Состав и виды стали

Состав стали, ее свойства и классификация

Автор:  Iron Group
2019-01-16



Прочность и долговечность стали – главное преимущество этого материала, позволяющее стальным изделиям выдерживать большие нагрузки и служить в течение десятков лет. Как известно, сталь относят к черным или железосодержащим металлам. А что еще мы знаем о стали?

Сталь представляет собой металлический сплав железа с углеродом. В этом соединении содержание железа составляет более 50%, а углерода не превышает 2.14%. Углерод необходим, чтобы улучшить эксплуатационные свойства сплава, придав ему твердость, но при его переизбытке металл становится слишком хрупким.

Физические и химические свойства

Важнейшими физическими свойства металлов являются хрупкость и пластичность. Это два противоположных свойства. Пластичность определяется способностью твердого тела удлиняться (деформироваться) под нагрузкой и выдерживать при этом большие остаточные деформации без его разрушения. Хрупкость, называемая также твердостью, обозначает обратное свойство материала незначительно удлиняться даже при критических нагрузках (предельное растяжение составляет от десятых долей до 5 процентов) и разрушаться без образования существенных остаточных деформаций.

Для управления этими свойствами в нужном направлении обычно используется процесс термообработки – определенная серия нагревов до критических температур с последующим охлаждением, приводящая к изменению внутренней структуры металла.

Вредные примеси и слабые стороны

Кроме углерода в стали присутствуют и другие элементы, относящиеся к вредным примесям или полезным добавкам. К вредным примесям относят следующие элементы: фосфор (P), сера (S), кислород (O), водород (H) и азот (N). Содержание этих примесей строго регламентируется и определяется десятыми или сотыми долями процентов, в зависимости от класса качества стали: обыкновенного качества, качественная, высококачественная и особо высококачественная.

Фосфор уменьшает пластичность металла при нагревании и повышает его хрупкость при низких температурах. А сера способствует его красноломкости - появлению трещин в металле при нагревании. Кислород и азот – газы, высокое содержание которых в сплаве значительно ухудшает его пластические свойства.

Главная слабость металлов – их склонность к коррозии или ржавлению под воздействием влажной или другой агрессивной среды. При взаимодействии железа с кислородом или кислотными элементами, содержащимися во внешней среде, происходит окисление. В результате металл постепенно корродирует или ржавеет со скоростью, зависящей от агрессивности среды. Это приводит к нежелательному и преждевременному старению и разрушению металлических изделий. Причем, когда данный процесс происходит внутри металла, то это может привести к образованию в нем микротрещин и их постепенному разрастанию в трещины. В итоге стальное строение или изделие может внезапно разрушиться с очень серьезными негативными последствиями.

Для противодействия этому явлению и повышению устойчивости стали к коррозии применяют несколько способов защиты:

  • Добавление в стальной сплав других металлов с более высокой степенью окисления, таких как хром, никель или медь. Эти металлы окисляются значительно быстрее железа, но при этом они образуют тонкую, прочную защитную пленку, предотвращающую дальнейшее корродирование железа в стали. Таким способом получают нержавеющую сталь;
  • Нанесение тонкого внешнего слоя цинка для оцинкованной стали. Здесь быстро окисляющийся цинк служит защитным слоем для стали;
  • Нанесение внешнего слоя краски или полимеров. Это сравнительно недорогой, но наименее надежный способ. Такой защитный слой легко повредить, и в результате будут образованы участки металла с прямым контактом со средой, которые буду ржаветь.

Однако специфика применения каждого из этих способов строго ограничена условиями и особенностями внешней среды, для которой они предназначены. Поэтому, защита, работающая в одних расчетных условиях, не сработает при возникновении других агрессивных факторов. А это значит, что абсолютной и универсальной защиты стали от коррозии пока не существует!

Виды и маркировка стали

Для разделения стальных сплавов на группы по их химическому составу и физическим свойствам используется специальная классификация в виде маркировки. На сегодня известно более 700 марок стали и для точного определения свойств и назначения заданной марки уже вряд ли получится обойтись без специальных знаний, справочников (марочников) и таблиц. Обозначение марок стали задается в виде короткой последовательности букв и цифр (например, Ст3пс, 40х, 12Х1МФ).

Применяемая на сегодня в Украине классификация марок стали основана, как на разработанных еще при СССР промышленных стандартах ГОСТ, так и постепенно внедряемых национальных ДСТУ и международных ISO стандартах.

Химический состав сплава - важнейший параметр для определения класса стали. По этому критерию сталь разделяют на 2 вида: легированная и углеродистая.

Черный металлопрокат
Черный металлопрокат.
Трубный прокат из стали
Трубный прокат из стали.

Углеродистая сталь и ее виды

Углеродистая сталь дополнительно разделяется на подвиды по содержанию в ней углерода:

  • Низкоуглеродистая (с содержанием углерода не более 0.25 %). Применяется для производства профильного и листового проката, труб, кузовных деталей, корпусов приборов, пружин и рессор;
  • Среднеуглеродистая (0.25-0.6 %). Сфера применения – элементы металлоконструкций и детали для эксплуатации в обычных условиях;
  • Высокоуглеродистая (свыше 0.6 % углерода). Используется для изготовления измерительных приборов и высокопрочного инструмента.

Легированные сталь и ее виды

Марки легированной стали, в отличие от нелегированной, имеют иное обозначение, поскольку в их состав вводятся другие элементы, требуемые для обеспечения заданных физических или механических свойств. Добавление в состав стали легирующих металлов (например, хром, никель, титан) позволяет значительно улучшить их механические, магнитные, электрические свойств и сопротивляемость к коррозии. Термообработка также повышает эти свойства, но в значительно меньшей степени!

Вот некоторые из металлов, используемые в качестве полезных добавок в стальных сплавах:

  • Хром (Cr) - повышает твёрдость и прочность стали;
  • Никель (Ni) - обеспечивает коррозионную стойкость и увеличивает прокаливаемость;
  • Кобальт (Co) - повышает жаропрочность и увеличивает сопротивление ударным нагрузкам;
  • Титан (Ti) – повышает жаропрочность и кислотоустойчивость;
  • Ниобий (Nb) - улучшает стойкость к воздействию кислот и устойчивость к коррозии в сварных конструкциях.

Назначение легированной стали служит основой для ее классификации

  • Инструментальная сталь применяется для производства режущих, мерительных и штамповых инструментов;
  • Конструкционные виды стали используется для изготовления деталей и их элементов в машиностроении (машиностроительные) и строительстве (строительные). Машиностроительные виды стали подразделяются на подгруппы: низколегированные, хромистые, кремнистые;
  • Прецизионные сплавы – специальные материалы с особыми прочностными, магнитными и другими характеристиками. В этой группе существует немало других подвидов: нержавеющие (дополнительно разделяются на коррозионностойкие и нержавеющие пищевые), жаропрочные, износостойкие, магнитные и другие.

Share icon  Поделитесь:

Иконка поделиться в Facebook Иконка поделиться в Twitter Иконка поделиться в Pinterest Иконка поделиться в VK
^