)
Высокоуглеродистая сталь (до ~2 % )

(инструментальная , штамповая , пружинная , быстрорежущая)

Чугуны

Учитывая, что в сталь могут быть добавлены легирующие элементы, сталью называется сплав железа с углеродом и легирующими элементами (легированная, высоколегированная сталь), содержащий не менее 45 % железа.

Стали с высокими упругими свойствами находят широкое применение в машино- и приборостроении. В машиностроении их используют для изготовления рессор, амортизаторов, силовых пружин различного назначения, в приборостроении - для многочисленных упругих элементов: мембран, пружин, пластин реле, сильфонов, растяжек, подвесок.

Пружины, рессоры машин и упругие элементы приборов характеризуются многообразием форм, размеров, различными условиями работы. Особенность их работы состоит в том, что при больших статических, циклических или ударных нагрузках в них не допускается остаточная деформация. В связи с этим все пружинные сплавы, кроме механических свойств, характерных для всех конструкционных материалов (прочности, пластичности, вязкости, выносливости), должны обладать высоким сопротивлением малым пластическим деформациям. В условиях кратковременного статического нагружения сопротивление малым пластическим деформациям характеризуется пределом упругости, при длительном статическом или циклическом нагружении - релаксационной стойкостью .

Классификация

Существует множество способов классификации сталей, таких как по назначению, по химическому составу, по качеству, по структуре.

По назначению стали делятся на множество категорий, таких как конструкционные стали, коррозионно стойкие (нержавеющие) стали, инструментальные стали, жаропрочные стали, криогенные стали.

По химическому составу стали делятся на углеродистые и легированные ; в том числе по содержанию углерода - на низкоуглеродистые (до 0,25 % С), среднеуглеродистые (0,3-0,55 % С) и высокоуглеродистые (0,6-2 % С); легированные стали по содержанию легирующих элементов делятся на низколегированные - до 4 % легирующих элементов, среднелегированные - до 11 % легирующих элементов и высоколегированные - свыше 11 % легирующих элементов.

Стали, в зависимости от способа их получения, содержат разное количество неметаллических включений . Содержание примесей лежит в основе классификации сталей по качеству: обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особо высококачественные.

По структуре сталь разделяется на аустенитную , ферритную , мартенситную , бейнитную и перлитную . Если в структуре преобладают две и более фаз, то сталь разделяют на двухфазную и многофазную.

Характеристики стали

• Коэффициент линейного теплового расширения при температуре около 20 °C:

• Предел прочности стали при растяжении:

Производство стали

Суть процесса переработки чугуна на сталь состоит в уменьшении до нужной концентрации содержания углерода и вредных примесей - фосфора и серы, которые делают сталь хрупкой и ломкой. В зависимости от способа окисления углерода существуют различные способы переработки чугуна на сталь: конверторный, мартеновский и электротермический.

Технология производства стали

Передельный или литейный чугун в расплавленном или твердом виде и железосодержащие изделия, полученные прямым восстановлением (губчатое железо), составляют вместе с металлическими отходами и ломом исходные материалы для производства стали. К этим материалам добавляются некоторые шлакообразующие добавки, такие как известь, плавиковый шпат, раскислители (например, ферромарганец, ферросилиций, алюминий) и различные легирующие элементы. Процессы производства стали делятся на два основных способа, а именно: конвертерный процесс, в котором расплавленный передельный чугун в конвертере рафинируют от примесей, продувая его кислородом, и подовый процесс, для осуществления которого используются мартеновские или электрические печи. Конвертерные процессы не требуют внешнего источника тепла. Они применяются в том случае, когда загрузка состоит главным образом из расплавленного передельного чугуна. Окисление некоторых элементов, присутствующих в чугуне (например, углерода, фосфора, кремния и марганца), обеспечивает достаточно тепла, чтобы удерживать сталь в жидком состоянии и даже переплавить добавленный лом. Эти процессы включают в себя такие, при которых чистый кислород вдувается в расплавленный металл (процессы Линца-Донавица: ЛД или ЛДАС, ОБМ, ОЛП, Калдо и другие), и такие процессы, ныне уже устаревшие, при которых используется воздух, иногда обогащенный кислородом (томасовский и бессемеровский процессы). Подовые процессы, однако, требуют внешнего источника тепла. Они применяются, когда исходным материалом служит твердая шихта (например, отходы или лом, губчатое железо и твердый передельный чугун).

Двумя основными процессами в этой категории являются мартеновский процесс, при котором нагрев осуществляется при сжигании мазута или газа, и сталеплавильные процессы в дуговых или индукционных печах, где нагрев осуществляется электричеством. Для производства некоторых видов стали могут быть последовательно использованы два различных процесса (дуплекс-процесс). Например, процесс плавки может начаться в мартеновской печи, а закончиться в электропечи; или же сталь, расплавленная в электропечи, может быть слита в специальный конвертер, где обезуглероживание завершается путём вдувания кислорода и аргона в жидкую ванну (процесс, используемый, например, для производства коррозионностойкой стали).

Возникло много новых процессов производства сталей специального состава или со специальными свойствами. Эти процессы включают дуговой переплав в вакууме, электронно-лучевую плавку и электрошлаковый переплав. Во всех этих процессах сталь получается из переплавляемого электрода, который при плавлении начинает капать в кристаллизатор. Кристаллизатор может быть изготовлен цельным или его днище может быть отъемным для того, чтобы затвердевшую отливку можно было вынуть снизу. Жидкая сталь, полученная вышеописанными процессами, с дальнейшим рафинированием или без него, сливается в ковш. На этом этапе в неё могут быть добавлены легирующие элементы или раскислители. Процесс также можно провести в вакууме, что обеспечивает снижение содержания газообразных примесей в стали. Стали, полученные этими процессами, подразделяются в соответствии с содержанием в них легирующих элементов на "нелегированные стали" и "легированные стали" (коррозионностойкие стали или другие виды). Далее они подразделяются в соответствии с их индивидуальными свойствами, например, на автоматную сталь, кремнистую электротехническую сталь, быстрорежущую сталь или кремнемарганцовистую сталь.

Кислородно-конверторный способ получения стали

По этому способу окисления избыток углерода и других примесей чугуна окисляют кислородом, который продувают сквозь расплавленный чугун под давлением в специальных печах - конверторах. Конвертер представляет собой грушевидную стальную печь, футерованную внутри огнеупорным кирпичом. Он может поворачиваться вокруг своей оси. Ёмкость конвертора 50-60 т. Материалом его футеровки служит либо динас (в состав которого входят главным образом SiO 2 ; имеющий кислотные свойства), или доломитная масса (смесь CaO и MgO), которые получают из доломита MgCO 3 CaCO 3 . Эта масса имеет основные свойства. В зависимости от материала футеровки печи конверторный способ разделяют на два вида: бессемеровский и томасовский.

Бессемеровский способ

Бессемеровским способом перерабатывают чугуны, содержащие мало фосфора и серы и богатые кремнием (не менее 2 %). При продувке кислорода сначала окисляется кремний с выделением значительного количества тепла. Вследствие этого начальная температура чугуна примерно с 1300 °C быстро поднимается до 1500-1600° С. Выгорания 1 % Si обусловливает повышение температуры на 200 °C. Около 1500 °C начинается интенсивное выгорание углерода. Вместе с ним интенсивно окисляется и железо, особенно к концу выгорания кремния и углерода:

• Si + O 2 = SiO 2
• 2C + O 2 = 2CO
• 2Fe + O 2 = 2FeO

Образующийся монооксид железа FeO хорошо растворяется в расплавленном чугуне и частично переходит в сталь, а частично реагирует с SiO 2 и в виде силиката железа FeSiO 3 переходит в шлак:

• FeO + SiO 2 = FeSiO 3

Фосфор полностью переходит из чугуна в сталь, так P 2 O 5 при избытке SiO 2 не может реагировать с основными оксидами, поскольку SiO 2 с последними реагирует более энергично. Поэтому фосфористые чугуны перерабатывать в сталь этим способом нельзя.

Все процессы в конверторе идут быстро - в течение 10-20 минут, так как кислород воздуха, продуваемый через чугун, реагирует с соответствующими веществами сразу по всему объёму металла. При продувке воздухом, обогащенным кислородом, процессы ускоряются. Монооксид углерода CO, образующийся при выгорании углерода, пробулькивает вверх, сгорает там, образуя над горловиной конвертора факел светлого пламени, который по мере выгорания углерода уменьшается, а затем совсем исчезает, что и служит признаком окончания процесса. Получаемая при этом сталь содержит значительные количества растворенного монооксида железа FeO, который сильно снижает качество стали. Поэтому перед разливкой сталь надо обязательно раскислить с помощью различных раскислителей - ферросилиция, ферромарганца или алюминия:

• 2FeO + Si = 2Fe + SiO 2
• FeO + Mn = Fe + MnO
• 3FeO + 2Al = 3Fe + Al 2 O 3

Монооксид марганца MnO как основной оксид реагирует с SiO 2 и образует силикат марганца MnSiO 3 , который переходит в шлак. Оксид алюминия как нерастворимое при этих условиях вещество тоже всплывает наверх и переходит в шлак. Несмотря на простоту и высокую продуктивность, бессемеровский способ теперь не слишком распространен, поскольку он имеет ряд существенных недостатков. Так, чугун для бессемеровского способа должен быть с наименьшим содержанием фосфора и серы, что далеко не всегда возможно. При этом способе происходит очень большое выгорание металла, и выход стали составляет лишь 90 % от массы чугуна, а также расходуется много раскислителей. Серьёзным недостатком является невозможность регулирования химического состава стали.

Бессемеровская сталь содержит обычно менее 0,2 % углерода и используется как техническое железо для производства проволоки, болтов, кровельного железа и т. п.

Томасовский способ

Томасовским способом перерабатывают чугун с большим содержанием фосфора (до 2 % и более). Основное отличие этого способа от бессемеровского заключается в том, что футеровку конвертера делают из оксидов магния и кальция. Кроме того, к чугуну добавляют ещё до 15 % CaO. Вследствие этого шлакообразующие вещества содержат значительный избыток оксидов с основными свойствами.

В этих условиях фосфатный ангидрид P 2 O 5 , который возникает при сгорании фосфора, взаимодействует с избытком CaO с образованием фосфата кальция, переходит в шлак:

• 4P + 5O 2 = 2P 2 O 5
• P 2 O 5 + 3CaO = Ca 3 (PO 4) 2

Реакция горения фосфора является одним из главных источников тепла при этом способе. При сгорании 1 % фосфора температура конвертора поднимается на 150 °C. Сера выделяется в шлак в виде нерастворимого в расплавленной стали сульфида кальция CaS, который образуется в результате взаимодействия растворимого FeS с CaO по реакции:

• FeS + CaO = FeO + CaS

Все последние процессы происходят так же, как и при бессемеровском способе. Недостатки Томасовского способа такие же, как и бессемеровского. Томасовская сталь также малоуглеродная и используется как техническое железо для производства проволоки, кровельного железа и т. п.

В СССР Томасовский способ применяли для переработки фосфористого чугуна с керченского бурого железняка. Получаемый при этом шлак содержит до 20 % P 2 O 5 . Его размалывают и применяют как фосфорное удобрение на кислых почвах.

Мартеновская печь

Мартеновский способ отличается от конверторного тем, что выжигание избытка углерода в чугуне происходит не только за счет кислорода воздуха, но и кислорода оксидов железа, которые добавляются в виде железной руды и ржавого железного лома.

Мартеновская печь состоит из плавильной ванны, перекрытой сводом из огнеупорного кирпича, и особых камер регенераторов для предварительного подогрева воздуха и горючего газа. Регенераторы заполнены насадкой из огнеупорного кирпича. Когда первые два регенератора нагреваются печными газами, горючий газ и воздух вдуваются в печь через раскаленные третий и четвёртый регенераторы. Через некоторое время, когда первые два регенератора нагреваются, поток газов направляют в противоположном направлении и т. д.

Плавильные ванны мощных мартеновских печей имеют длину до 16 м, ширину до 6 м и высоту более 1 м. Вместимость таких ванн достигает 500 т стали. В плавильную ванну загружают железный лом и железную руду. К шихте добавляют также известняк как флюс. Температура печи поддерживается при 1600-1700 °C и выше. Выгорания углерода и примесей чугуна в первый период плавки происходит главным образом за счет избытка кислорода в горючей смеси с теми же реакциями, что и в конверторе, а когда над расплавленным чугуном образуется слой шлака - за счет оксидов железа

• 4Fe 2 O 3 + 6Si = 8Fe + 6SiO 2
• 2Fe 2 O 3 + 6Mn = 4Fe + 6MnO
• Fe 2 O 3 + 3C = 2Fe + 3CO
• 5Fe 2 O 3 + 2P = 10FeO + P 2 O 5
• FeO + С = Fe + CO

Вследствие взаимодействия основных и кислотных оксидов образуются силикаты и фосфаты, которые переходят в шлак. Сера тоже переходит в шлак в виде сульфида кальция:

• MnO + SiO 2 = MnSiO 3
• 3CaO + P 2 O 5 = Ca 3 (PO 4) 2
• FeS + CaO = FeO + CaS

Мартеновские печи, как и конверторы, работают периодически. После разливки стали печь снова загружают шихтой и т. д. Процесс переработки чугуна в сталь в мартенах происходит относительно медленно в течение 6–7 часов. В отличие от конвертора, в мартенах можно легко регулировать химический состав стали, добавляя к чугуну железный лом и руду в той или иной пропорции. Перед окончанием плавки нагрева печи прекращают, сливают шлак, а затем добавляют раскислители. В мартенах можно получать и легированную сталь. Для этого в конце плавки добавляют к стали соответствующие металлы или сплавы.

Электротермический способ

Электротермический способ имеет перед мартеновским и особенно конверторным целый ряд преимуществ. Этот способ позволяет получать сталь очень высокого качества и точно регулировать её химический состав. Доступ воздуха в электропечь незначительный, поэтому значительно меньше образуется монооксида железа FeO, загрязняющего сталь и снижающего её свойства. Температура в электропечи - не ниже 1650 °C. Это позволяет проводить плавку стали на сильно основных шлаках (которые трудно плавятся), при которой полнее удаляется фосфор и сера. Кроме того, благодаря очень высокой температуре в электропечах можно легировать сталь тугоплавкими металлами - молибденом и вольфрамом. Но в электропечах расходуется очень много электроэнергии - до 800 кВт·ч на 1 т стали. Поэтому этот способ применяют только для получения высококачественной спецстали.

Электропечи бывают разной ёмкости - от 0,5 до 180 т. Футеровку печи выполняют обычно из периклазо-углеродистого огнеупора, а свод печи из магнезито-хромитового огнеупора. Состав шихты может быть разный. Иногда она состоит на 90 % из железного лома и на 10 % из чугуна, иногда в ней преобладает чугун с добавками в определенной пропорции железной руды и железного лома. К шихте добавляют также известняк или известь как флюс. Химические процессы при выплавке стали в электропечах те же, что и в мартенах.

Свойства стали

Физические свойства

• плотность ρ ≈ 7,86 г / см 3 ; коэффициент линейного теплового расширения α = 11 … 13 · 10 −6 K −1 ;
• коэффициент теплопроводности k = 58 Вт / (м · K);
• модуль Юнга E = 210 ГПа;
• модуль сдвига G = 80 ГПа;
• коэффициент Пуассона ν = 0,28 … 0,30;
• удельное электросопротивление (20 °C, 0,37-0,42 % углерода) = 1,71 · 10 −7 Ом · м

Зависимость свойств от состава и структуры

Свойства сталей зависят от их состава и структуры, которые формируются присутствием и процентным содержанием следующих составляющих.

Регионы мира	2011 год
Азия	954.190
Европейский союз (27)	177.31
Северная Америка	118.927
СНГ (6)	112.434
Южная Америка	48.357
Прочая Европа	37.181
Ближний Восток	20.325
Африка	13.966
Океания	7.248
Всего в мире	1.490.060

2008 год

В 2008 году в мире было произведено 1 млрд 329,7 млн т. стали, что на 1,2 % меньше, чем в 2007 г. Это стало первым сокращением годового объёма производства за последние 11 лет.

2009 год

По итогам первых шести месяцев 2009 г. производство стали в 66 странах мира, доля которых в мировой сталелитейной отрасли составляет не менее 98 %, сократилось по сравнению с аналогичным периодом предыдущего года на 21,3 % - с 698,2 млн т до 549,3 млн т (статистика World Steel Association).

Китай увеличил производство стали относительно аналогичного периода 2008 года на 1,2 % - до 266,6 млн т. в Индии производство стали возросло на 1,3 % - до 27,6 млн т.

В США производство стали упало на 51,5 %, в Японии - на 40,7 %, в Южной Корее - на 17,3 %, в Германии - на 43,5 %, в Италии - на 42,8 %, во Франции - на 41,5 %, в Великобритании - на 41,8 %, в Бразилии - на 39,5 %, в России - на 30,2 %, на Украине - на 38,8 %.

В июне 2009 г. производство стали в мире составило 99,8 млн т., что на 4,1 % больше, чем в мае 2009 г.

Рейтинг ведущих мировых производителей стали

По данным Metal Bulletin’s Top Steelmakers of 2007 производство стали по компаниям производителям составило (в млн тонн):

2007	2006	Производитель	Страна	Производство в 2007 году	Производство в 2006 году
1	1&2

СТАЛЬ

СТАЛЬ , сплавы ЖЕЛЕЗА с примесью УГЛЕРОДА. Исключительная прочность стали сделала ее чрезвычайно важным материалом в строительстве и производстве товаров. Наиболее распространенным видом является простая углеродная сталь, так как углерод является ее основной примесью. В такой стали содержится около 1% углерода и незначительные количества других компонентов (марганца, кремния, серы и фосфора). В ЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ также содержится определенное количество углерода, но благодаря присутствию в них марганца, никеля, хрома, ванадия и молибдена, они обладают рядом индивидуальных свойств. Низколегированная сталь, в которой содержится менее 5% легирующих добавок, чрезвычайно прочна и используется в строительстве зданий, мостов и частей машин. В высоколегированной стали содержится более 5% добавок. Сюда относится НЕРЖАВЕЮЩАЯ СТАЛЬ. Впервые сталь научились производить около 2000 лет назад, но ранние МЕТОДЫ ее получения были медленными и трудоемкими, поэтому ее удавалось получить только в малых количествах. Широкомасштабное производство стали стало возможным лишь в середине XIX в., с изобретением БЕССЕМЕРОВСКОГО и МАРТЕНОВСКОГО ПРОЦЕССА. Сейчас при изготовлении стали используется КИСЛОРОДНОЕ ДУТЬЕ. Некоторые виды стали производят в ЭЛЕКТРОПЕЧИ (в том случае, если в ее состав входят материалы, которые подверглись бы окислению в ходе других процессов производства стали).

Сталь На иллюстрации показано, как из железной руды получают обыкновенную углеродистую сталь, состоящую из чистого железа и незначительного количества углерода. В железной руде железо связано с кислородом и другими примесями, главным образом, кремнеземом. Обозначения: A) Полученное сырье - уголь, известняк и железная руда B) После первичного дробления и сортировки сырье обогащается. Уголь коксуется для того, чтобы удалить лишние вещества и примеси. Железная руда подвергается магнитному обогащению, чтобы отделить магнитную руду от немагнитной породы. Известняк обычно не содержит примесей C) Сырье дробится для того, чтобы его можно было использовать в домне D) Слишком крупное сырье возвращается для дальнейшего дробления, а подходящее для домны отправляется прямо туда. Слишком мелкая железная руда смешивается с мелким извесг-няком и коксом и сжигается для получения шлака Е) Известняк, железная руда и кокс продуваются горячим воздухом Топливная нефть сжигается при доменном дутье и воспламеняет кокс Сжигаемый кокс так сильно повышает тем пературу в центре домны, что материал в ней наполовину плавится. Горячий кокс и газы, которые образовались в результате сжигания, удаляют кислород из железной руды и образуют угарный и углекислый газы, - газообразную смесь,которая выводится через выхлопное отверстие Другая важная примесь в железной руде - это кремнезем, реагирующий с известняком. Освобожденные от кислорода железо и кремнезем собираются внизу печи. Смесь железо-кремнезем легче, чем железо, и образует слой шлака,тем самым способствуя их легкому разделению через разделяющие отверстия вверху F) Расплавленное железо поглощает лишний углерод из кокса, уровень которого должен быть понижен для того, чтобы получить годную к употреблению сталь Это происходит посредством продувания чистого кислорода по поверхности расплавленного магериала в домне. Углерод соединяется с кислородом и сгорает с образованием угарного и углекислого газов Извесшяк, скапливающийся на поверхносги расплавленного металла, поглощает много примесей, оставшихся после продувки G) Очищенная сталь с соответствующим содержанием углерода готова к разливке, а примеси остаются в шлаках

Научно-технический энциклопедический словарь .

Синонимы :

Смотреть что такое "СТАЛЬ" в других словарях:

сталь - сталь, и … Русский орфографический словарь

сталь - сталь/ … Морфемно-орфографический словарь

Ковкий сплав железа с углеродом (до 2 %) и другими элементами. Материальная основа практически всех областей техники. Производство стали в мире составляет 90–95 % производства всех металлов. Древние мастера получали литую сталь, расплавляя мелкие … Энциклопедия техники

Жен., нем. уклад, углеродистое железо, получающее, при закалке, большую упругость и твердость. Выжигая из чугуна лишний углерод, получают сырую сталь, уклад; а перекаливая железо, наглухо укупоренное с углем, цементную сталь; ныне отливают также… … Толковый словарь Даля

Сущ., ж., употр. сравн. часто Морфология: (нет) чего? стали, чему? стали, (вижу) что? сталь, чем? сталью, о чём? о стали 1. Сталью называют твёрдый ковкий металл серебристо серого цвета. Нержавеющая сталь. | Легированные, оцинкованные,… … Толковый словарь Дмитриева

Тип пассажирский самолёт Разработчик Отдел опытного самолётостроения НИИ ГВФ … Википедия

СТАЛЬ, стали (мн. спец.), жен. (нем. Stahl). Твердый серебристо белый металл, представляющий собою сплав железа (основа) с углеродом (до 1,7%) и другими примесями (металлами и металлоидами), вводимыми для нужных изменений качества. Мартеновская… … Толковый словарь Ушакова

И; ж. [нем. Stahl] Твёрдый ковкий металл серебристо серого цвета, сплав железа с углеродом и другими упрочняющими элементами. Нержавеющая с. Легированные стали. Производство, закалка стали. Марка, сорт, виды стали. С. для подшипников. С. кинжала … Энциклопедический словарь

- (нем. Stahl). Железо в соединении с углеродом. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. СТАЛЬ (фр. stalle, от нем. stall стойло). 1) нумерованные, разгороженные места в театре. 2) разделенные места для… … Словарь иностранных слов русского языка

- (Steel) сплав железа с углеродом (углеродистая С.) при содержании углерода не более 1,5 %. Сталь волнистая. При содержании углерода не более 0,3 % С. называется мягкою. Углеродистая С. содержит в себе ряд неизбежных вредных примесей (фосфор, сера … Морской словарь

Сталь - это сплав железа и углерода. На современном металлургическом рынке появляются новые виды стали. Давайте разберемся подробнее что же это за сплав и какими свойствами он обладает.

Давно известно, что сталь является сплавом, который в большей степени состоит из углерода и железа. Благодаря тому, что в сплаве имеется углерод, то сталь обладает боле высокими характеристиками прочности, в отличии то сплава железа. Однако, это сильно влияет на пластичность материала, то есть показатель ковкости заметно снижается.

Свойства стали

Свойства стали чаще всего напрямую зависят от наличия в ней количества химических элементов, в том числе и от углерода, количество которого варьируется 0,2-2,14%. Стоит отметить, что от данного показателя также зависит сорт стали. Благодаря увеличению процента содержания углерода в составе стали, сплав приобретает не только большую прочность, но и большую хрупкость. Сплав стали, где процентное содержание углерода свыше 2,14% уже называется чугун.

Наряду с тем, что углерод является связующим звеном в сплаве стали, то его можно заменить и некоторыми и другими химическими элементами, например, марганцем, хромом, вольфрамом, никелем, титаном, молибденом и прочими.

Разные типы и количество этих элементов, помогут определить твердость, пластичность и прочность сплава стали.

Также связующий материал отвечает за правильную поддержку кристаллической решетки, посредством блокирования движения атомов железа. Таким образом, получается что он является для стали неким затвердителем.

Плотность сплава стали зависит от процентного содержания имеющихся в нем компонентов, и колеблется от 7750 до 8050 кг/м3.

Еще один способ изменить механические свойства стали - это термические ее обработать. Этот процесс оказывает воздействия на прочностные, теплопроводные и электрические характеристики сплава.

Применение стали

На сегодняшний день имеется большой ассортимент видов стали, к примеру, углеродистая или мягкая сталь, нержавеющая или оцинкованная, и прочие, использующиеся зачастую для строительных нужд. Большое количество зданий, стадионов, железнодорожных путей, мостов и другое.

Помимо этого, сталь применяют почти во всей сферах промышленности, для производства транспортного, воздушного, водных средств и прочее.

Большое количество привычных для нас предметов также было изготовлено при применении сплава стали, к примеру, посуда, техника. В современном мире стали также применяют при обустройстве дома, планировании интерьера, для мебельной продукции. Сталь – это неотъемлемая частичка стиля Hi Tech.

Для чего необходима нержавеющая и оцинкованная сталь?

Несмотря на то, что сталь имеет ряд весомых преимуществ, к примеру, долговечность, тепло и электропроводность, то железо ей передало свой главный минус – коррозию, то есть способность подвергаться окислению.

После долгих исследований и опытов, специалисты смогли создать такой сплав стали, который больше не будет подвержен коррозии, то есть оцинкованную и нержавеющую.

Нержавеющая сталь

Нержавеющая сталь, благодаря своим особым свойствам, почти не подвергается коррозии или ржавчине. При этом она сохраняет все основные характеристики стали – стойкость к износу, пластичность и прочность.

Состав нержавеющей стали отличается тем, что в нем присутствует определенное количество элементов хрома. Количество хрома колеблется в диапазоне 10,5 -11%. Благодаря этому, на нержавеющей поверхности стали, образуется оксидовый слой хрома, являющейся инертным. Это представляет собой основную причину таких характеристик нержавеющей стали. Поэтому такая сталь применяется в тех средах, где возможно соприкосновение с водной или агрессивной средой.

Оцинкованная сталь

Точно такую же углеродистую сталь, только с нанесением на поверхность покрытие, которое способно предохранить металл от коррозии. Не сложно догадаться, что покрытие оцинкованной стали – это материал, который обладает высоким показателем к коррозии, то есть цинк. Процесс технологии, когда на поверхность стали наносится цинк, принято называть гальванизацией или цинкованием.

На нынешний момент используют два способа гальванизации:

• Погрузка стали в расплавленный цинк.
• Метод электролиза, то есть посредством выделения цинка на стальную поверхность, благодаря цинковым солям, где воздействует электрический ток.

Задайте свой вопрос!

Мы свяжемся с вами в ближайшее время и дадим подробную консультацию

Часть 1- "Cтруктура"

"Железо не только основа всего мира, самый главный металл окружающей нас природы, оно основа культуры и промышленности, оно орудие войны и мирного труда".

А.Е.Ферсман

Все знаю, что сталь является важнейшим инструментальным и конструкционным материалом для всех отраслей промышленности.

Металлургическая промышленность Украины насчитывает более 50 металлургических заводов и является стратегически важной для страны. В Украине производится широкий , таких, как: арматура, круги, квадрат, катанка, проволока, полоса, уголок, балка, швеллер, листы, трубы и метизы.

Сталь

Рассматривая данный вопрос, начнем с химического состава.

Сталь - это соединение железо (Fe) + углерод (С) + другие элементы растворенные в железе.

Железо в чистом виде имеет очень низкую прочность, а углерод ее повышает.

Углерод улучшает и некоторые другие показатели:

• твердость,
• упругость,
• устойчивость к износу,
• выносливость.

• Низкоуглеродистые стали - 0,1-0,13 %
• Углеродистые стали 0,14-0,5%
• Высокоуглеродистые - от 0,6%

Чем выше процент содержания углерода в стали, тем выше ее прочность и меньше пластичность.

УГЛЕРОД - является неметаллическим элементом. Его плотность равна 2,22 г/см3, а плавится при t -3500 °С. В природе он присутствует 2х полиморфных модификаций - графит (стабильная модификация) и алмаз (метастабильная модификация), а в сплаве с железом:

• в свободном - графит (в серых чугунах),
• в связанном - твердое состояние -цементит.

Углерод в соединении с железом находится в состоянии цементита , т.е в химической связи с железом (Fe3C). Структура цементита может быть очень разной, а зависит она от процесса образования, содержания углерода и методов термообработок.

Углерод в свободном состоянии присутствует в сером чугуне (СЧ), в виде графита. Серый чугун имеет пористую металлическую структуру и является весьма хрупким; на нем легко появляются трещины (особенно в процессе сварки).

Химический состав углеродистых сталей обыкновенного качества (ГОСТ 380-71)

Система железо- углерод

Структура стали изучается по диаграмме состояния системы железо- углерод. Она характеризует структурные превращения стали и выражает зависимость структурного состояния от температурных режимов и химического состава.

Диаграмма состояния системы железо- углерод

Диаграмма состояния содержит критические точи, которые очень важны теоретически и практически для процессов термообработки стали и их анализа. С помощью диаграммы Fe-C - можно определить вид термообработки, температурный интервал изменения структуры и прогнозировать микроструктуру.

Структуры стали

Сплавы железа с углеродом при различных температурах и различном содержании «С» имеют различную структуру, а соответственно и физические и химические свойства. Одним из таких состояний и является описанный выше цементит. А теперь о них:

Аустенит - твердая структура углерода в гамма-железе - содержит "С" до 1,7% (t > 723° С). При снижении температуры аустенит распадается на феррит и цементит и возникает пластинчатая структура - перлит.

Феррит - твердый раствор "C" в α-железа- при t> 723-768° С, концентрация "С" составляет - 0,02%, а при t 20°С около 0,006% "С". Он очень пластичен, не тверд и имеет низкие магнитные свойства.

Цементит - карбид железа Fe3C. Концентрация «С» 6,63% . Цементит является хрупким, а его твердость - НВ760-800.

(на рисунке структура: цементит + перлит)

Перлит - механическая смесь феррита и цементита, образуемая при постепенном охлаждении в процессе распада аустенита. Исходя из размера частиц цементита перлит имеет различные механические свойства. Содержание «С» -0,8%.

(на рисунке структура: феррит + перлит)

Ледебурит (структура чугуна) - смесь образующаяся из кристаллизация жидкого сплава цементита и аустенита. Ледебурит очень твердый, но хрупкий. Концентрация "С"-4,3%

Свойства стали

Конечно, не только углерод влияет на свойства стали. Состав дополнительных элементов и их количество придают стали определенные свойства. Примеси бывают полезными и вредными. Хорошие примеси влияют исключительно на сами кристаллы, а вредные негативно воздействуют на связь кристаллов между собой. К хорошим примесям относят: марганец (Mn), кремний (Si). К плохим: фосфор (Р), серу (S), азот, кислород и другие.

Физические и механические свойства стали

Основными физическими свойствами стали являются:

• теплоемкость;
• теплопроводность;

Понятие модуля упругости стали (Е) заключается в соотношении твердого вещества упруго деформироваться при воздействии силы. Данная характеристика на прямую зависит от напряжения, а точнее, является производной соотношения напряжения к упругой деформации.

• модуль сдвига (упругость при сдвиге) (G)- величина измеряемая в Паскалях (Па), определяющая упругие свойства тела или материала и их способность сопротивляться сдвигающим деформациям. Он применяется для расчета на сдвиг, срез, кручение.
• коэффициент линейного и коэффициент объемного расширения при изменении температуры - это величина показывающая относительное изменение линейных размеров или объема материала или тела при увеличении температуры при неизменном давлении.

Основными механическими свойствами стали являются:

• - прочность
• - твердость
• - пластичность
• - упругость
• - выносливость
• - вязкость

Показатели механических свойств углеродистых сталей обыкновенного качества (ГОСТ 380-71)

Основными химическими свойствами стали являются:

• степень окисления
• устойчивость к коррозии
• жаростойкость
• жаропрочность

Качество стали определяется различными показателями всех ее свойств и структуры. Учитываются и свойства и изделий из этой стали.

По качеству стали разделяют на:

• обыкновенного качества,
• качественная сталь,
• высококачественная сталь.

В данной статье мы рассматриваем только структуру стали и связанные с ней понятия. Качество стали, состав дополнительных примесей и их свойства будут рассмотрены в следующей публикации.

Многими людьми в обыденной речи часто употребляются понятия «сталь» и «железо», как синонимы. На практике они существенно отличаются друг от друга.

Что называется сталью

Сталью называют один из самых распространенных металлических сплавов. Он широко применяется при производстве различных машин, механизмов и приборов. Без нее немыслимо производство автомобилей и судов, железнодорожных вагонов и локомотивов. Стальная арматура используется в строительстве, из металлических конструкций сооружаются мосты, быстро возводимые сооружения. Этот сплав создается с заранее заданными свойствами, чтобы в наибольшей степени удовлетворять качественным характеристикам конкретного изделия. Обычно сталью называют сплав, в котором более 45 процентов железа . Для прочности и твердости в него добавляется углерод и легирующие компоненты.

Высокоуглеродистая сталь идет на изготовление различных силовых пружин и амортизаторов, рессор и других упругих деталей, рассчитанных на большие нагрузки. При изготовлении высокотехнологичного оборудования и приборов из такой стали изготавливают подвески, мембраны и множество других элементов разных форм и назначения. Отличаются детали из стали с повышенным содержанием углерода тем, что они выдерживают большие постоянные, ударные или циклические нагрузки, не имея остаточной деформации. Стали, у которых содержание углерода не велико, более пластичные и вязкие. Их удобно использовать для производства штампованных деталей, например, в автомобилестроении.

Для удобства применения стали классифицируют по различным параметрам.

Так по назначению они могут быть:

• Конструкционными.
• Нержавеющими.
• Инструментальными.
• Жаропрочными.
• Морозостойкими.

Для оценки химического состава их относят к углеродистым и легированным . Первые бывают низко, средне и высокоуглеродистыми. По такому же принципу, исходя их содержания легирующих компонентов, делятся легированные стали. Стали могут различаться и по другим характеристикам (удельный вес, плотность, температура плавления, содержание хрома, молибдена, вольфрама и пр.).

Сталь производится путем ее переработки из чугуна, в ходе которой доводится до нужного уровня содержание углерода и удаляются сера и фосфор, снижающие ее прочностные характеристики. Этот процесс может осуществляться мартеновским, кислородно-конверторным или электротермическим способом. Для придания стали нужных прочностных параметров ее могут подвергать термической и химико-термической обработке.

Есть такой металл – железо

Железом называется элемент, менделеевской периодической системы, обозначаемый символом Fe . Этот металл широко распространен в коре нашей планеты. Полагают, что из него состоит большая часть ядра Земли. Считается, что это один из самых распространенных элементов в Солнечной системе. Представляет собой серебристо-белого цвета металл, который поддается ковке. Горит в чистом кислороде. В чистом виде встречается редко. Комплекс уникальных свойств железа и его сплавов делают этот металл важнейшим для людей. Практически наиболее применяемые его сплавы с углеродом в виде стали, в том числе с добавлением марганца, хрома, никеля и чугуна.

Оно было известно еще в четвертом тысячелетии до н.э. в виде украшений и холодного оружия, которые изготавливались из железа, содержавшегося в метеоритах. Ценилось дороже золот а. Позже его научились плавить из магнетитовых песков и железной руды в вырытых в земле печах. С изобретением примитивных доменных печей с использованием воздуходувных мехов древние римляне освоили производство чугуна и стали из него.

Железо содержится в большом количестве минералов, в частности, в таких:

• Магнетит (72,4%)
• Гематит (70 %)
• Марказит (46,6 %)
• Сидерит (35 %)
• Миспикель (34,3 %)
• Леллингит (27,2 %)

В числе стран с наибольшими месторождениями железа находятся Бразилия, Австралия, США, Канада, Швеция, Венесуэла, Либерия, Украина, Франция, Индия. Первое место в мире по его запасам занимает Россия. Перспективными являются железосодержащие месторождения, обнаруженные на дне океанов.

Промышленным способом железо получается из железной руды в виде агломерата, в основном в результате доменного процесса. В доменных печах при температуре 2000 °C его сначала восстанавливают углеродом. Полученный расплав железа, называемый чугуном, перенасыщен углеродом. Для получения стали он нуждается в дальнейшей переработке. Оно получается в твердом виде и переправляется в электропечах.

Для получения химически чистого железа применяется электролиз его соляных растворов. Если его хранить на воздухе при плюсовой температуре, оно со временем покрывается оксидной пленкой, препятствующей окислению. При влаге покрывается рыхлой ржавчиной, которая не препятствует его разрушению.

В чем отличия

Сталь и железо принципиально отличаются в следующем:

1. Сталь является готовым продуктом металлоплавления и может использоваться в различных целях. Железо является элементом, который выступает основой и полуфабрикатом для производства стали.
2. Стали за счет изменения рецептуры и технологии ее производства, могут задаваться определенные качества, необходимые для дальнейшего производства. В железе, как химическом элементе, его качества заложены природой.
3. Сталь является сплавом, а в чистом железе содержится только оно.
4. По прочностным характеристикам сталь значительно превосходит железо.
5. Из стали изготавливают миллионы наименований изделий, из железа – десятки.