Где применяется сталь: Сталь — Википедия – Сферы и области применения стали. Где применяется сталь?

Применение сталей

Применение сталей на практике во всех отраслях от ООО «ПК СТИЛПРОМ»

Что такое сталь?

Что такое сталь от чего зависят ее свойства?

Как известно, сталь представляет собой сплав, в основном состоящий из железа и углерода. Благодаря присутствию последнего, в отличие от чистого железа, сталь приобретает более высокие прочностные характеристики, при этом материал теряет пластичность (ковкость).

Свойства стали, как правило, зависят от ее химического состава, прежде всего углерода, содержание которого может варьироваться в зависимости от сорта стали от 0,2 до 2,14%. С увеличением доли углерода сталь становится более прочной, но и более хрупкой. Сплав железа с углеродом в количестве свыше 2,14% уже является чугуном.

Хотя углерод является основным связующим (легирующим) материалом в стали, для этой цели также могут быть использованы некоторые другие элементы, такие как вольфрам, хром, никель,  марганец, титан молибден и другие.

Различные типы и количества легирующих элементов использованы определения твердости, пластичности и прочности стали.

Легирующий элемент отвечает за поддержание структуры кристаллической решетки стали путем предотвращения перемещению атомов железа. Таким образом, он действует для стали в качестве затвердителя.

Плотность стали в зависимости от добавленных в нее компонентов варьируется в диапазоне от 7750 и 8050 кг/м3.

Еще одним способом изменения механических свойств стали является ее термическая обработка. Этот процесс влияет на пластичность, твердость, электрические и теплопроводные свойств стали.

Для чего используется сталь?

Существуют различные виды стали, такие как углеродистая сталь, мягкая сталь, нержавеющая сталь, оцинкованная сталь и другие, которые в основном используется для строительства. Здания, стадионы, железнодорожные пути, мосты и тому подобное.

Кроме того, сталь используется практически во всех отраслях промышленности, производстве транспортных средств, судов, самолетов и так  далее.

Большинство ежедневно используемых нами предметов быта также изготовлено из стали, например посуда, бытовая техника. В наше время сталь используют также для изготовления мебели, она является неотъемлемой частью стиля Hi Tech.

Для чего нужны нержавеющие и оцинкованные стали?

Несмотря на все преимущества стали, такие как твердость, долговечность, тепло и электропроводность, от железа она унаследовала один основной недостаток – подверженность коррозии – ее способность окисляться.

Путем долгих исследований и испытаний человечество получило стали, способные успешно бороться с коррозией нержавеющую и оцинкованную сталь.

Нержавеющая сталь

Нержавеющая сталь в отличие от других стальных сплавов, практически не подвержена коррозии или ржавчине. При этом она имеет все основные свойства стали – прочность, износостойкость, пластичность.

По составу нержавеющая сталь отличается от углеродистой стали количеством присутствующего в ней хрома. Она содержит как минимум 10,5-11% хрома. Поэтому на поверхности нержавеющей стали, образуется слой оксида хрома, который является инертным. Это является основной причиной антикоррозионных свойств нержавеющей стали. Благодаря этому, нержавеющая сталь используется в случаях контакта поверхности металла с водой или агрессивными средами.

Оцинкованная сталь

Оцинкованная сталь это та же углеродистая сталь с нанесенным покрытием, предохраняющим металл от коррозии. Как можно догадаться в качестве покрытия оцинкованной стали используется материал с высокими антикоррозионными свойствами — цинк. Технологический процесс нанесения цинка на углеродистую сталь называется цинкованием или гальванизация.  Существует два способа нанесения цинкового покрытия – погружение в расплавленный цинк и метод электролиза, выделение цинка на поверхности стали из солей цинка под воздействием электрического тока.

Более подробно подробную информацию читайте в статье «Различие между нержавеющей и оцинкованной сталью».

Применение стали

Киев

Внедрение стали в жизни человека многообразно и многогранно, иногда мы даже не замечаем, что без металла не обходится большая часть конструкций, устройств, деталей и т.д.. Сталь – это сплав железа и углерода, отсюда ее крепкость и твердость, с которой может совладать только плазменная резка. Наличие хрома, никеля, вольфрама, молибдена позволяют изменять характеристики металла, при этом от массовой толики углерода либо дополнительных металлов зависит и качество производимого продукта. 

В родном панельном доме не обойтись без армированных конструкций: железобетон содержит арматурную сталь различного поперечника — проволока в мотках (поперечником до 10 мм) и в прутьях длиной 6-12 м (более 10мм в поперечнике). Современные технологии позволяют использовать арматурную сталь с наименьшим количеством отходов – употребляется сварка и резка металла для более четкого подбора длины. Вероятна сварка плоских сеток из более узкой мотковой стали — так сформировывают пространственные арматурные конструкции; из этой же стали на месте строительства моделируют различные скобы, хомуты, петли. Так как сталь разделяется также по способу производства, то холоднотянутая – это арматурная проволока низкоуглеродистая B-I, углеродистая В-П, арматурная сталь А-Ш, прочная A-IV, а горячекатаная – прут класс A-I, A-1I, А-Ш, A-IV. 

От фундамента до крыши в доме можно отыскать металл: металлочерепица – это покрытый цинком металлической лист шириной, от 0,37 до 0,75 мм, шириной 1,18 м, длиной 0,5 – 8 м с нанесением особых покрытий и красок. Кстати по внешнему облику можно найти качество: чем круче волна, тем прочнее изделие. Можно для кровли использовать и листовую сталь, но куда удобнее ее применение для автоматических ворот, где плазменная резка металла поможет нанести уникальный набросок, а может быть и родовой герб. Железные лестницы, козырьки, ступени, перила, оградки, навесы, различные профили, балки и почти все другое — это все сталь. 

Ни один дом не будет собран без гвоздя, гайки, болта, ни одна машина не поедет без подшипников и рессор. Все это изделия из автоматной стали, применяемой для производства деталей в строительстве, тракторной, авто и машиностроительной индустрии с помощью штамповки и резания автоматным методом АС11, АС40 А12, А20 АЦ45Г2, АСЦ30ХМ, АС20ХГНМ. Кстати, рессорные пружины также изготавливают из особых марок: сталь 65 — 85, 65Г, 70Г, 55С2, 60С2, 60С2Г, 50ХГ конструкционных рессорно-пружинных сталей (ГОСТ 14959-79), которые упрочняют закалкой, способных выдержать высочайшее сопротивление при малых деформациях. Для отпуска пружин нужной длины употребляется плазменная резка металла. Эти стали дополнительно легируют колченогом, марганцем, вольфрамом, никелем либо кремнием, что и позволяет придать металлу перечисленные выше характеристики. Сталь марки ШХ15, ШХ15СГ со качествами контактной выносливости, твердости и прочности употребляется в производстве шарикоподшипников. Остывание деталей перед отпуском обеспечивает завышенную стабильность и наращивает срок годности изделия. 

Но и обработка стали происходит с помощью стали – из нее делаются все качественные колюще-режущие предметы и делается резка металла. Есть особые марки стали завышенной твердости: углеродистые, низкоуглеродистые, легированные и быстрорежущие. Углеродистые стали (ГОСТ 1435-74) имеют малый температурный спектр, мучаются от перегрева — употребляются в малоответственном инструментарии: сталь марки У7, У7А в производстве зубил, ножниц по металлу, плоскогубцев, клещей и остального инвентаря. Легированные стали (ГОСТ 5950-2000) имеют средний температурный спектр, при нагревании не теряют собственных параметров, владеют достаточной износостойкостью; так из сталей марок ХВГ, 9ХВГ создают режущий и измерительный инструмент, матрицы и лекала для многоразовой штамповки, спец четкий инструментарий. Быстрорежущие стали (ГОСТ 19265-73) относятся к самым крепким, износоустойчивым, жестким, с огромным температурным спектром, не подвержены деформации Р6М5, Р6М5К5, Р18, Р18Ф2. Употребляются для четких режущих инструментов (фрез, ножей, сверл, метчиков) в том числе и в сталепрокатном цеху. 

Современные технологии практически стопроцентно зависят от электропитания, где в производстве дросселей, трансформаторов и генераторов используют электротехническую сталь (ГОСТ 11036-75) марок 20832, 11832, 21832, 10848, 20848, владеющих магнитными качествами содержащую различную массовую часть кремния. Особые технологии обработки позволяют получить данный уровень магнитных параметров в каждом определенном случае, при этом плазменная резка никаким образом не изменяет характеристики металла. Свойства этих сталей: изотропность — разница магнитных параметров в продольном и поперечном направлении, магнитная индукция – чем она выше, там меньше размер магнитопровода. 

Но машиностроение это не только лишь режущий материал, а и конкретно станки, краны, вагоны, производственные металлоконструкции, конечно, состоящие из металла – конструкционной стали, обладающей высочайшей прочностью к давлению, плавлению, растрескиванию и погодным условиям. А именно высоколегированные стали 14ХН4А, 38Х2Н5М, 20ХН3А употребляют для более тяжелонагружаемых деталей машин (не следует забывать, что легирование – закалка позволяет прирастить крепкость стали). Для теплоустановок, паровых котлов используют теплоустойчивые марки 12К, 15К, 18К, 20К. В противовес этому для холодильных установок используют криогенные марки сталей ОН6А, ОН9А, невосприимчивые к низким температурам с пониженной хрупкостью и ломкостью, в главном этот низкоуглеродные никелевые стали с высочайшей коррозионнойстойкостью. Также в емкостях из сталей данных марок хранят и сжиженные газы, находящиеся в температурном пределе до 180-195°С. Эти виды сталей относятся к высокоспециализированным, но плазменная резка дает возможность избежать растрескивания и разрушения металла. 

Изделия из стали нужны и в быту: обилие кухонной утвари – ножей, ножниц, овощечисток, терок поражает. Не считая режущих инструментов все огромную популярность приобретает посуда (кастрюли, чайники, кружки) из нержавеющей стали. В этом случае применяется коррозионностойкая легированная сталь, с содержанием хрома 17-20%, к примеру марки 12Х18Н9. Принадлежит к качественным холоднокатаным сталям (ГОСТ 27002-86), технологии позволяют сделать матовые и глянцевые поверхности, одно и двухслойные емкости. Резка металла далековато не домашнее занятие, что совершенно не относится к заточке – новое волшебство технологий – самозатачивающиеся ножики – это опять-таки пример использования стали. Продолжать можно очень длительно, потому что область внедрения металла беспредельна. 

Поможем сделать племенное стадо (племенное ядро) на ваших телках-реципиентах (суррогатных матерях) методом пересадки зародышей от коров-рекордисток в молочном (8-12 тыс. кг) и мясном (привесы до 1 кг) скотоводстве. Более популярны в молочном скотоводстве: голштинофризская

Идеальная чистота и порядок в доме – говорят, это обязательное условие для успеха в жизни. С фэн-шуй, конечно, можно поспорить, но если управлять хаосом еще как-то можно, то чистота – …

Вы привыкли смотреться модно и прекрасно, но совместно с тем предпочитаете практичность и комфорт? Тогда вы наверное уже успели оценить бесспорные достоинства восхитительной обуви Converse. Кеды Converse — это один из наилучших примеров неописуемого, уникального

Автоматная сталь: физические свойства, изготовление, маркировка

У классической конструкционной стали высокая прочность, устойчивость к охлаждению и перегреву, отсутствие вредных примесей. Однако эти преимущества могут легко превратиться в недостатки материала в том случае, если речь идет об изготовлении метизов. Для решения этой проблемы инженерами была разработана так называемая автоматная сталь (автомат-сталь).

В состав этого сплава дополнительно вносятся сера или фосфор, а также различные дополнительные элементы — селен, свинец, теллур и некоторые другие. Это делает материал более ломким, поэтому работать с ним на станках гораздо легче.

Автоматные стали имеют специальную маркировку, которая позволяет однозначно отличить материал от других сплавов. Но какие стали называются автоматными? Какими химическими и физическими свойствами обладает автоматная сталь? Как маркируется этот материал и в каких сферах металлургии он используется чаще всего? В нашей статье мы в деталях рассмотрим все эти вопросы.

Что такое конструкционная сталь?

С точки зрения металлургии автомат-сталь является подвидом конструкционной стали, поэтому сперва рассмотрим этот материал, чтобы понять основные отличия сплавов. Конструкционная сталь — это стальной сплав на основе железа и углерода. Особенность этих сплавов с химической точки зрения — минимальное содержание серы и фосфора (во время выплавки используется специальные техники очистки, которые позволяют искусственным способом понизить содержание этих элементов).

Почему металлургам так важно избавиться от этих присадок? Дело все в том, что сера и фосфор снижают физические свойства стального сплава:

• Сера — этот элемент делает сплав хрупким и ломким, а во время холодной обработки такой материал может серьезно растрескаться, что сделает его бесполезным в использовании.
• Фосфор — этот элемент также снижает прочность стального сплава + при тепловой обработке из-за фосфора также могут появиться трещины в материале.

Согласно нормам ГОСТ содержание фосфора и серы в конструкционной стали должно составлять не более 0,05%, хотя встречаются и более качественные прочные сплавы с содержанием вредных примесей в более низкой концентрации. Такие материалы называют качественным (концентрация серы и фосфора — до 0,035 %), высококачественными (до 0,025%) и сверхвысококачественными (до 0,015%).

Что такое автоматная сталь?

Как мы уже выяснили ранее, фосфор и сера — это вредные примеси, содержание которых стараются минимизировать в итоговом сплаве, поскольку они ухудшают качество стали. Однако существует особый класс стальных конструкционных сплавов, где фосфор и сера могут содержаться в значительных количествах — это класс называют автоматной сталью.

Дело все в том, что при изготовлении сложных небольших деталей на станках-автоматах не требуется сверхпрочный материал — зато нужен пластичный материал, который легко и быстро обрабатывать.

Именно поэтому в автоматной стали допускается повышенное содержание примесей — фосфора или серы + различных дополнительных элементов (хрома, никеля, селена, свинца и других). Оптимальная температура ковки автоматной стали — от +950 до +1200 градусов по Цельсию.

Автомат-сталь используется для поточного производства метизов — болтов, гаек, шурупов, осей, валиков, фрагментов цепей и так далее. Также этот материал подходит для производства мелких автомобильных деталей сложной формы и конфигурации — зубцовых передаточных механизмов, колец полуосей машин, валиков масляного насоса и так далее. Выплавка автоматной стали контролируется государственным нормами ГОСТ 1414-75. Согласно ГОСТ автоматная сталь должна удовлетворять следующим требованиям:

• Высокое качество надлома стружки (при обработке на станке очень важно быстро удалять стружку, которое образуется в больших количествах во время работы).
• Низкая шероховатость поверхности (в противном случае деталь может получиться неоднородной по своей структуре, что критично при изготовлении мелких деталей сложной формы, где каждый изгиб имеет определенное конструктивное значение).
• Минимальный износ режущего инструмента (в противном случае режущий станок очень быстро придет в негодность, что сделает себестоимость деталей очень высокой).
• Есть возможность резать объект на высокой скорости (это позволяет снизить конечную стоимость детали, что минимизирует расходы на электричество и улучшает себестоимость такого способа обработки).

Физические свойства и изготовление автоматной стали

Физические свойства автомат-стали очень похожи на свойства обыкновенной конструкционной стали. Отличительные свойства автоматных сталей обуславливаются вхождением в состав материала различных примесей — в первую очередь это сера и фосфор, однако в состав автомат-стали могут входить и некоторые другие добавки (свинец, селен, кальций, марганец, теллур и другие). Также большое значение имеет способ выплавки и последующей обработки (диффузный отжиг, цементация, закалка и другие). Ниже мы кратко рассмотрим все основные примеси и способы правильной обработки.

Легирующие добавки

Согласно регулирующему ГОСТ 1414-75 в состав автоматной стали могут входить следующие добавки:

• Сера (не более 0,2%). Улучшает надлом стружки за счет снижения прочности сплава, что делает возможным станочную обработку стального материала. Помимо этого сера оказывает вяжущий и смазывают эффект, что снижает шероховатость поверхности. В большинстве случаев сера вводится в состав сплава в виде марганцевых сульфидов, поэтому достаточно часто автоматные стали помимо серы содержат марганец.
• Фосфор (до 0,15%). По своим свойствам очень похож на серу — улучшает надлом стружки, снижает шероховатость и так далее.
• Селен. Позволяет дополнительно повысить надлом, но одновременно и сохранить высокую прочность сплава. К тому же селен позволяет сохранить режущий инструмент острым, что положительно сказывается на сроке годности автомат-станка.
• Свинец. Повышает стойкость режущего инструмента станка, а также увеличивает срок обработки материала, что благоприятно сказывается на себестоимости деталей.
• Кальций. Во время резки кальций создает на поверхности металла тонкий слой, который улучшает резку и скорость обработки. Некоторые дополнительные свойства кальция — снижает вероятность прилипания стружки к металлу, увеличивает срок годности режущего инструмента и так далее.
• Марганец. Практически не влияет на свойства автоматной стали, однако содержится во многих автоматных сплавах, поскольку сера в сплав вносится в виде марганцевого сульфида, а после расплавки марганец остается в материале в виде добавочного компонента в небольших концентрациях (обычно не более 0,01%).

Физическая обработка

При выплавке помимо внесения дополнительных компонентов автоматная сталь обычно подвергается обжигу при температуре около 1300 градусов по Цельсию. Цель подобного обжига — обеспечить равномерное распределение фосфора и серы по всему объему стального сплава (в противном случае некоторые фрагменты металла будут хрупкими, а некоторые фрагменты — сверхтвердыми).

Также во время обработки материал может подвергаться цементированию и закалке — это позволяет получить более прочным пластичный материал, который будет легко резаться + он не будет портить режущую поверхность автомат-станка. Основные методы выплавки автомат-стали — мартеновский метод и конвертерная техника.

Преимущества и недостатки автоматной стали

Преимущества автоматной стали:

• Простота обработки с помощью автомат-станков — можно получить как обычные детали (болты, гайки, шурупы), так и различные объекты сложной формы и конфигурации (различные шестерни, сложные валики с выемками, различные передаточные механизмы и так далее).
• Высокая скорость обработки, отличное качество резки и низкая степень порчи резаков на станках. Это снижает себестоимость деталей.
• Некоторые другие плюсы — простота выплавки, неплохая прочность, большой срок годности деталей, возможность внесения различных присадок для изменения физических свойств материала и так далее.

Главные минусы — наличие серы и фосфора, что снижает вязкость и пластичность конечных деталей. Особенно критично это в случае автомобильных деталей, когда поломка того или иного агрегата может представлять угрозу для жизни человека. К тому же нужно помнить, что фосфор и сера делают материал хрупким при резком перепаде температур, поэтому детали из автоматной стали использовать в помещениях со стабильными температурами.

Маркировка автомат-стали

Согласно нормирующим требования ГОСТ 1414-75 обозначается с помощью большой буквы A, которая указывает на то, что данный материал рекомендуется использоваться для обработки с помощью автоматных станков. После буквы А обычно ставится число, которое указывает на общую концентрацию углерода (единицы измерения — сотые доли процента). Если в состав материала входят какие-либо дополнительные присадки (марганец, селен, хром или свинец), то в таком случае это также указывается в названии материала согласно номенклатуре ГОСТ.

Основные марки автомат-стали

Заключение

Давайте подведем итоги. Автоматная сталь — это особый тип конструкционной стали, с повышенным содержанием фосфора и серы в материале. Из-за содержания примесей автомат-сталь становится более хрупкой, поэтому из подобного материала можно делать различные небольшие метизы простой или сложной формы — гайки, шурупы, матрицы, валики, оси, втулки, валы и так далее. Для производства метизов обычно используются специальные станки, которые не годятся для работы с обычной конструкционной сталью (ведь такой материал является очень прочным, что серьезно усложняет его обработку).

Состав и физические свойства автоматной стали регулируются государственными нормами ГОСТ 1414-75. Согласно этому документу в состав автомат-стали помимо серы и фосфора могут входить и некоторые другие добавки в небольших количествах — селен, свинец, марганец, кальций и другие. Автомат-сталь должна удовлетворять следующим требованиям — высокая степень надлома стружки, минимальная шероховатость, высокая степень обработки станковыми способом и так далее.

Автоматная сталь обладает как преимуществами, так и недостатками, что нужно учитывать при выборе материала для изготовления метизов. Согласно нормам ГОСТ для маркировки автомат-стали используется заглавная буква А и число, которое указывает на общее содержание углерода в материале. При наличии дополнительных примесей (свинец, селен, марганец и другие) могут указываться и некоторые другие буквы маркировки.

Где применяется нержавеющая сталь?

Благодаря своим антикоррозийным свойствам нержавеющая сталь имеет достаточно широкую сферу применения.

Наиболее знакомое всем использование – бытовое. Посмотрите на свою квартиру многое в  ней сделано из нержавеющей стали – столовые приборы, посуда, кухонные мойки, декоративные элементы мебели и даже бритвенные лезвия. Или, например бытовая техника – внутренняя часть микроволновой печи и барабан стиральной машины тоже сделаны с  применением нержавеющей стали.

Дверная и оконная фурнитура чаще всего тоже производится из нержавеющей стали. Входим в подъезд – нержавеющая кабина лифта. Далее выходим на улицу. И что мы видим? Кровля и фасады некоторых зданий сделаны из нержавейки, несущие конструкции, опоры осветительных уличных столбов из нержавеющей стали, автобусные остановки, уличная мебель тоже из нержавейки, перила в супермаркете также делаются с использованием нержавеющей стали.

Далее транспорт. Многие узлы и агрегаты автомобилей, автобусов и других средств транспорта изготовлены с применением нержавеющей стали: отделка салона выхлопные системы, трубы, решетки автомобиля, топливные баки и так далее. Специализированные автоцистерны, например, для перевозки молока, сделаны с применением нержавеющей стали. Но все это мелочи, пожалуй, самое широкое применение нержавеющая сталь нашла в промышленности.

Химическая и фармацевтическая промышленности, работающие с агрессивными средами, не могут обойтись без специальных нержавеющих сталей. Здесь используются стали из нержавейки с очень высокой коррозионной стойкостью не только к воде, но и к различным химическим растворам: кислотам, щелочам и другим. В частности нержавеющую сталь применяют для изготовления емкостей, работающих под высоким давлением, технологических трубопроводов, производственного и измерительного оборудования и инструмента.

Пищевая промышленность, ресторанный бизнес, производство алкогольной продукции и пивоварение  применяют нержавеющую сталь в аналогичных химических целях с одной лишь разницей – здесь требования к антикоррозионным свойствам нержавейки еще выше, поскольку вопрос касается человеческого здоровья. Кстати, о здоровье, медицина потребляет не так уж много нержавейки как промышленные производства, но, пожалуй, гораздо чаще.

Многие медицинские инструменты приборы изготовлены из нержавейки (к примеру, скальпели и магнитно-резонансные томографы), медицинская мебель, операционные столы и осветительные приборы тоже производятся  с применением нержавеющей стали. Благодаря развитию медицины некоторые люди носят изделия из нержавейки внутри себя. Да-да, именно так, нержавеющую сталь применяют для изготовления имплантатов – заменителей поврежденных частей человеческого тела.

Нефтегазовая промышленность – лидер по применению нержавеющих труб, нержавеющая сталь используется при производстве морских буровых платформ, да и на суше добыча углеводородов не обходится без применения нержавеющей стали.

Станкостроение, судостроение, авиационная промышленность и космонавтика, энергетика, аграрное производство и перерабатывающая промышленность, ну и разумеется металлургия – вот неполный перечень отраслей промышленности в которых применяется нержавеющая сталь в наше время.

где применяется, состав сплава, методы сварки

У стали есть один минус — она обладает магнитными свойствами, которые далеко не всегда являются полезными. Этого недостатка лишена аустенитная сталь. Подобные сплавы практически не обладают магнитными свойствами, они не ржавеют, хорошо выдерживают механическую деформацию. Аустениты используются для производства радиооборудования, турбин, морозостойких конструкций. Какие бывают аустенитные стали? Как выполняется сварка различных деталей на их основе?

Общие сведения

Аустенитная сталь — особая разновидность нержавеющей стали. Стали аустенитного класса содержат железо, а также различные легирующие компоненты — никель, марганец, азот, алюминий, хром, молибден.

Железо и легирующие элементы в стали образуют кубическую кристаллическую решетку. Подобную структуру называют аустенитом. Кристаллическая решетка обусловливает ряд характерных физических свойств аустенита — сохранение твердости при тепловой обработке, почти полное отсутствие магнитных свойств материала, высокая химическая инертность.

Для удобства аустенитные стали делят на два условных класса. В первую категорию попадают материалы с большим содержанием никеля. Во вторую категорию включаются материалы с большим содержанием марганца и азота, а также с незначительным содержанием никеля.

Вторые материалы обладают более высокой прочностью, однако стоят они на порядок дороже. К тому же аустенит на основе никеля лучше переносит воздействие агрессивных химических сред (кислоты, щелочи, сильные соли, радиоактивные вещества).

Из стали-аустенита делают различную технику, вещи, оборудование. Это могут быть приборы учета, столовые приборы, металлические балки, турбины, конструкционные элементы, автомобильные детали, специальную технику для нужд химической промышленности и так далее.

Еще одна крупная сфера применения аустенита — изготовление радиооборудования. Отсутствие магнитных свойств в данном случае идет на пользу — обычные стальные сплавы могут вносить в радиосигнал определенные искажения, тогда как аустенит будет передавать сигнал без задержек, потерь, искажений.

Физические свойства

• Высокая прочность. Материал при обычных условиях эксплуатации сохраняет свою прочность, упругость, устойчивость. Поэтому сталь сможет выдержать высокие нагрузки. Прочность также сохраняется в случае изменения температуры — резкое похолодание, сильные морозы, воздействие прямых солнечных лучей летом, локальный небольшой нагрев и другие ситуации.
• Магнитная инертность. Кристаллическая структура практически полностью нейтрализует магнитный потенциал железа и легирующих элементов. Поэтому при контакте магнитного элемента с аустенитом образуется очень слабое магнитное поле, которое никак не влияет на свойства материала.
• Коррозийная устойчивость. При нормальных температурных условиях сталь-аустенит не вступает в контакт с атмосферным кислородом, азотом, углекислым газом, а также с водой. Поэтому риск образования разрушительных коррозийных оксидов минимален. Из аустенитной стали можно делать детали, которые будут использоваться на морских объектах (корабли, мосты, турбины, приборы учета).
• Химическая инертность. Сталь при нормальных температурных условиях также не вступает в реакцию с различными веществами, обладающими высокой химической активностью. Поэтому этот материал можно применять для хранения, работы с кислотами, щелочами, солями, радиоактивными веществами. Химического инертность сохраняется даже в случае длительного контакта. Поэтому аустенит при длительном контакте с реактивами не лопается, не ржавеет, сохраняет свои физические свойства.

Виды сталей аустенитного класса

По составу и физическим свойствам различают 3 вида стали-аустенита:

Антикоррозийный аустенитный класс стали

В эту категорию включаются сплавы с большим удельным содержанием хрома, никеля. В незначительных количествах в сплав также могут входить кремний, марганец, молибден. Особенность сплавов этой группы — минимальный риск коррозии при любых температурах.

Высокая устойчивость обеспечивается за счет двух факторов. Первый фактор — это большое содержания хрома, который создает защитную пленку на поверхности стали. Второй фактор — низкое содержание углерода (менее 0,3%). Комбинация этих факторов приводит к тому, что материал не вступает в контакт с кислородом, азотом, водой, различными химическими веществами.

Устойчивость сохраняется даже при нагреве либо охлаждении, поскольку хром при изменении температур сохраняет свои физические свойства.

Жаростойкий класс

В эту категорию включаются сплавы с большим содержанием никеля, бора, ниобия, ванадия, молибдена, вольфрама. Легирующие компоненты делают материал более прочным, минимизируют риск образования пор между отдельными атомами железа. Поэтому жаростойкий аустенит сохраняет свою форму при нагреве до 1100 градусов.

Жаростойкий материал-аустенит подходит для изготовления различных печей, станков, фабричного оборудования. В состав некоторых сплавов также включается большое количество хрома. В результате образуется жаростойкий антикоррозионный сплав, который не только выдерживает нагрев, но и не покрывается коррозией.

Хладостойкий класс

В эту категорию входят сплавы, с большим удельным содержанием хрома и со средним содержанием никеля. В качестве дополнительных легирующих добавок могут использоваться алюминий, марганец, ванадий, вольфрам.

Хладостойкие сплавы выдерживают очень низкие температуры, отлично переносят резкие перепады температур. Однако при нормальной комнатной температуре хладостойкая сталь-аустенит обладает посредственными физическими свойствами — невысокая прочность, слабая химическая инертность.

Поэтому из хладостойких сплавов делают специальную технику, оборудование для регионов с очень холодными климатом. Еще одна сфера применения — изготовление деталей, изделий, оборудования для нужд космической промышленности.

Сварка аустенитной стали

Для соединения изделий из аустенита может применяться сварочная технология. Соединение металлов может осуществляется всеми основными методами сварки (электрошлаковая, дуговая, в среде защитных газов).

Сварка аустенитных сталей имеет множество особенностей и нюансов, о которых сварщику нужно знать заранее. Особенность — серьезное изменение физических свойств металла-аустенита при нагреве. Это налагает ряд требований относительно проведения сварки. Ведь при неправильном нагреве металла серьезно страдает качество сварного шва, что плохо скажется на прочности соединения.

Особенности нагрева аустенита

• При температуре +350 градусов в сплаве происходят активные диффузионные процессы, что приводит не к увеличению, а к уменьшению пластичности металла.
• От +350 до +500 градусов происходит термическая перестройка металла. Подобный физический процесс имеет ряд характерных особенностей — повышение хрупкости материала, растрескивание карбидных компонентов, изменение теплопроводности.
• От +500 до +650 градусов происходит выпадение карбидных компонентов, что должен учитывать сварщик во время работы.
• При нагреве материала выше +750 градусов серьезно повышается хрупкость металла. При таком нагреве на металле могут образовываться небольшие трещины, что снижает прочность сварного шва.

Однако сварщик должен избегать появления трещин, неровностей, отверстий в области сварного шва. Чтобы решить эту проблему, на детали в области шва наплавляется небольшой металлический слой, который обладает другим химическим составом.

Для слоя-заплатки нужен металл, обладающий повышенной жаропрочностью, высокой коррозийной стойкостью. Заплатка будет выступать в качестве защитного слоя, который будет препятствовать растрескиванию шва. Защитный слой рекомендуется обжечь при температуре +800 градусов, чтобы избежать появления трещин при повышенном уровне нагрузки.

Электрошлаковая сварка

Электрошлаковая технология сварки подходит для соединения как больших, так и мелких изделий на основе аустенита. Главные плюсы этой технологии — минимальный риск образования трещин, отсутствие деформации на стыках, удобство проведения сварочных работ.

Сварку рекомендуется проводить быстро и при небольших температурах. Ведь при длительном нагреве металла выше температуры 1200 градусов могут образовываться локальные трещины, что может привести к разрушению металла.

Несколько дополнительных замечаний по поводу применения электрошлаковой технологии:

• Сварку рекомендуется выполнять с помощью проволоки, толщина которой составляет 2-4 миллиметра. Главный минус подобного подхода — качественная проволока расходуется быстро, а стоит она достаточно дорого.
• Для соединения толстых деталей следует применять пластинчатые электроды (оптимальная толщина — 5-15 миллиметров). Электроды обладают более высокой ценой, однако разрушаются они гораздо медленнее.
• При работе со сплавами, обладающими повышенной коррозийной стойкостью, рекомендуется делать закалку либо отжиг — это поможет избежать появления ножевой коррозии.

Дуговая сварка

Дуговая сварка для соединения аустенитной стали имеет множество недостатков.

Главный минус:

1. Во время сварочных работ происходит нагрев локальной области металла-аустенита. Нагрев приводит к двум опасным вещам, которые негативно влияют на прочность.
2. Первый момент — это появление оксидов железа в области шва. Физика этого процесса следующая: при серьезном нагреве железо начинает вступать в контакт с атмосферным воздухом, что и приводит к образованию оксидов.
3. Второй момент — это появление трещин рядом со швом. При высоком нагреве резко возрастает хрупкость материала при уменьшении общей пластичности, что способствует образованию небольших трещин.

Фтористокальциевые электроды

Существует ряд приемов, которые позволяют обойти ограничения дуговой сварки. Самый популярный метод — это применение фтористокальциевых электродов малого диаметра (оптимальный диаметр сечения — 3-5 миллиметров).

Подобные стержни обладают низкой пластичностью, поэтому во время сварочных работ электроды не совершают лишних колебаний. Благодаря этому снижается контакт расплавленного металла с воздухом, а также снижается риск образования трещин вследствие повышения хрупкости.

За 1,5-2 часа до проведения сварочных работ рекомендуется выполнить прокалку фтористокальциевых электродов при небольшой температуре (200-300 градусов). Это помогает минимизировать риск возникновения пор в электроде.

Электродуговая сварка должна выполняться строго на обратнополярном постоянном токе. В противном случае стабильность электрода не гарантируется.

Сварка в среде защитных газов

Сварка аустенитных сталей с применением защитных газов — лучший способ соединения аустенитов. Эта методика позволяет соединить детали различных форм, а сварка может проводиться в любых пространственных положениях.

Применение защитных газов минимизирует вероятность образования трещин, налета, ржавчины, окалины, что делает сварное соединение очень прочным. В качестве защитной среды может применяться любой газ — аргон, гелий, азот, углекислый газ и другие. Для сварки обычно применяются плавящиеся либо вольфрамовые стержни, которые подходят для создания небольших прочных швов (оптимальная толщина — 5-10 миллиметров).

Особенности сварки аустенита в среде защитных газов

• Для проведения сварочных работ можно применять как импульсную, так и горящую дугу. Однако опытные сварщики рекомендуют использовать именно импульсную дугу. Это уменьшает толщину шва, минимизирует вероятность дробления кромок. Благодаря этому удается получить ровный прочный шов, который не растрескается при длительной эксплуатации изделия.
• Сварку аустенита рекомендуется проводить с помощью постоянного тока, который имеет прямую полярность. При необходимости полярность тока можно поменять — это никак не скажется на качестве сварного шва. При выборе горелки нужно обратить внимание на тип переключения полярности. Ведь большинство горелок работают с устройствами, которые переключают полярность автоматически. Если Вы хотите менять полярность вручную, необходимо обязательно прочитать инструкцию к горелке, чтобы убедиться, что она поддерживает такой режим работы. Также обратите внимание, что в случае сварки аустенита с большим содержанием алюминиевых присадок рекомендуется использовать горелку с переменным током.
• Для проведения импульсно-дуговой сварки рекомендуется использовать плавящиеся электроды. Такой способ соединения подойдет для соединения конструкций, обладающих небольшой толщиной. Это могут быть металлические листы, тонкие балки и так далее. Применение плавящегося электрода минимизирует риск образования трещин в шве, что благоприятно скажется на сроке годности подобного сварного соединения.
• Плазменная сварка аустенитных сталей допускается в ситуациях, когда толщина отдельных сварных элементов составляет менее 15 миллиметров. В случае плазменной сварки крупных объектов резко возрастает риск образования подрезов-щелей, что негативно сказывается на прочности сварного соединения.

ГОСТы

Изготовление аустенита регулируется с помощью законодательным норм, правил, законов. Основные нормы перечислены в следующих нормативных документах — ГОСТ 5632-2014, ГОСТ 11878-66, ГОСТ Р ИСО 4136-2009.

Эти документы определяют все основные моменты, которые касаются аустенитных сталей — изготовление, маркировка, категории, марки, особенности транспортировки и так далее.

В соответствии с нормами ГОСТ для определения содержания ферритных (железных) компонентов в каких-либо изделиях на основе аустенита может применяться металлография либо магнитная технология. Для проведения проверки из аустенита вырезаются небольшие прутки (не менее 2 штук).

Алгоритм проверок

• Определение содержания железа методом металлографии. На прутках делаются небольшие шлифы, которые подвергаются электролизу или химическому травлению. После этого шлифы помещаются под мощный микроскоп, где визуально определяются содержание железистых соединений. По результатам исследований выставляется оценка, которая определяет концентрацию железа в основном сплаве. Чтобы увеличить точность исследований, рекомендуется взять несколько независимых проб с нескольких прутков.
• Определение содержания железа магнитным методом. На прутках делаются микрошлифы, которые проходят шлифовку, зачистку с помощью абразивных материалов. После этого проводится серия замеров с помощью ферритометров, обладающих высоким порогом чувствительности. Минимальное количество замеров — 40 штук. В конце полученные сведения обрабатываются с помощью методов математической статистики и моделирования. Для увеличения точности исследования рекомендуется взять несколько независимых проб.

Заключение

Подведем итоги. Аустенитная сталь — специальная разновидность стального сплава. Основное отличие подобной стали от других материалов — это наличие особой кристаллической структуры, которую называют аустенитом. С физической точки зрения аустенитные стали обладают следующими свойствами — отсутствие магнитных свойств, высокая прочность, отличная коррозийная устойчивость, химическая инертность.

Из аустенита обычно делают различное оборудование специального назначения — турбины, детали для радиоэлектроники, космическое оборудование, арктические печи и так далее.

Основным компонентом аустенитных сталей является железо и различные легирующие добавки (никель, хром, алюминий, вольфрам, ниобий и другие). В зависимости от состава различают несколько разновидностей аустенита — жаростойкие, морозостойкие, антикоррозийные и другие.

Для соединения деталей на основе аустенитной стали используется сварка. Допускаются все основные виды сварки — дуговая, в среде инертных газов, плазменная и другие. При проведении сварки нужно помнить о температурных режимах аустенита (в противном случае Вы можете получить некачественный сварной шов с трещинами).

Изготовление, маркировку, состав аустенитных сталей регулируют нормы ГОСТ. В соответствии с государственными нормами проверка содержания железа в сплаве может осуществляться двумя методами — металлография либо магнитная технология.

Используемая литература и источники: