Классификация сталей по химическому составу

Классификация сталей

Данная статья новичку покажется очень сложной. Здесь будет использовано много не понятных терминов, но без этого невозможно раскрыть всю суть о классификации сталей. Ваша задача – прочесть и понять в общих чертах как делятся стали, какие они бывают и для чего они применяются.

Классификация сталей

Классифицируются стали по следующим пунктам:

• химическому составу;
• структурному составу;
• качеству;
• степени раскисления;
• назначению.

Химический состав

По химическому составу стали делятся на:

• углеродистые;
• легированные.

Углеродистые делятся на:

• низкоуглеродистые – содержат до 0,25% С;
• среднеуглеродистые – содержат от 0,25 до 0,6% С;
• высокоуглеродистые – содержат от 0,6 до 0,2% С.

Легированные делятся на:

• низколегированные – содержанию легирующих элементов до 0,25%;
• среднелегированные – содержанию легирующих элементов 0,25 – 10,0%;
• высоколегированны – содержанию легирующих элементов более 10,0%.

По структуре в отожженном состоянии стали делятся на следующие классы:

• доэвтектоидный;
• заэвтектоидный;
• ледебуритный (карбидный);
• ферритный;
• аустенитный.

Структурный состав

По структуре после нормализации стали делятся на следующие классы:

• перлитный;
• мартенситный;
• аустенитный;
• ферритный.

Классификация по качеству

По качеству стали классифицируются:

• обыкновенного качества;
• качественные;
• высококачественные;
• особокачественные.

Стали обыкновенного качества массово применяются в разных отраслях по причине их дешевизны. Не обладает особыми свойствами. Содержат углерод до 0,6%.

Качественные стали бывают углеродистые и легированные. Применяются для изготовления ответственных деталей и узлов. Имеют высокую стоимость.

Высококачественные стали применяется в особо ответственных узлах. Имеют низкого содержания вредных примесей (серы и фосфора).

Особокачественные стали имеют очень низкое содержание серы и фосфора. Применяются в ответственных узлах, которые испытывают высокие динамические нагрузки.

Классификация по степени раскисления

По степени раскисления стали делятся:

• спокойные (сп);
• полуспокойные (пс);
• кипящие (кп).

Спокойные стали содержат малое количество кислорода. Затвердевание происходит спокойно без газовыделения. Спокойные стали массово применяют в сварочном производстве.

Полуспокойные стали затвердевают без кипения, но выделяют большое количество газов. По качеству очень приближены к спокойным сталям и могут их заменить.

Кипящие стали содержат в своём составе большое количество вредных примесей. Они очень хрупкие и плохо свариваются.

Классификация стали по назначению

Конструкционные стали делятся на:

• строительные;
• стали для холодной штамповки;
• цементируемые;
• улучшаемые;
• высокопрочные;
• пружинно-рессорные;
• подшипниковые;
• автоматные;
• коррозионностойкие;
• износостойкие;
• жаропрочные и жаростойкие.

Строительные

Применяются для изготовления конструкций любой сложности, имеют хорошую свариваемость.

Стали для холодной штамповки

К таким сталям относятся низкоуглеродистые стали обладающие высокой пластичностью.

Цементируемые стали

Это стали с содержанием углерода в пределах 0,1-0,3% и работающие при повышенных динамических нагрузках.

Улучшаемые

К улучшаемым относятся среднеуглеродистые и хромистые стали которые подвергаются термообработке (закалке и высоком отпуску).

Высокопрочные стали

К ним относятся стали имеющие специальный химический состав, который при термообработке увеличивают прочностные свойства в разы.

Пружинно-рессорные стали

Применяются в машиностроении для изготовления амортизаторов и рессор высоконагруженных машин.

Подшипниковые стали (шарикоподшипниковые)

К данным сталям предъявляют повышенные требования по прочности, износоустойчивости и выносливости. Данные свойства достигаются за счёт содержания хрома в пределах 1,5%. Ярким примером такой шарикоподшипниковой стали является сталь ШХ15.

Автоматная сталь

Данная сталь используется для изготовления крепёжных деталей на металлообрабатывающих станках. В связи с этим данная сталь должна хорошо обрабатываться на станке путём резания, образовывая легко обламывающуюся стружку. Минусом автоматные стали является низкая пластичность.

Износостойкая сталь

Основное применение – траки гусеничных машин, ковши экскаваторов и землеройных машин. Износостойкость достигается, за счёт введение в сталь марганца.

Коррозионностойкие (нержавеющие) стали

Эти стали содержат хром в пределах от 14%. За счёт хрома происходит образование на поверхности стали оксидной плёнки, что защищает сталь от разрушения в агрессивной среде.

Коррозионностойкие стали делятся:

• Коррозионностойкие. Из них изготавливают различные узлы, которые эксплуатируются при температуре до 600°С.
• Жаропрочные. Из них изготавливают клапаны, роторы, лопатки турбин, работающие при высоких температурах (80% от температуры плавления) в течение длительного времени.
• Жаростойкие. Изготавливают ответственные узлы, работающие при высоких температурах (1200°С).
• Криогенные. Применяется для изготовления деталей холодильных установок, работающих при температуре до -200°С.

Инструментальная сталь по назначению делится:

• для режущего инструмента;
• для измерительного инструмента;
• сталь для штампов.

Сталь для режущего инструмента

Имеет высокую твердость и термостойкость, Должна длительное время сохранять режущие свойства, а также выдерживать большие механические нагрузки в процессе эксплуатации.

Сама сталь для режущего инструмента бывают 3 -х типов:

• быстрорежущие стали;
• углеродистые;
• легированные инструментальные.

Быстрорежущие стали (рапид)

Быстрорежущая сталь (рапид) используют для изготовления режущего инструмента, работающего на высоких оборотах. Обозначается «Р». Пример Р9, Р18.

Углеродистые инструментальные стали

Содержат в себе углерода до 1,3%. Применяются в слесарном инструменте и имеют обозначение «У». Пример: У7, У10, У12.

Легированные инструментальные стали

Содержат легирующие добавки в приделах до 3%. Применяется для изготовления свёрл, фрез и др. режущего инструмента. Пример: 11ХФ.

Стали для измерительных инструментов

Должна обладать твёрдостью и износостойкостью. К такому инструменту относят: штангенциркуль, линейки, калибры, шаблоны и т. д. Для повышенных классов точности применяют стали X, ХВГ, ШХ15. Для пониженных – сталь У10А, УПА, У12А.

Штамповочные стали

Главная задача штамповочной стали обладать высокой твёрдостью и износостойкостью.

Делятся штамповочные стали на:

• стали для штампов холодного деформирования;
• стали для штампов горячего деформирования.

Сталь для штампов холодного деформирования

Обладает высокой твёрдостью и износостойкостью, для обеспечения точного размера заготовки при штамповке.

Сталь для штампов горячего деформирования

Должна обладать всеми свойствами, что и стали холодного деформирования, а также работать в условиях высоких температур (до 600°С).

Стали классифицируют по химическому составу, степени раскисления, способу производства, качеству, структуре и назначению.

По химическому составу стали классифицируют на углеродистые и легированные.

По концентрации углерода те и другие подразделяются на низкоуглеродистые ( 0,7% С).

По количеству введенных элементов легированные стали разделяют на низко-, средне- и высоколегированные. В низколегирующих сталях количество легирующих элементов не превышает 5%, в среднелегированных содержится от 5 до 10%, в высоколегированных- не более 10%.

По степени раскисления и характеру затвердевания стали классифицируют на спокойные, полуспокойные и кипящие.

По способу производства различают стали, выплавленные в электропечах, мартеновских печах и кислородно-конверторным способом.

По структуре различают: 1) доэвтектоидную сталь, содержащую до 0,8% С, структура которой состоит из феррита и перлита; 2) эвтектоидную, содержащую около 0,8% С, структура которой состоит только из перлита; 3) заэвтектоидную, содержащую 0,8-2,14% С. Ее структура состоит из зерен перлита, окаймленных сеткой цементита.

По качеству стали классифицируют на стали обыкновенного качества (массовое содержание серы и фосфора не более 0,45% каждого), качественную (не более 0,035% каждого), высококачественную (не более 0,025% каждого) и особовысококачественную (не более 0,015% S и 0,025% P),получаемую при рафинирующих переплавах.

По назначению стали подразделяют на конструкционные (общего и специального назначения и особыми свойствами) и инструментальные.

Маркировка сталей

Обозначение сталей обыкновенного качества — буквенно-цифровое, например Ст0, Ст1 — Ст6, БСт1- БСт6, ВСт2-ВСт5; Ст4кп, Ст4пс, Ст4сп, БСт3кп.

Углеродистые качественные конструкционные стали обозначают двузначными цифрами, показывающими среднее содержание углерода в стали, выраженное в сотых долях процента. Например, сталь 15 содержит в среднем 0,15%С, сталь 40-0,40%С и т.д.

Углеродистые инструментальные стали – У 1-У12

Легированные стали. Легирующие элементы указывают русскими буквами: Марганец-Г, кремний-С, хром-Х, никель-Н, вольфрам-В, ванадий-Ф, титан-Т, молибден-М, кобальт-К, алюминий- Ю, медь-Д, бор- Р, ниобий- Б, фосфор- П, азот- А.

Легированные конструкционные стали: 20Х, 18Г2С, 60С2, 18ХГТ, 38ХН3МФ.

Легированные инструментальные стали: 9ХС, ХВГ, 3Х2В8Ф, 5Х3В3МФС

Таблица 5. Химический состав и механические свойства некоторых марок конструкционной углеродистой стали с повышенным содержанием марганца.

σ_b — предел прочности при растяжении;

σ_s— предел текучести;

δ — относительное удлинение;

Н_В— твердость по Бринелю

Лекциия 5

Оборудование для выплавки чугунов и его технико-экономические показатели.

Техническое оснащение сталеплавильных цехов.

Рис. 11. Устройство доменной печи

Основные показателями, характеризующие работу до­менного цеха

1) производительность печи, которая определяется суточ­ной выплавкой передельного чугуна;

2) расход кокса и других материалов на 1 т передельного чугуна (расход кокса в среднем составляет 0,55 т, а на некоторых заводах ниже 0,45 т);

3) коэффициент использования полезного объема печи; (К) или КИПО

К= м 3 /Т

где V_n— полезный объем доменной печи; м 3 ; Т — суточная производительность печи, т;

Рис. 12. Схема кислородного конвертора

Рис. 13. Схема мартеновской печи.

Рис. 14. Устройство дуговой электропечи

Рис. 15. Схема индукционной электропечи

Лекция 5. Цветные металлы и сплавы

Таблица. Характеристики физико-механических свойств титана (ВТ1 — 00)

Таблица. Марки, химический состав (%) и твёрдость титана губчатого (ГОСТ 17746-79)

Таблица. Характеристики физико-химических и механических свойств магния

Химический состав и классификация сталей

Химический состав. Сталью называют сплав железа с углеродом (до2 %С). Наряду с железом и углеродом сталь содержит марганец (до 1 %) и кремний (до 0,4 %), а также вредные примеси – серу (до 0,06 %) и фосфор (до 0,07 %). Сталь выплавляют несколькими способами: кислородно-конвертерным, мартеновским, электросталеплавильным, прямым восстановлением железа из обогащенной железом руды (окатышей), а также электрошлаковым, вакуумно-дуговым, плазменно-дуговым переплавом. Кислородно-конвертерный и электросталеплавильный – наиболее производительные способы выплавки стали.

В настоящее время сталь является основным конструкционным материалом. Она сочетает в себе прочность и пластичность с хорошим сопротивлением ударным нагрузкам, может работать при низких и высоких температурах, технологична, из нее можно изготовить изделия практически любой формы. Свойства стали зависят от количества содержащихся в ней углерода и примесей. Основное влияние на свойства стали (особенно механические и технологические) оказывает углерод. С увеличением содержания углерода в стали, как уже отмечалось, повышается ее твердость и прочность, однако уменьшаются пластичность и вязкость, ухудшается свариваемость стали. Прочность стали становится максимальной при 0,9-1,0 % углерода.

Кремний и марганец в небольшом количестве особого влияния на свойства стали не оказывают. Сера и фосфор – вредные примеси. Сера в виде соединения с железом FeS вызывает красноломкость, т.е. хрупкость при высоких температурах (при ковке, прокатке), увеличивает усталость стали, уменьшает коррозионную стойкость. В то же время сера улучшает обрабатываемость стали режущим инструментом, поэтому на станках-автоматах изготавливают болты, шпильки, гайки из автоматных сталей с увеличенным содержанием серы до 0,2 % и фосфора до 0,15 %. Фосфор придает стали высокую хрупкость при обычных температурах (хладноломкость). Особенно отрицательно влияет фосфор при высоком содержании углерода. Вредными примесями является также кислород, водород, азот, которые не удается полностью удалить при плавке стали.

Классификация сталей. Стали классифицируют по химическому составу, качеству и назначению.

По химическому составу стали делят на углеродистые и легированные. Углеродистые стали подразделяют на низкоуглеродистые (менее 0,3 %С), среднеуглеродистые (0,3-0,7 %С) и высокоуглеродистые (более 0,7 %С).

Легированные стали в зависимости от содержания элементов (хрома, марганца, никеля и др.) бывают хромистые, марганцовистые, хромоникелевые и др. По количеству легирующих элементов их делят на низко — (до 2,5 %), средне – (2,5 – 10 %) и высоколегированные (более 10 %). По качеству различают стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особовысококачественные.

Основными показателями для разделения сталей по качеству являются нормы содержания вредных примесей (серы, фосфора, водорода, азота и др.) Например, стали обыкновенного качества содержат до 0,06% S и 0,07 %Р, , а особовысококачественные – не более 0,015 % S и 0,025 %Р. Высококачественная и особовысококачественная стали обозначаются соответственно буквами А и Ш, помещаемыми после обозначения марки стали.

По назначению (применению) стали подразделяют на конструкционные (для деталей машин и механизмов, приборов, металлоконструкций); инструментальные (для различного типа инструмента и штампов) и стали со специальными свойствами, например коррозионностойкие, окалиностойкие, электротехнические, магнитные и др.

Углеродистые стали

Эти стали используют как сравнительно дешевый конструкционный материал, обеспечивающий достаточно надежную работу машин и оборудования. Углеродистая конструкционная сталь обыкновенного качества имеет буквенно-цифровую маркировку:

Ст0, Ст1-Ст6, БСт0, БСт1-БСт6, ВСт2-ВСт5.

Буквы «Ст» означают сталь, цифры от 0 до 6 – условный номер марки в зависимости от состава и механических свойств, буквы Б и В — группы стали (группа А в марке стали не указывается). Степень раскисления обозначают индексами: КП –кипящая, ПС – полуспокойная, СП – спокойная, например: БСт2кп, ВСт3пс, Ст5сп.

Назначение этих сталей различное. Например, сталь Ст0 используют для изготовления деталей неответственного назначения. Например, лестничных маршей, арматуры, ограждений. Из сталей Ст1, Ст2 изготовляют заклепки, анкерные болты, фланцы, прокладки, элементы сварных конструкций неответственного назначения. Из стали Ст3 изготовляют болты, шпильки, гайки, шайбы, оси, валики, втулки, шестерни и другие детали, не несущие нагрузки.

Сталь Ст 4 после цементации или цианирования применяют в качестве материала для изготовления червяков, шестерен, поршневых пальцев, валиков, толкателей. Ст5 служит материалом для изготовления крюков кранов, валов, звездочек, рычагов, шатунов, рессор; Ст6 (в термически обработанном состоянии) – пружин, рессор, червяков, звездочек.

Углеродистую качественную конструкционную сталь маркируют двузначными цифрами, показывающими среднее содержание углерода в стали, выраженное в сотых долях процента. Например, сталь марки 25 содержит в среднем 0.25 %С, сталь 45 – 0,45 %С, сталь 60 – 0,60 %С. Степень раскисления стали указывают в конце марки, например сталь 10 кп. Так как в этих сталях содержание вредных примесей (S и Р) меньше, чем в сталях обыкновенного качества, то механические свойства выше.

Наиболее широко используют в машиностроении стали 40 и 45. После закалки и отпуска из них изготовляют детали средних размеров и несложной конфигурации, к которым предъявляют требования повышенной прочности и твердости: шпонки, валики, муфты, фрикционные диски прессов, собачки, храповики, звездочки. После улучшения (закалки и последующего высокого отпуска) эти стали используют для деталей, работающих при небольших скоростях и средних удельных давлениях – валов, шестерен, шлицевых валиков, плунжеров, арматуры, насосов, вентилей, шатунов.

Сталь 60 применяют для изготовления круглых и плоских пружин различного размера, шайб, дисков сцепления, а также валков прокатных станов.

Углеродистую инструментальную сталь маркируют буквой «У» и цифрой, означающей среднее содержание углерода, выраженное в десятых долях процента. Например, сталь марки У7 содержит в среднем 0,7 %, сталь У10 -1,0 %, сталь У13 – 1,3 % углерода. Буква «А» в конце марки означает, что сталь высококачественная (например, У11А), буква «Г» – сталь с повышенным содержанием марганца (например, У8ГА), буква «Ш» – сталь является особовысококачественной, т.к. выплавлена электрошлаковым переплавом (например, У9А – Ш), при этом содержание серы не должно превышать 0,015 %.

Из углеродистых инструментальных сталей изготовляют различного вида инструмент: У7 – слесарные зубила, молотки, клеймы, а также кузнечный инструмент; У8 — ножовочные полотна по металлу, ножницы, матрицы и пуансоны небольших прессов, а также столярный инструмент; У9, У10 – сверла, фрезы малого диаметра, метчики, развертки; У11 – малые штампы (работающие при небольших давлениях); У12, У13 – слесарные напильники, ножовочные полотна, токарные и строгальные резцы, плашки, шаберы, а также граверный инструмент. Режущий инструмент из инструментальной стали сохраняет свои режущие свойства (красностойкость) только до температур 180-200°С, в других случаях для изготовления инструмента используют быстрорежущие стали или твердые сплавы.

Дата добавления: 2015-10-26 ; просмотров: 3177 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Классификация сталей по химическому составу

Что же такое Сталь? Многие полагают, что это просто железо, но железо это всего лишь химический элемент.

На самом деле Сталь — это сплав железа (Fe — Ferrum) с углеродом (C – Carboneum), в пропорциях Углерода от 0,02 до 2,14 % и Железа не менее 45%, остальное другие химические элементы.

Общей классификации сталей и сплавов не существует, потому что многие из них можно применять в самых различных областях промышленности, поэтому стали обычно классифицируют по данным признакам:

По химическому составу: углеродистые (без легирующих элементов), низколегированные, легированные, высоколегированные.

По качеству: сталь обыкновенного качества, качественная, высококачественная и особо качественная.

Главными критерием по качеству являются более жесткие требования по химическому составу и, главное по содержанию вредных примесей, таких как фосфор и сера.

Сталь углеродистую обыкновенного качества подразделяют на три группы:

• А — поставляемую по механическим свойствам и применяемую в основном тогда, когда изделия из нее подвергают горячей обработке (сварка, ковка и др.), которая может изменить регламентируемые механические свойства (Ст0, Ст1 и др.);
• Б — поставляемую по химическому составу и применяемую для деталей, подвергаемых такой обработке, при которой механические свойства меняются, а уровень их кроме условий обработки определяется химическим составом (БСт0, БСт1 и др.);
• В — поставляемую по механическим свойствам и химическому составу для деталей, подвергаемых сварке (ВСт1, ВСт2 и др.).

По требованиям к испытаниям механических свойств сталь подразделяют на пять категорий:

• Iкатегория — Без испытания механических свойств на растяжение и ударную вязкость. Горячекатаная, кованая, калиброванная.
• IIкатегория — С испытанием механических свойств на растяжение и ударную вязкость на образцах, изготовленных из нормализованных заготовок размером 25 мм (диаметр или сторона квадрата). Горячекатаная, кованая, калиброванная.
• IIIкатегория — С испытанием механических свойств на растяжение на образцах, изготовленных из нормализованных заготовок указанного в заказе размера, но не более 100 мм. Горячекатаная, кованая, калиброванная.
• IVкатегория — С испытанием механических свойств на растяжение и ударную вязкость на образцах, изготовленных из термически обработанных (закалка + отпуск) заготовок указанного в заказе размера, но не более 100 мм. Горячекатаная, кованая, калиброванная.
• Vкатегория — С испытанием механических свойств на растяжение на образцах, изготовленных из сталей в нагартованном или термически обработанном состоянии (отожженной или высокоотпущенной). Калиброванная.

Легированную сталь по степени легирования разделяют: низколегированная (легирующих элементов до 2,5%), среднелегированная (от 2,5 до 10%), высоколегированная (от 10 до 50%).

Легирующие элементы — химические элементы, специально введенные в сталь для получения требуемых строения, структуры, физико-химических и механических свойств.

Основными легирующими элементами в сталях являются:

В некоторых сталях легирующими элементами могут быть также P (Фосфор), N (Азот), Se (Селен), Pb (Свинец) и др. Перечисленные элементы, а также H (Водород), O (Кислород), Sn (Олово), Sb (Сурьма), Bi (Висмут) могут быть и примесями в стали. Содержание легирующих элементов может колебаться от тысячных долей процента до десятков процентов.

Отнесение химических элементов к примесям или легирующим элементам зависит от их количества и роли в стали.

Легированные сталь — это сплавы на основе железа, в химический состав которых специально введены легирующие элементы, обеспечивающие при определенных способах производства и обработки требуемую структуру и свойства. В легированных сталях содержание отдельных элементов больше, чем этих же элементов в виде примесей.

Такие легирующие элементы, как V, Nb, Ti, Zn, B — могут оказывать существенное влияние на структуру и свойства стали при их содержании в стали в сотых долях процента. Иногда такие стали называют микролегированными.

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 гр. С, работающие в не нагруженном и слабонагруженном состоянии;
• жаропрочные стали и сплавы, работающие в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и обладающие при этом достаточной жаростойкостью.

Электротехническую тонколистовую сталь разделяют:

а. по структурному состоянию и виду прокатки на классы:

• горячекатаная изотропная;
• холоднокатаная изотропная;
• холоднокатаная анизотропная с ребровой текстурой;

1. по содержанию кремния:

• 0 — до 0,4 %;
• 1 — св. 0,4 до 0,8 %;
• 2 — св. 0,8 до 1,8 %;
• 3 — св. 1,8 до 2,8 %;
• 4 — св. 2,8 до 3,8 %;
• 5 — св. 3,8 до 4,8 %;

химический состав стали не нормируется;

1. по основной нормируемой характеристике на группы:

• 0 — удельные потери при магнитной индукции 1,7 Тл и частоте 50 Гц (P1,7/50);
• 1 — удельные потери при магнитной индукции 1,5 Тл и частоте 50 Гц (P1,5/50);
• 2 — удельные потери при магнитной индукции 1,0 Тл и частоте 400 Гц (P1,0/400);
• 6 — магнитная индукция в слабых магнитных полях при напряженности поля 0,4 А/м (В 0, 4);
• 7 — магнитная индукция в средних магнитных полях при напряженности поля 10 А/м (В10).

Сталь легированную конструкционную в зависимости от химического состава и свойств делят на качественную, высококачественную А и особо высококачественную Ш (электрошлакового переплава).

По видам обработки при поставке сталь бывает горячекатаная, кованая, калиброванная, серебрянка.

По назначению изготовляют прокат: для горячей обработки давлением и холодного волочения (прокат) и для холодной механической обработки.

Основные характеристики, свойства и классификация стали

Основные параметры

От других материалов сталь отличается своими параметрами: плотностью, удельной тепловой ёмкостью, температурой плавления, показателями линейного теплового расширения и другими. Среди основных характеристик стали следует выделить:

1. Плотность: от 7,6 до 7,8 г/см³.
2. Удельная тепловая ёмкость при температуре 20 °C: 462 Дж.
3. Температура плавления стали: 1400—1500° Цельсия.
4. Удельная масса: 75500—77500 Н/м³.
5. Удельная теплота плавления: 84 кДж/кг.
6. Показатель линейного теплового расширения (нержавеющей): 11,0 * 10 − 6 / °C.
7. Коэффициент тепловой проводимости при t = 100° Цельсия (хромоникельвольфрамовой: 15,5; дюралюминиевой: 56,3 Вт/(м·К).
8. Лимит прочности при растяжении и сопротивлении (для конструкций: 373−412 мПа; кремнехромомарганцовистой: 1,52 ГПа).
9. Модуль упругости стали (или модуль Юнга): 200 тысяч (Е, мПа). В таблице упругости некоторых веществ приводится также значение, равное 2 039 400 (Е, кгс/см²).
10. Коэффициент Пуассона: 0,3 единицы.

Качества стали меняются с помощью различных типов обработки: термической, термомеханической, химико-термической. При обрабатывании с целью получить требуемую структуру пользуются полиморфическим свойством — возможностью кристаллической решётки изменять строение при нагревании и охлаждении. Производя закаливание с дальнейшим нагреванием (отпуском), можно добиться получения оптимальной формулы, сочетающей пластичность, твёрдость и плотность стали.

Преимущества и недостатки

Стали сочетают большую жёсткость с высокой прочностью. На эти характеристики можно влиять в большом диапазоне с помощью варьирования концентрации углерода, легирующих добавок и технологических процессов (химико-термической и термической обработки).

К основным достоинствам стали можно отнести следующие характеристики:

• высокая твёрдость и прочность;
• множество различных свойств, которые обуславливаются разным составом и способами обрабатывания;
• упругость и вязкость;
• очень высокая износоустойчивость;
• большое распространение сырья и выгодный с экономической точки зрения способ изготовления, что приводит к невысокой цене сплавов.

У стали и продукции, изготовленной из нее, имеются и недостатки. Их меньше, чем достоинств, но все же знать о них необходимо:

• отсутствие временной устойчивости к коррозии (за исключением нержавейки);
• способность накапливать электрическую энергию;
• большой вес;
• многоэтапность изготовления обыкновенных изделий.

Стоит иметь в виду, что сталь — довольно сложный в обработке материал, поэтому для производства продукции из нее необходимы дорогостоящие станки и приспособления.

Классификация и виды

Сталь классифицируется по химическому составу, по содержанию добавок, по способу изготовления, по уровню раскисления и по другим группам.

По химическому составу она бывает углеродистая и легированная. В углеродистой, помимо углерода и железа, присутствует кремний (до 0,3%) и марганец (до 1,1%).

Для придания особенных качеств в сплав вводят легирующие добавления (обычно металлы): хром, алюминий, титан, азот, фосфор, кремний, углерод, бор и др.

Низкоуглеродистые высококачественные конструкционные стали по определению имеют небольшую прочность и высокую пластичность.

Среднеуглеродистые высококачественные (Ст 30−55) применяются после поверхностного закаливания и нормализации для создания деталей, имеющих высокую прочность сердцевины. Ст 60 — Ст 85 имеют большую прочность, износоустойчивость, свойства упругости.

Высококачественная отличается сложным химсоставом с уменьшенной долей фосфора и серы. Сталь обычного качества (доля углерода меньше 0,6%) обозначается Ст 1−6. Символы «Ст» указывают на материал обычного качества, а цифры − номер маркировки исходя из свойств.

В качественной стали доля углерода приводится в сотых процента, добавочно могут указываться характер затвердения и уровень раскисления. Она характеризуется высоким уровнем свариваемости и большой пластичностью.

По уровню раскисления подразделяется на следующие виды:

1. Спокойную (Ст3сп) — проходит полное раскисление с минимумом содержащихся в ней примесей и шлаков.
2. Полуспокойную (Ст3пс) — полученную при раскислении жидкого металла, менее полном, чем при выплавливании спокойной, но большем, чем при изготовлении кипящей.
3. Кипящую (08кп) — неокисленная с большим содержанием включений неметаллов.

По области применения сталь бывает строительной, инструментальной, конструкционной и легированной.

Строительная имеет прекрасную свариваемость. Цифра показывает условный номер состава по ГОСТ. Чем он выше, тем прочнее сплав (например, чугун) и тем меньше его пластичность.

Легированная — универсальная, которая содержит специальные примеси. В ней кремния больше 0,6%, марганца — 0,9%. Если содержание легирующего компонента выше 1,5%, то оно записывается цифрой, следующей за определённой буквой:

1. Низколегированная — легирующих составляющих до 2,4% (09Г2С, 18ХГТ, 10ХСНД). Отличается большой прочностью благодаря повышенному лимиту вязкости, что крайне необходимо для конструкций большой ответственности.
2. Среднелегированная (от 2,4 до 10%).
3. Высоколегированная (от 10 до 50%).

Сталь 09Г2С используется для парового оборудования, работающего под температурой от -70 до +450°C и давлением, а также для ответственных сварных листовых конструкций в нефте- и химмашиностроении, судостроении.

Сталь 10ХСНД применяют для сварных конструкций химмашиностроения, профилей в вагоностроении, судовом строении. 18ХГТ используется для элементов, которые функционируют на больших скоростях, нагрузках и давлении.

Сталь специального назначения — сплав с особенными физическими качествами. Используется в электротехнической отрасли и точном судовом строении.

По нормируемым параметрам делится на категории: от 1 до 5. Ими обозначают химсостав, предельную вязкость, механические качества при растяжении. К примеру, категория 1 — химсостав не нормируем, категория 3 — имеет нормируемую максимальную вязкость при t = +20°C. Для Ст0 не нормируют ни химсостав, ни ударную текучесть.

Марки стали

Конструкционные сплавы, характеризующиеся обычным качеством и не содержащие легирующие добавки, обозначают символами «Ст». По цифре, следующей за буквами в наименовании марки, устанавливается объём в данном сплаве углерода (приводится в десятых долях). За цифрами могут следовать символы «КП»: по ним определяют, что над конкретным сплавом не полностью был проведён в печи раскислительный процесс, а следовательно, сталь относится к кипящей. Если в наименовании марки отсутствуют такие буквы, то стальной сплав принадлежит к спокойному.

Конструкционная высококачественная нелегированная сталь содержит в своём наименовании 2 цифры, устанавливающие усреднённое содержание в ней углерода (исчисляемая в сотых долях).

В маркировке легированных сплавов возможно указание следующих символов в виде букв: Х, С, Т, Д, В, Г, Ф, Р и других.

В начале наименования таких марок указываются цифры (одна либо две), определяющие содержащийся в сплаве объём углерода. Если цифры отсутствуют, значит, углерода содержится в подобных сплавах не выше 1%.

Символы, идущие за первыми цифрами наименования марки, раскрывают состав конкретного сплава. За буквами, приводящими сведения об определённом компоненте в составе сплава, могут следовать цифры. Если цифра стоит, то по ней устанавливается (в целых процентах) усреднённое содержание обозначенного буквой компонента, а если она отсутствует, то содержание подобного элемента находится в диапазоне от 1 до 1,5%.

В окончании маркировки некоторых типов сталей может идти буква «А». Это свидетельствует о том, что сплав является высококачественным. К этим маркам относятся стали с легирующими включениями и углеродистые. В эту категорию входят стали, в которых содержание фосфора и серы не превышает 0,03%.