Сталь формула химическая: Формула стали в химии

Содержание

Углеродистая сталь: состав, свойства, применение, ГОСТ

Углеродистая сталь благодаря доступной стоимости и высоким прочностным характеристикам относится к широко распространенным сплавам. Из таких сталей, состоящих из железа и углерода и минимума других примесей, изготавливают различную машиностроительную продукцию, детали колов и трубопроводов, инструменты. Широкое применение эти сплавы находят и в строительной сфере.

Калиброванный круг из углеродистой стали чаще всего используется в судостроении и машиностроении

Что собой представляют углеродистые стали

Углеродистые стали, которые в зависимости от основной сферы применения подразделяются на конструкционные и инструментальные, практически не содержат в своем составе легирующих добавок. От обычных стальных сплавов эти стали также отличает и то, что в их составе содержится значительно меньшее количество таких базовых примесей, как марганец, магний и кремний.

Содержание основного элемента – углерода – в сталях данной категории может варьироваться в достаточно широких пределах. Так, высокоуглеродистая сталь содержит в своем составе 0,6–2% углерода, среднеуглеродистые стали – 0,3–0,6%, низкоуглеродистые – до 0,25%. Данный элемент определяет не только свойства углеродистых сталей, но и их структуру. Так, внутренняя структура стальных сплавов, содержащих в своем составе менее 0,8% углерода, состоит преимущественно из феррита и перлита, при увеличении концентрации углерода начинает формироваться вторичный цементит.

Нормы содержания химических элементов в углеродистых сталях

Углеродистые стали с преобладающей ферритной структурой отличаются высокой пластичностью и низкой прочностью. Если же в структуре стали преобладает цементит, то она характеризуется высокой прочностью, но вместе с этим является и очень хрупкой. При увеличении количества углерода до 0,8–1% прочностные характеристики и твердость углеродистой стали возрастают, но значительно ухудшаются ее пластичность и вязкость.

Количественное содержание углерода также оказывает серьезное влияние на технологические характеристики металла, в частности на его свариваемость, легкость обработки давлением и резанием. Из сталей, относящихся к категории низкоуглеродистых, изготавливают детали и конструкции, которые не будут подвергаться значительным нагрузкам в процессе эксплуатации. Характеристики, которыми обладают среднеуглеродистые стали, делают их основным конструкционным материалом, используемым в производстве конструкций и деталей для нужд общего и транспортного машиностроения. Высокоуглеродистые стальные сплавы благодаря своим характеристикам оптимально подходят для изготовления деталей, к которым предъявляются повышенные требования по износостойкости, для производства ударно-штампового и измерительного инструмента.

Химический состав углеродистых сталей обыкновенного качества

Углеродистая сталь, как и стальной сплав любой другой категории, содержит в своем составе различные примеси: кремний, марганец, фосфор, серу, азот, кислород и водород. Часть этих примесей, такие как марганец и кремний, являются полезными, их вводят в состав стали на стадии ее выплавки для того, чтобы обеспечить ее раскисление. Сера и фосфор – это вредные примеси, которые ухудшают качественные характеристики стального сплава.

Хотя считается, что углеродистые и легированные стали несовместимы, для улучшения их физико-механических и технологических характеристик может выполняться микролегирование. Для этого в углеродистую сталь вводятся различные добавки: бор, титан, цирконий, редкоземельные элементы. Конечно, при помощи таких добавок не получится сделать из углеродистой стали нержавейку, но заметно улучшить свойства металла они вполне могут.

Классификация по степени раскисления

На разделение углеродистых сталей на различные типы оказывает влияние в том числе такой параметр, как степень раскисления. В зависимости от данного параметра углеродистые стальные сплавы делятся на спокойные, полуспокойные и кипящие.

Более однородной внутренней структурой отличаются спокойные стали, раскисление которых осуществляют, добавляя в расплавленный металл ферросилиций, ферромарганец и алюминий. За счет того, что сплавы данной категории были полностью раскислены в печи, в их составе не содержится закиси железа. Остаточный алюминий, который препятствует росту зерна, наделяет такие стали мелкозернистой структурой. Сочетание мелкозернистой структуры и практически полное отсутствие растворенных газов позволяет формировать качественный металл, из которого можно изготавливать наиболее ответственные детали и конструкции. Наряду со всеми своими достоинствами углеродистые стальные сплавы спокойной категории имеют и один существенный недостаток – их выплавка обходится достаточно дорого.

Строение стального слитка зависит от степени раскисленности стали

Более дешевыми, но и менее качественными являются кипящие углеродистые сплавы, при выплавке которых используется минимальное количество специальных добавок. Во внутренней структуре такой стали из-за того, что процесс ее раскисления в печи не был доведен до конца, присутствуют растворенные газы, которые негативно отражаются на характеристиках металла. Так, азот, содержащийся в составе таких сталей, плохо влияет на их свариваемость, провоцируя образование трещин в области сварного шва. Развитая ликвация в структуре этих стальных сплавов приводит к тому, что металлический прокат, который из них изготовлен, имеет неоднородность как по своей структуре, так и по механическим характеристикам.

Промежуточное положение и по своим свойствам, и по степени раскисления занимают полуспокойные стали. Перед заливкой в изложницы в их состав вводят небольшое количество раскислитилей, благодаря чему металл затвердевает практически без кипения, но процесс выделения газов в нем продолжается. В итоге формируется отливка, в структуре которой содержится меньше газовых пузырей, чем в кипящих сталях. Такие внутренние поры в процессе последующей прокатки металла практически полностью завариваются. Большая часть полуспокойных углеродистых сталей используется в качестве конструкционных материалов.

Ознакомиться со всеми требованиями ГОСТ к углеродистой стали можно, скачав данный документ в формате pdf по ссылке ниже.
Скачать ГОСТ 380-2005 Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки
Скачать

Методы производства и разделение по качеству

Для производства углеродистых сталей используются различные технологии, что сказывается на их разделении не только по способу производства, но и по качественным характеристикам. Так, различают:

Классификация углеродистых сталей

Стальные сплавы, обладающие обыкновенным качеством, выплавляются в мартеновских печах, после чего из них формируют слитки больших размеров. К плавильному оборудованию, которое используется для получения таких сталей, относятся также кислородные конвертеры. По сравнению с качественными стальными сплавами, рассматриваемые стали могут иметь большее содержание вредных примесей, что сказывается на стоимости их производства, а также на их характеристиках.

Сформированные и полностью застывшие слитки металла подвергают дальнейшей прокатке, которая может выполняться в горячем или холодном состоянии. Методом горячей прокатки производят фасонные и сортовые изделия, толстолистовой и тонколистовой металл, металлические полосы большой ширины. При помощи прокатки, выполняемой в холодном состоянии, получают тонколистовой металл.

На современных предприятиях для производства высококачественных сплавов используются электрические дуговые печи

Для производства углеродистых сталей качественной и высококачественной категорий могут использоваться как конвертеры и мартеновские печи, так и более современное оборудование – плавильные печи, работающие на электричестве. К химическому составу таких сталей, наличию в их структуре вредных и неметаллических примесей соответствующий ГОСТ предъявляет очень жесткие требования. Например, в сталях, которые относятся к категории высококачественных, должно содержаться не более 0,04% серы и не больше 0,035% фосфора. Качественные и высококачественные стальные сплавы благодаря строгим требованиям к способу их производства и к характеристикам отличаются повышенной чистотой структуры.

Область применения

Как уже говорилось выше, углеродистые стальные сплавы по основному назначению делят на две большие категории: инструментальные и конструкционные. Инструментальные стальные сплавы, содержащие 0,65–1,32% углерода, используются в полном соответствии со своим названием – для производства инструмента различного назначения. Для того чтобы улучшить механические свойства инструментов, обращаются к такой технологической операции, как закалка углеродистой стали, которая выполняется без особых сложностей.

Сферы применения углеродистых инструментальных сталей

Конструкционные стальные сплавы применяются в современной промышленности очень широко. Из них делают детали для оборудования различного назначения, элементы конструкций машиностроительного и строительного назначения, крепежные детали и многое другое. В частности, такое популярное изделие, как проволока углеродистая, производится именно из стали конструкционного типа.

Используется проволока углеродистая не только в бытовых целях, для производства крепежа и в строительной сфере, но и для изготовления таких ответственных деталей, как пружины. После выполнения цементации конструкционные углеродистые сплавы можно успешно использовать для производства деталей, которые в процессе эксплуатации подвергаются серьезному поверхностному износу и испытывают значительные динамические нагрузки.

Конечно, углеродистые стальные сплавы не обладают многими свойствами легированных сталей (в частности, той же нержавейки), но их характеристик вполне хватает для того, чтобы обеспечить качество и надежность деталей и конструкций, которые из них изготавливаются.

Особенности маркировки

Маркировка углеродистых сталей, правила составления которой строго оговорены пунктами соответствующего ГОСТа, позволяет узнать не только химический состав представленного сплава, но и то, к какой категории он относится. В обозначении углеродистой стали, обладающей обыкновенным качеством, присутствуют буквы «СТ». Пунктами ГОСТа оговаривается семь условных номеров марок таких сталей (от 0 до 6), которые также указываются в их обозначении. Узнать, какой степени раскисления соответствует та или иная марка, можно по буквам «кп», «пс», «сп», которые проставляются в самом конце маркировки.

Цветовая маркировка наносится по требованию потребителя несмываемой краской

Марки углеродистых сталей по ГОСТу и по международным стандартам ИСО

Марки качественных и высококачественных углеродистых сталей обозначаются просто цифрами, указывающими на содержание в сплаве углерода в сотых долях процента. В конце обозначения некоторых марок можно встретить букву «А». Это значит, что сталь обладает улучшенным металлургическим качеством.

Узнать о том, что перед вами инструментальная сталь, можно по букве «У», стоящей в самом начале ее маркировки. Цифра, следующая за такой буквой, указывает на содержание углерода, но уже в десятых долях процента. Буква «А», если она есть в обозначении инструментальной стали, говорит о том, что данный сплав отличается улучшенными качественными характеристиками.

Высоколегированная сталь

Высоколегированные стали – это железоуглеродистые сплавы с содержанием легирующих добавок более 10% и до 50%, а железа – свыше 45%.

Легирующие элементы образуют с железом химические связи, что существенно влияет на свойства материала и улучшает его качество. Химические добавки вводятся в сплав с учетом его назначения и необходимых характеристик, например:

  • жаростойкость увеличивают Al, Si, Co;
  • красностойкость – Mo;
  • плотность – Ti, V;
  • кислотоупорность – Si;
  • прочность, износостойкость – Cr, V, Ti, Ni, Mn;
  • твердость – Cr, V;
  • упругость – Cr;
  • стойкость к температурным расширениям – W;
  • антикоррозионные качества – Ni, Mo, Ti, Cr;
  • устойчивость перед ударными нагрузками – Mn, Co;
  • прочность молекулярной решетки – W.

Сферы применения

Сложно переоценить, что значит высоколегированная сталь для нефтяной и химической промышленности, энергетики, машино- и авиастроения. Из таких сплавов производятся конструкции, используемые в агрессивных средах и при температурных перепадах. В газовой промышленности применяются коррозиестойкие легированные стали с содержанием углерода, уменьшенным до 0,12%. Элементы из окалиностойких сплавов используются в печах и в роли нагревательных элементов.

Классификация

Такие сплавы классифицируются:

  • По структуре – бывают аустенитные, аустенитно-ферритные и ферритные, аустенитно-мартенситные и мартенситные. Наиболее популярные аустенитные составы. Содержание легирующих веществ у них достигает 55%. В качестве основных компонентов используются хром (18%) и никель (до 8%). Остальные примеси вводятся в зависимости от необходимых свойств материала.
  • По преобладающей составляющей – сплавы на никелевой основе (50% Ni или более) и на железоникелевой (свыше 65% Fe и Ni в соотношении 1,5:1).
  • По свойствам – коррозиестойкие, жаростойкие, жаропрочные.
  • По доминирующему компоненту, которым легировали сплав, – хромистые, хромомарганцевые, хромоникелевые.
  • По тепловым характеристикам:
  1. элинвар (Х8Н36) – имеет стабильный модуль упругости и рабочий температурный диапазон от -50 до +100 °С, используется для изготовления часовых пружин и деталей измерительных приборов;
  2. инвар (И36) – не склонен к температурным расширениям, применяется для изготовления эталонных деталей и калибровочных элементов;
  3. платинит (ЭН42) – по тепловому расширению идентичен стеклу, используется для производства электродов ламп накаливания.
  • По магнитным свойствам – магнитные (магнитомягкие и магнитотвердые) и немагнитные.

Марки высоколегированных сталей

МаркаСодержание химических компонентов, %
CMnSiSPBAl
СН1А
1006АК0,25–0,4˃0,02
1008АК0,3–0,5˃0,02
1010АК0,08–0,130,3–0,6˃0,02
1012АК0,1–0,150,3–0,6˃0,02
1015АК0,13–0,180,3–0,6˃0,02
1018АК0,15–0,20,7–0,9˃0,02
1018SK0,15–0,20,7–0,90,1–0,35
1022AK0,18–0,230,7–1˃0,02
1022SK0,18–0,230,7–10,1–0,35
S25C0,22–0,280,22–0,280,15–0,35
10B210,18–0,230,7–1˃0,0005
10B330,32–0,360,7–10,15–0,35˃0,0005
15410,36–0,441,35–1,65

Характеристики

Свойства высоколегированных сталей зависят от марки, формулы сплава, легирующих веществ и их процентного содержания. При помощи термообработки и легирования определенными компонентами материалам придаются необходимые характеристики:

  • прочность;
  • твердость;
  • сопротивление ползучести при нагреве;
  • упругость;
  • пластичность;
  • устойчивость к деформации, истиранию, коррозии, износу;
  • жаростойкость;
  • жаропрочность;
  • другие требуемые качества.

Например, по технологии штампосварки из таких сплавов производят изделия, выдерживающие сверхнизкие температуры до -253 °С. При обработке кремнием получают ферросилиды, устойчивые к кислотным средам.

Все легированные сплавы пригодны к сварке и другим видам обработки. Главное – учитывать состав стали и ее свойства, использовать подходящий режим нагрева и четко соблюдать технологию. Чтобы получить надежное соединение, следует учитывать малую теплопроводность высоколегированных сплавов, их значительное электрическое сопротивление и склонность к линейному расширению.

Компания «Металлист» выполняет комплекс услуг по обработке высоколегированной стали:

Сталь 45: свойства, характеристики, аналоги

Характеристика марки стали 45

Стальной сплав марки 45 – популярная и широко востребованная в инжиниринге сталь качественная конструкционная углеродистая. Массовое применение обуславливает ее производство в виде листового, сортового и фасонного проката.

Химический состав

В формуле железоуглеродистого сплава присутствуют многочисленные присадки, оптимизирующие физико-химические свойства металла. Назовем основные элементы стали 45: железо, углерод, кремний, марганец, никель, сера, фосфор, хром, медь и мышьяк.

Химический состав стали 45 в процентном соотношении

Приблизительный состав сплава

Механические свойства горячекатаной и кованой стали (ГОСТ 1050-2013/ДСТУ 7809)

Ключевые свойства сталей 45 отражены в таблице 2. Цифры получены эмпирическим путем и имеет среднестатистическое значение.

Механические свойства углеродистой качественной конструкционной стали

Марка стали

Для марки стали 2-й категории

Для стали всех категорий HB, не более

Временное сопротивление,σв

Предел прочности,σт

δ

Ψ

Без термообработки

После отжига или высокого отпуска

МПа

МПа

%

%

МПа

кгс/м2

МПа

кгс/мм2

45

598

353

16

40

2246

229

1933

197

Из-за повышенного содержания углерода для всех сталей 45 характерно удовлетворительная свариваемость и появление в околошовной зоне горячих и холодных трещин. Обработку кромок выполняют так же как и при обработке низкоуглеродистых сплавов, но при правильном выборе режима обработки сталь 45 может свариваться посредством MMA, TIG и ERW сварки. После сварочных работ металлоизделия или зона сварки в металлоконструкциях подлежат отжигу.

Применение стали 45

Сталь 45 в виде металлопроката используется для производства металлических конструкций и для изготовления:

  • осей, коленчатых и распредвалов, кронштейнов, штоков, плунжеров, зубчатых шестерен и колес, болтов и гаек повышенной прочности и со средними показателями вязкости металла. Изделия используются после улучшения;
  • детали, эксплуатируемые без ударных нагрузок и подверженные повышенному износу. Для улучшения прочностных характеристик прибегают к термозакаливанию;
  • металлоизделий с повышенной твердостью поверхности. Для улучшения характеристик используют методы термического поверхностного упрочнения, но детали не рассчитаны на критические деформации.

Аналоги стали 45 в международной практике

Великобритания

060A47, 080M/M46, 1449-50CS/HS, 50HS

Евросоюз

C45/E/EC, C46, 2C45, 1.1191

КНР

45/H, ML45, SM45, ZG310-570, ZGD345-570

США

1044, 1045/H,G10420, G10430, G10440, G10450, M1044

Франция

1C45, 2C45, AF65, C40E, C45RR, CC45, XC42h2, XC42h2TS, XC45/h2, XC48

Япония

S45C, S48C. SWRCh55K, SWRCh58K

 

 

Калькулятор и таблицы металла онлайн

СПРАВОЧНИК СТАЛИ

Сталью называют сплав железа с углеродом (до 2%)

По химическому составу сталь разделяют на углеродистую и легированную.

По качеству- на сталь обыкновенного качества, качественную, повышенного качества и высококачественную.

А – азот
Ю – алюминий
Р – бор
Ф – ванадий
В – вольфрам
К – кобальт
С – кремний
Г – марганец
Д – медь     М – молибден
Н – никель
Б – ниобий
Е – селен
Т – титан
У – углерод
П – фосфор
Х – хром
Ц – цирконий

Влияние легирующих элементов:

Никель

сообщает стали коррозионную стойкость, высокую прочность и пластичность, увеличивает прокаливаемость, повышает сопротивление удару.

Вольфрам

образует в стали очень твердые соединения- карбиды, резко увеличивающие твердость и красностойкость стали. Вольфрам препятствует росту зерен при нагреве, способствует устранению хрупкости при отпуске.

Ванадий

повышает твердость и прочность, измельчает зерно. Увеличивает плотность стали.

Кремний

в количестве свыше !% оказывает особое влияния на свойства стали: содержание 1-1.5% Si увеличивает прочность, причем вязкость сохраняется. При большем содержании кремния увеличиваются электросопроитвление и магнитопроницаемость. Кремний увеличивает также упругость, окалийность.

Марганец

при содержании свыше 1 % увеличивает твердость, износоустойчивость, стойкость против ударных нагрузок, не уменьшая пластичности.

Кобальт

повышает жаропрочность, магнитные свойства, увеличивает сопротивление удару.

Молибден

увеличивает красностойкость, упругость, предел прочности на растяжение, антикоррозионные свойства и сопроитвление окислению при высоких температурах.

Титан

повышает прочность и плотность стали, способствует измельчению зерна, улучшает обрабатываемость и сопротивление коррозии.

Ниобий

улучшает кислотостойкость и способствует уменьшению коррозии в сварных конструкциях.

Алюминий

повышает жаростойкость и окалийность.

Медь

увеличивает антикоррозионные свойства.

Церий

повышает прочность и пластичность.

Цирконий

позволяет получать сталь с заранее заданной зернистостью.

Лантан, церий, неодим

уменьшают пористость, способствуют уменьшению содержания серы в стали, улучшают качество поверхности, измельчает зерно.

Легированную сталь по степени легирования разделяют на низколегированную (легирующих элементов до 2,5 %), среднелегированную (от 2,5 до 10 %), высоколегированную (от 10 до 50 %). К высоколегированным относят:

    коррозионностойкие (нержавеющие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против электрохимической и химической коррозии; межкристаллитной коррозии, коррозии под напряжением и др.;
    жаростойкие (окалиностойкие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против химического разрушения в газовых средах при температуре выше 50 °С, работающие в ненагруженном и слабонагруженном состоянии;
    жаропрочные стали и сплавы, работающие в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и обладающие при этом достаточной жаростойкостью.

Марки стали

Углеродистая сталь обыкновенного качества ГОСТ 380-94.

Область применения.

Углеродистая сталь обыкновенного качества предназначена для изготовления проката горячекатаного: сортового, фасонного, толстолистового, тонколистового, широкаполостного и холоднокатаного тонколистового, а также слитков, блюмов, слябов, сутунки, заготовок катаной и непрерывнолитой, труб, поковок и штамповок, ленты, проволоки, метизов и др.

Классификация.

Углеродистую сталь обыкновенного качества изготавливают следующих марок: Ст0, Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп, Ст2кп, Ст2пс, Ст2сп, Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп, Ст3Гпс, Ст3Гсп,Ст4кп,Ст4пс, Ст4сп, Ст5пс, Ст5сп, Ст5Гпс, Ст6пс, Ст6сп.

Буквы Ст обозначают сталь.

Цифры 0,1,2,3,4,5,6- условный номер марки в зависимости от химического состава. Увеличение номера означает повышение содержания углерода и временного сопротивления. Степень раскисления стали обозначается буквами после цифр:кп- кипящая;пс- полуспокойная;сп- спокойная.

Углеродистая качественная конструкционная сталь ГОСТ 1050-88. Общие технические условия.

Область применения.
Стандарт устанавливает общие технические условия для горячекатаного и кованого сортового проката из углеродистой качественной конструкционной стали марок 08,10,15,20,25,30,35,40,45,50,55,58 и 60 диаметром или толщиной до 250 мм а также проката калиброванного и со специальной отделкой всех марок.

В части норм химического состава стандарт распространяется и на другие виды проката, слитки, поковки, штамповки из стали марок, перечисленных выше, а также из стали марок 05кп, 08кп, 08пс, 10кп, 10пс, 11кп, 15кп, 15пс, 18кп, 20кп и 20пс.

Классификация.
Обозначение двумя первыми цифрами:08, 10,15 20 и т.д. до 60. Они показывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Буквы кп и пс после цифр соответствуют кипящей и полуспокойной стали.

Качество поверхности:
1ГП – горячая осадка(испытание)
2ГП – для горячей обработки давлением
3ГП – для холодной механической обработки

Механические свойства:
М1 – в нормализованном состоянии
М2 – нагартованный или нормируемые механические свойства
М3 – с нормированными механическими свойствами
ТО – отожженный, высокоотпущенный

Твердость:
ТВ1 – без термической обработки
ТВ2 – нормируемая твердость
ТВ3 – нагартованный прокат

Сталь конструкционная низколегированная и легированная сталь.

    Низколегированная конструкционная повышенной прочности ГОСТ 19281-89
    Легированная конструкционная ГОСТ 4543–71
    Рессорно-пружинная ГОСТ 14959-79
    Коррозионностойкая, жаростойкая, жаропрочная ГОСТ 5632-72

Обозначение.
Первые две цифры указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Буквы за цифрами указывают присутствие легирующих элементов, а цифры после букв обозначают содержание легирующих элементов в процентах (35Г2, 30Х2)
Если содержание легирующих элементов менее 1,5%, то цифра отсутствует (50Х, 15ХР).

Классификация.
Согласно ГОСТ 4543-79:
Буква А в конце обозначений марок указывает, что сталь высококачественная (15ХА,20ХН3А)
Буква Ш — особовысококачественная

Группы качества поверхности:
1 – горячая осадка
2 – горячая обработка давлением
3 – для механической обработки

По состоянию материла:

    Без термической обработки
    Термически обработанный – Т
    Нагартованный – Н

Углеродистая инструментальная ГОСТ 1435-74. Обозначение. Буквой У и цифрами, показывающими среднее содержание углерода в десятых долях процента (У7, У10) Буква А после цифр обозначает, что сталь высококачественная (У8А) Легированная инструментальная сталь ГОСТ 5950-73. Обозначение. Первые цифры указывают среднее содержание углерода в десятых долях процента, если оно более 0,1 % (9Х1, 9ХС) Цифры, стоящие после букв, обозначающих легирующий элемент. Показывают его среднее содержание в процентах (Х12, 8Х3) Конструкционная повышенной и высокой обрабатываемости резанием ГОСТ 1414-75. Обозначение. Буквой А и цифрами, показывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента (А12)

Подшипниковая ГОСТ 801-78. Обозначение. Буквами ШХ и цифрами, показывающими содержание хрома в десятых долях процента.Буквы после цифр показывают наличие дополнительных легирующих элементов 9ШХ15СГ

Металл Стоматология-Стоматологические Сплавы Нержавеющие

Сплавы в стоматологии ортопедической

Металл в стоматологии занимает центральное место среди материалов. Из стоматологических сплавов отливают (или штампуют) большинство несъёмных протезов, каркасы съемных протезов. Сплавы в стоматологии используют как вспомогательные материалы, для пайки и штамповки. Из них делают стоматологические инструменты.

План статьи:

  • Классификация металлов и сплавов в стоматологии
  • Конструкционные сплавы металлов в ортопедической стоматологии
  • Благородные сплавы металлов в стоматологии
  • Неблагородные сплавы в ортопедической стоматологии
  • Вспомогательные сплавы металлов в стоматологии

Металлы и сплавы в стоматологии Классификация

Все металлы и сплавы делят на черные и цветные.

Черные металлы – это железо и сплавы на его основе. Стали и чугун. Чугун содержит более 2,14% углерода. В стоматологии не применяется.

Поверхность у чугуна матовая и неблестящая. Он плохо поддается полировке.

Сталь в стоматологии

сплав на основе железа, содержащий менее 2,14% углерода. Кроме железа и углерода в стали присутствуют и другие металлы. Они придают сплаву новые свойства (легированная сталь), в том числе делают её нержавеющей.

Стальные колпачки для штамповки коронок

Легированная сталь – сплав железа и углерода, с добавлением любых других металлов. Они меняют свойства сплава (температуру плавления, твердость, пластичность, ковкость и т.д.).

Легированная сталь

Нержавеющая сталь – сталь устойчивая к коррозии. В качестве антикарозионного агента чаще всего применяют хром (21%), а также другие металлы.

Цветные металлы — это соответственно все остальные металлы.

Металлы в ортопедической стоматологии делят на благородные и не благородные.

Благородные металлы (или драгоценные металлы) – металлы устойчивые к коррозии и химически инертные. Основные благородные металлы – это золото, серебро, и металлы платиновой группы (платина, палладий, иридий, осмий и др.).

Неблагородные металлы – металлы, легко подвергающиеся коррозии, и не встречающиеся в природе в чистом виде. Их всегда добывают из руд.

В зависимости от плотности

металлы применяемые в стоматологии бывают легкие и тяжелые.

В этом вопросе нет единой точки зрения. Наиболее общий критерий – плотность металла больше плотности железа (8г/см³) или атомный вес больше 50 а.е.м. Если хотя бы одно условие выполняется – металл тяжелый.

Для экологии и медицины тяжелые металлы — это металлы, которые обладают высокой токсичностью и экологической значимостью. Что создает ещё большую путаницу. Например золото с плотностью 19,32 г/см³ и атомным весом 197 а.е.м. не относят к тяжелым металлам, из-за его инертности и отличной биосовместимости.

Стоматологические сплавы металлов классификация

По назначению сплавы металлов в ортопедической стоматологии делят на:

  • А. Конструкционные – из них делают зубные протезы.

  • Б. Сплавы для пломбирования – амальгамы.

  • В. Сплавы, для изготовления стоматологических инструментов.

  • Г. Вспомогательные. Металлы, применяемые для других целей (Например, легкоплавкие металлы для штамповки или припои).

По химическому составу сплавы применяемые в стоматологии бывают:

  • Сплавы благородных металлов

  • Сплавы неблагородных металлов

Благородные металлы в стоматологии и сплавы

Благородные металлы в стоматологии стоят дорого. Но, несмотря на это, их продолжают применять из-за отличной биосовместимости. Они не подвержены коррозии, не реагируют со слюной, не вызывают аллергию и интоксикацию.

Золотой сплав часто может стать единственным вариантом для пациентов с полиэтиологической контактной аллергией.

Благородные сплавы долговечны. Единственный их недостаток (кроме цены) – это мягкость и подверженность истиранию.

Сплавы золота в стоматологии.

  • Сплав золота 900-й пробы. ( ЗлСрМ-900-40).

СОСТАВ: 90% золота, 4% серебра, 6% меди.

СВОЙСТВА: температура плавления  1063°С.

Сплав отличается пластич­ностью, легко под­да­ется механи­ческой об­работке под давлением (штамповке, вальце­ванию, ковке).

Из-за низкой твердости сплав легко стирается. Поэтому, при изготов­лении штампованных коронок изнутри, на жевательную поверх­ность или режущий край, заливают припой.

Выпускают: в виде дис­ков диамет­ром 18, 20, 23, 25мм и бло­ков по 5г.

 

Применение: для штампованных коронок и мостовидных протезов из

сплава благородных металлов в ортопедической стоматологии
  • Сплав золота 750-й пробы (ЗлСрПлМ-750-80)

Состоит из Золота – 75%, Серебра и меди по 8%, и платины – 9%

 

Платина придает этому сплаву упругость и уменьшает усадку при литье.

Применяют для изготовления литых золотых частей бюгельных протезов, кламмеров и вкладок

  • Сплав золота стоматологический 750-й пробы (ЗлСрКдМ)

В состав добавлен кадмий – 5-12%.

 

За счет кадмия снижается температура плавления сплава до 800 С. (Средняя температура плавления золотых сплавов 950-1050 С.) Что позволяет применять этот сплав в качестве припоя.

Серебряно палладиевый сплав в стоматологии

Серебряно-палладиевые сплавы отличаются большей Т.пл = 1100-1200 С. Их физико-механические свойства похожи на золотые сплавы. Но устойчивость к коррозии ниже. (Серебро темнеет при контакте с соединениями серы) Сплавы пластичные и ковкие. Паяются золотым припоем (ЗлСрКдМ).

СОСТАВ: 75,1% серебра, 24,5% палладия, немного ле­гирующих металлов (цинк, медь, золото).

Применяют для штампованных коронок. Выпускают соответственно в виде дисков различного диаметра (18, 20, 23, 25 мм) и толщиной 0,3 мм.

Состав: 78% серебра, 18,5% палладия, другие металлы.

Применяют как сплав для литья в стоматологии.

Уменьшено кол-во палладия до 14,5%, увеличено серебра.

Применяют для вкладок.

 

Неблагородные сплавы металлов применяемые в ортопедической стоматологии

Для уменьшения стоимости протезов разрабатывались сплавы, на основе более дешевых металлов, чтобы заменить дорогое золото.

В СССР наиболее широко использовалась дешевая нержавеющая сталь.

Сегодня основную массу ранка занимают кобальто-хромовые и никель-хромовые сплавы.

Сплав нержавеющий стоматологический-сталь стоматологическая

Сталь – самый распространенный сплав в мире. Его свойства отлично известны. А за счет легирующих агентов ей можно придать какие угодно свойства.

Сталь стоматологическая очень дешевая.

Из недостатков: сталь тяжелая (плотность около 8 г/см3) и химически активная. Может вызвать аллергию, гальванозы.

Нержавеющая сталь в стоматологии ортопедической — марки:

  • СТАЛЬ МАРКИ 1X18H9Т (ЭЯ-1) 
Стоматологический сплав для коронок 
СОСТАВ:

1,1% углерода; 9% никеля ;18% хрома; 2% марганца, 0,35% титана, 1,0% кремния, остальное — железо.

Применяют  для несъемных протезов: индивидуальных коронок, литых зубов,  фасеток.

  • СТАЛЬ МАРКИ 20Х18Н9Т

СОСТАВ: 0,20% углерода, 9% никеля, 18%хрома, 2,0% марганца, 1,0% титана, 1,0% кремния, остальное — железо.

Из этого типа стали в заводских условиях изготавливают:

  • стандартные гильзы, идущие на производство штампованных коро­нок;

  • заготовки кламмеров (для ЧСПП)

  • эластичные металлические матрицы для пломбирования, а также сепарационные по­лоски

  • СТАЛЬ для стоматологии МАРКИ 25Х18Н102С

СОСТАВ: 0,25% углерода, 10,0% никеля, 18,0% хрома, 2,0% мар­ганца, 1,8% кремния, остальное — железо.

ПРИМЕНЕНИЕ: в заводских условиях изготавливают:

  • зубы (боковые верхние и нижние) для штампованнопаяных мостовидных протезов;

  • каркасы для метало-пластмассовых мостовидных протезов, для облицовки;
  • проволоку ортодонтическую диаметром от 0,6 до 2,0 мм (шаг 0,2мм)
    .

 

В качестве припоя для неблагородных сплавов используется серебряный припой ПСР-37 или припой Цетрина.

Содержит серебро-37%, медь – 50%, Марганец – 8-9%, Цинк – 5-6%

 

Температура плавления – 725-810 С

Кобальт хромовый сплав в стоматологии

(кобальто-хромовый сплав, хромокобальтовый сплав)

СОСТАВ:

  • кобальт 66-67%, основа сплава, твердый, прочный и лёгкий металл.
  • хром 26-30%, вводимый в основном(как и в стали) для повышения устойчивости коррозии.
  • никель 3-5%, повышает пластичность, ковкость, вязкость сплава, улучшает технологические свойства сплава.
  • молибден 4-5,5%,повышает проч­ность сплава.
  • марганец 0,5%, увеличивающий прочность, качество литья, пони­жаю­щий температуру плавления, способствующий удалению ток­сических соединений серы из сплава.
  • углерод 0,2%, снижает температуру плавления и улучшает жид­котекучесть сплава.
  • кремний 0,5%, улучшает качество отливок, повышает жидко­текучесть сплава.
  • железо 0,5%, повышает жидкотекучесть, улучшает ка­чество литья.

СВОЙСТВА КХС-сплава стоматологического:

Отличается хорошими физико-механическими свойст­вами, малой      плотностью (и соответственно весом реставраций) и отличной жидкотекучестью, позво­ляющей отливать ажурные изделия высокой прочности.

 

Температура  плавления  составляет 1458 С

Сплав устойчив к истира­нию и долго сохраняет зеркальный блеск.

Кобальтохромовый сплав в стоматологии

Используется в для литых коронок,  мостовидных протезов, цельнолитых бюгельных протезов, каркасов металлокера­мических про­тезов, съемных протезов с литыми базисами, шинирующих аппаратов, литых кламмеров.

Металлокерамика состав металла в стоматологии

Целлит-К – кобальто-хромовый

сплав входящий в состав металла

металлокерамики в стоматологии.

 

Никель хромовые сплавы в стоматологии

Сплавы, в которых основной элемент Ni. Элементы этого сплава кроме никеля — Сг (не менее 20%), Со и молибден (Мо) (4%).

По свойствам сплав никеля близок к сплаву кобальта.

Применяется: для литья несъемных протезов и каркасов съемных протезов.

Сегодня ограничено применение сплавов никеля из-за их высокой аллергенности.

Сплавы титана в стоматологии ортопедической

В стоматологии применяют как чистый титан (99,5%), так и его сплавы.

Чистый титан

Для литья и фрезерования применяют сплавы титана, алюминия и ванадия (90-6-4% соответственно). И сплав титана с алюминием и ниобием (87-6-7%).

Сплавы титана лёгкие и удивительно прочные. Но тугоплавкие и тяжелые в обработке.

В ортодонтии, для изготавления дуг применяют сплавы титана, ванадия и алюминия (75-15-10%).

Металлы используемые в ортопедической стоматологии

Сплав никеля и титана – никелид титана – никель 55%, титан 45%.

Сплав обладает памятью формы. Деформированные охлажденные изделия из этого сплава при нагревании приобретают исходную форму.

 

Сплав применяется в ортодонтии, где при действии температуры тела он принима
ет нужную форму.

 

Также из него делают эндодонтические инструменты с памятью формы.

 

Вспомогательные сплавы применяемые в ортопедической стоматологии

Бронза – сплав меди с оловом. В стоматологии применяется алюминиевая бронза (алюминий вместо олова). Из нее делают лигатуры для шинирования переломов челюстей.

Латунь – сплав меди с цинком – из нее делают штифты для разборных моделей.

Магналий – сплав алюминия и магния – из него делают детали самолетов (сплав очень легкий и прочный). В стоматологии из него делают артикуляторы и некоторые кюветы.

Амальгамы – сплав металла с ртутью. Применяются для пломбирования.

Тема слишком обширная, о амальгаме в стоматологии будет отдельная статья.

Легкоплавкие сплавы в стоматологии ортопедической

Сплавы легкоплавкие (Меллота, Вуда, Розе) – содержат Висьмут, Олово, Свинец

– их температура плавления около 70 С.

Применяются для штампов при штамповки коронок, контр штампов, изготовления разборных моделей.

 

Легкоплавкие металлы в стоматологии

Сплав Вуда.

 

Температура плавления 68 С.

Состав: Висмут – 50%, Свинец – 25%, Олово – 12,5%, Кадмий – 12,5%.

Токсичен, так как содержит кадмий.

Сплав Меллота.

Температура плавления 63 С

Состав: Висмут – 50%, Свинец – 20%, Олово – 30%.

Сплав Розе для стоматологии.

Температура плавления 94 С.

Состав: Висмут – 50%, Свинец и Олово по 25%.

 

Сталь для стоматологических инструментов

Инструментальная сталь – содержит углерод от 0,7% и более.

Отличается высокой прочностью и твердостью (после специальной температурной обработки).

Добавление к стали вольфрама, молибдена, ванадия и хрома делает сталь способной хорошо резать при высокой скорости. Такую сталь используют для боров и фрез.

Карбид вольфрама – не сплав. Химическое соединение вольфрама с углеродом (химическая формула WC). Сопостовим по твердости с алмазом. Применяют для производства бронебойных танковых снарядов. А ещё для твердосплавных стоматологических боров.

Металл цирконий в стоматологии

Диоксид циркония – тоже не сплав. Химическое соединение металла циркония с кислородом. По химической природе близок к керамике, но твёрже и прочнее. В стоматологии применяют для изготовления фрезерованных протезов.

Сплавы металлов применяемых в стоматологии (заключение)

Представить современную стоматологию без металлов невозможно. Они в основе всего. И нет материала, который мог бы заменить металл.

Применение металлов в стоматологии

Металлы в стоматологии применяют для:

    • Коронок и мостовидных протезов
    • Каркасов бюгельных протезов
    • Металлических базисов чспп и пспп
    • Дентальных имплантатов
    • Для инструментов и приспособлений
    • Как вспомогательный материал для различных технологических процессов
    • Для пломбирования

Видео: Металл с памятью формы в медицине

Углеродистая сталь — состав, свойства, применение и маркировка

Область применения углеродистой стали широка – она используется для создания инструментов, из нее изготавливаются несущие конструкции и элементы для машиностроения. В настоящее время это один из самых востребованных видов стали, так как она обладает уникальными свойствами. Ее эксплуатационные и технические свойства определяются компонентами и их соотношением в составе.

Состав

Для плавки стали используется углерод и дополнительные элементы. В зависимости от будущего назначения к материалу предъявляются определенные требования: твердость, пластичность, текучесть и т.д. Корректировку этих параметров можно осуществлять с помощью изменения % содержания углерода.

Его соотношение к общему объему является одним из основных условий разделения стали на виды.

Их отличительные качества и особенности описаны в нормативных документах:

  • Обыкновенного качества – ГОСТ 380-85.
  • Конструкционная – ГОСТ 380-88.
  • Инструментальная – ГОСТ 1435-54 и ГОСТ 5952-51.

Содержание углерода определяет показатель твердости. Чем его больше – тем прочее будет изделие. Однако нужно учитывать, что одновременно с этим возрастает хрупкость.

В зависимости от этого показателя сталь разделяют на несколько видов:

  • Низкоуглеродистая – до 0,25%. Отличается хорошей пластичностью, относительно легко поддается деформации, как в холодном состоянии (годна для холодной ковки), так и под воздействием высоких температур.
  • Среднеуглеродистые – от 0,3% до 0,6%. Обладает достаточной прочностью, но также имеет хорошие показатели пластичности и текучести, что важно для обработки. Область применения – элементы конструкций, эксплуатация которых подразумевает нормальные условия.
  • Высокоуглеродистые – от 0,6% до 1,4%. Из нее изготавливают высокопрочный инструмент, приборы для измерения.

Каждый из этих видов стали имеет определенную область применения.

Обыкновенного качества

Это самый востребованный вид стали в настоящее время. Она производится в виде проката – листов, прутьев, швеллеров и балок. Благодаря своим свойствам может использоваться в качестве опорных конструкций, элементов машиностроения.

Для того чтобы узнать свойства определенного вида углеродистой стали обыкновенного качества. нужно знать принцип ее маркирования.

Обозначение всегда должно соответствовать ГОСТу. В названии указывается вид металла – СТ. Затем идет цифровой номер, определяющий содержание перлита и углерода. Чем больше номер – тем прочнее изделие. Нумерация может варьироваться от 0 до 6. Затем в названии указывается способ раскисления — СП – спокойная; ПС – полуспокойная; КП – кипящая.

Помимо этого углеродистая сталь имеет разделение на три подвида.

  • А – ее химический состав не регламентируется. Главным показателем являются механические свойства. Она не проходит предварительную стадию обработки давлением. Не предназначена для сварки.
  • Б – ее химический состав должен соответствовать нормативной документации. Изделия из этого материала могут подвергаться обработке – штамповке, ковке и т.д. Но при этом возможно изменение механических свойств. Некоторые сорта можно подвергать термическому воздействию.
  • И – наиболее качественный вид материала. Для этих марок характерны механические свойства группы «А» и гарантированный химический состав группы «Б». Конструкции могут свариваться между собой.

В маркировке группа «А» не указывается. Если же сорт материала соответствует группам «Б» или «В» — эти буквы указывают в начале маркировки. При использовании в составе марганца с повышенным содержанием в названии марки используют букву «Г». Пример: БСт3Гпс – сталь группы «Б», с содержанием углерода, соответствующего обозначению «6», с добавлением марганца в полуспокойном состоянии.

Качественная

При изготовлении этих сортов стали предъявляются повышенные требования, как к химическому составу, так и к механическим свойствам. Помимо этого регламентируется содержание вредных компонентов.

  • Сера – не более 0,04%.
  • Фосфор – не более 0,035%.

Данные сорта обозначаются буквой «У». Следующие за ней цифры указывают % содержание углерода (в сотых долях процента). Такие марки стали используются для изготовления инструмента, ответственных элементов в машиностроении, а также при производстве точных измерительных приборов.

  • У7 – применяется для производства зубил, штампов, кузнечного инструмента, молотов.
  • У8 и У8Г (с содержанием марганца) – пробойники, ножи по металлу, инструмент, предназначенный для обработки камня.
  • У9 – инструмент для деревообработки, кернеры, штемпеля.
  • У10 и У11 – метчики, развертки, плашки, полотна для ножовок.
  • У12 и У13 – резцы для обработки твердого металла, сверла.

На что еще нужно обращать внимание при выборе углеродистой стали? Важно помнить, что чем лучше показатель твердости, тем более хрупким будет изделие. Так, для инструментальных сортов качественной стали характерна хорошая механическая прочность, низкая текучесть и пластичность.

Материал сталь S355J2 (марка стали, уголок)

Характеристики стали S355J2.
Стандарт Изделия горячекатаные из конструкционных сталей. Часть 2: Технические условия поставки для нелегированных конструкционных сталей (EN 10025-2)
Применение
Конструкции сварные, горячекатанный прокат
Бывшее обозначение Европейский старый (EN 10025-2:1990)

Fe 510 D2, Fe 510 D1

Европейский старый (EN 10025:1990 + A1:1993)

S355J2G3, 1.0570

S355J2G4, 1.0577

Другие наименования ЮАР (SANS 50025-2)
S355J2, 1.0577
Европейские (EN 10025-2)
S355J2, 1.0577
США (ASME SA/EN 10025-2)
S355J2, 1.0577
Классификация
Конструкционная качественная нелегированная сталь

Низколегированная сталь S355J2 относится к классу конструкционных сталей (буква S) с минимальным значением текучести равным 355 МПа при температуре рабочей среды — 20 градусов и разрушающей ударной работой в 27 Дж. Для толщин от … до. Испытания на текучесть проводятся на прокатных нормализованных изделиях(+N) или на катанных заготовках(+AR). Продукция, изготовленная в нормализованном состоянии (+N) в дальнейшем может использоваться для горячей и холодной штамповки, либо иным видам холодной механической обработки металлов.

Углеродный эквивалент — максимальное значение


CEV (%) Номинальная толщина (мм)
0,49 > 150 ≤ 400
0,47 > 30 ≤ 150
0,45 ≤ 30

Состав химический (%)


Номинальная толщина изделия (ММ) S Cu Mn Si P C Fe
≤ 40 <0,025 <0,55
<1,60
<0,55
<0,025
<0,20
Остальное
> 40 <0,025
<0,55
<1,60
<0,55
<0,025
<0,22
Остальное
 
При толщине прокатных профилей более 100 мм., концентрация углерода (С) в составе стали может быть изменена по желанию заказчика. Для длинномерного проката содержание фосфора (Р), влияющего на хладноломкость, можно повысить на 0.005%, а наибольшее количество серы(S), влияющейна красноломкость, может быть увеличено от стандарта евросоюза еn 10025-2 на 0,015% по требованию потребителя. Эти изменения позволяют повысить пригодность стали к механической обработке, так как они приводят к изменению строения сульфидов. Повышенное содержание до 0,4% меди (Cu), может спровоцировать шелушение коррозии(хрупкость деталей в горячем состоянии). Европейская марка стали S355J2 должна иметь в своём составе меди на уровне 0,002%.

Свойства механические


Номинальная
толщина (мм)
Предел прочности, Rm (МПа) Минимальный предел
 текучести, ReH (МПа)
Твердость по Бринеллю,
(МПа)
> 250 ≤ 400 
450 — 600 265 133 — 179
> 200 ≤ 250 450 — 600
275 133 — 179
> 150 ≤ 200 450 — 600
285 133 — 179
> 100 ≤ 150 450 — 600
295 133 — 179
> 80 ≤ 100 470 — 630 315 147 — 187
> 63 ≤ 80
470 — 630
325 147 — 187
> 40 ≤ 63 470 — 630
335 147 — 187
> 16 ≤ 40 470 — 630
345 147 — 187
> 3 ≤ 16 470 — 630
355 147 — 187
< 3 510 — 680 355 152 — 202

Определения параметра CEV по формуле


Формула для определения углеродного эквивалента CEV, отражающая влияние элементов химического состава на свариваемость такого материала, как металл S355J2 следующая:

CEV=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15

Если в пробе стали из ковша количество меди (Си) от 0,2% до 0,4%, а в пробе при анализе готовой продукции от0,2% до 0,45% , то при таких показателях максимальные цифры углеродного эквивалента необходимо увеличить на 0,02%
Поставка продукции для нанесения в дальнейшем различных покрытий с подогревом, например, способом горячего цинкования, может потребоваться контроль количества кремния(Si) и увеличения концентрации таких элементов как углерод(С) и марганец(Мn). Это необходимо для улучшения механических характеристик стали, таких например, как растяжение. В этом случае цифровые значения углеродного эквивалента необходимо увеличить таким образом:

— для Si менее 0,03% прибавка CEV составит 0,02%
— для Si менее 0,25% прибавка CEV составит 0,01

Испытание на разрушение (растяжение)

Номинальная
толщина (мм)
Минимальное относительное удлинение после разрыва, А (%)
Поперечные образцы
Продольные образцы
Lo = 5,65 √So
> 250 ≤ 400
17
> 150 ≤ 250 17
17
> 100 ≤ 150 18 18
> 63 ≤ 100
18
20
> 40 ≤ 63 19
21
> 3 ≤ 40
20
22
Lo = 80 мм
> 2,5 ≤ 3
16 18
> 2 ≤ 2,5
15 17
> 1,5 ≤ 2
14 16
> 1 ≤ 1,5
13 15
< 1
12 14

Испытание на ударную вязкость на образцах с V-образными надрезами (работа разрушения при ударе KV)

Средняя толщина образца (мм) Минимум поглощенной энергии, J (Дж)  Температура °C
> 250 ≤ 400
27 — 20
> 150 ≤ 250
27
— 20
≤ 150
27 — 20
 

Физические свойства

Плотность стали (вес) S355J2 — 7,85 г/см3


Свойства технологические


Свариваемость
Группа 1.2 По ISO 15608  
 

Аналоги


Франция (AFNOR A 35-501)
E28-2
Швеция (SS)
1412-00
Англия (BS 4360)
43B
Испания (UNE 36-080)
AE 275 B
Италия (UNI 7070)
Fe 430 B
Бельгия (NBN A 21-101)
AE 225-B
Германия (DIN 17100)    St44-2
Австрия (M 3116)
St 430 B
Норвегия (NS)
NS 12142
Португалия (NP 1729) Fe 430 B

Описание


Из-за невысокого содержания углерода материал S355J2 изначально предназначен для сварных и штампованных изделий. Его свариваемость не имеет ограничений и поэтому налажен выпуск наиболее популярных видов проката из него. Благодаря сбалансированному химическому составу сварные детали, полученные из данного сплава, работают при больших давлениях и температурных границах от -40 до +480 градусов. Благодаря большому пределу прочности широко применяется в различных областях техники.
Низколегированный, кремнемарганцевистый сплав подвергают упрочняющей обработке из контролируемой прокатки и усиленного охлаждения. 
Так как сплав хорошо переносит большие температуры, его используют под трубы переносящие пар и горячую воду. Так же из него изготавливают фланцы, тройники и прочую фасонную арматуру. Большое количество употребляется при протяжке газопроводов, тепловых трубопроводов и магистралей, перемещающих неактивные газы.
Российский аналог стали S355J2 — стали 17ГС и 17Г1С. Эти марки стали имеют большой предел прочности на разрыв и большой ударной прочностью. Много такой стали употребляется в вагоностроении, автомобилестроении, при производстве опор ЛЭП. Из неё строятся мосты, нефтяные и газовые морские платформы.
Незаменима эта сталь при производстве большегрузных автомобилей, грузоподъёмной техники, бульдозеров. Из неё изготавливаются ответственные детали и узлы в энергетической отрасли.
По EN 10025-2 выпускаемая продукция представлена в виде плоского и длинноразмерного проката, а так же заготовок, используемых далее при производстве сортового и нестандартного проката.
Компонентный состав, прочностные характеристики регулирует стандарт EN 10025-2:2004

Какова химическая формула стали?

Когда некоторые люди думают о стали, они могут представить себе небоскреб, собираемый с использованием массивных клепаных балок, в то время как другие могут представить себе корпус и двигатель классического автомобиля на автомобильной выставке. Действительно, сталь присутствует во многих вещах, которыми люди пользуются каждый день. Понимание химического состава стали полезно при определении того, какую сталь следует использовать, а также в какой области ее применения. Поскольку сталь представляет собой смесь, а не химическое соединение, у нее нет определенной формулы химического соединения.Когда вы ищете подходящую сталь для использования, добавки определяют, какая сталь лучше всего подходит для ваших целей.

TL; DR (слишком долго; не читал)

Сталь — это смесь железа и углерода, сплавленная вместе с одним или несколькими другими металлами или неметаллами. Поскольку сталь представляет собой смесь, а не химическое соединение, у стали нет определенной формулы химического соединения. Условные обозначения стали зависят от состава стали — от того, что смешано с железом, — например, углеродистой стали или вольфрамовой стали.

Железо и углерод играют большую роль

Железо является умеренно химически активным металлом, склонным к химическому соединению с неметаллами, такими как кислород и углерод. Когда железо добывают или иным образом находят в природе, оно обычно встречается в природе как минерал. Когда железная руда нагревается в присутствии восстановителя, такого как окись углерода, образуется металлическое железо. Затем железо подвергается дальнейшей очистке, чтобы создать железоуглеродистый сплав, который можно использовать для изготовления материала, известного нам как сталь.

Сплав железа с углеродом является основным материалом стали. Доля углерода в сплаве обычно составляет от 0,15 до 0,30 процента, и она определяет начальную прочность и пластичность сплава — способность вытягиваться в проволоку или подвергаться обработке. Когда в сплаве больше углерода, сталь прочнее. Однако он менее пластичен, чем сплав с низким содержанием углерода.

После того, как сплав железа с углеродом был улучшен до желаемого отношения углерода к железу, могут быть добавлены дополнительные материалы для улучшения характеристик конечного стального сплава.Например, если конечным сплавом является нержавеющая сталь, в смесь добавляются хром и марганец.

Улучшающая сталь

Хотя некоторые виды стали, такие как низкоуглеродистая сталь, могут состоять только из железа и углерода, для создания конструкционной стали используются несколько важных химических элементов. Например, марганец и ниобий используются для придания стали дополнительной прочности, а хром, никель или медь добавляются для снижения подверженности стали ржавчине и коррозии.Аналогичным образом, молибден, ванадий, вольфрам или титан могут быть добавлены для улучшения других характеристик стали с целью улучшения характеристик. Сталь может быть дополнительно обработана антикоррозийной обработкой с использованием гальванизации (покрытие цинком, часто путем погружения в расплавленный цинк) или гальваники (нанесение покрытия из материала на поверхность с помощью электрического тока).

Химический состав стали

Сталь — это сплав железа и других элементов. Некоторые элементы намеренно добавляются в железо с целью достижения определенных свойств и характеристик.Остальные элементы присутствуют случайно и не могут быть легко удалены. Такие элементы называются «следовыми» или «остаточными» элементами.

Многие спецификации продуктов содержат обязательные требования к отчетности по определенным элементам, и они различаются. Большинство заводов обычно проводят анализ тепла, который включает в себя перечисленные ниже элементы. Хотя можно проводить анализ других элементов, это чаще всего нецелесообразно или необходимо, если они не являются добавками (например, Pb — свинец, Sb — сурьма или Co — кобальт).

C — Углерод

Mn — Марганец

P — фосфор

S — Сера

Si — Кремний

Cu — медь

Ni — Никель

Cr — Хром

Mo — молибден

V — Ванадий

Cb (Nb) — Колумбий (ниобий)

Ti — Титан

Al — Алюминий

N — азот

B — Бор

Sn — олово

Ca — Кальций

Существуют тысячи стальных сплавов, и их классификация сложна и варьируется в зависимости от руководящего органа.Однако большинство из них можно в общих чертах сгруппировать в простую углеродистую сталь, сверхнизкоуглеродистую сталь (ULC), высокопрочную низколегированную сталь (HSLA), легированную сталь, высоколегированную сталь (включая нержавеющую сталь и инструментальную сталь) и электротехническую сталь. Усовершенствованная высокопрочная сталь (AHSS) — это новейшая классификация сталей.

Легирующие элементы часто служат для разных целей в разных сталях. Например, марганец способствует прочности и твердости стали в прокатанном состоянии, но другой важной характеристикой является его способность повышать прокаливаемость, что имеет решающее значение при термообработке.

Влияние легирующих элементов на свойства стали — огромная тема. Ниже приводится очень краткое изложение влияния перечисленных выше элементов на обычный плоский прокат. Более подробную информацию можно найти на веб-сайтах руководящих органов и информационных обществ по материалам, таких как ASM International.

Углерод является основным упрочняющим элементом стали. Твердость и прочность возрастают пропорционально увеличению содержания углерода примерно до 0,85%. Углерод отрицательно влияет на пластичность, свариваемость и вязкость.Диапазон содержания углерода в стали ULC обычно составляет 0,002 — 0,007%. Минимальный уровень углерода в простой углеродистой стали и HSLA составляет 0,02%. Марки углеродистой стали повышаются до 0,95%, стали HSLA — до 0,13%.

Марганец присутствует во всех товарных сталях в качестве добавки и вносит значительный вклад в прочность и твердость стали почти таким же образом, но в меньшей степени, чем углерод. Марганец улучшает ударную вязкость при низких температурах. Увеличение содержания марганца снижает пластичность и свариваемость.Типичное содержание марганца составляет 0,20 — 2,00%.

Фосфор чаще всего является остатком, но может быть добавкой. В качестве добавки увеличивает твердость и прочность на разрыв. Это отрицательно сказывается на пластичности, свариваемости и вязкости. Фосфор также используется в повторно фосфорированной высокопрочной стали для автомобильных кузовных панелей. Обычно остаточные количества составляют менее 0,020%.

Сера присутствует в сырье, используемом при производстве чугуна. Сталеплавильный процесс предназначен для его удаления, поскольку он почти всегда является вредной примесью.Типичное количество в товарной стали составляет 0,012%, а в формуемой HSLA — 0,005%.

Кремний может быть добавкой или остатком. В качестве добавки он увеличивает прочность, но в меньшей степени, чем марганец. Типичная минимальная добавка составляет 0,10%. Для применений после цинкования желаемый остаточный максимум составляет 0,04%.

Медь, никель, хром (хром), молибден (молибден) и олово являются наиболее часто встречающимися остатками в стали. Их количество контролируется управлением ломом в процессе выплавки стали.Обычно указанные максимальные остаточные количества составляют 0,20%, 0,20%, 0,15% и 0,06% соответственно для меди, никеля, хрома и молибдена, но допустимые пределы зависят в основном от требований к продукту. Медь, никель, хром и молибден, когда они являются добавками, оказывают очень специфическое улучшающее воздействие на сталь. Максимальный остаточный остаток олова обычно не указывается, но его содержание в стали обычно поддерживается на уровне 0,03% или менее из-за его вредных свойств.

Ванадий, колумбий и титан — это упрочняющие элементы, которые добавляют в сталь по отдельности или в комбинации.В очень малых количествах они могут иметь очень значительный эффект, поэтому их называют микросплавами. Типичные количества составляют от 0,01 до 0,10%. В сверхнизкоуглеродистую сталь титан и колумбий добавляются в качестве «стабилизирующих» агентов (что означает, что они объединяются с углеродом и азотом, остающимися в жидкой стали после вакуумной дегазации). Конечный результат — превосходная формуемость и качество поверхности.

Алюминий используется в основном как раскислитель в сталеплавильном производстве, соединяясь с кислородом в стали с образованием оксидов алюминия, которые могут всплывать в шлаке.Обычно 0,01% считается минимумом, требуемым для «стали, убитой алюминием». Алюминий действует как измельчитель зерна во время горячей прокатки, объединяясь с азотом с образованием осадков нитрида алюминия. При последующей переработке можно контролировать выделение нитрида алюминия, чтобы повлиять на свойства змеевика.

Азот может попадать в сталь в качестве примеси или преднамеренной добавки. Обычно остаточные уровни ниже 0,0100 (100 частей на миллион).

Бор чаще всего добавляют в сталь для повышения ее прокаливаемости, но в низкоуглеродистые стали его можно добавлять для связывания азота и уменьшения удлинения при пределе текучести, что сводит к минимуму разрывы рулонов.В то же время при надлежащей обработке продукт будет иметь отличную формуемость. Для этого его добавляют в количестве примерно до 0,009%. Остаток в стали обычно составляет менее 0,0005%.

Кальций добавляется в сталь для контроля формы сульфидов с целью улучшения формуемости (он соединяется с серой с образованием круглых включений). Он обычно используется в стали HSLA, особенно при более высоких уровнях прочности. Типичная добавка составляет 0,003%.

Каково влияние различных элементов на химический состав стали?

Химический состав стали указан во всех сертификатах испытаний материалов согласно EN10204.В этой статье кратко рассказывается о влиянии каждого элемента на сталь и о том, почему он важен или действительно нежелателен. Основное внимание уделяется углеродистой стали по стандартам EN10025, EN10028 и EN10225, то есть стали для строительной техники, котлов и сосудов под давлением, а также для использования на море.

Химический состав стали — элементы периодической таблицы

Углерод — C

Углерод добавляется в железо для производства стали. В чистом виде железо довольно мягкое, и добавление до 2% углерода придает ему твердость и прочность.Листы из конструкционной стали обычно содержат от 0,15 до 0,3% углерода. По мере увеличения количества углерода в стали прочность увеличивается, но снижается пластичность. Таким образом, железо с добавлением большого количества углерода становится очень хрупким и не может упруго реагировать на динамическую нагрузку.

Кремний — Si

Кремний добавляется в углеродистую сталь, чтобы помочь раскислить или убить ее. То есть кремний помогает удалить пузырьки кислорода из расплавленной стали. Он также полезен для увеличения прочности и твердости, но при этом менее эффективен, чем марганец.К сожалению, для многих применений он также увеличивает размер зерна, поэтому обычно существует верхний предел для него.

Марганец — Mn

Марганец, вероятно, является вторым по важности легирующим элементом стали после углерода. Подобно углероду, он оказывает большое влияние на прочность, пластичность и закаливаемость. Марганец помогает уменьшить количество оксидов, а также противодействовать присутствию сульфида железа. Тем не менее, сталелитейщики должны были быть осторожными, чтобы уровень углерода и марганца не был слишком высоким или сталь не стала слишком хрупкой и ухудшила свариваемость.

Фосфор — P

В конструкционной стали Фосфор обычно считается нежелательным остаточным элементом.Это связано с тем, что для большинства применений требуется очень низкий или низкий уровень фосфора. Фосфор увеличивает охрупчивание стали, что снижает ударную вязкость и пластичность металла. При использовании это обычно проявляется в виде трещин и переломов. Высокое содержание фосфора в стали является фактором, способствующим растрескиванию HIC во влажной среде h3S.

Сера — S

Сера — еще один остаточный элемент в конструкционной стали и сталях для сосудов высокого давления. Сера снижает ударную вязкость с надрезом, снижает свариваемость и пластичность.Обычно он проявляется в стали в виде включений сульфидов, что снижает ее прочность.

Азот — N

Азот — остаточный элемент для горячекатаных стальных листов. Как правило, высокий уровень азота придает пластине непостоянные механические свойства и затрудняет сварку из-за увеличения охрупчивания в зоне термического влияния (HAZ).

Медь — C

В конструкционных сталях медь в основном используется в качестве легирующего элемента, так как она улучшает стойкость к атмосферной коррозии и способствует связыванию стали с краской.Это также оказывает небольшое влияние на прокаливаемость.

Ниобий — Nb

Ниобий — ключевой элемент измельчения зерна в производстве стали. Это потому, что он уменьшает размер зерна, он одновременно улучшает прочность, ударную вязкость и пластичность.

Ванадий — V

Ванадий, добавленный в процессе производства стали, помогает удалить оксиды и, таким образом, увеличивает предел текучести и предел прочности стальных листов

Титан — Ti

Титан в стали помогает сохранить малый размер зерна, а также помогает управлять включения, сделав их более округлыми.

Хром — Cr

Хром в качестве легирующего элемента в стали способствует повышению ее стойкости к коррозии и окислению. Когда процентное содержание хрома в стали превышает 1,1%, образуется поверхностный слой, который помогает защитить сталь от окисления.

Никель — Ni

Никель используется для улучшения свойств коррозионной стойкости стали. Это ключевой компонент в нержавеющих сталях, но при низких концентрациях, обнаруженных в углеродистых сталях, он помогает повысить ударную вязкость и закаливаемость.

Молибден — Мо

Молибден используется для повышения прочности сталей котлов и сосудов высокого давления при типичных рабочих температурах котлов 400 ° C. Обычно он используется в сочетании с хромом для обеспечения прочности и коррозионной стойкости при высоких температурах, а также для увеличения сопротивления ползучести.

Бор — B

Бор добавляется к полностью раскисленной мелкозернистой стали для повышения прокаливаемости. Это дает преимущество в отношении предела текучести и ударной вязкости, если сталь полностью закаливается перед отпуском.

Цирконий — Zr

Цирконий добавляется в сталь для изменения формы включений. Это помогает им стать более округлыми (в отличие от удлиненных). В результате, когда пластина превращается в оболочку, повышается прочность и пластичность.

Влияние химического состава стали на ее цену

Мы немного повеселились и взяли химический состав некоторых распространенных марок стали, а затем посмотрели, сколько элементы входят в стоимость. Для этого мы использовали Википедию, и, честно говоря, цены на элементы были повсюду — от розничных закупок серы до оптовых закупок меди.Некоторые вещи были слишком дорогими, а некоторые слишком дешевыми. И цены взяты из периода с 2005 по 2012 год…. И, конечно же, некоторые из них были оксидами металлов, а не сырьем. Тем не менее, эта таблица должна дать вам небольшое представление о том, как стоимость различных сталей определяется химическим составом стали

Связанные

Что такое состав стали | влияние химического состава

Железоуглеродистые сплавы называются сталью с содержанием углерода от 0.02% и 2,11%. Химический состав стали сильно различается в разных типах стали. Сталь, содержащая только углеродистый элемент, называется углеродистой сталью или обычной сталью. И сталь всегда с разными легирующими элементами, чтобы удовлетворить различные потребности. Такие как марганец, никель, ванадий и т. Д. Информация об элементах приведена ниже.

Углерод

Это важнейший химический состав стали. Независимо от того, какая сталь, она всегда под рукой. Чем выше содержание углерода в стали, тем выше предел текучести и предел прочности.Но пластичность и ударопрочность снизятся. Когда содержание углерода превышает 0,23%, его свариваемость ухудшается. Поэтому, если для сварки требуется низколегированная конструкционная сталь, содержание углерода в ней не превышает 0,20%. Чем больше в нем углерода, тем меньше стойкость к атмосферной коррозии. Так что положенная снаружи высокоуглеродистая сталь всегда подвержена коррозии. Кстати, углеродный элемент может повысить хладноломкость и чувствительность стали к старению.

Хром

Хромовый элемент в стали, повышающий износостойкость, твердость и коррозионную стойкость.Если в стали содержание хрома превышает 13%, ее всегда называют нержавеющей сталью. Но вся сталь будет ржаветь, если за ней не ухаживать должным образом.

Марганец

Это важный стабилизирующий аустенитный элемент, который может помочь в создании текстурных структур. А также увеличивает жесткость, прочность и износостойкость. Это отличный раскислитель и десульфуратор в процессе производства стали. Универсальная сталь с содержанием марганца 0,30-0,50%. В народе ее всегда называли марганцевой сталью, в которой содержание марганца больше нуля.70%. Его твердость и прочность лучше, чем у универсальной стали. Элементы могут увеличить способность к закалке и характер горячей обработки. Например, предел текучести стали 16Mn на 40% выше, чем у стали A3. Сталь с содержанием марганца 11% -14%, то она обладает повышенной износостойкостью. Таким образом, он используется для изготовления ковшей экскаваторов, футеровки шаровых мельниц и т. Д. Чем выше содержание марганца, тем ниже устойчивость к коррозии и меньше сварочные характеристики.

Молибден

Это карбонизирующий агент.Это может предотвратить хрупкость стали и сохранить прочность стали при высоких температурах. Это основные элементы для многих сталей. Самозатвердевающая сталь (A-2, ATS-34) всегда с содержанием молибдена 1% или более может затвердеть на воздухе.

Никель

Никелевый элемент может улучшить прочность стали и сохранить хорошую пластичность и вязкость. Никель обладает высокой коррозионной стойкостью к кислотам и щелочам. Обладает устойчивостью к ржавчине и высокой температуре в среде высоких температур.

Кремний

Это хороший материал в качестве восстановителя и раскислителя в процессе производства стали. Таким образом, стальные трубопроводы всегда содержат 0,15% -0,30% кремния. Если содержание Si в стали превышает 0,50-0,60%, ее можно назвать легирующим элементом. Si может значительно увеличить предел упругости и предел прочности стали. Так что это отличный материал из пружинной стали. Добавление Si в конструкционную сталь примерно 1,0–1,2%, что может повысить прочность на 15–20%. Si в сочетании с Mo, вольфрамом, Cr и т. Д. Может эффективно повысить стойкость к эрозии и стойкость к окислению.Содержание Si составляет 1% -4% в мягкой стали, эта сталь имеет большую магнитную индукцию. Если содержание Si больше, производительность сварки снижается.

Вольфрам

Вольфрам в сочетании с хромом или марганцем дает быстрорежущую сталь. Это может повысить стойкость к истиранию. В быстрорежущей стали M2 много вольфрама.

Ванадий

Многие стали содержат ванадий. И это увеличивает износостойкость и пластичность.

Фосфор

В общем, фосфор — плохой элемент для стали.Это повысит хладостойкость и ухудшит характеристики сварки. А также сделать пластичность ниже. Таким образом, содержание фосфора в стали обычно составляет менее 0,045%. Кстати, запрос на качественную сталь более строгий.

Сера

Это также вредный элемент. Это снизило бы пластичность и вязкость. Это может вызвать трещины при ковке и прокатке стали. А сера плохо влияет на сварочные характеристики и снижает коррозионную стойкость. Поэтому обычно требуется содержание серы ниже 0.055%. А в качественной стали меньше 0,040%. Добавление 0,08% — 0,20% серы улучшило бы обрабатываемость стали. Многие называют это сталью безнапорной резки. Изучите информацию о химическом составе стали, чтобы понять, что различные химические элементы по-разному влияют на свойства стали.

Знакомство с марками стали — Matmatch

Стали — это загрязненные железоуглеродистые сплавы с низким содержанием углерода, обычно 0,1–1,5% углерода по массе. Количество углерода и уровень примесей и дополнительных элементов, как металлических, так и неметаллических, определяют свойства каждой стали марки [1].

Производятся различные типы стали в зависимости от свойств, необходимых для их применения, и используются различные системы классификации для дифференциации сталей на основе этих свойств. По данным Всемирной ассоциации производителей стали, существует более 3500 марок стали, обладающих различными химическими, экологическими и физическими свойствами [2].

Здесь вы узнаете о:

  • химический состав марок стали,
  • влияние химического состава на механические свойства материала,
  • различные системы классификации, используемые в настоящее время в различных отраслях промышленности

Химический состав

Ниже перечислены некоторые химические элементы, которые влияют на механические свойства марок стали [3]:

  • Углерод
    Углерод — один из важнейших химических элементов в стали.Увеличение содержания углерода дает материал с более низкой пластичностью и более высокой прочностью.
  • Марганец
    Марганец используется в качестве нейтрализатора при горячей прокатке стали вместе с кислородом и серой, и он оказывает влияние на свойства материалов марок стали, аналогичные свойствам углерода.
  • Хром
    Хром присутствует в небольших количествах и используется в сочетании с медью и никелем для повышения устойчивости материала к коррозии.
  • Алюминий
    Алюминий является одним из наиболее важных раскислителей и помогает в формировании более мелкозернистой кристаллической микроструктуры.
  • Медь
    Медь также используется для повышения устойчивости к коррозии. Это основной антикоррозионный компонент сталей марок А242 и А441 (снят, заменен на А572).
  • Молибден
    Молибден улучшает прочность стали при высоких температурах, а также увеличивает ее устойчивость к коррозии.Для стали марки А514 обычное количество молибдена составляет 0,15–0,65%.
  • Сера и фосфор
    Сера и фосфор обычно составляют ограниченное количество в стальных сплавах, поскольку они оказывают нежелательное влияние на долговечность и прочность стали.

Другие легирующие элементы, такие как титан, азот и бор, также используются в небольших количествах в некоторых марках стали. Эти химические элементы сочетаются с основными компонентами для дальнейшего улучшения характеристик материала [3].

Стали можно разделить на широкие категории в соответствии с их химическим составом — легированная сталь, углеродистая сталь и нержавеющая сталь.

Механические свойства

Каждая марка стали, соответствующая международным стандартам, отражает измеренные механические свойства материала [4]: ​​

  • Прочность
    Прочность относится к силе, необходимой для деформации материала. Прочность стали можно улучшить за счет нормализации, которая создает однородную микроструктуру по всему материалу.
  • Твердость
    Твердость — , способность материала противостоять истиранию . Увеличение содержания углерода и закалка материала приводят к повышению твердости.
  • Пластичность
    Пластичность относится к способности металла пластически деформироваться под действием растягивающего напряжения . Путем отжига холодногнутой стали можно улучшить ее низкую пластичность, поскольку отжиг позволяет преобразовывать кристаллы, тем самым устраняя дислокации в микроструктуре.
  • Обрабатываемость
    Обрабатываемость относится к , насколько легко сталь шлифовать, резать или просверливать . На это сильно влияет твердость. По мере увеличения твердости обработка становится более трудной.
  • Вязкость
    Вязкость — это способность материала сопротивляться напряжению без разрушения . Вязкость можно улучшить, добавив сфероиды в микроструктуру, как при отпуске.
  • Свариваемость
    Свариваемость означает легкость, с которой материал можно сваривать без дефектов .Теплопроводность, а также температура плавления и электропроводность могут влиять на свариваемость материала. Однако это в основном зависит от используемой термической обработки и химического состава материала.

Система нумерации марок стали

Марка стали описывает химический состав, свойства, процессы изготовления, термическую обработку и формы стали. Сортировка очень важна для производителей, инженеров и потребителей, поскольку она дает стандартный язык для эффективного определения свойств стали [4].

Ниже перечислены некоторые из наиболее распространенных международных организаций по стандартизации, каждая из которых имеет свою систему нумерации марок стали.

Американский институт чугуна и стали (AISI)

AISI — самая популярная и самая старая система нумерации для всех сталей в США. В нем указывается химический состав сплава на основе анализа в ковше, но не указываются другие свойства. AISI использует четырехзначную систему нумерации для углеродистых сталей и трехзначную систему нумерации для нержавеющих сталей с префиксом «тип» для идентификации.Некоторые марки стали содержат суффиксы, указывающие на изменения в составе, например, тип 303Se, указывающие на добавление селена в состав. Составы и обозначения AISI выступают в качестве основных стандартов для широкого круга отраслей [5].

Международное общество инженеров автомобильной промышленности (SAE)

Аналогичным образом для SAE легированным и углеродистым сталям присваиваются четырехзначные числа, где первая цифра указывает на основной легирующий элемент. Вторая цифра показывает элемент высшего сорта, а две последние цифры указывают углеродный состав стали (в сотых долях процента по весу) [6].

В таблице ниже показаны различные классификации стали и соответствующие обозначения SAE [7]:

Для нержавеющей стали SAE использует пятизначную систему нумерации, последние три цифры которой соответствуют обозначениям стандартов на сплавы AISI [5]. В основном он описывает стандарты и практики, которые могут лежать в основе проектирования, изготовления и определения характеристик автомобильных компонентов.

Единая система нумерации (UNS)

UNS использует префиксную букву и пятизначную систему нумерации, предназначенную для сопоставления различных систем нумерации сплавов и металлов, которые коммерчески используются различными странами и организациями по стандартизации [5].

Ниже представлена ​​таблица различных категорий UNS [8]:

Американское общество испытаний и материалов (ASTM)

Система марок стали

ASTM обеспечивает химический состав и требования к характеристикам материала. Он также содержит стандарты на методы испытаний, а также минимальные и общие значения различных физических и механических свойств [5]. Примеры включают ASTM 36 и ASTM A53.

Другие организации, использующие свои собственные системы нумерации, включают Американский национальный институт стандартов (ANSI), Американское общество инженеров-механиков (ASME), Американское общество основателей стали и Американское общество сварщиков (AWS) [9].

[1] W. Hume-Rothery, Структура сплавов железа: элементарное введение, H.M. Финнистон, Д. Хопкинс, У. Оуэн (ред.), Elsevier, 2016.

[2] «Наиболее распространенные типы стали в промышленности технологических трубопроводов», без указания даты. [Онлайн]. Доступно: https://www.theprocesspiping.com/common-types-steel-process-piping-industry/

[3] «Химический состав конструкционных сталей», н.д. [Онлайн]. Доступно: http://web.mit.edu/1.51/www/pdf/chemical.pdf

[4] «Сортировка стали: химия и свойства», 2018 г., из: https: // www.reliance-foundry.com/blog/steel-grades

[5] E. Klar, P.K. Samal, Порошковая металлургия Нержавеющие стали: обработка, микроструктура и свойства , Огайо: ASM International, 2007.

[6] E.P. Дегармо, Дж. Блэк, Р.А. Козер, Материалы и процессы в производстве (9-е изд.). Wiley, 2003.

[7] Л.Ф. Джеффус, Сварка: принципы и применение . Cengage Learning, 2016.

[8] Э. Оберг, Х.Л. Хортон, Ф.Д. Джонс, Х.Ryfell, и C.J. McCauley, Справочник по машинному оборудованию (29-е изд.). Industrial Press Inc., 2012.

[9] «Техническое руководство по технической информации», н.д. [Онлайн]. Доступно: https://www.isibang.ac.in/~library/onlinerz/resources/Enghandbook.pdf

Химический состав продуктов коррозии арматуры, вызванной карбонизацией и хлоридом

Микроструктура стальных стержней была изучена X- Выяснен механизм лучевой фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) и механизм коррозии стальных стержней под воздействием факторов коррозии.Результаты показывают, что пассивирующая пленка и коррозионная поверхность стальной поверхности в растворе хлоридсодержащей соли были более крупными, а состояние поверхности более плотным. Основные продукты коррозии — FeOOH и FeO. Поверхность стали, погруженной в моделируемый карбонизированный раствор, имела рыхлые поры. Основными компонентами являются FeOOH, Fe 3 O 4 и Fe 2 O 3 . Поверхность стального стержня имеет большое количество желтовато-коричневых продуктов коррозии при моделировании карбонизации и хлоридной соли.Поверхность продуктов коррозии была зачищена, и основными компонентами являются FeOOH, Fe 3 O 4 и FeCl 3 , где содержание FeOOH достигает 60%. Пиковое значение железа постепенно увеличивается от смоделированного раствора хлоридной соли к карбонизированному раствору до комбинированного эффекта карбонизации и хлоридной соли; содержание оксида железа увеличивается, и коррозия стали, очевидно, серьезна.

1. Введение

Хлоридные соли и карбонизация являются основными причинами коррозии стали, о чем свидетельствует разрушение большого количества железобетонных конструкций, а также большое количество бетонных работ под двойным коэффициентом двуокиси углерода и хлорид-иона. [1–4].В общем, стальная поверхность пассивной пленки в стали стабильна из-за наличия надосновного раствора пор бетона. Когда внешние углекислый газ и ионы хлора проникают в бетон, pH порового раствора снижается, а содержание хлоридов увеличивается, что приводит к разрушению пассивной пленки коррозии [5–9]. Поэтому основным барьером для предотвращения коррозии стали является пассивная пленка.

Существует множество факторов, влияющих на разрушение пассивирующей пленки, включая состояние поверхности стальных стержней, состав сплава, фазовый состав железа и другие факторы материала, а также проницаемость бетона, концентрацию хлорид-иона, pH раствора. , температура и влажность и другие факторы окружающей среды [10–12].Свойства пассивирующей пленки стали, то есть толщина, состав и стабильность, зависят от потенциала поляризации, времени поляризации и концентрации ионов в среде, а характеристики микроструктуры пассивирующей пленки связаны с потенциалом пассивации. и время пассивации. Причина коррозии стали в конечном итоге связана с изменением состава и структуры пассивирующей пленки [13–16]. Видно, что существует острая необходимость уточнить процесс разрушения пассивирующей пленки при карбонизации и хлоридной коррозии и уточнить механизм разрушения пассивирующей пленки стальной арматуры под действием фактора коррозии с целью улучшения тупой среды на поверхности. арматуры в бетоне [17].

Компания Ghods использовала рентгеновскую фотоэлектронную спектроскопию (XPS) для изучения пассивной оксидной пленки углеродистой стали в насыщенном растворе гидроксида кальция и влияния хлорида на свойства пленки, показав, что воздействие хлорида уменьшает толщину оксидных пленок и изменяет их стехиометрию. таким образом, что вблизи границы раздела пленка / подложка соотношение Fe 3+ / Fe 2+ увеличивалось.

В данной работе ключевые факторы, влияющие на структуру пассивной пленки на поверхности арматуры в бетоне, взяты за отправные точки, а состав и микроструктурные характеристики коррозии на поверхности арматуры изучаются под действием карбонизации. и хлоридная коррозия, чтобы обеспечить теоретическую основу для улучшения коррозионной стойкости стали за счет оптимизации состава поверхностного оксидного слоя стали.

2. Эксперимент
2.1. Материалы и подготовка образцов

Стальные прутки диаметром 10 мм разрезаются на стальные тонкие секции толщиной 2 мм, которые полируются наждачной бумагой с размером ячеек 400, 500 и 800, протираются 95% спиртом и помещаются в эксикатор для рентгеновского фотоэлектронного спектроскопического анализа (XPS) ржавчины. Были использованы три моделируемые среды пористого раствора бетона. В таблице 1 показан состав порового раствора предварительно карбонизированного бетона и смоделированного порового раствора карбонизированного бетона.Испытание было разделено на три группы подготовки: (1) 3% хлорид натрия смешивают с раствором для бетонных отверстий, чтобы моделировать коррозионную среду с хлоридной солью; (2) поровый раствор карбонизируют для имитации карбонизированной коррозионной среды; (3) раствор с отверстиями для карбонизации выполняли путем добавления 3% хлорида натрия для моделирования среды коррозии композита карбонизации и хлоридной соли [18].

6 2

Виды Некарбонизированный раствор с имитацией пор Раствор с имитацией пор
Карбонизированный раствор с имитацией пор
NaOH KOH Na 2 CO 3 NaHCO 3
Мол / л 0.001 0,2 0,6 0,0015 0,03

Налейте 300 мл трех приготовленных растворов для моделирования отверстий в трех закрытых стеклянных колбах, поместив по два стальных тонких профиля в каждую из стеклянные колбы и закручивание крышки. Через шесть месяцев тонкую стальную заготовку вынули из раствора, промыли деионизированной водой и ацетоном, а затем высушили продувкой аргоном и поместили в контейнер, заполненный аргоном.Образцы определяли с помощью рентгеноструктурного анализа и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии в течение двух часов.

2.2. Приборы

Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS) . В XPS использовалась мишень из магния, ток рентгеновского излучения 20 мА, высоковольтный источник рентгеновского излучения 10 кВ, напряжение удвоителя 2,8 кВ, энергия полного спектра 100 эВ и полупектральная энергия 50 эВ. Сканирование было выполнено 20 раз; время каждого шага составляло 10 мс. Ar + распыляли за 5 с до начала каждого испытания, чтобы устранить влияние поверхностных загрязнений.Скорость распыления Ar + составляет около 3 нм / мин. Данные подвергали анализу фракционной подгонки с использованием CasaXPS 2.3.16 после тестирования XPS при 0 нм и 5 нм. Кривые пиков для всех элементов откалиброваны с помощью C1s с энергией связи 284,6 эв.

Рентгеновский дифрактометр (XRD) ,. Использовался D8 Advance Davinci от Bruker, Германия. Используя Cu и K α 1 луч, напряжение на трубке составляет 40 кВ; ток трубки 40 мА. Непрерывное сканирование выполнялось с диапазоном сканирования от 20 ° до 70 °, скоростью сканирования 8 ° / мин и размером шага 0.02 °.

3. Анализ и обсуждение
3.1. XPS-анализ продуктов коррозии стали

На рисунке 1 показаны XPS-спектры полного сканирования стального стержня, подвергшегося коррозии после 6 месяцев погружения в различные растворы для моделирования коррозионных отверстий. Основными компонентами стального стержня, корродированного в растворе отверстия, являются железо, кислород, углерод и хлор. Среди них пик кислорода, углерода и железа является сильным, что указывает на то, что химический состав коррозии состоит в основном из оксида железа.

В моделированном растворе хлоридной соли нет пика углерода, тогда как пик углерода на Рисунке 1 (а) очень сильный.С одной стороны, углерод образуется из самой стали, а с другой — в результате растворения углекислого газа во время испытания. Энергия связи Fe 2p стали, корродированной в моделированном растворе хлоридной соли, составляла 709,96 эв, энергия связи Fe 2p стали, корродированной в моделированном растворе карбонизации, составляла 710,76 эв, а энергия связи Fe 2p в моделированной карбонизации и хлоридной соли. раствор 711,30 эв. Это показывает, что в этих трех растворах компоненты коррозии стали представляют собой оксид железа, но конкретный состав отличается.От смоделированного раствора хлоридной соли до смоделированного раствора карбонизации, а затем до смоделированного раствора карбонизации и композиционного раствора хлоридной соли пиковое значение Fe в продуктах коррозии стали постепенно увеличивается, что указывает на постепенное увеличение содержания оксида железа и усиление коррозии стальной арматуры. серьезный. Орбиталь Fe 2p имеет бимодальную структуру из-за расщепления спина на два энергетических уровня (т.е. Fe 2p 1/2 и Fe 2p 3/2). Коррозионные соединения железа можно разделить на четыре класса: Fe-1, Fe-2, Fe-3 и Fe-4, что соответствует элементарному Fe, Fe 3 O 4 / FeO (Fe 2+ ). , Fe 2 O 3 / FeOOH (Fe 3+ ) и FeCl 3 (Fe 3+ ).Подгонка пика XPS для Fe-элемента стального стержня, подвергшегося коррозии после погружения стального стержня в раствор для моделирования различных отверстий на 6 месяцев, показана на рисунке 2.

Пиковые кривые Fe 2p в моделируемой коррозии раствора хлоридной соли соответствуют четырем. кривые пиков, а соответствующие соединения — FeO и FeOOH соответственно. Путем подгонки можно сделать вывод, что энергия связи положения пика и площадь пика кривой элемента Fe в коррозионном растворе стального стержня в растворе хлоридной соли показаны в таблице 2, относительное содержание FeO равно 32.3%, относительное содержание FeOOH — 67,7%.

906 904 Полуширина пика 9044 .5 ev 9044 9044 9044 9044 9044 9044 9044

Ингредиент Энергетический уровень Fe 2p Энергия связывания Полуширина 9044
FeO Fe 2p3 / 2 709,4 эв 2,71 2037.3 32,3%
Fe 2p1 / 2 723 ev 2,71 1024,3
Fe 2p3 / 2 715,4 ev 3,9
9044 2 729 ev 3,9 449,2

FeOOH Fe 2p3 / 2 711,9 ev 2,4 6215 2,4 3125
Fe 2p3 / 2 719,9 ev 3,14 196,9
Fe 2p1 / 2 733,5 ev6 733,5 ev6

Кривые пиков Fe 2p в моделированном растворе карбонизации соответствуют трем кривым пиков, и соответствующие соединения представляют собой Fe 3 O 4 и FeOOH, соответственно. Путем подбора можно сделать вывод, что энергия связи положения пика и площадь пика кривой элемента Fe в коррозионном растворе стального стержня в растворе хлоридной соли показаны в Таблице 3, относительное содержание Fe 3 O 4 39 лет.9%, относительное содержание FeOOH 60,1%.

906 904 Полуширина пика

Ингредиент Энергетический уровень Fe 2p Энергия связывания Полуширина 9044
Fe 3 O 4 Fe 2p3 / 2 710,8 ev 2.3 825,7 39,9%
Fe 2p1 / 2 724,4 ev 2,3 920,6

Fe433 2 9033 9044 9044 9044 1120,1 60,1%
Fe 2p1 / 2 725,1 ev 2,4 206,6
Fe 2p3 / 2 719,5 ev 6 3,14 9044 9044 1 9044 9044 2 733.1 ev 3,14 206,6

Кривые пиков Fe 2p в растворе карбонизации и составной поры хлоридной соли соответствуют пяти кривым пика, и соответствующие соединения представляют собой Fe 3 O 4 , FeOOH и FeCl 3 соответственно. Путем подбора можно сделать вывод, что энергия связи положения пика и площадь пика кривой элемента Fe в коррозионном растворе стального стержня в растворе хлоридной соли показаны в Таблице 4, относительное содержание Fe 3 O 4 19 лет.3%, относительное содержание FeOOH составляет 69,1%, а относительное содержание FeCl 3 составляет 11,6%.

906 904 Полуширина пика 4 Fe5 ev

Ингредиент Энергетический уровень Fe 2p Энергия связывания Полуширина 9044
Fe 3 O 4 Fe 2p3 / 2 710.8 ev 2,3 906,7 19,3%
Fe 2p1 / 2 724,4 ev 2,3 305,1


2,4 2230,6 69,1%
Fe 2p1 / 2 725,1 ev 2,4 312,3
Fe 2p3 / 2 6 719,541
Fe 2p1 / 2 733,1 ev 3,14 343,1

FeCl 3 Fe 2p433 9044 9044 9044 9044,9 11,6%
Fe 2p1 / 2 727,5 ev 2,7 102,4
Fe 2p3 / 2 721,9 ev 3,2 468,4
3,2 130,3

3,2. Рентгеноструктурный анализ корродированной стали

Армированная корродированная поверхность при 5000-кратном увеличении сканирующего электронного микроскопа (SEM) и соответствующий спектр коррозионной дифракции рентгеновских лучей (XRD) после погружения на 6 месяцев в раствор пор, имитирующий хлоридную соль, показан на рисунке 3 (а). Большая часть поверхности железобетона в моделированном растворе хлоридной соли не подвержена коррозии, а поверхность относительно плоская и локально выпуклая, что указывает на то, что часть поверхности покрыта коррозионными веществами, а коррозионный слой представляет собой тонкий слой.Поверхность стали увеличилась в 5К раз, а в некоторых местах были обнаружены отверстия, что указывает на то, что пассивирующая пленка арматурной стали в моделированном пористом растворе бетона медленно пронизывается ионами хлорида и начинает корродировать. Анализ с помощью программного обеспечения JADE6.5 показывает, что есть два четких основных пика при 44,6 ° и 64,9 ° в 2 θ стали из раствора хлоридной соли. Результаты показывают, что в смоделированном солевом растворе хлоридной соли есть много некорродированных участков. По сравнению с другими стандартными картами обнаружено, что продуктами коррозии в этом растворе в основном являются FeOOH и FeO, что согласуется с результатами предыдущего анализа XPS.

Армированная корродированная поверхность с 5000-кратным увеличением сканирующего электронного микроскопа (SEM) и соответствующий спектр коррозионной дифракции рентгеновских лучей (XRD) после погружения на 6 месяцев при моделировании раствора карбидных пор показаны на рисунке 3 (b). На стальной поверхности образовалась желто-черная ржавчина, но поверхность относительно гладкая, без выступов ржавчины. Стальная поверхность увеличилась в 5К раз, и было обнаружено, что армированная стальная поверхность корродирована и рыхлая пористая, имеет форму стержня, и есть три четких основных пика на 36.8 °, 44,7 ° и 65,1 ° из стали 2 θ . По сравнению со стандартной картой XRD был обнаружен основной дифракционный пик Fe 3 O 4 , а дифракционный пик простого Fe не был обнаружен. По сравнению с рисунком 3 (а) были и другие второстепенные пики. Это показывает, что поверхность арматурного стержня, погруженного в раствор для моделирования пор карбида, была полностью корродирована с образованием FeOOH и Fe 2 O 3 , что является хорошим дополнением к анализу XPS.

Армированная корродированная поверхность при 5000-кратном увеличении сканирующего электронного микроскопа (SEM) и соответствующий спектр коррозионной дифракции рентгеновских лучей (XRD) после погружения на 6 месяцев в составной раствор пор карбонизации и хлоридной соли показаны на рисунке 3 (c). Корродированные стальные стержни имеют коричневый цвет и имеют форму слоя с неравномерным распределением толщины и явлением отслаивания. Пиковое значение продуктов коррозии заметно на рисунках 3 (а) и 3 (б).Основной дифракционный пик по сравнению со стандартной картой показывает FeOOH, субпик был обнаружен в FeCl 3 и Fe 3 O 4 при коррозии, и интенсивность была увеличена. Это показывает, что коррозия арматурной стали более серьезна в условиях хлоридной соли и карбонизированного композита, что согласуется с результатом анализа XPS.

4. Заключение

(1) Стальная пассивирующая пленка и ржавчина сосуществуют в пористом растворе бетона, имитирующем хлоридную соль, поверхностное состояние более плотное, а основными компонентами коррозии являются FeOOH и FeO.Основными ингредиентами являются FeOOH, Fe 3 O 4 и Fe 2 O 3 . (2) Много коричневой ржавчины на поверхности коррозионного вещества и поверхности коррозионного вещества расслоилось в растворе пор карбонизации и хлоридной соли. Основными компонентами являются FeOOH, Fe 3 O 4 и FeCl 3 , где содержание FeOOH превышает 60%.(3) Отношение Fe 3+ / Fe 2+ увеличивается по мере увеличения количества хлорид-ионов или увеличения карбонизации. И это соотношение максимально при совместном действии хлорид-иона и карбонизации.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Эта работа спонсировалась Национальным фондом естественных наук Китая (51478227, 51778302) и Фондом К. К. Вонг Магна в Университете Нинбо.

Химический состав труб из углеродистой стали

Трубы из углеродистой стали можно разделить на низкоуглеродистую, среднеуглеродистую и высокоуглеродистую сталь в соответствии с химическим составом (т. Е. Содержанием углерода). Низкоуглеродистая сталь, также известная как мягкая сталь, содержит от 0,10% до 0,30% углерода. Низкоуглеродистая сталь легко применяется в различных процессах, таких как ковка, сварка и резка. Обычно она используется при производстве цепей, заклепок, болтов, валов и т. Д.

Среднеуглеродистая сталь относится к углеродистой стали с содержанием углерода 0.От 25% до 0,60%. Существует множество продуктов, таких как закаленная сталь, полурабленная сталь, кипящая сталь. Помимо углерода, он может содержать небольшое количество марганца (от 0,70% до 1,20%). Помимо использования в качестве строительного материала, он также в больших количествах используется для производства различных механических деталей. Высокоуглеродистая сталь часто называется инструментальной сталью и содержит от 0,60% до 1,70% углерода. Такие, как сверла, метчики для проволоки, развертки и т. Д., Изготавливаются из стали с содержанием углерода от 0,90% до 1,00%.

Описание функций и элементов различных компонентов из стали:
1. Углерод, кремний, марганец, сера и фосфор являются основными примесными элементами в передельном чугуне и углеродистой стали, широко известными как «пять элементов». Поскольку они оказывают большое влияние на характеристики стали, общий анализ требует их определения.

2. Хром (Cr): В конструкционных сталях и хроме хром может значительно улучшить прочность, твердость и износостойкость, но в то же время снизить пластичность и ударную вязкость.Хром может улучшить стойкость к окислению и коррозию стали и, следовательно, является важным легирующим элементом для нержавеющей и жаропрочной стали.

3. (Ni): Никель может повысить прочность стали, сохраняя при этом хорошую пластичность и вязкость. Никель обладает высокой коррозионной стойкостью к кислотам и щелочам, а также устойчив к ржавчине и нагреванию при высоких температурах. Однако, поскольку никель — дефицитный ресурс, вместо никель-хромистой стали следует использовать другие легирующие элементы.

4. Молибден (Mo): Молибден может измельчать зерно стали, улучшать прокаливаемость и термостойкость, а также сохранять достаточную прочность и сопротивление ползучести при высокой температуре (длительное напряжение при высокой температуре, происходит деформация, ползучесть). Добавление молибдена в конструкционную сталь улучшает механические свойства. Также возможно уменьшить хрупкость легированной стали из-за огня. Покраснение можно уменьшить с помощью инструментальной стали.

5. Титан (Ti): Титан является сильным раскислителем стали.Он может сделать внутреннюю структуру стали плотной, улучшить зернистость; снижают чувствительность к старению и хладостойкость. Улучшение сварочных характеристик. Добавление соответствующего титана в аустенитную нержавеющую сталь с хромом 18, никелем 9 позволяет избежать межкристаллитной коррозии.

6. Ванадий (V): Ванадий является отличным раскислителем стали. Добавление 0,5% ванадия в сталь улучшает зернистость структуры и улучшает прочность и ударную вязкость. Карбиды, образованные из ванадия и углерода, улучшают стойкость к водородной коррозии при высоких температурах и давлениях.

7. Вольфрам (W): вольфрам имеет высокую температуру плавления и большой удельный вес. Это легирующий элемент драгоценной земли. Вольфрам и углерод образуют карбид вольфрама с высокой твердостью и износостойкостью. Добавление вольфрама в инструментальную сталь может значительно улучшить красную твердость и термостойкость режущих инструментов и штампов.

8. Ниобий (Nb): ниобий может измельчать зерна и снижать чувствительность к перегреву и отпускную хрупкость стали, а также увеличивать прочность, но при этом снижается пластичность и вязкость.Добавление висмута в обычную низколегированную сталь может улучшить стойкость к атмосферной коррозии, водородной, азотной и аммиачной коррозии при высоких температурах. Nb может улучшить характеристики сварки. Скручивание аустенитной нержавеющей стали предотвращает межкристаллитную коррозию.

9. (Co): Кобальт является редким и ценным веществом, используется в специальных сталях и сплавах, таких как жаропрочная сталь и магнитные материалы.

10. (Cu): Медь может улучшить прочность и ударную вязкость, особенно при атмосферной коррозии.Недостатком является то, что он склонен к горячей хрупкости во время горячей обработки, а содержание меди значительно снижается более чем на 0,5%. Когда содержание меди меньше 0,50%, это не влияет на свариваемость.

11. (Al): Алюминий — широко используемый раскислитель стали. В сталь добавляют небольшое количество алюминия для измельчения зерен и повышения ударной вязкости, например сталь 08Al для глубокой вытяжки тонких листов. Алюминий также обладает стойкостью к окислению и коррозии.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *