сталью, металлом и железом.

Источник: dzen.ru