Сталь состав применение и свойства: классификация, производство, применение, маркировка, цена

Нержавеющая сталь. Свойства, применение, химический состав, марки

Нержавеющая сталь — состав, свойства, применение

Нержавеющая сталь (коррозионностойкая сталь)  – сплав железа и углерода, который содержит, наряду с основными компонентами и стандартными примесями, легирующие элементы. Основная добавка — хром (Cr), с массовой долей не менее 10,5% в составе сплава. Хром и никель, которые в большинстве случаев присутствуют в нержавеющей стали, повышают устойчивость металла к коррозии и другие физико-механические свойства.

Физические свойства нержавеющей стали

Нержавеющая сталь очень популярна за счет своих антикоррозийных свойств, а также широкого спектра других физическо-механических характеристик. Коррозионностойкая сталь производится путем введения в сталь различных добавок.

Количество и тип добавки напрямую влияют на физические свойства готового сплава. Следует отметить, что некоторые марки нержавеющей стали все равно поддаются коррозии после длительной эксплуатации. Это связано с присутствием в составе того или иного легирующего элемента. Но эти сплавы имеют другие преимущества, не смотря на подверженность окислению.

Основные свойства нержавеющей стали, которые выгодно отличают ее от других сплавов:

1. Высокая прочность.
2. Устойчивость к агрессивной внешней среде.
3. Жаропрочность.
4. Экологичность.
5. Антикоррозийные свойства.
6. Внешний вид.
7. Обрабатываемость.

Выбор марки нержавеющей стали с нужными физическими характеристиками зависит от цели использования сплава или готового изделия. Большое количество компонентов и добавок для производства стали дает возможность получить материал или изделие с нужными свойствами.

Химический состав нержавеющей стали

Тип и марка нержавеющей стали определяет ее химический состав. Основная особенность – содержание хрома в составе не менее 10,5%, а также низкое содержание углерода. Углерод является важным компонентом, который напрямую влияет на прочность сплава, его доля не должна быть выше 1,2%.

Титан, фосфор, молибден, сера, никель, ниобий могут входить в состав нержавеющей стали.

1. Хром увеличивает стойкость к коррозии, а также увеличивает прочность и твердость сплава.
2. Никель увеличивает пластичность и вязкость, а также прокаливаемость, он же понижает коэффициент теплового расширения.
3. Марганец увеличивает твердость, стойкость, прокаливаемость, а также устойчивость к износу.
4. Титан повышает плотность и прочность сплава, повышая его стойкость к коррозии.
5. Вольфрам снижает хрупкость и повышает твердость в процессе термической обработки (отпуска).
6. Ванадий повышает твердость, прочность и плотность сплава.
7. Молибден придает антикоррозийные качества и увеличивает упругость нержавейки, повышает максимальный показатель прочности (предел) растяжения, а также сопротивляемость металла к высокой температуре.
8. Сварные конструкции защищаются ниобием, понижающим вероятность их коррозии.
9. Кремний повышает жаростойкость, кислотность, упругость и стойкость к образованию окалины.
10. Кобальт усиливает ударное сопротивление, усиливает жаропрочные свойства материала.
11. Медь защищает сплав от атмосферной коррозии.
12. Алюминий снижает старение материала, повышает текучесть и ударную вязкость.

Все физико-механические свойства нержавеющей стали сделали возможным ее применение в сферах промышленности, которые требуют использования конструкций, оборудования и изделий при высокой влажности или при регулярном влиянии агрессивной среды.

Машиностроение.

Механические свойства нержавеющей стали активно используются при изготовлении станков и оборудования для промышленных предприятий, а также в автомобилестроении.

Химическая промышленность.

В этой сфере часто применяются агрессивные вещества, для хранения которых необходимы емкости и специально созданное оборудование. При этом трубы, оборудование и сосуды не испытывают воздействия химических веществ, поэтому сохраняют эксплуатационные характеристики.

Энергетика.

В данной отрасли используются исключительно материалы, имеющие высокую прочность, поскольку особо важна надежность всех рабочих узлов.

Целлюлозно-бумажная промышленность.

Оборудование для этой отрасли практически полностью производится из нержавеющей стали.

Пищевая промышленность.

Пищевая промышленность выдвигает  высокие требования к процессу производства, перевозке и хранению. Для изготовления оборудования может быть использована исключительно нержавеющая сталь, стекло и ряд видов пластика, которые дают высокий уровень гигиены.

Пищевая промышленность требует, как правило, использования сплавов, в которых не должно быть много компонентов, поскольку на приборы не воздействуют ни высокие температуры, ни агрессивные среды и вещества. В производстве холодильных установок используют материалы с повышенной морозостойкостью.

Авиационная и космическая области.

Здесь нержавеющие стали особых типов используют для производства ракет, самолетов и космических кораблей.

Строительство.

В данной сфере сталь нашла применение в дизайне. Листы нержавейки не царапаются и на них не остаются отпечатки пальцев рук.

Нержавеющая сталь очень популярна за счет своих особых свойств, которые и определили области ее применения. Обычная углеродистая сталь не обладает такими уникальными характеристиками. Современная литейная промышленность выпускает большое количество марок нержавеющей стали. Это дает возможность подобрать необходимую сталь, которая позволит достичь необходимого результата.

Углеродистая сталь — состав, свойства, применение и маркировка

Углеродистая сталь — это инструментальная сталь, содержащая 0,04- 2% углерода и всегда присутствующие примеси, не содержащая легирующих легируемых элементов. Углеродистая сталь в зависимости от процентного содержания углерода, разделяется на три основных типа:

• низкоуглеродистая;
• среднеуглеродистая;
• высокоуглеродистая.

Данный материал нуждается в термообработке, после которой становится достаточно твердым и прочным чтобы выдерживать достаточные нагрузки в ответственных узлах. Спав применяется в производстве инструмента. Углеродистая сталь классифицируется как:

• качественная, содержит до 0,035% фосфора и серы;
• высококачественная, содержит до 0,025% фосфора и серы.

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.

Фуллерены

Хотя шестиугольник — одна из самых стабильных конфигураций, которые могут образовывать атомы углерода, есть целый класс компактных объектов, где встречается правильный пятиугольник из углерода. Эти объекты называются фуллеренами.

В 1985 году Гарольд Крото, Роберт Кёрл и Ричард Смолли исследовали пары углерода и то, в какие фрагменты слипаются атомы углерода при охлаждении. Оказалось, что в газовой фазе есть два класса объектов. Первый — кластеры, состоящие из 2–25 атомов: цепочки, кольца и другие простые структуры. Второй — кластеры, состоящие из 40–150 атомов, не наблюдавшиеся ранее. За следующие пять лет химикам удалось доказать, что этот второй класс представляет собой полые каркасы из атомов углерода, наиболее устойчивый из которых состоит из 60 атомов и повторяет по форме футбольный мяч. C60, или бакминстерфуллерен, состоял из двадцати шестиугольных секций и 12 пятиугольных, скрепленных между собой в сферу.

Открытие фуллеренов вызвало большой интерес химиков. Впоследствии был синтезирован необычный класс эндофуллеренов — фуллеренов, в полости которых находился какой-либо посторонний атом или небольшая молекула. К примеру, всего лишь год назад в фуллерен впервые поместили молекулу плавиковой кислоты, что позволило очень точно определить ее электронные свойства.

Фуллериты — кристаллы фуллеренов

Wikimedia Commons

Поделиться

В 1991 году оказалось, что фуллериды — кристаллы фуллеренов, в которых часть полостей между соседними многогранниками занимают металлы, — это молекулярные сверхпроводники с рекордно высокой температурой перехода для этого класса, а именно 18 кельвин (для K3C60). Позднее нашлись фуллериды и с еще большей температурой перехода — 33 кельвина, Cs2RbC60. Такие свойства оказались напрямую связаны с электронной структурой вещества.

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

Физические характеристики

Итак, что такое углерод? Это вещество, которое существует в огромном множестве аллотропных модификаций, и их физические свойства перечислять можно долго. А разнообразие веществ обуславливается способностью углерода к образованию химических связей отличающихся типов.

Что касательно свойств углерода, как простого вещества? Их можно обобщить следующим образом:

• При нормальных условиях плотность составляет 2,25 г/см³.
• Температура кипения равна 3506,85 °C.
• Молярная теплоемкость – 8,54 Дж/(K•моль).
• Критическая температура фазового перехода (когда газ не конденсируется ни при каком давлении) — 4130 К, 12 МПа.
• Молярный объем 5,3 см³/моль.

Также стоит перечислить углеродные модификации.

Из кристаллических веществ самыми известными являются: алмаз, карбин, графит, наноалмаз, фуллерит, лонсдейлит, фуллерен, а также углеродные волокна.

К аморфным образованиям относится: древесный, ископаемый и активированный уголь, антрацит, кокс, стеклоуглерод, сажа, техуглерод и нанопена.

Но ничто из перечисленного не является чистой аллотропной формой обсуждаемого вещества. Это лишь химические соединения, в которых углерод содержится в высокой концентрации.

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:

• высококачественные стальные сплавы;
• качественные углеродистые стали;
• углеродистые стальные сплавы обыкновенного качества.

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.

Формула, обозначения, особенности

Данный элемент, находящийся в таблице под порядковым номером шесть, обозначается символом «С». Электронная структурная формула углерода выглядит следующим образом: 1s2 2s2 2p2. Его масса – 12,0107 а.е.м. У этого вещества имеется:

• Два неспаренных электрона в основном состоянии. Проявляет валентность II.
• Четыре неспаренных электрона в возбужденном состоянии. Проявляет валентность IV.

Следует отметить, что определенная масса углерода содержится в земной коре. 0,023%, если быть точнее. Главным образом он накапливается в верхней части, в биосфере. Большая часть массы углерода литосферы накапливается в доломитах и известняках, в виде карбонатов.

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.

Q-углерод

Среди недавно открытых форм углерода можно отметить так называемый Q-углерод. Впервые он был синтезирован американскими материаловедами из Университета Северной Каролины в 2015 году. Ученые облучали аморфный углерод с помощью мощного лазера, локально разогревая материал до 4000 градусов Цельсия. В результате примерно четверть всех атомов углерода в веществе принимала sp2-гибридизацию, то есть то же электронное состояние, что и в графите. Остальные атомы Q-углерода сохраняли гибридизацию, характерную для алмаза.

Q-углерод

ncsu.edu

Поделиться

В отличие от алмаза, графита и других форм углерода, Q-углерод оказался ферромагнетиком, таким как магнетит или железо. При этом его температура Кюри составила около 220 градусов Цельсия — только при таком нагреве материал терял свои магнитные свойства. А при допировании Q-углерода бором физики получили еще один углеродный сверхпроводник, с температурой перехода уже около 58 кельвинов.

Молекулы

О них стоит сказать в отдельности. Атомы обсуждаемого вещества могут соединяться, вследствие чего образуются сложные молекулы углерода. От насыщенных Na, С2 и Н2, между которыми слишком слабое притяжение, их отличает склонность конденсироваться в твердое состояние. Молекулы углерода могут оставаться в газообразном состоянии, только если поддерживать высокую температуру. Иначе вещество мгновенно затвердеет.

Некоторое время тому назад в США, в Берклеевской национальной лаборатории, была синтезирована новая форма твердого углерода. Это – С36. И его молекулу образует 36 углеродных атомов. Вещество образуется вместе с фуллеренами С60. Происходит это между двумя электродами графита, в условиях пламени дугового разряда. Ученые предполагают, что молекулы нового вещества обладают интересными химико-электрическими свойствами, которые пока не изучены.

Стоимость материала

Стоимость материала не менее разнообразна, чем количество марок. Условная сталь на Лондонской бирже металлов в декабре 2020 г стоит 325 $ за тонну. Стоимость нержавеющей стали заметно выше: холоднокатаная нержавеющая сталь сорта 304 в декабре оценивается в пределах от 1890 до 1925 $ за тонну.

Сталь – самый востребованный и самый распространенный металлический сплав в мире. Говоря о роли железа в народном хозяйстве, имеют в виду именно разнообразные стальные сплавы.

О том, как плавится сталь, смотрите в видео ниже:

Карбин

В продолжение темы о том, что такое углерод, нужно пару слов сказать и о такой его модификации, как карбин. Он выглядит как черный мелкокристаллический порошок, обладает полупроводниковыми свойствами. Получен искусственным образом в начале 60-х годов советскими учеными.

Особенность данного вещества заключается в увеличивающейся под световым воздействием проводимости. Именно поэтому его стали применять в фотоэлементах.

Разновидности некоторых сталей

Графен

Это первый в мире двумерный кристалл. У данной модификации большая механическая жесткость, чем у графита, и рекордно высокая теплопроводность, составляющая ~5•103 Вт•м−1•К−. У носителей заряда графена высокая подвижность, именно поэтому вещество имеет перспективы в плане его использования в разных приложениях. Считается, что он может стать будущей основой наноэлектроники и даже заменить кремний в интегральных микросхемах.

Графен получают искусственно, в научных лабораториях. Для этого приходится прибегать к механическому отщеплению графитовых слоев от высокоориентированного вещества. Так получают образцы высокого качества с необходимой подвижностью носителей.

Его свойства изучены не полностью, но кое-что интересное ученые уже успели отметить. Например, в графене нет вингеровской кристаллизации. А в двойном слое вещества поведение электронов напоминает то, которое свойственно жидким кристаллам. Если соблюсти параметры скалывания на кристалле, удастся получить графеновую коробчатую наноструктуру.

Алмаз

Это метастабильный минерал, который может существовать неограниченное количество времени, что в некоторой степени обусловлено прочностью и плотностью углерода. Алмаз является самым твердым веществом по шкале Мооса, он легко разрезает стекло.

У него высокая теплопроводность, дисперсия, показатель преломления. Он износостойкий, а чтобы заставить его плавиться, нужна температура в 4000 °C и давление около 11 ГПа. Его особенность – люминесценция, способность светиться разными цветами.

Это редкое, хоть и распространенное вещество. Возраст минералов, согласно данным определенных исследований, может колебаться от 100 миллионов до 2,5 миллиарда лет. Обнаружены алмазы внеземного происхождения, возможно, даже досолнечного.

Этот минерал нашел свое применение в ювелирном деле. Ограненный алмаз, именуемый бриллиантом, стоит дорого, но статус драгоценности и красота сделали его еще более популярным. Кстати, также это вещество используют при изготовлении резцов, сверл, ножей и т. д. Благодаря своей исключительной твердости, минерал применяют во многих производствах.

Сталь СТ3: химический состав и свойства

Сталь – это сплав двух элементов железа, углерода, легирующих примесей, которые добавляют в металл для придания ему нужных свойств. Ст3 – это конструкционная углеродистая сталь обыкновенного качества, широко распространена во всех сферах промышленного производства. Является самым распатроненным металлом для несущих строительных конструкций. Из этого сплава делают лист, профиль, трубу, двутавры и другой металлопрокат.

Химический состав

Марки стали различаются по составу, который определяет механические характеристики, область применения и свариваемость материала.

Небольшое количество легирующих элементов и высокая пластичность Ст3 делает её самым распространённым сплавом, применяемым в строительстве. Ни одна стройка не может обойтись без проката из Ст3.

Химический состав материала включает следующие элементы:

• железо – 97%;
• углерод – 0,14-0,22%;
• никель, медь, хром – каждый не больше 0,3%;
• марганец — 0,4-0,65%;
• кремний — 0,05-0,17%;
• мышьяк менее 0,08%;
• серы не более 0,05;
• фосфор менее 0,04%.

Углерод определяет твёрдость, прочность, пластичность, показатели свариваемости, физико-механические свойства стали. Сера и фосфор – вредные примеси.

Легирующие элементы в структуре этого сплава, которые влияют на его характеристики – это марганец, хром, медь и никель.

Физические и механические свойства

Сталь Ст3 это самая используемая марка металла, применяемая в строительстве и в машиностроении. Низкая цена в сочетании с физико-механическими показателями, которые определили популярность этого материала.

Перечислим механические показатели Ст3:

• предел текучести 205-255 МПа;
• временное сопротивление разрыву 370-490 МПа;
• относительное удлинение 22-26%;
• ударная вязкость при температуре:
• 20 0С составляет 108 Дж/см2;
• 20 0С равняется 49 Дж/см2;
• твёрдость HB 10-1: 131 МПа.

Прочностные показатели предел текучести и относительное удлинение – зависят от толщины и формы проката. Чем больше толщина металлопроката, тем ниже значение показателя, самые низкие показатели у труб, высокие показатели у листов, толщиной 5-10 мм.

Плотность Ст3 составляет 7850 кг/м3. Сплав относится к хорошо свариваемым материалам.

Маркировка Ст3

Классифицируются низкоуглеродистые стали по составу степени расселения. Раскисление – это процесс удаления из расплава кислорода, являющегося вредной примесью. Он ухудшает механические и другие свойства материала.

По степени раскисления сплав бывает трёх видов:

• спокойная обозначается «сп»;
• полуспокойная – маркировка «пс»;
• кипящая – «кп».

Проведём расшифровку материала Ст3Гпс. Буквы «Ст» обозначают сталь. Цифра «3» – это процентное содержание углерода, чем больше цифра, тем больший процент углерода содержится в металле. Буква Г — пишется, если процент содержания марганца в 0,8% и более. ПС – полуспокойная.

Разновидности сплава Ст3

Спокойная сталь раскисляется с использованием марганца, кремния и алюминия. Это дорогой и высококачественный материал. За счёт однородной структуры спокойный металл пластичнее и коррозионно устойчивее. Применяется для изготовления несущих ответственных конструкций, узлов машин, механизмов, которые работают при отрицательных температурах и динамических нагрузках.

Полуспокойная сталь раскисляется марганцем и алюминием. Показатели прочности и пластичности у этого материала близки к спокойной стали, но уступают ей. Применяется при возведении несущих металлоконструкций, где требования к прочностным показателям ниже, чем у конструкций из спокойного металла. Преимуществом этого сплава – его стоимость дешевле.

Кипящая сталь самая дешёвая, раскисляется только марганцем. При заливке этого расплава в слябы происходит активное кипение – выделяются содержащиеся в сплаве газы. В разных частях слитка может иметь неоднородные свойства. Кипящая металл хрупкий, плохо сваривается и подвержена коррозии. Применяется для изготовления конструкций, к которым не предъявляются высокие требования.

Применение Ст3

Из спокойной стали производят: лист, уголок, швеллер, арматуру, двутавровую балку и другой металлопрокат, который используют для изготовления:

• трубопроводной арматуры, труб, фасонных изделий;
• мостовых кранов, несущих железнодорожных металлоконструкций, каркасов зданий, внутрицеховых металлоконструкций, железнодорожных и автомобильных мостов;
• ёмкостей для хранения воды и нефтепродуктов, железнодорожных вагонов, цистерн для перевозки нефтепродуктов;
• кузовов автомобилей, корпусов судов;
• других ответственные конструкции, применяемых во всех отраслях промышленности, работающих при низких температурах окружающего воздуха, в условиях динамических знакопеременных нагрузок.

Полуспокойная сталь используется для тех же металлоконструкций и деталей, что и спокойная, но при условии, что эти изделия не будут работать при температурах ниже -10 0С.

Кипящая сталь. Применяется для малонагруженных, второстепенных, ненагруженных металлоконструкций, которые работают при постоянных нагрузках. Из неё изготавливают заборы, заземление, кронштейны, листовую обшивку, другие элементы зданий и металлоконструкций.

Сталь — состав и свойства

    В дальнейшем, когда появились другие способы решения этой проблемы и химия поднялась на новые уровни своего развития, учение о составе , или учение о химических элементах и и.х соединениях , не было забыто. Оно продолжало и продолжает развиваться. Оно по-прежнему служит руководством к практике, в частности к промышленному производству многих солей, интерметаллических соединений, комплексных соединений и т. д. Технология основных неорганических веществ стала неизмеримо более совершенной. Но обязана ока этим не учению состав — свойство , а тем другим концепциям, которые характеризуют подъем всей химии на новые уровни знания. [c.71]

    Вид Состав Свойства стали Применение [c.155]

    Для придания стали специальных свойств в ее состав вводят во время варки легирующие добавки. Легированные стали могут содержать следующие элементы хром, никель, молибден, вольфрам, ванадий, титан, кобальт, медь, алюминий и т. д. [c.10]

    Металловедение и термическая обработка, Москва, 1956. Очень полезный справочник, содержащий 11 разделов методы испытаний и исследований строение стали термическая обработка стали строение, свойства и термическая обработка полуфабрикатов поверхностная обработка сталь строительная сталь машиностроительная инструментальная сталь стали и сплавы с особыми свойствами состав и свойства чугуна основы проектирования и типовое оборудование термических цехов. [c.146]

    После установления понятия о простых телах ближайшей целью химии стало определение свойств сложных тел на основании определения количества и качества простых тел, в них входящих, изучение самых простых тел, определение того, какие и с какими свойствами сложные тела могут быть образованы каждым простым телом, и в постижении того, в чем состоит и какова связь простых тел в разных сложных веществах. Простое тело при этом служит исходом как первичное понятие, к которому сводятся все остальные. Если мы утверждаем, что такое-то простое тело входит в состав, данного сложного Тела, если мы говорим, что в красной ртутной окиси заключается кислород, то мы этим не хотим сказать, что [c.404]

    При химической обработке стали состав и ее физические свойства изменяются только в поверхностном слое, а внутренняя часть изделия остается достаточно пластичной. Для придания твердости и износостойкости поверхности стали ее подвергают цементации или азотированию. Цементацией называется насыщение поверхностного слоя стали углеродом с образованием цементита. Оно проводится путем нагревания готовых изделий в атмосфере метана (природного газа), а также в твердых смесях, в состав которых входят древесный уголь, сода и поташ. Азотированием называется насыщение стали азотом, который с железом и легирующими элементами дает твердые нитриды. Для этого стальные изделия нагревают в атмосфере аммиака при 500—600° С. Тогда азот, образующийся в результа- [c.171]

    Эти данные позволили не только выяснить истинную природу сплавов золото — медь, но и разъяснить давно известное практикам обстоятельство, почему для лучшей обработки этих сплавов в холодном состоянии — прокаткой, волочением — необходимы предварительный нагрев и закалка сплава. Это явление стало вполне понятным, так как твердые растворы, представляющие собой вполне однородное пластичное вещество, гораздо лучше механически обрабатываются, чем структурно неоднородные механические смеси или химические соединения. Таким образом, диаграммы состав — свойство указали температуры и условия, необходимые для предварительной термической обработки сплавов перед их механической обработкой. [c.138]

    После Гей-Люссака геометрический метод изучения экспериментальных данных стал более широко применяться в химической науке в 40 — 50-х годах прошлого столетия. Это объясняется тем, что в начале XIX в. только начинались экспериментальные исследования зависимости свойств системы от ее состава, давшие впоследствии обильный материал для построения графических диаграмм состав — свойство. [c.189]

    С накоплением фактического материала, с построением большого числа диаграмм состав—свойство стала вырисовываться более ясно обш,ая картина взаимодействия веш,еств в системах. Изучение диаграмм состав—свойство показало, что появление особых точек тесно связано с теми молекулярными изменениями, которые имеют место в растворах. Изучение перегибов кривой диаграммы состав—свойство привело к точному установлению существования гидратов в растворе. Кривые дали возможность уловить зависимость между температурой и устойчивостью гидрата, которую определяли по углу касательной в точке перегиба кривой, выражающей изменение растворимости соли от температуры. [c.193]

    Изменение механических свойств сталей (состав которых приведен в табл. 9-1) в зависимости от температуры дано на графиках рис. 9-4. Результаты испытания позволяют установить, что прочность ста- [c.402]

    Труднее было применить химические законы к твердым веществам переменного состава, таким, как металлические сплавы, сложные окислы, силикаты и др. Без преувеличения можно отметить, что химия этих веществ на первых порах своего развития обязана применению метода построения диаграмм состояния и состав—свойство. Это, в свою очередь, стало возможным лишь на основе развития физической химии и учения о гетерогенном равновесии и теоретических представлений, развитых Н. С. Курнаковым. Значительное и весьма положительное влияние на изучение систем с фазами переменного состава методом физико-химического анализа оказал принцип единства проявления химического соединения на диаграмме состояния, на химической диаграмме. Опыт показал, что для всех классов соединений — металлических, солеобразных и органических, простейших — типа бинарных соединений между элементами и комплексных — образование нового соединения проявляется на диаграмме состав—свойство сингулярным максимумом. [c.45]

    Специальные стали. Обычную сталь часто сплавляют с другими металлами для получения специальных сортов стали. Ряд усовершенствований в современном автомобиле связан с применением специальных сталей для подшипников, кривошипа, ведущего вала, осей, рамы, бамперов, деталей отделки и т. п. Некоторые примеры специальных сталей, их состав, свойства и применение приведены в табл. 10. [c.188]

    Глава III СТАЛЬ — СОСТАВ И СВОЙСТВА 1. Атомное строение железа [c.40]

    Изменение механических свойств сталей (состав которых приведен в табл. 9-П в зависимости от температуры дано на графиках рис. 9-4. [c.402]

    Химический состав и свойства ВОТ. Дифенильной смесью (ВОТ) называется эвтектическая азеотропная смесь дифенила (26,5%) и дифенилоксида (73,5%). Температура насыщения этой смеси при атмосферном давлении равна 258° С. По сравнению с дифенилом и дифенилокспдом дифенильная смесь обладает тем преимущество.м, что имеет более низкую температуру плавления (12° С). Дифенильная смесь — прозрачная жидкость янтарного цвета. Она неядовита, при вдыхании вызывает небольшое раздражение слизистых оболочек, но для организма человека она не вредна. ВОТ горит сильно коптящим пламенем, которое можно погасить струей водяного пара. Смесь не оказывает корродирующего действия на сталь, так что вопрос выбора конструкционных материалов не представляет трудностей. На поверхности нагрева при применении ВОТ В качестве теплоносителя не образуется пленки или осадка, что весьма важно для теплопередачи. [c.302]

    Эти свойства достигаются введением в состав стали легирующих элементов  [c.213]

    При расследовании причин аварии было установлено, что труба колонны и профилированные ленты были изготовлены из хромоникелевой стали. Химический состав и механические свойства стали 5 наплавленного металла сварного шва соответствовали исходным данным, указанным в паспорте. [c.333]

    Для иллюстрации влияния фракционного состава на микроструктуру авторы в лабораторных условиях подвергли вторичной перегонке образцы среднего и нижнего рафинатов, полученные в промышленных условиях на одном из восточных заводов. При разгонке из испытуемых продуктов было удалено небольшое количество (около 5%) начальных и концевых фракций, чтобы фракционный состав этих продуктов стал более четким, но основные их свойства существенно не изменились. На рис. 3 показаны микрофотографии одного из продуктов до и после обработки. Из рис. 3 видно, насколько сильно влияет на кристаллическую структуру этих продуктов четкость отделения их от более высококипящих фракций. При этом нужно отметить, что в заводской практике четкости фракционировки исходных продуктов, являющихся [c.30]

    В стали и чугуне содержится углерод, который, соединяясь с водородом, образует углеводороды. В результате этого изменяется химический состав и структура металла, ухудшаются его механические свойства, он теряет свою прочность. [c.31]

    Материалы для изготовления корпуса и узлов реактора выбираются исходя из условий эксплуатации установки, характеристик используемого сырья, а также возможного изменения механических свойств этих материалов при проведении процесса под воздействием температуры, давления и среды. Примерные химический состав и механические свойства наиболее распространенных сталей, применяемых при изготовлении реакторов каталитического риформинга, приведены в табл. 11. Состав и механические характеристики используемых материалов должны быть подтверждены сертификатами предприятий-из-готовителей. [c.43]

    Фер1)ит — твердый раствор внедрения углерода в кристаллическую решетку полиморфной модификации а-железа, в конструкционных (см. ниже) сталях состав,ляет не менее 90% по объему. Он во многом определяет свойства стали. Легирующие элементы, растворяются в феррите и упрочняют его. Особенно сильно повышают твердость феррита 81, Мп и N1, склонные к образованию иных кристаллических решеток, чем объемно-центрированная кубическая решетка а-Ге. Слабее влияют Мо, W, Сг, изоморфные а-Ре. Наиболее ценным и дефицитным легирующим элементом является никель. Вводя никель в стали в количестве от [c.628]

    Возникшая, таким образом, наука о составе получила бгссрочную путевку в жизнь. Она стала первой относительно самостоятельной областью научных химических знаний (правил, законов и теорий), которая призвана решать любые (конечно, посильные для нее) задачи качественных химических превращений либо в ключе состав — свойства, либо путем изменения элементарного состава химических соединений. [c.627]

    Влияние вибрации на интенсивность гидроэрозин металла показано в работе [34], где приведены результаты изучения влияния вибраций на процесс разрушения латуни, серого чугуна и углеродистой стали. Механические свойства исследуемых сплавов указаны в табл. 15. Химический состав указанных материалов отвечал соответствующим ГОСТам. Образцы имели форму пластин 50×75 мм толщиной 3 мм. Все образцы перед испытанием имели приблизительно одинаковую по качеству поверхность. [c.72]

    Далее Менделеев напоминает те приемы, при помопщ которых периодический закон овладел фактами этого рода… . В позднейшей статье Менделеева Периодическая законность химических элементов (1898 г.) тоже имеется раздел, озаглавленный Приложение периодической законности к определению величины атомного веса . Здесь говорится, что у элемента эквивалент узнается сравнительно легко, дело же определения веса атома, как очень трудное и требующее многих сведений, решается часто наугад по случайным наблюденным свойствам, а потому к эпохе появления периодической законности еще много элементов, эквиваленты которых были более или менее хорошо известны, имели очень сомнительные атомные веса. Сюда относились в 1869 г. не только столь редкие элементы, как Ьа, У и их спутники, но и Ве, 1п, Се, ТЬ, V, КЬ и и, для которых состав, свойства, реакции и формы соединений были, однако, хорошо известны, но не давали категорических данных для определения числа эквивалентов, содержащихся в атоме. Периодическая законность оказалась здесь, очевидно, полезною и стала важным новым руково-дительным началом, потому что периодичности подлежат не эквиваленты, а веса атомов [44, с. 264—265]. [c.42]

    Особую опасность представляет высокая агрессивность аммиака, воздействующего на медь, серебро, цинк и другие металлы и сплавы. Чугун и сталь наиболее пригодны в качестве материалов для изготовления оборудования и трубопроводов, предназначенных для аммиака. Однако безводный аммиак оказывает сильное коррозионное воздействие на стальные трубопроводы в присутствии двуокиси углерода и воздуха. Для предотвращения коррозионного растрескивания углеродистой стали сжиженный аммиак, транспортируемый по трубопроводам, должен содержать не менее 0,2% (масс.) воды. При меньщем содержании воды в аммиаке в присутствии воздуха возможно коррозионное растрескивание. Для транспортирования сжиженного аммиака применяют трубы, химический состав которых соответствует определенным требованиям. Трубы для аммиакопровода должны изготовляться по специальным техническим условиям, в которых помимо химического состава должны быть оговорены требования к механическим свойствам металла и сварке, допускам толщин стенок, диаметров труб и т. д. [c.35]

    На основании проведенных предварительных экспериментов по цементации сталей при 1050° в лабораторных условиях решено было перейти к основной задаче — изучению механических свойств цементованных сталей. Механические свойства изучались, как уже отмечалось выше, на образцах Ст. 3, Ст. 5 и 12ХНЗА, химический состав которых приведен в табл. 15. [c.50]

    Уже к 30—40 годам прошлого столетия стало ясно, что числовые результаты, полученные при изучении свойств растворов и металлических сплавов различными физическими методами, сами по себе еще не могли сказать что-либо о сущности взаимодействий и превращений компонентов в системах. Только после того, как они послужили исходьым материалом для построения графических диаграмм состав—свойство они стали говорить ясным и понятным языком. С построением диаграммы состав—свойство перед учеными стала вырисовываться наглядная картина, отображающая превращения компонентов, составляющих систему. Именно с этих пор получают больщое значение физические методы исследования, с помощью которых особенно частО изучались температура плавления, кипения и удельный вес вещества. [c.190]

    Состав и структура сталей и свойства коррозионных сред, обусловливающих эти разноообразные случаи разрушения, настолько щироко изменяются, что дать какое-то одно объяснение всем этим наблюдениям невозможно. Наиболее полезным является использование различных меха-ниЗхМов для объяснения процесса растрескивания. Однако это вовсе не говорит о том, что нельзя осуществить систематизацию опытных данных, поскольку для ряда хорощо изученных систем сталь — коррозионная среда могут быть выявлены некоторые общие направления. [c.242]

    Высоколегированные стали, перечисленные в табл. II. 20, являются коррозионностойкими, износостойкими и стойкими к задиранию сталями, а также сталями, теплоустойчивыми и окалиностой-кимн при высоких температурах (600—850° С). В этой таблице даны также химический состав этих сталей, механические свойства при комнатной температуре и рекомендуемые области их применения в нефтезаводском оборудовании. [c.79]

    Систематические исследования взаимодействия между металлами— элементами, мало различающимися своими химическими свойствами, стали проводиться со времени введения в практику методов физико-химического анализа, в основе которых лежит исследование изменения свойств системы с изменением ее состава. Основополагающие теоретические и экспериментальные работы в этой области принадлежат Н. С. Курна-кову он же ввел сам термин физико-химический анализ . Наиболее простым объектом изучения являются двухкомпонентные системы, состоящие из двух различных металлов. Добавляя к одному металлу переменные количества другого металла, т. е. изменяя количественный состав системы, изучают изменение какого-либо физического свойства, например электропроводности, твердости, температуры плавления или кристаллизации, плотности, вязкости. На основании полученных данных строят диаграмму состав — свойство и по виду диаграммы делают заключение о типе взаимодействия между металлами. [c.117]

    В работе [132] приводятся свидетельства микро неоднородной структуры стекол в системе РЬО-ВгОз на основе анализа их ИК-спектров. Результаты хорошо согласуются с данными исследований методами электронной микроскопии и ЯМР. На графиках состав-свойство обнаруживаются экстремумы, связанные с тем, что (дословно) атомные группировки обеднились ионами свинца и стали вследствие этого плотнее . [c.101]

    В этих сталях элементом, умышленно вводимьгм в состав железного сплава для изменения его свойств, является уг лерод. Естественно, что такие сплавы (при С [c.206]

    Для изготовления сварных конструкций широко применяются углеродистые стали обьпсновенного качества (ГОСТ 380-71) Ст 2, Ст 3, Ст 4. Цифра в обозначении марки-условный номер, определяющий свойства и состав. [c.206]

    Вместе с тем в целом ряде случаев отсутствует прямая связь между термической стабильностью и эффективностью их противоизносного действия. Это объясняется тем, что помимо адсорбционной опособности и химической активности необходимо учитывать также свойства химически модифицированных слоев их состав, строение и толщину. Например, фосфиты наиболее эффективно взаимодействуют с металлом при 160 °С [258]. Эксперименты, проведенные с трибутилтритиофосфатом, показывают, что на стали фосфор связывается значительно интенсивнее, чем сера. Так, взаимодействие металла с фосфором отмечается уже при комнатной температуре, тогда как сера взаимодействует с металлом при температуре выше 100 °С [258]. [c.260]

    Регулируя состав исходного расплава, скорость охлажения и продолжительность выдержки при выбранных по диаграмме температурах, можно получать сплавы самых различных структур . Если затем полученную систему закалить, т. е. очень быстро охладить, то все дальнейшие превращения сильно тормозятся и созданная структура сохраняется, хотя и является термодинамически неустойчивой. Это и есть путь получения различных сортов сталей. Следует добавить, что в процессе закалки могут образоваться еще различные, не упомянутые здесь неустойчивые кристаллы. Например, при очень быстром охлаждении аустенита получается мартенсит, который представляет собой феррит, пересыщенный углеродом. Возможность образования подобных систем еще больше усложняет разнообразие в структурах, а следовательно, и в свойствах сталей. [c.417]

    Главная масса никеля идет на производство различных сплавов с железом, медью, цинком и другими металлами. Присадка никеля к стали повышает ее вязкость и стойкость против коррозии. Сплавы на основе никеля можно разделить на жаропрочные, магнитные и сплавы с особыми свойствами. Жаропрочные сплавы никеля используются в современных турбинах и реактивных двигателях, где температура достигает 850—900 °С таких температур сплавы на основе железа не выдерживают. К важнейшим жаропрочным сплавам никеля относятся нимоник, инконель, хастеллой. В состав этнх сплавов входит свыше 60% никеля, 15—20% хрома и другие металлы. Производятся также металлоксрамические жаропрочные сплавы, содержащие никель в качестве связующего металла. Эти снлавы выдерживают нагревание до 1100 °С. Широко применяются для изготовления элементов электронагревательных устройств сплавы типа нихром а, простейший из которых содержит 80% никеля и 20% хрома. [c.694]

характеристики и расшифовка, применение и свойства стали

Сварка стали 15Г

Свариваемость изделий из данной стали – универсальна. Сварку ведут без предварительного нагревания, и термообработки после сварки.

Для изделия из 15 Г отлично подходят все методы дуговой сварки.

Область применения

Использование зависит от прохождения или нет термообработки, и мероприятий по улучшению сплава – цементация, цианирование. См. табл. Сталь без обработки подходит для производства рам на сварке (под моторами), втулок, штуцеров, косынок для соединения конструкций, башмаков и пр.

Применение стали 15Г с учётом характеристик и свойств

В состав стали 15Г входит пониженный процент серы, поэтому её целесообразно использовать для производства конструкций и изделий горячекатаного типа. И используют такую сталь в существенно меньшем объёме, чем эту же сталь после упрочнения термическим методом (закалка с отпуском) или после нормализации.

Из конструкционной легированной стали с высоким содержанием марганца 15Г , не подвергнутую термической обработке или улучшению изготавливают башмаки, рамы на сварке под моторы, косынки для соединений узлов металлических конструкций, штуцера, втулки (в машиностроении) и пр.

После проведения различных видов улучшения и обработки, сталь 15Г приобретает повышенную стойкость к износу, поверхностную твёрдость. Благодаря этому область применения данной стали значительно расширяется.

После улучшения сталь подходит для производства заклепок высокого качества.

Цианирование или цементация способствуют производству фрикционных дисков, крепежа – болтов, гаек, винтов, а также кулачковых валиков, пальцев рессор и поршней, шестерней, и червяков, пр.

А учитывая оптимальный уровень твердости и низкую хрупкость, сталь 15Г оптимальна для изготовления трубопроката.

Аналоги 15 Г

Марка: 15Г (аналог 20Г).

состав, свойства, виды и применение. Состав нержавеющей стали

Многие знают, что сталь — это продукт, получаемый в процессе плавки других элементов. Но каких? Что входит в состав стали? На сегодняшний день эта субстанция представляет собой деформируемый сплав железа с углеродом (его количество составляет 2,14%), а также малой долей других элементов.

Общие сведения

Стоит отметить, что сталью называют сплав, имеющий именно до 2,14% углерода в своем составе. Сплав же, в котором есть более 2,14% углерода, уже называется чугуном.

Известно, что состав углеродистой стали и обычной неодинаков. Если в обычный субстрат входит углерод и другие легирующие (улучшающие) компоненты, то в углеродистом продукте легирующих элементов нет. Если же говорить о легированной стали, то ее состав намного богаче. Для того чтобы улучшить эксплуатационные характеристики данного материала, в его состав добавляют такие элементы, как Cr, Ni, Mo, Wo, V, Al, B, Ti и др. Важно отметить, что наилучшие свойства этой субстанции обеспечиваются именно за счет добавления легированных комплексов, а не одного или двух веществ.

Классификация

Провести классификацию рассматриваемого нами материала можно по нескольким показателям:

• Первый показатель — это химический состав стали.
• Второй — это микроструктура, которая также очень важна.
• Конечно же, стали отличаются по своему качеству и способу получения.
• Также каждый вид стали имеет свое применение.

Более подробно состав можно рассмотреть на примере химического состава. По этому признаку различают еще два вида — это легированные и углеродистые стали.

Среди углеродистых сталей существуют три разновидности, главное отличие которых заключается в количественном содержании углерода. Если в состав субстанции входит менее 0,3% углерода, то ее относят к малоуглеродистой. Содержание этого вещества в районе от 0,3% до 0,7% переводит конечный продукт в разряд среднеуглеродистых сталей. Если же сплав содержит более 0,7% углерода, то сталь относится к разряду высокоуглеродистых.

С легированными сталями дела обстоят примерно также. Если в составе материала содержится менее 2,5% легирующих элементов, то он считается малолегированным, от 2,5% до 10% — среднелегированным, а от 10% и выше — высоколегированным.

Микроструктура

Микроструктура стали отличается в зависимости от ее состояния. Если сплав является отожженным, то его структура будет делиться на карбидную, ферритную, аустенитную и так далее. При нормализованной микроструктуре субстанции, продукт может быть перлитным, мартенситным или аустенитным.

Состав и свойства стали определяют принадлежность продукта к одному из этих трех классов. Наименее легированные и углеродистые стали — это перлитный класс, средние относятся к мартенситному, а высокое содержание легирующих элементов или углерода переводит их в разряд аустенитных сталей.

Производство и качество

Важно отметить, что такой сплав, как сталь, может включать и некоторые негативные элементы, большое содержание которых, ухудшает показатели продукта. К таким веществам относят серу и фосфор. В зависимости от содержания этих двух элементов состав и виды стали разделяют на следующие четыре категории:

• Рядовые стали. Это сплав обыкновенного качества, содержит до 0,06% серы и до 0,07% фосфора.
• Качественные. Содержание вышеуказанных веществ в этих сталях снижается до 0,04% серы и 0,035% фосфора.
• Высококачественные. Содержат всего лишь до 0,025% как серы, так и фосфора.
• Высшее качество сплаву присваивается в том случае, если процентный показатель содержания серы не более чем 0,015, а фосфора — не более 0,025%.

Если говорить о процессе производства рядового сплава, то чаще всего его получают в мартеновских печах или же в бессмеровских, томасовских конвертерах. Разлив данного продукта производится в большие слитки. Важно понимать, что состав стали, ее строение, а также качественные характеристики и свойства определяются именно способом ее изготовления.

Для получения качественной стали также используются мартеновские печи, однако к процессу плавки здесь предъявляют более строгие требования, чтобы получить качественный продукт.

Плавка же высококачественных сталей осуществляется лишь в электропечах. Это объясняется тем, что применение этого типа промышленного оборудования гарантирует практически минимальное содержание неметаллических добавок, то есть снижает процентное соотношение серы и фосфора.

Для того чтобы получить сплав особо высокого качества, прибегают к методу электрошлакового переплава. Производство этого продукта возможно лишь в электропечах. После окончания процесса изготовления эти стали всегда получаются только легированными.

Виды сплавов по применению

Естественно, что изменение состава стали сильно влияет на эксплуатационные характеристики этого материала, а значит меняется и сфера его использования. Существуют конструкционные стали, которые могут применяться в строительстве, холодной штамповке, а также могут быть цементируемыми, улучшаемыми, высокопрочными и так далее.

Если говорить о строительных сталях, то к ним чаще всего относят среднеуглеродистые, а также низколегированные сплавы. Так как применяются они в основном для возведения зданий, то наиболее важной характеристикой для них является хорошая свариваемость. Из цементируемой стали чаще всего изготавливаются различные детали, основным предназначением которых являются работа в условиях поверхностного износа и динамическая нагрузка.

Другие стали

К другим типам стали можно отнести улучшаемую. Этот вид сплава используют только после проведения термообработки. Сплав подвергается воздействию высоких температур для закалки, а после этого подвергается отпуску в какой-либо среде.

К типу высокопрочных сталей относят те, у которых после подбора химического состава, а также после прохождения термообработки прочность достигает практически максимума, то есть примерно вдвое больше, чем у обычного типа этого продукта.

Можно выделить также пружинные стали. Это сплав, который в результате своего производства получил наилучшие качества по пределу упругости, сопротивлению нагрузкам, а также усталости.

Состав нержавеющей стали

Нержавеющая сталь относится к типу легированных. Основное ее свойство — это высокое сопротивление коррозии, которое достигается за счет добавления такого элемента, как хром, в состав сплава. В некоторых ситуациях вместо хрома может быть использован никель, ванадий или марганец. Стоит отметить, что при плавке материала и добавлении в него нужных элементов, он может получить свойства одной из трех марок нержавеющей стали.

Состав этих видов сплава, конечно же, отличается. Самыми простыми считаются обычные сплавы с повышенной устойчивостью к коррозии 08 Х 13 и 12 Х 13. Последующие два типа этого коррозионностойкого сплава, должны обладать высоким сопротивлением не только при нормальных, но и при повышенных температурах.

Свойства, состав и применение стандартных сталей

Изображение предоставлено: Shutterstock / CHIARI VFX

Сталь — это общий термин для большого семейства железоуглеродистых сплавов, которые являются ковкими в определенном температурном диапазоне сразу после затвердевания из расплавленного состояния.

Основное сырье, используемое в сталеплавильном производстве, — это железная руда, уголь и известняк. Эти материалы превращаются в доменной печи в продукт, известный как «чушковый чугун», который содержит значительное количество углерода, марганца, серы, фосфора и кремния.Чугун твердый, хрупкий и непригоден для прямой переработки в кованые формы. Сталеплавильное производство — это процесс рафинирования передельного чугуна, а также лома чугуна и стали путем удаления нежелательных элементов из расплава с последующим добавлением желаемых элементов в заранее определенных количествах. Первичной реакцией в большинстве сталеплавильных производств является соединение углерода с кислородом с образованием газа. Если растворенный кислород не удаляется из расплава до или во время разливки, газообразные продукты продолжают выделяться во время затвердевания.Если сталь сильно раскисляется добавлением раскисляющих элементов, газ не выделяется, и сталь называют «убитой», потому что она спокойно лежит в формах. Повышенная степень газовыделения (пониженное раскисление) характеризует стали, которые называются «полусплавленными», «покрытыми» или «ободными». Степень раскисления влияет на некоторые свойства стали. Помимо кислорода жидкая сталь содержит измеримые количества растворенного водорода и азота. Для некоторых критических сталеплавильных применений могут использоваться специальные методы раскисления, а также вакуумная обработка для уменьшения и контроля растворенных газов.

Содержание углерода в обычных марках стали колеблется от нескольких сотых процента до примерно 1 процента. Все стали также содержат различные количества других элементов, в основном марганца, который действует как раскислитель и облегчает горячую обработку. Кремний, фосфор и сера тоже присутствуют всегда, хотя и в следовых количествах. Другие элементы могут присутствовать либо в виде остатков, которые не добавляются намеренно, а являются результатом использования сырья или производства стали, либо в виде легирующих элементов, добавленных для изменения свойств стали.

Сталь может быть отлита для придания формы, или отлитый слиток или прядь могут быть повторно нагреты и подвергнуты горячей обработке путем прокатки, ковки, экструзии или других процессов в форму деформируемого стана. Кованые стали являются наиболее широко используемыми конструкционными материалами, предлагая множество форм, отделок, прочности и применимых температурных диапазонов. Ни один другой материал не предлагает сопоставимой универсальности в дизайне продукта.

Классификация стандартной стали

Деформируемые стали можно систематически классифицировать по группам на основе некоторых общих характеристик, таких как химический состав, практика раскисления, метод чистовой обработки или форма продукта.Химический состав — наиболее часто используемая основа для определения и присвоения стандартных обозначений деформируемым сталям. Хотя углерод является основным упрочняющим и упрочняющим элементом стали, ни один элемент не влияет на характеристики стали. Совместное действие нескольких элементов влияет на реакцию на термообработку, твердость, прочность, микроструктуру, коррозионную стойкость и формуемость. Стандартные стали можно условно разделить на три основные группы: углеродистые стали, легированные стали и нержавеющие стали.

Сталь квалифицируется как углеродистая, если содержание в ней марганца ограничено 1,65 процента (макс.), Кремния — 0,60 процента (макс.), А меди — 0,60 процента (макс.). За исключением раскислителей и бора, если это указано, другие легирующие элементы не добавляются намеренно, но они могут присутствовать в виде остатков. Если любой из этих случайных элементов считается вредным для специальных приложений, могут быть указаны максимально допустимые пределы.В отличие от большинства легированных сталей углеродистые стали чаще всего используются без окончательной термообработки; однако они могут быть подвергнуты отжигу, нормализации, поверхностной закалке или закалке и отпуску для улучшения производственных или механических свойств. Углеродистые стали могут быть убитыми, полуфабрикатами, покрытыми колпаками или краями, и, при необходимости, может быть указан метод раскисления.

включают не только те марки, которые превышают пределы содержания элементов для углеродистой стали, но также и любую марку, в которую добавляются элементы, отличные от тех, которые используются для углеродистой стали, в определенных диапазонах или определенных минимумах для улучшения механических свойств, характеристик изготовления, или любой другой атрибут стали.Согласно этому определению, легированные стали включают все стали, кроме углеродистых сталей; однако обычно стали, содержащие более 3,99% хрома, считаются «особыми типами» легированных сталей, включая нержавеющие стали и многие инструментальные стали.

В техническом смысле термин легированная сталь зарезервирован для тех сталей, которые содержат небольшое количество легирующих элементов (около 1-4 процентов) и обычно зависят от термической обработки для развития определенных механических свойств.Легированные стали всегда гибнут, но для особых критических применений могут быть рекомендованы специальные методы раскисления или плавления, включая вакуум. Легированные стали обычно требуют дополнительного ухода на протяжении всего процесса производства, поскольку они более чувствительны к термическим и механическим воздействиям.

Нержавеющие стали — это высоколегированные стали, которые обладают превосходной коррозионной стойкостью по сравнению с углеродистыми и обычными низколегированными сталями, поскольку содержат относительно большое количество хрома.Хотя другие элементы также могут повышать коррозионную стойкость, их полезность в этом отношении ограничена.

Нержавеющие стали обычно содержат не менее 10 процентов хрома с другими элементами или без них. Однако в Соединенных Штатах было принято включать в классификацию нержавеющей стали те стали, которые содержат всего 4 процента хрома. Вместе эти стали составляют семейство, известное как нержавеющие и жаропрочные стали, некоторые из которых обладают очень высокой прочностью и стойкостью к окислению.Однако немногие из них содержат более 30 процентов хрома или менее 50 процентов железа.

В самом широком смысле стандартные нержавеющие стали можно разделить на три группы в зависимости от их структуры: аустенитные, ферритные и мартенситные. В каждой из трех групп есть один состав, который представляет собой основной сплав общего назначения. Все другие составы производятся из основного сплава, с определенными вариациями в составе, сделанными для получения очень специфических свойств.

Аустенитные марки немагнитны в отожженном состоянии, хотя некоторые из них могут стать слегка магнитными после холодной обработки.Их можно упрочнить только холодной обработкой, а не термообработкой, и они сочетают в себе исключительную коррозионную и жаропрочность с хорошими механическими свойствами в широком диапазоне температур. Аустенитные марки далее подразделяются на две подгруппы: хромоникелевые типы и менее часто используемые хромомарганцево-малоникелевые типы. Основной состав хромоникелевой группы широко известен как 18-8 (Cr-Ni) и является аустенитным сортом общего назначения. Эта марка является основой для более 20 модификаций, которые можно охарактеризовать следующим образом: соотношение хром-никель было изменено для изменения характеристик формования; содержание углерода было уменьшено для предотвращения межкристаллитной коррозии; элементы ниобий или титан были добавлены для стабилизации структуры; или был добавлен молибден, или было увеличено содержание хрома и никеля для улучшения стойкости к коррозии или окислению.

Стандартные ферритные сорта всегда магнитные и содержат хром, но не содержат никель. Их можно до некоторой степени упрочнить холодной обработкой, но не термообработкой, и они сочетают в себе устойчивость к коррозии и нагреванию с умеренными механическими свойствами и декоративной привлекательностью. Ферритные сорта обычно ограничены более узким диапазоном коррозионных условий, чем аустенитные сорта. Основной ферритный сорт содержит 17 процентов хрома. В этой серии есть модификации для свободной обработки и сплавы с повышенным содержанием хрома для повышения устойчивости к образованию накипи.Также в эту ферритную группу входит сталь с 12-процентным содержанием хрома (основной состав мартенситной группы) с другими элементами, такими как алюминий или титан, добавленными для предотвращения закалки.

Стандартные марки мартенсита являются магнитными и могут упрочняться закалкой и отпуском. Они содержат хром и, за двумя исключениями, никель. Основная мартенситная марка обычно содержит 12 процентов хрома. В мартенситном ряду более 10 стандартных составов; некоторые модифицированы для улучшения обрабатываемости, а другие содержат небольшие добавки никеля или других элементов для улучшения механических свойств или их реакции на термическую обработку.Третьи имеют значительно повышенное содержание углерода в диапазоне инструментальных сталей и поддаются закалке до самого высокого уровня среди всех нержавеющих сталей. Мартенситные марки отлично подходят для работы в мягких средах, таких как атмосфера, пресная вода, пар и слабые кислоты, но не устойчивы к сильно коррозионным растворам.

Системы нумерации металлов и сплавов

Несколько различных систем нумерации были разработаны для металлов и сплавов различными торговыми ассоциациями, профессиональными инженерными обществами, организациями по стандартизации и частными предприятиями для их собственного использования.Цифровой код, используемый для идентификации металла или сплава, может быть связан или не иметь отношения к спецификации, которая представляет собой изложение технических и коммерческих требований, которым должен соответствовать продукт. Используемые системы нумерации включают системы, разработанные Американским институтом чугуна и стали (AISI), Обществом автомобильных инженеров (SAE), Американским обществом испытаний и материалов (ASTM), Американским национальным институтом стандартов (ANSI), Американским обществом основателей стали, Американское общество инженеров-механиков (ASME), Американское общество сварщиков (AWS), Алюминиевая ассоциация, Ассоциация разработки меди, U.S. Министерство обороны (военные спецификации) и Главное бухгалтерское управление (федеральные требования).

Единая система нумерации (UNS) была разработана совместными усилиями ASTM и SAE, чтобы обеспечить средства сопоставления различных систем нумерации для металлов и сплавов, имеющих коммерческую ценность. Эта система позволяет избежать путаницы, возникающей при использовании более одного идентификационного номера для указания одного и того же материала или когда один и тот же номер присваивается двум совершенно разным материалам.Важно понимать, что номер UNS не является спецификацией; это идентификационный номер для металлов и сплавов, подробные характеристики которых приведены в другом месте. Номера UNS показаны в таблице 1; каждое число состоит из буквенного префикса, за которым следуют пять цифр. В некоторых случаях буква наводит на мысль о семействе металлов, идентифицированных серией, например, A для алюминия и C для меди. По возможности номера в группах UNS содержат последовательности нумерации, взятые непосредственно из других систем, чтобы облегчить идентификацию материала; е.g., соответствующий номер UNS для стали AISI 1020 — G10200. Номера UNS, соответствующие обычно используемым номерам AISI-SAE, которые используются для идентификации углеродистой, легированной и инструментальной стали, приведены в таблице 2.

Сводка

В этой статье описаны основные типы стандартных сталей. Узнайте больше о свойствах материалов из Руководства по машинному оборудованию, 30-е издание, которое опубликовано и доступно в Industrial Press на Amazon.

Чтобы найти источники поставок стали, посетите платформу Thomas Supplier Discovery Platform, где вы можете найти потенциальные источники поставок для более чем 70 000 различных категорий продуктов и услуг.

Прочие изделия из стали

• Типы профилей из конструкционной стали
• Ведущие производители и поставщики арматуры
• Типы арматуры
• Виды стали
• Типы нержавеющей стали
• Ведущие сталелитейные компании и производители стали США в мире
• Все о стали 5160 (свойства, прочность, применение)
• Все о стали 440 (свойства, прочность, применение)
• Все о стали 430 (свойства, прочность, применение)
• Все о стали 304 (свойства, прочность, применение)
• Все о 52100 Сталь
• Обработка стали для поверхностного упрочнения (цементирование)
• Все о стали 9260 (свойства, прочность, применение)
• Все о стали 4130 (свойства, прочность, применение)
• Steel vs.Титан — прочность, свойства и применение

Больше от Metals & Metal Products

Состав, свойства, дефекты, применение и механическая обработка

В этой статье мы обсудим: — 1. Состав стали 2. Использование стали 3. Факторы, влияющие на физические свойства 4. Магнитные свойства 5. Дефекты 6. Свойства низкоуглеродистой стали 7. Свойства твердой стали 8. Механическая обработка .

По содержанию углерода сталь образует промежуточную ступень между чугуном и кованым чугуном.В чугуне содержится от 2 до 4 процентов углерода. В кованом железе содержание углерода не превышает 0,15%. В стали содержание углерода варьируется от 0,25% до 1,50% максимум.

Это связано с тем, что углерод, если его содержание превышает 1,5 процента, не соединяется с железом и присутствует в виде свободного графита. Таким образом, разделительной чертой чугуна и стали является наличие свободного графита. Если в составе материала нет свободного графита, его называют сталью.С другой стороны, наличие свободного графита указывает на то, что материал является чугунным.

Сталь становится все тверже и жестче по мере увеличения содержания углерода, и при максимальном уровне 1,5% весь углерод вступает в химическое соединение с железом, и ни один из них не находится в свободном состоянии.

Чугун может воспринимать только сжимающие напряжения, и его использование ограничено только сжимающими элементами. Кованое железо имеет волокнистую природу и может выдерживать растягивающие напряжения.

Сталь подходит для всех строительных целей в целом, и поэтому она практически заменила чугун и кованое железо в современной практике строительства зданий. Он одинаково силен как при сжатии, так и при растяжении.

Если капля азотной кислоты попадает на сталь, на ней образуется темно-серое пятно из-за более высокого процентного содержания углерода. Если такую ​​же процедуру провести с кованым железом, пятно не будет заметно.Таким образом, с помощью этого простого процесса можно легко отличить низкоуглеродистую сталь от кованого железа.

Последняя битва чугуна, кованого железа и стали произошла на поле строительства небоскребов. Колонны раннего каркаса небоскребов были чугунными, а балки — коваными.

Сэр Генри Бессемер (1813-98) из Англии изобрел свой преобразователь в 1857 году, и он начал использоваться примерно с 1880 года. Внедрение мартеновского процесса принесло стали окончательную победу, поскольку она позволила получить сталь лучшего качества, которая могла выдерживать более высокие рабочие нагрузки.

Настоящее время — это сталь, и на самом деле промышленный прогресс и финансовая стабильность страны напрямую оцениваются объемом ее годового производства стали. Япония, США и бывший СССР производят от 1100 до 1250 миллионов кН стали каждый год. Великобритания, Западная Германия и Франция производят от 350 до 400 миллионов кН стали каждый год.

Сталь, производимая Индией, составляет от 100 до 120 миллионов кН в год. Общий контроль над всей сталелитейной промышленностью как в государственном, так и в частном секторах осуществляется Steel Authority of India Limited (SAIL) со штаб-квартирой в Нью-Дели.

В зависимости от содержания углерода, сталь обозначается как мягкая или среднеуглеродистая сталь или высокоуглеродистая сталь. Различные варианты использования стали зависят от количества содержащегося в ней углерода.

Содержание углерода в мягкой стали составляет от 0,10 до 0,25 процента. Когда содержание углерода составляет менее 0,10%, она называется мертвой сталью или очень низкоуглеродистой сталью.

Содержание углерода в среднеуглеродистой стали составляет около 0.От 25 до 0,60 процента.

Высокоуглеродистая сталь также известна как твердая сталь, и ее содержание углерода варьируется от 0,60 до 1,10 процента или около того.

В таблице 11-1 показаны различные варианты использования стали каждой категории.

Замечено, что сталь требуется для существования предприятий тяжелой и легкой промышленности, судостроения, железных дорог и подвижного состава, автомобилей, листового металла, энергетики, электротехники и т. Д.Следует также отметить, что весь спектр электротехнической промышленности зависит от свойства стали магнетизмом.

На физические свойства стали, такие как пластичность, эластичность, прочность и т. Д., Большое влияние оказывают следующие три фактора:

(1) Содержание углерода:

При изменении процентного содержания углерода получается сталь разных марок.Углерод всегда способствует увеличению твердости и прочности стали. Но в то же время это снижает пластичность стали. Низкоуглеродистая сталь с содержанием углерода от 0,10 до 0,25 процента широко используется для строительных работ.

(2) Наличие примесей:

Обычными примесями в стали являются кремний, сера, фосфор и марганец.

Если содержание кремния меньше 0,20%, он не оказывает заметного влияния на физические свойства стали.Если содержание кремния повышается примерно до 0,30–0,40%, эластичность и прочность стали значительно повышаются без серьезного снижения ее пластичности.

Если содержание серы составляет от 0,02 до 0,10%, она не оказывает заметного влияния на пластичность или прочность стали. Однако это снижает ковкость и свариваемость горячего металла. Избыток серы снижает прочность и пластичность стали.

Фосфор оказывает вредное воздействие на сталь.Желательно, чтобы его содержание не превышало 0,12%. Это снижает ударопрочность, пластичность и прочность стали.

Марганец способствует повышению прочности низкоуглеродистой стали. Его желаемое содержание составляет от 0,30 до 1,00%. Когда его содержание превышает примерно 1,50 процента или около того, сталь становится очень хрупкой и, следовательно, теряет свою структурную ценность.

(3) Процессы термообработки