По данным Всемирной ассоциации производителей стали, в настоящее время существует более 3500 различных марок стали с уникальными химическими, экологическими и физическими свойствами.
Естественно, про всех писать бессмысленно, остановимся на марках нержавеющей стали, конструкционной стали, арматурной стали, сварочной стали и углеродистой стали. Кроме того, мы представим подробную таблицу с обозначениями отдельных марок стали.
Что такое сталь
Прежде чем мы перейдем к делу, важно ответить на вопрос, что такое сталь. Сталь — это сплав железа и углерода, а иногда и других элементов, например хрома. Производство стали относительно дешево, а взамен мы получаем материал с высокой прочностью на разрыв, используемый в инфраструктуре, строительстве, транспорте и оборудовании.
Процесс производства стали основан на восстановлении углерода, содержащегося в железной руде. В типичных стальных сплавах углерод составляет до 2,14% от их веса. Обычный углерод и сплавы железа с содержанием углерода более 2,1% называются чугуном.
Характерной особенностью чугуна является то, что он не пластичен, но имеет более низкую температуру плавления, чем сталь, и обладает хорошими литейными свойствами.
Производство стали
Современные производственные мощности позволяют выпускать исходный продукт, близкий к конечному по составу. Подсчитано, что 96% стали разливается непрерывно, а 4% — из слитков.
Спрос на сталь — это один из показателей, по которому можно судить об экономическом прогрессе данной страны, потому что этот материал играет ключевую роль в строительстве инфраструктуры. Несмотря на это, количество сталелитейщиков резко сократилось до 2000 года, тенденция изменилась в 2000-2005 годах, когда Китай перешел на 5-ю передачу, спрос на сталь увеличился примерно на 6%. 2008 год был не лучшим годом для многих отраслей, включая сталелитейные заводы, которым пришлось сделать много сокращений.
В настоящее время Китай является лидером по производству всех видов стали, Польша занимает около 20-го места. Сталь стала одним из самых популярных искусственных материалов, производя более 1,5 миллиарда тонн в год.
Формование стали
Сама расплавленная сталь ничего не стоит, ее нужно довести до окончательной формы, а затем защитить от коррозии металла. Обычно сталь разливают в готовые формы.
Прокат литых профилей бывает холодным и горячим в зависимости от назначения материала и его структуры.
Холодное формование
Менее распространенный тип — это холодная штамповка, при которой прокатка стали ниже температуры рекристаллизации. Давление, создаваемое роликами, изменяет микроструктуру материала.
Чем больше таких изменений, тем тверже и устойчивее к деформации становится сталь. Холодная штамповка делает сталь хрупкой, что может быть улучшено термической обработкой.
По окончании прокатки стальные детали обрабатываются с использованием методов постобработки для борьбы с коррозией и улучшения определенных механических свойств.
Термическая обработка
Сталь — благодарный материал для обработки, это плательщик налога на охлаждение и обогрев. В результате контролируемых процессов микроструктура материала может быть изменена для получения желаемых механических свойств.
Термическая обработка в основном происходит в 3 точках превращения:
Температура нормализации — термическая обработка обычно начинается с нагрева стали до однородной аустенитной фазы при температуре 815-982 ° C.
Верхняя критическая температура — Ниже 722-910 ° C (в зависимости от содержания углерода) начинает образовываться цементит или феррит.
Более низкая критическая температура — это точка превращения аустенита в перлит. Аустенит не должен существовать ниже 815 ° C.
Термическая обработка состоит из множества процессов, в том числе:
Сфероидизация — процесс сфероидизации происходит, когда углеродистая сталь нагревается до 698 ° C в течение 30 часов. Слои цементита в микроструктуре перлита трансформируются в сфероид, в результате чего сталь становится самой мягкой и самой пластичной.
Полный отжиг — в этом случае углеродистая сталь отжигается путем нагревания до температуры, немного превышающей верхнюю температуру, в течение часа, а затем охлаждения. В результате получается толстая перлитная структура, пластичная и свободная от внутренних напряжений.
Технологический отжиг — применяется к низкоуглеродистой стали ниже 0,3%. Сталь нагревается до 690 градусов в час.
Изотермический отжиг — высокоуглеродистая сталь нагревается выше верхней критической температуры. Затем его охлаждают до более низкой критической температуры до комнатной температуры.
Нормализация е — Углеродистая сталь нагревается в течение одного часа до температуры нормализации. Затем воздух взъерошивается, чтобы сформировать прочную и твердую перлитную структуру.
Закалка — применяется к стали со средним или высоким содержанием углерода. Его нагревают до нормализующей температуры и отпускают.
Закаливание — это очень предсказуемое лечение, которое используется в большинстве случаев. Закаленная сталь нагревается ниже нижней критической точки, а затем охлаждается. Температура, используемая в процессе закалки, зависит от желаемого эффекта.
Закалка восстанавливает прочность хрупкой стали, позволяя образовывать сфероидиты.
Механические свойства
Упомянутые 3500 марок стали должны чем-то отличаться, и это механические свойства, которые характеризуют пригодность конкретной марки стали для отдельных отраслей экономики.
Механические свойства измеряются в соответствии со стандартами ASTM или SAE.
Твердость
Чем тверже сталь, тем более устойчивой она будет к истиранию. Твердостью можно управлять, увеличивая содержание углерода и закалку стали, что приводит к образованию мартенсита.
Твердость также можно воспринимать как сопротивление действию точечных сил, которое может привести к истиранию, упомянутому выше, а также к деформации и раздавливанию.
Сила
Это свойство является производной от твердости, а также определяет сопротивление стали деформации.
Пластичность
Пластичность — это способность материала поддерживать деформации, создаваемые силой, а затем прекращать нагружение стали. Создаваемые таким образом деформации постоянны, они возникают в результате превышения предела текучести.
Пластичность
Определяет поведение материала во время штамповки, гибки или правки.
Устойчивость
Свойство, которое описывает способность стали выдерживать напряжение без разрушения. Сталь можно упрочнить с помощью процесса закалки, при котором в микроструктуру добавляются сфероиды.
Свариваемость
Свариваемость — это способность стали свариваться без дефектов. Свойство зависит от химического состава стали и термической обработки. На свариваемость влияют температура плавления, электрическая и теплопроводность.
Марки и обозначения стали
Пришло время обсудить самые популярные виды стали, для этого вы должны понимать, что они классифицируются многими организациями по стандартизации, что влияет на различную номенклатуру стандартов.
Для сплавов единая система нумерации (UNS) ASTM International, Американского института чугуна и стали (AISI) и Общества автомобильных инженеров (SAE) применяется к сплавам в целом, включая стали.
AISI и SAE используют четырехзначные кодовые номера для идентификации углеродистой и легированной стали.
Примеры:
• Марки стали в России: стандарт ГОСТ
• Марки стали в Испании: стандарт UNE
• Марки стали во Франции: стандарт AFNOR
• Марки стали в Италии: стандарт UNI
Сталь делится по химическому составу, содержанию углерода, степени чистоты, использованию и истории. Ниже мы приводим чуть более подробное описание нескольких видов стали.
Классификация по химическому составу
Это разделение сводится к различению двух типов стали, а именно углеродистой стали, то есть нелегированной стали, и легированной стали. Каждая из этих марок стали делится на 3 меньших.
углеродистая сталь
Углеродистая сталь — это сталь с содержанием углерода до 2,1% от общей массы. Нет определенного содержания хрома, никеля, кобальта, титана или других элементов для достижения желаемого эффекта легирования. Исключение составляет медь, минимальное содержание которой не должно превышать 0,4 процента. В случае максимального значения это 1,65% марганца, 0,6% кремния и 0,6% меди.
Важной особенностью углеродистой стали является возможность ее производства из переработанной стали и первичной стали.
Углеродистая сталь подвергается термообработке для изменения ее механических свойств, пластичности и твердости. Железо имеет более высокую растворимость углерода в аустените, т.е. растворе железа с легирующим элементом.
Затем сталь затвердевает, вызывая диффузию углерода из аустенита с образованием карбида железа (цементита).
Высокая углеродистая сталь
Первый тип углеродистой стали — это высокоуглеродистая сталь. Высокоуглеродистая сталь содержит в своей структуре от 0,6 до 1% углерода. Высокоуглеродистая сталь используется в производстве пружин, острых инструментов, например, ножей и очень прочной проволоки. Использование инструментов в производстве повлияло на альтернативное название — инструментальная сталь.
В случае инструментов прочность острой кромки особенно высока, благодаря чему высокоуглеродистая сталь также используется в кирпичных гвоздях и фрезерных станках.
По сравнению со среднеуглеродистой и низкоуглеродистой сталью она определенно прочнее и тверже, но менее пластична.
Эта сталь нелегированная, но есть и стали с более высоким содержанием углерода, от 1,25 до 2%.
На качество стали влияют загрязнения, вызванные другими элементами. Самым нежелательным элементом является сера, от которой зависит большая часть хрупкости стали.
Среднеуглеродистая сталь
Эта сталь очень похожа на низкоуглеродистую сталь, разница заключается в содержании углерода, которое измеряется в диапазоне 0,3–0,6%, и марганца от 0,6 до 1,65%.
Повышенное количество углерода в среднеуглеродистой стали позволяет улучшить термическую обработку определенных участков. Для улучшения этих свойств добавляются легирующие элементы в виде хрома или никеля.
Среднеуглеродистая сталь в основном используется при производстве валов, осей, шестерен и муфт.
Сталь с содержанием углерода 0,4 — 0,6% используется для производства железнодорожных рельсов.
Хорошие характеристики обработки являются основной причиной использования стали AISI 1045. AISI 1045.
Низкоуглеродистая сталь
Низкоуглеродистая сталь — последний вид углеродистой стали, о котором нужно сказать несколько слов. Также называется мягкой сталью, простой или низкоуглеродистой сталью, она содержит небольшой процент углерода от 0,05% до 0,25%, она прочная и твердая, но трудно закаливаемая.
Стоит подчеркнуть тот факт, что низкоуглеродистая сталь является наиболее популярным типом стали, используемой сегодня. В основном это связано с невысокой ценой и огромным количеством приложений.
Низкое содержание углерода делает сталь пластичной и пластичной. То, что обычно является недостатком, то есть низкая прочность на разрыв, позволило найти его применение в элементах, которые необходимо легко формовать. Еще одно преимущество — простота холодной штамповки.
Низкоуглеродистая сталь — лучшее решение для конструкционной стали и стали, требующей высокой коррозионной стойкости.
Марганец добавлен для улучшения закаливаемости низкоуглеродистых сталей.
Низкоуглеродистая сталь присутствует в большинстве наших домов в виде столовых приборов, которые водонепроницаемы и не ржавеют.
| Тип стали | Содержание углерода | Микроструктура | Характеристики | Обозначение |
| Низкоуглеродистая сталь | <0,25% | Ферри, перлит | Низкая твердость и стоимость. Высокая пластичность, прочность, обрабатываемость и свариваемость | AISI 304, ASTM A815, AISI 316L |
| Среднеуглеродистая сталь | 0,25 — 0,60% | Martenzyte | Низкая прокаливаемость, средняя прочность, пластичность и прочность | AISI 409, ASTM A29, SCM435 |
| Высокая углеродистая сталь | 0,60 — 1,25% | Перлит | Высокая твердость, прочность, низкая пластичность | AISI 440C, EN 10088-3 |
легированная сталь
Легированная сталь — это сталь, которая образуется путем сплавления с различными элементами общей массой от 1% до 50% с целью улучшения свойств стали. В основном легированная сталь делится на низколегированную и высоколегированную, хотя в польской Википедии также упоминаются среднелегированные стали.
Честно говоря, я ни в одном достоверном источнике не встречал последней номенклатуры. Использование этой терминологии также не имело бы особого смысла, потому что в упомянутых
Среднелегированная сталь Wikipedia — это сталь, которая содержит 5-10% по весу легирующих элементов.
Проблема в том, что эти числа совпадают с разницей между низколегированной сталью до 8% и высоколегированной сталью выше 8%. Термин легированная сталь чаще всего используется в отношении низколегированных сталей.
Более конкретно, каждая сталь представляет собой сплав, по меньшей мере, двух компонентов: железа и углерода, но термин легированная сталь очень хорошо соответствует конкретной марке стали, и терминология стала общепринятой, когда речь идет о сталях с другими легирующими элементами.
В процесс производства стали чаще всего используются следующие легирующие элементы:
Марганец — повышение твердости стали, устойчивости к нагрузкам, ударам и ударам.
Хром — повышение твердости, прочности и износостойкости. В большем количестве он оказывает положительное влияние на защиту от коррозии (4-18%).
Ванадий — даже небольшое количество этого элемента улучшает прочность стали и ее жаропрочность. Смешивание ванадия и хрома приводит к получению гораздо более прочной стали с пластическими свойствами.
Никель — большой процент никеля очень хорошо предотвращает коррозию, в то время как в меньших количествах, до 5%, он в основном улучшает прочность стали.
Вольфрам — в основном увеличивает термостойкость, что выражается в температуре плавления, улучшает зернистую структуру.
Менее используемые сплавы включают алюминий, кобальт, медь, церий, ниобий, титан, вольфрам, олово, цинк, свинец и цирконий.
Легированные стали отличаются большей прочностью, твердостью и устойчивостью к износу и коррозии, чем углеродистые стали.
Легированные стали часто используются в нетрадиционных изделиях, например, в лопатках турбин реактивных двигателей или ядерных реакторах. К наиболее приземленным применениям относятся электродвигатели и трансформаторы.
Популярные марки легированной стали:
• Марка 4140 — хромомолибденовая сталь
• Марка 4340 — никель-хром-молибденовая сталь
• Марка 6150 — Хромованадиевая сталь
• Марка 8620 — никель-хром-молибденовая сталь HSLA
Низколегированная сталь
Прежде всего, низколегированная сталь имеет лучшие механические свойства, чем углеродистая. Основное отличие восприятия низколегированной стали заключается в том, что ее производят без стремления получить определенный химический состав и определенные механические свойства.
Низколегированная сталь содержит небольшое количество углерода, до 0,2%, остальные легирующие элементы находятся в пределах 4-8%. Хотя этот вопрос довольно подвижен, вопрос о том, следует ли называть низколегированную сталь сталью с содержанием легирующих элементов ниже 4% или 8%, является спорным, и существует два метода классификации.
Как будто этого было мало, можно встретить исследования с содержанием магния до 2% и других элементов в незначительной степени (в основном в высокопрочной стали HSLA) или легирующих элементов даже до 12%.
Поскольку низколегированная сталь во многих отношениях лучше углеродистой, почему она не самая популярная в мире? Поскольку неизвестно, на что идут деньги, этот тип стали требует на 25-30% больше энергии в производственном процессе по сравнению с углеродистыми сталями.
Использование низколегированной стали очевидно в автомобилях, кранах, мостах и других конструкциях, предназначенных для выдерживания больших нагрузок.
Сталь HSLA (высокопрочная) на 20-30% легче углеродистой стали той же прочности.
Низколегированная сталь классифицируется отдельно по типу.
Атмосферная сталь — имеет лучшую коррозионную стойкость.
Ферритная сталь — основная характеристика — очень тонкая игольчатая ферритная структура, низкое содержание углерода и хорошая прокаливаемость.
Двухфазная сталь — это высокопрочная сталь, которая имеет ферритно-мартенситную микроструктуру, что приводит к низкому пределу текучести и высокой степени упрочнения во время эксплуатации и хорошей деформируемости.
Микролегированная сталь — содержит небольшие добавки ниобия, ванадия и / или титана для получения мелкого зерна.
Все низколегированные стали пригодны для сварки, но некоторые требуют термической обработки, чтобы избежать растрескивания зон сварки. Из-за того, что некоторые низколегированные стали проходят более одной термообработки, их классификации частично совпадают.
Популярными видами низколегированной стали являются HY 80, HY 90 и HY 100. Указанные марки используются при производстве корпусов судов, мостов и вездеходов.
Среднелегированная сталь
Как мы уже упоминали, трудно найти такую фразу в англоязычном исследовании. По польским данным, это сталь с содержанием легирующих элементов, исключая углерод, в пределах 5-10%.
Как нетрудно догадаться, это число должно находиться в диапазоне от низколегированной до высоколегированной стали.
При производстве форсунок топливных форсунок используется среднелегированная сталь.
Высоколегированная сталь
Часто вы можете встретить термин нержавеющая сталь по отношению к высоколегированной стали, это не синонимы, и, скорее, следует сказать, что нержавеющая сталь относится к семейству высоколегированных сталей.
Мы уже знаем, что высоколегированная сталь насчитывает 8% легирующих соединений, кроме углерода. Хотя у нас опять злополучные 4%, и еще будет информация о 5%.
Наиболее популярно сообщение о том, что высоколегированная сталь содержит не менее 12% хрома.
Высоколегированные стали, как и низколегированные, можно разделить на несколько типов:
Нержавеющая сталь — остальная нержавеющая сталь — это когда хром присутствует в количестве более 12%, благодаря чему сталь очень устойчива к коррозии.
Инструментальная сталь — это сталь с высоким содержанием вольфрама и хрома, подходящая для использования в большинстве стальных инструментов.
Классификация по содержанию углерода и внутренней структуре
Когда процентное содержание каждого компонента является подходящим, он образует единую непрерывную структуру при охлаждении (эвтектоид). Однако, когда процентное содержание растворенных веществ отличается от содержания эвтектоидной смеси, образуются по меньшей мере две разные структуры.
Процент углерода влияет на твердость стали, если она подвергается термообработке, в то же время при более высоком содержании углерода сталь теряет пластичность. Углеродистая сталь также называется нелегированной сталью, потому что более высокое содержание углерода снижает ее свариваемость. Повышенное количество углерода снижает температуру плавления.
Эвтектоидная сталь
Характерной особенностью эвтектоидного стального сплава является единичная температура плавления. Эта температура плавления ниже, чем у любого из ингредиентов, и никакие изменения в смеси не снизят ее дальше. При охлаждении расплавленного эвтектического сплава все компоненты кристаллизуются в соответствующих фазах при одинаковой температуре.
Эвтектоидная сталь содержит 0,77% углерода. После медленного охлаждения раствор железа и углерода (единственная фаза, называемая аустенитом) разделится на пластины фаз феррита и цементита. Это создает слоистую микроструктуру, называемую перлитом.
Так как перлит тверже железа, достижимая степень мягкости обычно ограничивается той, которую производит перлит. Точно так же способность к упрочнению ограничивается непрерывной мартенситной микроструктурой, образующейся при очень быстром охлаждении.
Доэвтектоидная сталь
Стальной сплав имеет две отдельные точки плавления. Оба они выше точки плавления эвтектики. Доэвтектоидная сталь содержит менее 0,77% углерода. После охлаждения доэвтектоидной стали от температуры превращения аустенита образуются небольшие островки проутектоидного феррита. Они будут продолжать увеличиваться, а количество углерода будет уменьшаться до тех пор, пока не будет достигнута концентрация эвтектоидов в остальной части стали.
Эта смесь эвтектоидов затем кристаллизуется в виде микроструктуры перлита. Поскольку феррит мягче перлита, две микроструктуры объединяются, чтобы увеличить пластичность сплава. Следовательно, закаливаемость сплава снижается.
Гиперэвтектоидная сталь
Заэвтектоидный стальной сплав также имеет две точки плавления. Когда сталь охлаждается от верхней температуры превращения, избыток растворенных веществ кристаллизуется с образованием проуэтектоида. Это происходит до тех пор, пока концентрация в оставшемся сплаве не станет эвтектоидом, который в дальнейшем будет кристаллизоваться в отдельную микроструктуру.
Чтобы говорить о заэвтектоидной стали, она должна содержать более 0,77% углерода. Когда сталь охлаждается, цементит кристаллизуется. Оставшаяся сталь превращается в эвтектоид и кристаллизуется в перлит. В результате этого заэвтектоидная сталь имеет большую прокаливаемость за счет пластичности.
Классификация по применению
Использование стали огромно, но то, где она используется, зависит от конкретных характеристик сплава. В заключение необходимо сказать несколько слов о разделении стали с точки зрения использования.
Стал мараджи
Мартенситностареющая сталь известна своей превосходной прочностью и твердостью без потери прочности. Этот вид стали подвержен старению, заключающемуся в длительном процессе термообработки.
Прочность мартенситностареющей стали обусловлена не углеродом, а осажденными интерметаллическими соединениями.
Основным легирующим элементом является никель, содержание которого в мартенситностареющей стали достигает 25% при минимальном количестве 15% от общего веса. Кобальт, молибден и титан используются для получения указанных выше интерметаллидов.
Хром отвечает за высокую коррозионную стойкость и увеличивает прокаливаемость, поскольку для стали требуется меньше никеля, а высокохромистые стали не могут превращаться в мартенсит.
Низкое содержание углерода позволяет легко обрабатывать мартенситностареющие стали. До того, как они состарятся, их можно подвергать холодной прокатке без образования трещин. Еще одно преимущество мартенситностареющей стали — хорошая свариваемость. Недостатком стали этого типа является низкая коррозионная стойкость, хотя ее можно улучшить за счет покрытия кадмием или фосфорирования.
Степень мартенситносты описывается числовыми классами 200, 250, 300 и 350, что приблизительно соответствует номинальной прочности на разрыв в тысячах фунтов на квадратный дюйм.
Мараджинг, возможно, не так широко используется, как некоторые из обсуждаемых типов стали, но он находит место в компонентах двигателя (коленчатых валах), штифтах автоматического оружия или оружии, используемом фехтовальщиками на соревнованиях.
Более приземленные применения включают производство велосипедных рам, головок клюшек для гольфа и шприцев.
В некоторых странах производство мартенситностареющей стали жестко контролируется, поскольку она подходит для производства газовых центрифуг для обогащения урана.
Кислотостойкая сталь
Нельзя говорить о кислотостойкой стали, не коснувшись вкратце нержавеющей стали. Кислотостойкую сталь следует рассматривать как марку нержавеющей стали.
Кислотостойкие и антикоррозионные свойства стали достигаются за счет добавления не менее 11% хрома. Такая доза не только в достаточной степени защищает от коррозии, но и обеспечивает лучшие термостойкие свойства.
Принцип коррозионной стойкости довольно прост, чем больше хрома, тем его больше. Хром образует пассивную пленку, которая защищает лежащее под ним железо от окисления. Коррозионную стойкость также можно повысить, добавив 8% или более никеля или добавив молибден.
Обычно мы делим кислоты на восстанавливающие, такие как разбавленная серная кислота, и окисляющие кислоты, такие как азотная кислота и концентрированная серная кислота.
Чтобы получить кислотостойкую сталь, следует увеличить количество хрома и мольбидена, которые защищают от восстанавливающих кислот, а также количество хрома и кремния для защиты от окисляющих кислот.
Различные типы стали по-разному реагируют на контакт с серной кислотой при комнатной температуре, например, тип 304 устойчив только к 3% -ному раствору, тип 316 — к 20%, а тип 904L SS имеет еще более высокую стойкость.
Никакая нержавеющая сталь не может защитить от соляной кислоты.
Аустенитная сталь — Клапанная сталь
Аустенитная нержавеющая сталь подразделяется на четыре типа: аустенитная, ферритная, мартенситная и дуплексная.
Аустенитные стали, также известные как стали для клапанов, в основном из-за их использования в клапанах, имеют аустенит в качестве основной кристаллической структуры. Чтобы получить эту структуру, никель, марганец и азот смешивают вместе.
Он используется на обычных и атомных электростанциях, в основном из-за его почти идеальной коррозионной стойкости и механических свойств при повышенных температурах.
Мы пропустим обсуждение марок стали по степени чистоты и исторической. В первом случае сталь делится на обычную, высококачественную и высшую, а во втором — на дамасскую сталь и сталь Толедо.
Такая стандартизация маркировки позволяет улучшить взаимодействие между дизайнерами и инженерами, чтобы гарантировать, что данная конструкция будет изготовлена из материала с желаемыми свойствами.
Я надеюсь, что этот пост исчерпывает тему типов стали, различий между углеродистой и легированной сталью и многие другие вопросы, но если они возникнут, мы рекомендуем вам прокомментировать, мы постараемся дать удовлетворительный ответ.