Состав стали: Структура стали. Химические, механические и физические свойства.

Структура стали. Химические, механические и физические свойства.

«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 ассортимент металлопроката, 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.

Содержание  «Fe» в стали  должно быть — не менее 45%, «С»- не более 2,14% — теоретически,  однако на практике % концентрации углерода имеет следующий диапазон значений:

• 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.

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%.

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;
• модуль упругости.
• 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.

Опубликовано: 24.12.2015

Влияние состава стали на ее свойства:

Углерод — неотъемлемая часть любой стали, так как сталь это сплав углерода с железом. Процентное содержание углерода определяет механические свойства стали. С увеличением содержания углерода в составе стали, твердость, прочность и упругость стали увеличиваются, но пластичность и сопротивление удару понижаются, а обрабатываемость и свариваемость ухудшается.

Кремний — незначительное его содержание в составе стали особого влияния на ее свойства не оказывает. При повышении содержания кремния значительно улучшаются упругие свойства, магнитопроницаемость, сопротивление коррозии и стойкость к окислению при высоких температурах.

Марганец — в углеродистой стали содержится в небольшом количестве и особого влияния на ее свойства не оказывает. Однако он образует с железом твердое соединение повышающее твердость и прочность стали, несколько уменьшая ее пластичность. Марганец связывает серу в соединение MnS, препятствуя образованию вредного соединения FeS. Кроме того, марганец раскисляет сталь. Сталь в состав которой входит большое количество марганца приобретает существенную твердость и сопротивление износу.

Сера — является вредной примесью в составе стали, где она находится преимущественно в виде FeS. Это соединение придает стали хрупкость при высоких температурах — красноломкость. Сера увеличивает истираемость стали, понижает сопротивление усталости и уменьшает коррозионную стойкость.
В углеродистой стали допустимое содержание серы — не более 0,07%.

Фосфор — также является вредной примесью в составе стали. Он образует с железом соединение Fe₃P. Кристаллы этого соединения очень хрупки, вследствие чего сталь приобретает высокую хрупкость в холодном состоянии — хладноломкость. Отрицательное влияние фосфора наибольшим образом сказывается при высоком содержании углерода.

Легирующие компоненты в составе стали и их влияние на свойства:

Алюминий — сталь, состав которой дополнен этим элементом, приобретает повышенную жаростойкость и окалиностойкость.

Кремний — увеличивает упругость, кислостойкость, окалиностойкость стали.

Марганец — увеличивает твердость, износоустойчивость, стойкость против ударных нагрузок при этом не уменьшает пластичности.

Медь —  улучшает коррозионностойкие свойства стали.

Хром — повышает твердость и прочность стали, незначительно уменьшая пластичность, увеличивает коррозионностойкость. Содержание больших количеств хрома в составе стали придает ей нержавеющие свойства.

Никель — также как и хром придает стали коррозионную стойкость, а также увеличивает прочность и пластичность.

Вольфрам — входя в состав стали, образует очень твердые химические соединения — карбиды, резко увеличивающие твердость и красностойкость. Вольфрам препятствует расширению стали при нагреве, способствует устранению хрупкости при отпуске.

Ванадий — повышает твердость и прочность стали, увеличивает плотность стали. Ванадий является хорошим раскислителем.

Кобальт — повышает жаропрочность, магнитные свойства, увеличивает стойкость против ударных нагрузок.

Молибден — увеличивает красностойкость, упругость, предел прочности на растяжение, улучшает антикоррозионные свойства стали и сопротивление окислению при высоких температурах.

Титан — повышает прочность и плотность стали, является хорошим раскислителем, улучшает обрабатываемость и увеличивает коррозионностойкость.

На нашей металлобазе Вы можете купить самые разнообразные виды металлопроката по оптовым ценам: арматуру, катанку, круг, листы г/к, листы х/к, листы рифленые, листы оцинкованные (оцинковка), листы с полимерным покрытием (полимер), проволоку Вр, проволоку ОК, проволоку оцинкованную, проволоку колючую, гвозди, канаты, метизы, угловой прокат, швеллер, двутавры, электроды, трубы профильные квадратные, трубы профильные прямоугольные, трубы круглые водогазопроводные и др.

www.pm.kg

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 углеродистая обыкновенного качества. Марки – РТС-тендер

ГОСТ 380-94

Группа В20

СТАЛЬ УГЛЕРОДИСТАЯ ОБЫКНОВЕННОГО КАЧЕСТВА

Марки

Common quality carbon steel. Grades

МКС 77.080.20
ОКП 08 7010

Дата введения 1998-01-01

1 РАЗРАБОТАН Украинским государственным научно-исследовательским институтом металлов УкрНИИМет

ВНЕСЕН Государственным комитетом Украины по стандартизации, метрологии и сертификации

2 ПРИНЯТ Межгосударственным Советом по стандартизации, метрологии и сертификации 21 октября 1994 г.

За принятие проголосовали:

3 Настоящий стандарт соответствует международным стандартам ИСО 630-80 “Сталь конструкционная. Пластины, широкие фаски, бруски и профили” и ИСО 1052-82 “Сталь конструкционная общего назначения” в части требований к химическому составу стали

4 Постановлением Государственного комитета Российской Федерации по стандартизации, метрологии и сертификации от 2 июня 1997 г. N 205 межгосударственный стандарт ГОСТ 380-94 введен в действие непосредственно в качестве государственного стандарта Российской Федерации с 1 января 1998 г.

5 ВЗАМЕН ГОСТ 380-88

1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Настоящий стандарт распространяется на углеродистую сталь обыкновенного качества, предназначенную для изготовления проката горячекатаного: сортового, фасонного, толстолистового, тонколистового, широкополосного и холоднокатаного тонколистового, а также слитков, блюмов, слябов, сутунки, заготовок катаной и непрерывнолитой, труб, поковок и штамповок, ленты, проволоки, метизов и др.

2 НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 7565-81 Чугун, сталь и сплавы. Метод отбора проб для определения химического анализа

ГОСТ 17745-90 Стали и сплавы. Методы определения газов

ГОСТ 18895-81 Сталь. Метод фотоэлектрического спектрального анализа

ГОСТ 22536.0-87 Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Общие требования к методам анализа

ГОСТ 22536.1-88 Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения общего углерода и графита

ГОСТ 22536.2-87 Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения серы

ГОСТ 22536.3-88 Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения фосфора

ГОСТ 22536.4-88 Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения кремния

ГОСТ 22536.5-87 Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения марганца

ГОСТ 22536.6-88 Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения мышьяка

ГОСТ 22536.7-88 Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения хрома

ГОСТ 22536.8-87 Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения меди

ГОСТ 22536.9-88 Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения никеля

ГОСТ 22536.10-88 Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения алюминия

ГОСТ 22536.11-87 Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения титана

3 МАРКИ СТАЛИ

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

Буквы Ст обозначают “Сталь”, цифры — условный номер марки в зависимости от химического состава, буквы “кп”, “пс”, “сп” — степень раскисления (“кп” — кипящая, “пс” — полуспокойная, “сп” — спокойная).

3.2 Сопоставление марок стали типа “Ст” и типа “Fe” приведено в приложении А.

3.3 Требования к химическому составу стали марок Fe310, Fe360, Fe430, Fe490, Fe510, Fe590, Fe690 приведены в приложении Б.

3.4 Степень раскисления, если она не указана в заказе, устанавливает изготовитель.

4 ТРЕБОВАНИЯ К ХИМИЧЕСКОМУ СОСТАВУ СТАЛИ

4.1 Химический состав стали по плавочному анализу ковшовой пробы должен соответствовать нормам, приведенным в таблице 1.

Таблица 1

4. 2 В стали марки Ст0 массовая доля марганца, кремния, хрома, никеля, меди, мышьяка не нормируется.

4.3 При раскислении полуспокойной стали алюминием, титаном или другими раскислителями, не содержащими кремний, а также несколькими раскислителями (ферросилицием и алюминием, ферросилицием и титаном и др.) массовая доля кремния в стали допускается менее 0,05 %. Раскисление титаном, алюминием и другими раскислителями, не содержащими кремния, указывается в документе о качестве.

4.4 Массовая доля хрома, никеля и меди в стали должна быть не более 0,30 % каждого.

В стали, изготовленной скрап-процессом, допускается массовая доля меди до 0,40 %, хрома и никеля — до 0,35 % каждого. При этом в стали марок Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп, Ст3Гпс и Ст3Гсп массовая доля углерода должна быть не более 0,20 %.

4.5 Массовая доля азота в стали должна быть не более 0,010%. Допускается массовая доля азота в стали до 0,013 %, если при повышении массовой доли азота на 0,001 % нормативное значение массовой доли фосфора снижается на 0,005 %.

Массовая доля азота в стали, выплавленной в электропечах, должна быть не более 0,012 %.

4.6 Массовая доля серы в стали всех марок, кроме Ст0, должна быть не более 0,050 %, фосфора — не более 0,040 %, в стали марки Ст0: серы — не более 0,060 %, фосфора — не более 0,070 %.

4.7 Массовая доля мышьяка в стали должна быть не более 0,080 %.

В стали, выплавленной на базе керченских руд, массовая доля мышьяка — не более 0,150 %, фосфора — не более 0,050 %.

4.8 Предельные отклонения по химическому составу проката, заготовок, поковок и изделий дальнейшего передела должны соответствовать приведенным в таблице 2.

Таблица 2

5 МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

5. 1 Методы отбора проб для определения химического состава стали — по ГОСТ 7565.

5.2 Химический анализ стали — по ГОСТ 17745, ГОСТ 18895, ГОСТ 22536.0 — ГОСТ 22536.11 или другими методами, утвержденными в установленном порядке и обеспечивающими необходимую точность.

При разногласиях между изготовителем и потребителем оценку производят стандартными методами.

5.3 Определение массовой доли хрома, никеля, меди, мышьяка, азота, а в кипящей стали также кремния, допускается не проводить при гарантии обеспечения норм изготовителем. В стали, выплавленной на базе керченских руд, определение мышьяка обязательно.

6 МАРКИРОВКА ПРОДУКЦИИ

Для маркировки продукции используют краску цветов, приведенных в таблице 3.

Таблица 3

ПРИЛОЖЕНИЕ А (рекомендуемое).

Сопоставление марок стали типа “Ст” и “Fe” по международным стандартам ИСО 630-80 и ИСО 1052-82

ПРИЛОЖЕНИЕ А
(рекомендуемое)

Таблица А.1

ПРИЛОЖЕНИЕ Б (рекомендуемое).

Требования к стали по международным стандартам ИСО 630-80 и ИСО 1052-82

ПРИЛОЖЕНИЕ Б
(рекомендуемое)

Б.1 Химический состав стали по плавочному анализу ковшовой пробы должен соответствовать нормам, указанным в таблице Б.1.

Таблица Б.1

Б.2 Сталь марок Fe490, Fe590, Fe690 изготовляют полуспокойной и спокойной.

Б.3 Для стали марок Fe310, Fe360, Fe430, Fe510 массовая доля марганца — не более 1,60 %, кремния — не более 0,55 %.

Б.4 Массовую долю азота определяют по требованию потребителя.

Для стали, раскисленной алюминием, допускается массовая доля азота до 0,015%.

Массовая доля азота в стали, выплавленной в электропечах, должна быть не более 0,012 %.

Б.5 Предельные отклонения по химическому составу в готовом прокате должны соответствовать приведенным в таблице Б.2.

Таблица Б.2

Текст документа сверен по:
официальное издание
М.: ИПК Издательство стандартов, 1997

Сталь 20 конструкционная углеродистая качественная

Сталь 20 относится к разряду обогащенных углеродом конструкционным сталям высокого уровня качества. На производства поставляется в нескольких вариациях – серебрянка, калиброванная, кованная или горячекатаная. Можно выделить пять типов данной разновидности стали по требованиям к ее механическим свойствам.

Типы стали по требованию к механическим свойствам:

• Первый тип представляет собой сталь всех используемых видов обработки, но без проведенных испытаний по растяжению и ударной вязкости.
• Второй тип – это образцы нормализованной стали всех типов обработки размеров в двадцать пять миллиметров, которые подвергаются испытаниям на растяжение и ударную вязкость.
• Третий тип представляет собой все те же образцы, на которых проводятся вышеупомянутые испытания. Единственное отличие – это их размер. В этом типе он составляет от двадцати шести до ста миллиметров.
• Четвертый тип представляет собой образцы из заготовок с размером  — до сотни миллиметров, которые были обработаны термическим путем. Они также применяются для проведения испытаний над материалом.
• Пятый тип – это также образцы, которые изготовлены из отожженных или выскоопущенных сталей. Еще одно технологическое решение – это образцы из нагартованной стали.

Сталь 20 может быть при необходимости заменена схожими материалами марок 15 и 25.

Технологические свойства стали 20

Для начала процесса ковки достаточно разогреть сталь до +1280 градусов Цельсия, а завершаться процесс должен при температуре -750 градусов Цельсия, при том что охлаждение поковки производится воздушным способом. Сталь марки 20 относится с типу нефлокеночувствительных, а также она не склонна к отпускной способности. Возможность сваривания данного типа стали ничем не ограничена, за исключением тех деталей, которые подвергались химико-термической обработке.

Сталь 20 зачастую используется в процессе производства тех деталей, которые работают со сравнительно небольшим нагружением. Это могут быть оси, пальцы или шестерни, а также и те детали, которые будут подвергаться цементированию  для продления срока службы. Помимо всего, такой тип стали может быть использован в процессе изготовления особо тонких деталей, в большинстве своем работающих на истирание. Без термической обработки этот вид стали используется в производстве крюков подъемных кранов, а также прочих деталей, эксплуатация которых производится под некоторым давлением в диапазоне температур от -40 до +450 градусов Цельсия. Химико-термическая обработка наделяет сталь 20 всеми необходимыми свойствами для использования ее в качестве основы для деталей, главной особенностью которых является высокий уровень прочности поверхности.

Химический состав стали 20

Состав марки стали 20 очень разнообразен, ведь в нем  представлен углерод, марганец, кремний, медь, мышьяк, никель, фосфор и сера. По сути своей данный тип стали представляет собой очень интересную смесь, в составе которой имеется феррит  и перлит. В процессе термической обработки структуру материала можно изменить до пакетного мартенсита. Стоит отметить, что данные преобразования структуры приведут к тому, что прочность стали увеличиться, а ее пластичность, наоборот, уменьшиться. Если сталь 20 подвергнуть термической обработке, после этого она  может быть использована в процессе изготовления  особой продукции метизного типа.

Зарубежные аналоги стали 20

США	1020, 1023, 1024, G10200, G10230, h20200, M1020, M1023
Германия	1. 0402, 1.0405, 1.1151, C22, C22E, C22R, Ck22, Cm22, Cq22, St35, St45-8
Япония	S20C, S20CK, S22C, STB410, STKM12A, STKM12A-S, STKM13B, STKM13B-W
Франция	1C22, 2C22, AF42, AF42C20, C20, C22, C22E, C25E, XC15, XC18, XC25
Англия	050A20, 055M15, 070M20, 070M26, 1449-22CS, 1449-22HS, 1C22, 22HS, 430, C22, C22E
Евросоюз	1.1151, 2C22, C20E2C, C22, C22E
Италия	C18, C20, C21, C22, C22E, C22R, C25, C25E
Бельгия	C25-1, C25-2
Испания	1C22, C22, C25k, F.112, F.1120
Китай	20, 20G, 20R, 20Z
Швеция	1450
Болгария	20, C22, C22E
Венгрия	A45.47, C22E
Польша	20, K18
Румыния	OLC20, OLC20X
Чехия	12022, 12024
Австралия	1020, M1020
Швейцария	Ck22
Юж.Корея	SM20C, SM20CK, SM22C

Физические свойства стали 20

T	E 10— 5	a 10 6	l	r	C	R 10 9
Град	МПа	1/Град	Вт/(м·град)	кг/м3	Дж/(кг·град)	Ом·м
20	2,13		52	7859
100	2,03	11,60	50. 6	7834	486	219
200	1,99	12,60	48.6	7803	498	292
300	1,90	13,10	46.2	7770	514	381
400	1,82	13,60	42.8	7736	533	487
500	1,72	14,10	39.1	7699	555	601
600	1,60	14,60	35.8	7659	584	758
700		14,80	32	7617	636	925
800		12,90		7624	703	1094
900				7600	703	1135
1000					695

Механические свойства стали 20 при температуре 20 

⁰С

Механические свойства стали 20 при повышенных температурах 

⁰С

Пределы выносливости стали 20

σ-1, МПа	J-1, МПа	n	δ5, МПа	σ0,2,МПа	Термообработка, состояние стали
206		1Е+7	500	320
245			520	310
225			490	280
205	127				Нормализация 910 С, отпуск 620 С.
193			420	280
255	451				Цементация 930 С, закалка 810 С, отпуск 190 С.

Механические свойства стали 20 после ХТО

Технологические свойства стали 20

Коррозионная стойкость	В среде H2S: скорость общей коррозии ≤ 0,5 мм/год; стойкость к водородному растрескиванию CLR ≤ 3 % CTR ≤ 6 %; стойкость к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением ≥ 75 % от σ0,2. По ТУ 14-3-1971-97 металл труб должен выдерживать испытания на водородное растрескивание по стандарту NACE ТМ 02 84 (испытательная среда NACE TM 01 77). Предельные значения коэффициентов длины (CLR) и толщины трещин (CTR) не должны превышать соответственно 3 и 6%. Металл труб должен выдерживать испытания на стойкость к сульфидному растрескиванию под напряжением. Пороговое напряжение СКРН должно быть не менее 75% (254 МРа) от минимального гарантируемого предела текучести материала. Скорость общей коррозии металла труб не должна превышать 0,5 мм/год.
Наплавка	Наплавка уплотнительных поверхностей деталей трубопроводной арматуры в соответствии с ОСТ 26-07-2028-81 производится ручной электродуговой наплавкой электродами типа Э-20Х13 с обмазкой УОНИ-13НЖ, НИИ-48, НИИ-48Ж-1 или проволокой СВ-12Х13 или СВ-20Х13. Подготовка поверхности под наплавку производится механической обработкой. Наплавка производится с предварительным и сопутствующим нагревом детали до 400-450 °C не менее чем в 3 слоя толщиной не менее 4 мм без учета припуска на механическую обработку. Термообработка после наплавки производится путем отпуска при 550-600 °C (выдержка 2-5 ч) на твердость НВ=301-350, при 600-650 °C (выдержка 2-5 ч) на твердость НВ=240-300, при 400-450 °C (выдержка 2-5 ч) на твердость НВ=351-400. Температура печи при загрузке деталей для отпуска должна быть не более 300 °C.
Обрабатываемость резаньем	В горячекатанном состоянии при НВ 126-131 и sВ=450-490 МПа Kn тв.спл.=1,7 Kn б.ст.=1,6.
Свариваемость	Сваривается без ограничений, кроме деталей после химико-термической обработки. Способы сварки РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, КТС. Для ручной дуговой сварки используются электроды МР-3 или УОНИ13/45А; для автоматической под флюсом — проволока Св-08А, Cв-08ГA или Св-10Г2 с флюсом АН-348А; для сварки в защитных газах Ar и CO2 — сварочная проволока Св-08Г2С.
Склонность к отпускной хрупкости	Не склонна.
Температура ковки	Начала — 1280 °C, конца — 750 °C. Охлаждение на воздухе.
Флокеночувствительность	не чувствительна.

Ударная вязкость стали 20 KCU (Дж/см3) при низких температурах °С

Соответствие по ГОСТ	Вид поставки	Сечение, мм	KCU при +20	KCU при -40	KCU при -60
19281-73	Сортовой и фасонный прокат	от 5 до 10	64	39	34
от 10 до 20 вкл.		59	34		29
от 20 до 100 вкл.		59	34		—

Предел текучести стали 20

Химический состав стали 20 по ТУ и ГОСТ

НТД	C	S	P	Mn	Cr	Zn	V	Sn	Si	Sb	Pb	Ni	N	Mo	Fe	Cu	Bi	As	Al
ТУ 14-1-3987-85	0,17-0,24	≤0,025	≤0,030	0,35-0,65	≤0,25	—	—	—	0,17-0,37	—	—	≤0,30	—	—	—	≤0,30	—	—	—
ТУ 14-1-5058-91	0,18-0,24	≤0,012	≤0,020	0,35-0,65	≤0,15	≤0,0040	≤0,040	≤0,005	0,17-0,37	0,00015-0,00045	≤0,0030	≤0,10	≤0,010	—	—	≤0,10	0,0002-0,00045	≤0,010	—
ГОСТ 11017-80	0,17-0,24	≤0,035	≤0,035	0,35-0,65	≤0,25	—	—	—	0,17-0,37	—	—	≤0,30	≤0,006	—	—	≤0,30	—	≤0,080	—
ГОСТ 19277-73, ГОСТ 21729-76	0,17-0,24	≤0,035	≤0,035	0,35-0,65	≤0,25	—	—	—	0,17-0,37	—	—	≤0,25	—	—	—	≤0,20	—	—	—
ТУ 14-1-1529-2003	0,17-0,24	≤0,025	≤0,030	0,35-0,65	≤0,25	—	—	—	0,17-0,37	—	—	≤0,25	—	—	Ост.	≤0,30	—	—	—
ТУ 14-3Р-251-2007, ТУ 14-3-251-74, ГОСТ 1050-88	0,17-0,24	≤0,040	≤0,035	0,35-0,65	≤0,25	—	—	—	0,17-0,37	—	—	≤0,30	≤0,006	—	—	≤0,30	—	≤0,080	—
ТУ 14-3-808-78	0,17-0,24	≤0,040	≤0,035	0,35-0,65	≤0,25	—	—	—	0,17-0,37	—	—	≤0,25	≤0,006	—	—	≤0,25	—	≤0,080	0,02-0,08
ТУ 14-3-1971-97	0,17-0,21	≤0,008	≤0,012	0,35-0,65	≤0,25	—	≤0,060	—	0,17-0,37	—	—	≤0,30	—	—	—	≤0,30	—	—	0,02-0,05
ТУ 14-3-341-75	0,17-0,24	≤0,025	≤0,030	0,35-0,65	≤0,025	—	—	—	0,17-0,37	—	—	≤0,25	—	—	—	≤0,30	—	—	—
ТУ 14-162-14-96	0,17-0,22	≤0,015	≤0,015	0,50-0,65	≤0,25	—	—	—	0,17-0,37	—	—	≤0,25	—	—	—	≤0,25	—	—	0,03-0,05
ТУ 14-1-5185-93	0,18-0,24	0,002-0,015	0,005-0,015	0,35-0,65	≤0,15	0,0005-0,0040	0,002-0,100	0,0005-0,0040	0,17-0,37	0,0005-0,0030	0,0003-0,0040	≤0,15	0,002-0,012	—	—	≤0,15	0,0001-0,0030	≤0,010	0,002-0,009
ТУ 08. 002.0501.5348-92	0,17-0,24	≤0,020	≤0,035	0,35-0,65	≤0,25	—	—	—	0,17-0,37	—	—	≤0,30	—	—	—	≤0,30	—	—	—
ТУ 14-159-1128-2008	0,17-0,24	≤0,025	≤0,030	0,35-0,65	≤0,25	—	—	—	0,17-0,37	—	—	≤0,30	≤0,006	—	—	≤0,30	—	≤0,080	—
ТУ 14-161-148-94	0,17-0,24	≤0,013	≤0,018	0,35-0,65	—	—	—	—	0,17-0,37	—	—	≤0,25	—	—	—	≤0,25	—	—	—
TУ 1317-006.1-593377520-2003	0,17-0,24	≤0,015	≤0,017	0,35-0,65	≤0,40	—	≤0,050	—	0,17-0,37	—	—	≤0,25	≤0,008	—	—	≤0,25	—	—	0,02-0,05
ТУ 1301-039-00212179-2010	0,17-0,24	≤0,025	≤0,030	0,35-0,65	≤0,25	—	—	—	0,17-0,37	—	—	≤0,25	—	≤0,15	—	≤0,30	—	—	—
ТУ 14-3Р-55-2001, ТУ 14-3-460-2003	0,17-0,24	≤0,025	≤0,030	0,35-0,65	≤0,25	—	—	—	0,17-0,37	—	—	≤0,25	—	—	—	≤0,30	—	—	—
ТУ 14-3Р-1128-2007	0,17-0,24	≤0,025	≤0,030	0,35-0,65	≤0,25	—	—	—	0,17-0,37	—	—	≤0,30	≤0,008	—	—	≤0,30	—	—	—

Обозначения используемые в таблицах

Механические свойства:

• s_в — Предел кратковременной прочности, [МПа]
• s_Т — Предел текучести, [МПа]
• s_0,2 — Предел пропорциональности (допуск на остаточную деформацию — 0,2%), [МПа]
• d₅ — Относительное удлинение при разрыве, [ % ]
• y — Относительное сужение, [ % ]
• KCU — Ударная вязкость, [ кДж / м²]
• HB — Твердость по Бринеллю, [МПа]
• HV — Твердость по Виккерсу, [МПа]
• HSh — Твердость по Шору, [МПа]

Физические свойства:

• T — Температура, при которой получены данные свойства, [Град]
• E — Модуль упругости первого рода, [МПа]
• a — Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o — T ) , [1/Град]
• l — Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала) , [Вт/(м·град)]
• r — Плотность материала , [кг/м³]
• C — Удельная теплоемкость материала (диапазон 20o — T ), [Дж/(кг·град)]
• R — Удельное электросопротивление, [Ом·м]

Как и из чего получают сталь

Сталь — ковкий сплав железа с углеродом и другими легирующими элементами. Ее используют для изготовления металлопроката, посуды, медицинских инструментов, механизмов и различных деталей для промышленности. Сплав почти на 99 % состоит из железа. Углерод занимает от 0,1 до 2,14 % общей массы металла. Углерод, марганец, кремний, магний, фосфор и сера изменяют физико-химические свойства стали. Количество примесей определяет способы обработки металла и сферы его применения. Производство стали занимает весомую долю черной металлургии.

Из чего делают сталь?

Сталь — одна из самых востребованных в промышленности. Железо и углерод — основные компоненты для изготовления стали. Железо отвечает за пластичность и вязкость, а углерод — за твердость и прочность.

Получают деформируемый сплав железа, который поддается механической, термической, токарной и фрезерной обработке. Литьем, прессованием, резкой, шлифовкой и сверловкой добиваются нужной формы. Стальные изделия получают с точно выверенными размерами.

Железо и углерод занимают львиную долю от общей массы, но кроме них сталь всегда содержит другие примеси. Чистота по неметаллическим включениям определяет качества стали. Оксиды, сульфиды и вредные примеси делают ее хрупкой и непластичной. Их содержание снижают очисткой или вводят дополнительные компоненты, чтобы добиться нужных физико-химических свойств.

Примеси бывают полезными и вредными. Разделение условное и означает то, что элементы улучшают химический состав стали или ухудшают его свойства. К полезным элементам относятся марганец и кремний. Сера, фосфор, кислород, азот, водород — вредные примеси в составе стали.

Как влияют полезные и вредные примеси на свойства стали?

Эффект от различных элементов в сталях:

• Марганец повышает прокаливаемость металла и нейтрализует вредное воздействие серы.
• Кремний улучшает прочность и способствует раскислению сплава, удаляя оксиды и сульфиды.
• Сера ухудшает пластичность и вязкость. Ее большое содержание проявляется красноломкостью: во время горячей обработки металл трескается в области красного или желтого каления.
• Фосфор снижает пластичность и ударную вязкость сплава. Повышенное содержание фосфора приводит к хладноломкости: при механической обработке металл трескается или разламывается на куски.
• Кислород и азот разрушают структуру стали, ухудшают вязкость и пластичность.
• Водород приводит к хрупкости металла.

Чтобы удалить вредные примеси и неметаллические включения, жидкую сталь рафинируют. Используют комбинированное рафинирование в печи и вне печи. К примеру, раскисление, десульфурацию, дегазацию и другое. За счет очистки структура металла становится однородной, а качество возрастает.

Почему сталь сравнивают с чугуном?

Металлы похожи составом и способом изготовления. Чугун и сталь — сплавы железа, отличающиеся по концетрации углерода. В чугуне его свыше 2,14 % от общей массы, а в стали — не больше 2,14 %. Кроме процентной доли углерода в сплаве, они различны по свойствам. Чугун жаростойкий, теплоемкий, легкий и устойчивый к коррозии. А сталь прочнее, тверже и легче поддается механической обработке.

Плюсы и минусы стали

Сталь классифицируется по химическому составу и физическим свойствам. Разным маркам металла характерны свои преимущества и недостатки.

По сравнению с другими сплавами сталь отличается:

• высокой прочностью;
• твердостью;
• устойчивостью к ударной, статической и динамической нагрузке;
• пригодностью к сварке, резке и гибке заготовок механическим или ручным способом;
• многолетней износостойкостью;
• доступной стоимостью.

К минусам стали относится нестойкость к коррозии, тяжелый вес и намагничивание. Чтобы изделия из стали не портились, изготавливают нержавеющие марки. Чтобы получить устойчивый к коррозии сплав, добавляют хром. Также в составе могут присутствовать никель, молибден, титан, сера, фосфор.

Способы производства

Используют три метода изготовления стали, у каждого из которых свои достоинства и недостатки.

Мартеновские печи

Применяемые печи выкладывают из хромо-магнезитового кирпича. В них плавят сырье, окисляют сплав и удаляют посторонние включения. Печи могут быть использованы для изготовления углеродистых и легированных сталей. Они нагреваются до температуры +2000оС, позволяют добавлять различные примеси.

Кислородно-конвертерный метод

Это способ, получивший звание универсального. Его используют в производстве ферромагнитных сплавов. Выплавляют сталь из жидкого чугуна и шихты. Задействуют конвертер, облицованный огнеупорными материалами. Чтобы ускорить процесс окисления, через него подают струю воздуха.

Электродуговой способ

Принцип производства заключается в выделении тепла при горении электрической дуги. Тепловой режим обеспечивает плавление сырья под температурой +6000оС. Благодаря нему получаются высококачественные сплавы. У этой группы больше остальных хорошо раскисленных сталей.

Как получают сталь?

Производство стали состоит из нескольких этапов. Нарушения технологии влияют на свойства металла.

Расплавление шихты железных руд и нагрев ванны жидкого металла

На первом этапе плавят сырье на низкой температуре. При постепенном повышении температуры окисляется железо, кремний, марганец, фосфор. Затем повышают содержание оксида кальция, чтобы удалить фосфор.

Кипение ванны металла

Повышение температуры и интенсивное окисление железа путем введения руды, окалины и кислорода. Введение добавок позволяет получить оксид железа. С ним будет взаимодействовать углерод. Образующиеся пузырьки оксида углерода приводят сплав в кипящее состояние. К пузырькам прилипают сторонние примеси, тем самым очищая состав стали. Также удаляют сульфид железа, чтобы избавиться от серы.

Раскисление стали

В этом процессе восстанавливают оксид железа, который был растворен в жидком металле. Когда плавят шихту, кислород окисляет примеси, но в готовой стали он не нужен. Кислород понижает механические свойства стали, поэтому его нужно восстановить и удалить. Раскисляют стали ферромарганцем, ферросилицием, алюминием. Попадая в сплав, раскислители образуют оксиды низкой плотности, а затем отходят в шлак.

Как классифицируют сталь?

Физико-механические свойства и химический состав определяют виды металла. Сталь делят по составу, методу получения, структуре и примесям. Углеродистые и легированные стали различают по содержанию углерода и легирующим элементам. Сплавы обычного и высокого качества делят по содержанию примесей. Инструментальные, конструкционные и специальные стали делят в зависимости от назначения.

Углеродистые стали

Углеродистая сталь содержит углерод от 0,1 до 2,14 %. Количество углерода определяет группы стали:

• Низкоуглеродистые содержат меньше 0,3 % углерода.
• Среднеуглеродистые — от 0,3 до 0,7 %.
• Высокоуглеродистые — более 0,7 до 2,14 %.

По процентному содержанию углерода определяют структуру сплава. Сталь с 0,8 % углерода сохраняет ферритно-перлитную структуру, с повышением меняет ее на перлит и цементит. Преобразования каждой фазы отражаются на прочностных характеристиках. Также углеродистые стали разделяют на группы А, Б, В, которые в свою очередь делятся на категории и марки.

Легированные

Сталь обогащают марганцем, хромом, никелем, молибденом и другими легирующими элементами. Количество примесей считают суммарно. В зависимости от их содержания различают:

• низколегированные — до 2,5 % примесей;
• среднелегированные — от 2,5 до 10 %;
• высоколегированные — более 10 %.

Марганцем повышают прочность и твердость материала, хромом — стойкость к ударам, жаропрочность и устойчивость к коррозии. Никель делает сталь упругим и стойким к высоким температурам.

Марки стали отличаются сложной структурой. Обязательно указывают их состав в порядке убывания. Начинают с доли углерода, а затем прописывают меньшие доли легирующих добавок.

Спокойные, полуспокойные и кипящие

Стали классифицируют по степени раскисления. Чем меньше в сплаве газов, тем равномернее его структура и чище состав. Спокойные стали содержат меньше закиси железа, а кипящие — большое количество оксидов. Пузырьки оксида углерода ухудшают прочностные и пластичные свойства металла. Спокойные стали стабильны, их используют в изделиях ответственного назначения. Полуспокойные марки — среднепрочные, их задействуют как конструкционный материал. Кипящие разрушаются, трескаются и плохо поддаются сварке, поэтому и стоят меньше. Они разрешены в простых конструкциях.

Строительные

Низколегированные сплавы обычного качества. Они обладают удовлетворительными механическими свойствами, выдерживают статические и динамические нагрузки, пригодны к сварке.

Инструментальные

Высокоуглеродистые или высоколегированные сплавы. Их используют для изготовления штампов, режущего и измерительного инструмента. Разделяют соответственно на штамповые металлы, сплавы для режущего и измерительного инструмента. Названия группы зависит от назначения сталей. К примеру, штамповую сталь используют для изготовления инструментов, которыми будут обрабатывать металлы под давлением.

Конструкционные

Стали с низким содержанием марганца. Их делят на цементируемые, высокопрочные, автоматные, шарико-подшипниковые и другие. Используют для изготовления узлов механизмов или конструкций.

Стали специального назначения

Эти сплавы относятся к конструкционным сталям. Они бывают жаропрочными, жаростойкими, кислотоупорными, криогенными, электротехническими, парамагнитными, немагнитными.

расшифровка с таблицей, классификация, от чего зависит, как маркируются конструкционные металлы, сплавы, обозначения, примеры онлайн

Любой мастер, работающий с металлическими изделиями, знает, что такое «марка стали». Ее расшифровка позволяет получить представление о химическом составе и физических параметрах, что является основополагающими сведениями для создания каких-либо предметов из металла. Многие считают, что маркировка стали, металлопроката — это сложный процесс, требующий наличия специальных знаний. Однако несмотря на мнимую сложность, разобраться в ней достаточно просто. Для этого потребуется знать лишь принцип ее составления и как она классифицируется, о чем и расскажет данная статья.

Сплав маркируется буквами и цифрами, благодаря чему удается максимально точно установить наличие химических элементов и их объем. На основании этих данных, а также знаний о том, как разные химикаты взаимодействуют с металлической основой, можно с максимальной точностью понять, какие технические свойства относятся к определённой стальной марке.

Разновидности сталей и особенности нанесения маркировочных меток

Сталь — это железо-углеродный сплав, количество которого не превышает 2,14%. Углеродная составляющая необходима для достижения твердости, но крайне важно следить за его концентрацией. Если он превысит показатель в 2,2%, то металл станет очень хрупким, из-за чем с ним будет практически невозможно работать.

При добавлении любых легирующих элементов можно добиться необходимых характеристик. Именно при помощи комбинации вида и объём добавок получаются марки, которые имеют лучшие механические свойства, устойчивость к воздействию коррозии. Безусловно, улучшить показатели качества можно и посредством тепловой обработки, однако использование легирующих добавок значительно ускоряет этот процесс.

Базовыми классификационными признаками являются следующие показатели.

• Химический состав.
• Назначение.
• Качество.
• Структура.
• Степень раскисления.

Что показывает маркировка

Для того чтобы расшифровать указанную информацию, не требуется обладать профессиональными навыками и специальными знаниями. Конструкционная сталь, которая имеет обычное качество, а также не содержит легирующие элементы, получила отметку «Ст». Цифра, расположенная далее, отражает количество углерода. После них могут располагаться буквы «КП», которые оповещают о незаконченном раскислении в печи, поэтому подобный сплав считается кипящим. Если подобной аббревиатуры нет, то он считается спокойным типом.

Маркировка и классификация стали по химическому составу

Как упоминалось ранее, одно из главных разделений этого металлического материала основано на ее химическом составе. Базовыми составляющими материала служат железобетон и углерод (его концентрация меньше 2,14%). На основании концентрации и пропорций используемых добавок на объем железа приходится минимум половина.

На основании уровня содержания углерода стальные изделия делятся.

1. Малоуглеродистые — углерод не более 0,25%.
2. Среднеуглеродистые — от 0,25 до 0,6%.
3. Высокоуглеродистые — от 0,6%.

Повышение углеродного компонента способствует повышению металлической твердости, но одновременно снижает его прочность. Для улучшения эксплуатации сплавов в них добавляются разные химические элементы, после чего они превращаются в легированные стали. Они бывают трёх типов.

1. Низколегированные — объем добавок меньше 2,5%.
2. Среднелегированные — 2,5-10%.
3. Высоколегированные — может достигать 50%.

По назначению

Обозначения маркировки стали, металлов и сплавов.

• Строительная — низколегированная, отличается хорошей свариваемостью. Главное предназначение заключается в создании строительных элементов.
• Пружинная — имеет отличную упругость, прочность, стойкость к неблагоприятным факторам. Нужен при разработке пружин и рессоров.
• Подшипниковая — не подвержена временному износу, имеет незначительную текучесть. Привлекается для сборки узлов и подшипников разного предназначения.
• Нержавеющая — высоколегированная, хорошо переносит действие коррозии.
• Жаростойкая — способна продолжительное время функционировать при высоких температурных показателях. Используется при разработке двигателя.
• Инструментальная — необходима для создания дерево- и металлообрабатывающих предметов.
• Быстрорежущая — для обрабатывающей металл продукции.
• Цементируемая — нужна для создания деталей и узлов, эксплуатируемых при больших нагрузках даже при значительном поверхностном износе.

По структурному критерию

В понятие «структура» вложено внутреннее металлическое строение, способное значительно измениться при смене термических условий, механических воздействий. Форма и размер зерен устанавливается на основании состава и соотношения легирующих добавок, техники изготовления. Основной зерновой частью выступает кристаллическая железная решетка, состоящая из атомов примесей. Стальная структура изменяет свои первичные характеристики при скачках температурных показателей. Подобные изменения носят название фаза, каждая из которых существует в четко ограниченном температурном режиме. Однако присутствие легирующих добавок может сильно сместить границы их перехода.

Выделяют несколько фаз.

• Аустенит. Углеродные атомы располагаются во внутренней кристаллической железной решетке. Ее существование возможно при 1400-700 градусах. Если здесь присутствует 8—20% никелях, то ее можно хранить при комнатных температурных показателях.
• Феррит. Углеродный раствор, имеющий твердую форму.
• Мартенсит. Перенасыщенный раствор, характерный для стали с закалкой.
• Бейнит. Ее формирование связано с практически моментальным понижением аустенита до 200—500 градусов. Отличительной чертой является примесь феррита и карбида железа.
• Перлит. Содержит равнозначное количество феррита и карбида. Образование связано с понижением температурного показателя до 727 градусов.

По качественному признаку

Расшифровка маркировки металла невозможна без учета качественных характеристик. Главное влияние на них оказывают смеси, остающиеся при восстановлении Fe из концентратов руды. Как правило, отрицательный эффект появляется за счет присутствия S и P. На основании их концентрации выделяют сталь обычного качества и высококачественную (добавляется буква А). Для последней категории характерно минимальное наличие фосфора (до 0,025%).

По методу раскисления

Из-за выплавки в стальном изделии остается определенное количество О2 в окиси Fe. Для уменьшения его концентрации и железного восстановления используется реакция раскисления. Ее суть заключается в добавлении в расплавленный металл соединения с высокой степенью активности. Из-за контакта этих элементов происходит кислородное высвобождение и реакция с углеродом (С), после чего формируется углекислый газ (СО2), выделяющийся пузырьками.

На основании числа раскислителей и длительности процесса выделяют 2 типа окончательного сплава.

• Кипящий — повышен выход готовых изделий, имеющих низкое качество.
• Спокойный — прошедший через все раскисляющие стадии. Отличительной чертой служит высокое качество и завышенная цена, обоснованная соответствующей ценой на реагенты.
• Полуспокойный — промежуточная разновидность, имеющая оптимальную цену и качественные характеристики.

Маркировка сталей с расшифровкой в таблице — примеры по отечественным стандартам

Наличие стандартизированных показателей от России дает возможность установить состав металла и отчасти видовую принадлежность. Если объем стального материала превышает 1%, то его количество на маркировочной отметке не учитывается. Она включает в себя буквы легирующих добавок, где указан их объем в-десятых и сотых процентных долях. Однако если концентрация более 1,5%, то наличие буквенных обозначений является обязательным. Помимо хим. состава, на маркировке присутствуют специальные символы, отражающие предназначение стали и ее качества.

Зарубежные стандарты

Производители РФ и постсоветских государств используют маркированные методы, благодаря которым можно хотя бы примерно понять состав, предназначение и технические свойства без использования специальной литературы. Американское и европейское производство, напротив, не использует такую практику. Это связано с множеством компаний, которые квалифицируются на стандартизации металлической продукции.

Чаще всего, страны Европы и Америка не наносят на наружную поверхность химический состав, а стальные разновидности характеризуются буквами и цифрами. Однако для расшифровки этой аббревиатуры потребуется привлечение справочников или другой литературы.

Обозначение изделий с легирующими деталями

Для того чтобы маркировка сталей 10, 20 в полной мере демонстрировала свои технические характеристики, для легирующих добавок используется буквенное нанесение. Как правило, русские буквы соответствуют названиям элементов. Однако есть и исключения, так как существуют нюансы, при которых наблюдается начало с одной буквы. Для лучшего понимания была разработана следующая таблица:

В ней существует только 2 неметалла — кремний и азот, а углерод отсутствует. Углеродная примесь есть в любой стальной разновидности, поэтому обозначение необходимо только для его содержания.

Маркировка по цветам

Этот способ используется для указания проката. Это оптимальный метод хранения материалов в складских помещениях и при транспортировке. Установка отметок осуществляется в виде точек и полос, которые выполнены из несмываемых цветных материалов. Выбор цветового оттенка главным образом основывается на предназначении. При этом ее группа и степень раскисления не берётся в учёт.

Примеры

Любой специалист должен с легкостью определять стальную марку и ее принадлежность к определенному виду. Запомнить эти показатели наизусть практически невозможно, а таблица нередко находится далеко в самый нужный момент. Решить подобную проблему можно с помощью приведенных ниже примеров, которые смогут более подробно и наглядно разъяснить информацию.

Конструкционная сталь без легирующих добавок указывается как «Ст». Указанные дальше цифры отображают углерод, который исчисляется сотыми процентными долями. Маркировка конструкционных сталей имеет несколько особенностей. Например, в марке 09Г2С 0,09% углеродной смеси, а легирующих элементов — максимум 2,5%. Схожие маркировочные отметки 10ХСНД и 15ХСНД имеют отличия в объеме углерода, а число легирующих деталей меньше 1%. Именно на основании этих данных после буквенных обозначений не наносятся цифры.

20Х, 30Х, 50Х и т.д. Этим методом указываются конструкционные легированные стальные изделия с преобладающим числом хрома. Цифра, стоящая вначале, отражает углеродное количество в конкретном сплаве. Следом располагается цифра, обозначающая часть легирующего элемента. Если он отсутствует, то его объём будет до 1,5%.

Международные аналогичные варианты коррозионно-стойких и жаростойких сталей

Ознакомиться с их разновидностями можно посредством таблиц маркировки сталей, черных металлов и сплавов с расшифровкой, примерами, размещенными ниже.

Коррозионно-стойкие стали

Жаропрочные марки

Быстрорежущие марки

Конструкционные

Базовый сортамент нержавеющих марок

Подшипниковая сталь

Рессорно-пружинная

Теплоустойчивая сталь

Расшифровка

Чтобы не встреться с различными сложностями при расшифровке обозначений, необходимо знать не только от чего зависит маркировка стали, но и классификацию. Определенные стальные категории обладают специальными маркировочными отметками. Они обозначаются буквами, благодаря чему можно легко понять ее принадлежность и примерный состав. Например:

• «Ш». Такой вид крайне важен для создания подшипников. После буквы находятся цифры, помогающие понять количество добавок;
• «К». Если она находится после первых цифровых отметок, то можно утверждать, что сталь является конструкционной нелегированной, которая нужна при изготовлении сосудов и паровых котлов;
• «Л». Эта приставка служит индексом улучшенных литерных качеств;
• «У». Обозначает нелегированную инструментальную сталь и ставится в начало;
• «Р». Это быстрорежущаяся категория. Сразу после буквы наносится цифра, позволяющая судить о количестве вольфрама.

Определенные сложности возникают при выборе строительной стали, которая обозначается литерой «С». В этих видах используется дополнительные буквы: Т — термоупрочненный прокат, К — разновидность, устойчивая к коррозии, Д — сплав с высокой концентрацией меди.

Маркировочные особенности есть у нелегированной электротехнической стали, которую нередко носят название чистое техническое железо. Их маленькое электрическое сопротивление достигается благодаря незначительному наличию углерода (меньше 0,04%).

Как маркируются стали обыкновенного качества

Этот вид стали — басовый материал, в обязательном порядке присутствующий в машиностроении и строительных металлоконструкций. С учетом ГОСТ 380-2005 она производится из следующих марок: Ст0, Ст1кп, Ст3кп, Ст1пс, Ст5Гпс и т.д. Буквенное сочетание «Ст» отражает непосредственно сталь, а цифры — условный номер марки. Приставки «пс», «кп» и «сп» отражают степень раскисления. «Г» — это отметка о большом содержании марганца.

Видео

Умение дифференцировать маркировочные отметки, нанесённые на любое стальное изделие, пригодится не только специалистам, которым это необходимо для реализации профессиональной деятельности, но и простым людям, часто работающим с этим материалом. Несмотря на то что, на первый взгляд, это может показаться сложным для изучения, достаточно потратить немного времени и получится полностью разобраться в данной теме. Полученные знания можно запросто применять на практике, благодаря чему значительно повышается продуктивность и эффективность. Это поможет избежать ошибок и сделать правильный выбор стали, полностью удовлетворяющий требования покупателя.

Расшифровка маркировки стали онлайн — это отличный выход для тех, кто не располагает свободным временем. С помощью этой функции можно вручную ввести маркировочные сведения, после чего отобразится детальное описание с указанием всех технических характеристик. Представленные сведения в полной мере соответствуют действительности, поэтому можно не беспокоиться за предоставление ложной информации. Также можно обратиться в компанию Cleverence, реализующую качественную продукцию на протяжении многих лет. Квалифицированные сотрудники, широкий спектр услуг и ответственный подход к каждому клиенту — это далеко не полный список преимуществ, которые отличают ее от конкурентов и аналоговых компаний.

Количество показов: 76014

О СТАЛИ | мировая сталь

Сталь производится по двум основным направлениям: по линии доменная печь-кислородная печь (BF-BOF) и по линии электродуговой печи (EAF). Также существуют варианты и комбинации производственных маршрутов.

Основное различие между маршрутами — это тип сырья, которое они потребляют. Для маршрута BF-BOF это преимущественно железная руда, уголь и переработанная сталь, в то время как на маршруте EAF сталь производится с использованием в основном переработанной стали и электроэнергии.В зависимости от конфигурации завода и наличия переработанной стали, другие источники металлического железа, такие как железо прямого восстановления (DRI) или чугун, также могут использоваться на маршруте EAF.

Всего 70,7% стали производится с использованием доменной печи-конвертера. Во-первых, железная руда восстанавливается до железа, также называемого чугунным чугуном. Затем чугун превращается в сталь в кислородном конвертере. После литья и прокатки сталь поставляется в рулонах, листах, профилях или прутках.

Сталь, производимая в ЭДП, использует электричество для плавления переработанной стали.Добавки, такие как сплавы, используются для достижения желаемого химического состава. Электроэнергия может быть дополнена кислородом, вводимым в ДСП. Последующие этапы процесса, такие как литье, повторный нагрев и прокатка, аналогичны тем, которые встречаются на маршруте BF-BOF. Около 28,9% стали производится в ЭДП.

Другая технология выплавки стали, мартеновская печь, составляет около 0,4% мирового производства стали. Процесс OHF очень энергоемкий и находится в упадке из-за своих экологических и экономических недостатков.

Более подробную информацию, относящуюся к вышеперечисленным данным, можно найти в нашем Статистическом Ежегоднике сталелитейной промышленности за 2019 год.

Большинство стальных изделий используются десятилетиями, прежде чем их можно будет переработать. Следовательно, переработанной стали недостаточно для удовлетворения растущего спроса с использованием одного метода производства стали в ДСП. Спрос удовлетворяется за счет комбинированного использования методов производства BF-BOF и EAF.

Все эти производственные методы могут использовать переработанный стальной лом в качестве сырья. Большая часть новой стали содержит переработанную сталь.

Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с нашей публикацией « World Steel in Figures ».

сталь | Состав, свойства, типы, марки и факты

Основной металл: железо

Основным компонентом стали является железо, металл, который в чистом виде не намного тверже меди. За исключением крайних случаев, железо в твердом состоянии, как и все другие металлы, является поликристаллическим, то есть состоит из множества кристаллов, которые соединяются друг с другом на своих границах.Кристалл — это упорядоченное расположение атомов, которое лучше всего можно представить в виде соприкасающихся друг с другом сфер. Они упорядочены в плоскостях, называемых решетками, которые определенным образом пронизывают друг друга. Для железа структуру решетки лучше всего можно представить в виде единичного куба с восемью атомами железа в углах. Для уникальности стали важна аллотропия железа, то есть его существование в двух кристаллических формах. В объемно-центрированном кубе (ОЦК) в центре каждого куба находится дополнительный атом железа.В расположении гранецентрированного куба (ГЦК) есть один дополнительный атом железа в центре каждой из шести граней единичного куба. Важно отметить, что стороны гранецентрированного куба или расстояния между соседними решетками в ГЦК-схеме примерно на 25% больше, чем в ОЦК-схеме; это означает, что в структуре ГЦК больше места, чем в структуре ОЦК, для удержания посторонних (, т.е. легирующих) атомов в твердом растворе.

Аллотропия ОЦК железа ниже 912 ° C (1674 ° F) и от 1394 ° C (2541 ° F) до точки плавления 1538 ° C (2800 ° F).Называемое ферритом, железо в его ОЦК-образовании также называется альфа-железом в более низком температурном диапазоне и дельта-железом в более высокотемпературной зоне. Между 912 ° и 1394 ° C железо находится в ГЦК-порядке, которое называется аустенитом или гамма-железом. Аллотропное поведение железа сохраняется, за некоторыми исключениями, в стали, даже когда сплав содержит значительные количества других элементов.

Существует также термин бета-железо, который относится не к механическим свойствам, а к сильным магнитным характеристикам железа.При температуре ниже 770 ° C (1420 ° F) железо является ферромагнитным; температуру, выше которой он теряет это свойство, часто называют точкой Кюри.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишись сейчас

В чистом виде железо мягкое и обычно не используется в качестве конструкционного материала; основной метод его упрочнения и превращения в сталь — добавление небольшого количества углерода. В твердой стали углерод обычно присутствует в двух формах. Либо он находится в твердом растворе в аустените и феррите, либо находится в виде карбида.Форма карбида может быть карбидом железа (Fe ₃ C, известный как цементит) или карбидом легирующего элемента, такого как титан. (С другой стороны, в сером чугуне углерод проявляется в виде чешуек или кластеров графита из-за присутствия кремния, который подавляет образование карбидов.)

Влияние углерода лучше всего иллюстрируется диаграммой равновесия железо-углерод. Линия A-B-C представляет точки ликвидуса (, т.е. — температуры, при которых расплавленное железо начинает затвердевать), а линия H-J-E-C представляет точки солидуса (при которых затвердевание завершается).Линия A-B-C указывает на то, что температуры затвердевания снижаются по мере увеличения содержания углерода в расплаве железа. (Это объясняет, почему серый чугун, содержащий более 2 процентов углерода, обрабатывается при гораздо более низких температурах, чем сталь.) Начало жидкой стали, содержащей, например, 0,77 процента углерода (показано вертикальной пунктирной линией на рисунке). затвердеть при температуре около 1475 ° C (2660 ° F) и полностью затвердеть при температуре около 1400 ° C (2550 ° F). С этого момента все кристаллы железа находятся в аустенитном состоянии — i.е., fcc — расположение и содержат весь углерод в твердом растворе. При дальнейшем охлаждении происходит резкое изменение примерно при 727 ° C (1341 ° F), когда кристаллы аустенита превращаются в тонкую пластинчатую структуру, состоящую из чередующихся пластинок феррита и карбида железа. Эта микроструктура называется перлитом, а изменение называется эвтектоидным превращением. Перлит имеет твердость алмазной пирамиды (DPH) приблизительно 200 килограммов-сил на квадратный миллиметр (285 000 фунтов на квадратный дюйм) по сравнению с DPH 70 килограммов-сил на квадратный миллиметр для чистого железа.Охлаждение стали с более низким содержанием углерода (, например, 0,25 процента) приводит к получению микроструктуры, содержащей около 50 процентов перлита и 50 процентов феррита; он мягче, чем перлит, с DPH около 130. Сталь с более чем 0,77% углерода, например 1,05%, содержит в своей микроструктуре перлит и цементит; он тверже перлита и может иметь DPH 250.

Диаграмма равновесия железо-углерод.

Британская энциклопедия, Inc.

сталь | Состав, свойства, типы, марки и факты

Основной металл: железо

Основным компонентом стали является железо, металл, который в чистом виде не намного тверже меди.За исключением крайних случаев, железо в твердом состоянии, как и все другие металлы, является поликристаллическим, то есть состоит из множества кристаллов, которые соединяются друг с другом на своих границах. Кристалл — это упорядоченное расположение атомов, которое лучше всего можно представить в виде соприкасающихся друг с другом сфер. Они упорядочены в плоскостях, называемых решетками, которые определенным образом пронизывают друг друга. Для железа структуру решетки лучше всего можно представить в виде единичного куба с восемью атомами железа в углах. Для уникальности стали важна аллотропия железа, то есть его существование в двух кристаллических формах.В объемно-центрированном кубе (ОЦК) в центре каждого куба находится дополнительный атом железа. В расположении гранецентрированного куба (ГЦК) есть один дополнительный атом железа в центре каждой из шести граней единичного куба. Важно отметить, что стороны гранецентрированного куба или расстояния между соседними решетками в ГЦК-схеме примерно на 25% больше, чем в ОЦК-схеме; это означает, что в структуре ГЦК больше места, чем в структуре БЦК, для хранения посторонних ( i.е., легирование ) атомов в твердом растворе.

Аллотропия ОЦК железа ниже 912 ° C (1674 ° F) и от 1394 ° C (2541 ° F) до точки плавления 1538 ° C (2800 ° F). Называемое ферритом, железо в его ОЦК-образовании также называется альфа-железом в более низком температурном диапазоне и дельта-железом в более высокотемпературной зоне. Между 912 ° и 1394 ° C железо находится в ГЦК-порядке, которое называется аустенитом или гамма-железом. Аллотропное поведение железа сохраняется, за некоторыми исключениями, в стали, даже когда сплав содержит значительные количества других элементов.

Существует также термин бета-железо, который относится не к механическим свойствам, а к сильным магнитным характеристикам железа. При температуре ниже 770 ° C (1420 ° F) железо является ферромагнитным; температуру, выше которой он теряет это свойство, часто называют точкой Кюри.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишись сейчас

В чистом виде железо мягкое и обычно не используется в качестве конструкционного материала; основной метод его упрочнения и превращения в сталь — добавление небольшого количества углерода.В твердой стали углерод обычно присутствует в двух формах. Либо он находится в твердом растворе в аустените и феррите, либо находится в виде карбида. Форма карбида может быть карбидом железа (Fe ₃ C, известный как цементит) или карбидом легирующего элемента, такого как титан. (С другой стороны, в сером чугуне углерод проявляется в виде чешуек или кластеров графита из-за присутствия кремния, который подавляет образование карбидов.)

Влияние углерода лучше всего иллюстрируется диаграммой равновесия железо-углерод.Линия A-B-C представляет точки ликвидуса (, т.е. — температуры, при которых расплавленное железо начинает затвердевать), а линия H-J-E-C представляет точки солидуса (при которых затвердевание завершается). Линия A-B-C указывает на то, что температуры затвердевания снижаются по мере увеличения содержания углерода в расплаве железа. (Это объясняет, почему серый чугун, содержащий более 2 процентов углерода, обрабатывается при гораздо более низких температурах, чем сталь.) Расплавленная сталь, например, с содержанием углерода 0.77 процентов (показано вертикальной пунктирной линией на рисунке) начинает затвердевать при температуре около 1475 ° C (2660 ° F) и полностью затвердевает при температуре около 1400 ° C (2550 ° F). С этого момента все кристаллы железа находятся в аустенитном — т. Е. гцк — расположении и содержат весь углерод в твердом растворе. При дальнейшем охлаждении происходит резкое изменение примерно при 727 ° C (1341 ° F), когда кристаллы аустенита превращаются в тонкую пластинчатую структуру, состоящую из чередующихся пластинок феррита и карбида железа.Эта микроструктура называется перлитом, а изменение называется эвтектоидным превращением. Перлит имеет твердость алмазной пирамиды (DPH) приблизительно 200 килограммов-сил на квадратный миллиметр (285 000 фунтов на квадратный дюйм) по сравнению с DPH 70 килограммов-сил на квадратный миллиметр для чистого железа. Охлаждение стали с более низким содержанием углерода (, например, 0,25 процента) приводит к получению микроструктуры, содержащей около 50 процентов перлита и 50 процентов феррита; он мягче, чем перлит, с DPH около 130.Сталь с содержанием углерода более 0,77%, например 1,05%, содержит в своей микроструктуре перлит и цементит; он тверже перлита и может иметь DPH 250.

Диаграмма равновесия железо-углерод.

Британская энциклопедия, Inc.

сталь | Состав, свойства, типы, марки и факты

Основной металл: железо

Основным компонентом стали является железо, металл, который в чистом виде не намного тверже меди. За исключением крайних случаев, железо в твердом состоянии, как и все другие металлы, является поликристаллическим, то есть состоит из множества кристаллов, которые соединяются друг с другом на своих границах.Кристалл — это упорядоченное расположение атомов, которое лучше всего можно представить в виде соприкасающихся друг с другом сфер. Они упорядочены в плоскостях, называемых решетками, которые определенным образом пронизывают друг друга. Для железа структуру решетки лучше всего можно представить в виде единичного куба с восемью атомами железа в углах. Для уникальности стали важна аллотропия железа, то есть его существование в двух кристаллических формах. В объемно-центрированном кубе (ОЦК) в центре каждого куба находится дополнительный атом железа.В расположении гранецентрированного куба (ГЦК) есть один дополнительный атом железа в центре каждой из шести граней единичного куба. Важно отметить, что стороны гранецентрированного куба или расстояния между соседними решетками в ГЦК-схеме примерно на 25% больше, чем в ОЦК-схеме; это означает, что в структуре ГЦК больше места, чем в структуре ОЦК, для удержания посторонних (, т.е. легирующих) атомов в твердом растворе.

Аллотропия ОЦК железа ниже 912 ° C (1674 ° F) и от 1394 ° C (2541 ° F) до точки плавления 1538 ° C (2800 ° F).Называемое ферритом, железо в его ОЦК-образовании также называется альфа-железом в более низком температурном диапазоне и дельта-железом в более высокотемпературной зоне. Между 912 ° и 1394 ° C железо находится в ГЦК-порядке, которое называется аустенитом или гамма-железом. Аллотропное поведение железа сохраняется, за некоторыми исключениями, в стали, даже когда сплав содержит значительные количества других элементов.

Существует также термин бета-железо, который относится не к механическим свойствам, а к сильным магнитным характеристикам железа.При температуре ниже 770 ° C (1420 ° F) железо является ферромагнитным; температуру, выше которой он теряет это свойство, часто называют точкой Кюри.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишись сейчас

В чистом виде железо мягкое и обычно не используется в качестве конструкционного материала; основной метод его упрочнения и превращения в сталь — добавление небольшого количества углерода. В твердой стали углерод обычно присутствует в двух формах. Либо он находится в твердом растворе в аустените и феррите, либо находится в виде карбида.Форма карбида может быть карбидом железа (Fe ₃ C, известный как цементит) или карбидом легирующего элемента, такого как титан. (С другой стороны, в сером чугуне углерод проявляется в виде чешуек или кластеров графита из-за присутствия кремния, который подавляет образование карбидов.)

Влияние углерода лучше всего иллюстрируется диаграммой равновесия железо-углерод. Линия A-B-C представляет точки ликвидуса (, т.е. — температуры, при которых расплавленное железо начинает затвердевать), а линия H-J-E-C представляет точки солидуса (при которых затвердевание завершается).Линия A-B-C указывает на то, что температуры затвердевания снижаются по мере увеличения содержания углерода в расплаве железа. (Это объясняет, почему серый чугун, содержащий более 2 процентов углерода, обрабатывается при гораздо более низких температурах, чем сталь.) Начало жидкой стали, содержащей, например, 0,77 процента углерода (показано вертикальной пунктирной линией на рисунке). затвердеть при температуре около 1475 ° C (2660 ° F) и полностью затвердеть при температуре около 1400 ° C (2550 ° F). С этого момента все кристаллы железа находятся в аустенитном состоянии — i.е., fcc — расположение и содержат весь углерод в твердом растворе. При дальнейшем охлаждении происходит резкое изменение примерно при 727 ° C (1341 ° F), когда кристаллы аустенита превращаются в тонкую пластинчатую структуру, состоящую из чередующихся пластинок феррита и карбида железа. Эта микроструктура называется перлитом, а изменение называется эвтектоидным превращением. Перлит имеет твердость алмазной пирамиды (DPH) приблизительно 200 килограммов-сил на квадратный миллиметр (285 000 фунтов на квадратный дюйм) по сравнению с DPH 70 килограммов-сил на квадратный миллиметр для чистого железа.Охлаждение стали с более низким содержанием углерода (, например, 0,25 процента) приводит к получению микроструктуры, содержащей около 50 процентов перлита и 50 процентов феррита; он мягче, чем перлит, с DPH около 130. Сталь с более чем 0,77% углерода, например 1,05%, содержит в своей микроструктуре перлит и цементит; он тверже перлита и может иметь DPH 250.

Диаграмма равновесия железо-углерод.

Британская энциклопедия, Inc.

сталь | Состав, свойства, типы, марки и факты

Основной металл: железо

Основным компонентом стали является железо, металл, который в чистом виде не намного тверже меди.За исключением крайних случаев, железо в твердом состоянии, как и все другие металлы, является поликристаллическим, то есть состоит из множества кристаллов, которые соединяются друг с другом на своих границах. Кристалл — это упорядоченное расположение атомов, которое лучше всего можно представить в виде соприкасающихся друг с другом сфер. Они упорядочены в плоскостях, называемых решетками, которые определенным образом пронизывают друг друга. Для железа структуру решетки лучше всего можно представить в виде единичного куба с восемью атомами железа в углах. Для уникальности стали важна аллотропия железа, то есть его существование в двух кристаллических формах.В объемно-центрированном кубе (ОЦК) в центре каждого куба находится дополнительный атом железа. В расположении гранецентрированного куба (ГЦК) есть один дополнительный атом железа в центре каждой из шести граней единичного куба. Важно отметить, что стороны гранецентрированного куба или расстояния между соседними решетками в ГЦК-схеме примерно на 25% больше, чем в ОЦК-схеме; это означает, что в структуре ГЦК больше места, чем в структуре БЦК, для хранения посторонних ( i.е., легирование ) атомов в твердом растворе.

Аллотропия ОЦК железа ниже 912 ° C (1674 ° F) и от 1394 ° C (2541 ° F) до точки плавления 1538 ° C (2800 ° F). Называемое ферритом, железо в его ОЦК-образовании также называется альфа-железом в более низком температурном диапазоне и дельта-железом в более высокотемпературной зоне. Между 912 ° и 1394 ° C железо находится в ГЦК-порядке, которое называется аустенитом или гамма-железом. Аллотропное поведение железа сохраняется, за некоторыми исключениями, в стали, даже когда сплав содержит значительные количества других элементов.

Существует также термин бета-железо, который относится не к механическим свойствам, а к сильным магнитным характеристикам железа. При температуре ниже 770 ° C (1420 ° F) железо является ферромагнитным; температуру, выше которой он теряет это свойство, часто называют точкой Кюри.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишись сейчас

В чистом виде железо мягкое и обычно не используется в качестве конструкционного материала; основной метод его упрочнения и превращения в сталь — добавление небольшого количества углерода.В твердой стали углерод обычно присутствует в двух формах. Либо он находится в твердом растворе в аустените и феррите, либо находится в виде карбида. Форма карбида может быть карбидом железа (Fe ₃ C, известный как цементит) или карбидом легирующего элемента, такого как титан. (С другой стороны, в сером чугуне углерод проявляется в виде чешуек или кластеров графита из-за присутствия кремния, который подавляет образование карбидов.)

Влияние углерода лучше всего иллюстрируется диаграммой равновесия железо-углерод.Линия A-B-C представляет точки ликвидуса (, т.е. — температуры, при которых расплавленное железо начинает затвердевать), а линия H-J-E-C представляет точки солидуса (при которых затвердевание завершается). Линия A-B-C указывает на то, что температуры затвердевания снижаются по мере увеличения содержания углерода в расплаве железа. (Это объясняет, почему серый чугун, содержащий более 2 процентов углерода, обрабатывается при гораздо более низких температурах, чем сталь.) Расплавленная сталь, например, с содержанием углерода 0.77 процентов (показано вертикальной пунктирной линией на рисунке) начинает затвердевать при температуре около 1475 ° C (2660 ° F) и полностью затвердевает при температуре около 1400 ° C (2550 ° F). С этого момента все кристаллы железа находятся в аустенитном — т. Е. гцк — расположении и содержат весь углерод в твердом растворе. При дальнейшем охлаждении происходит резкое изменение примерно при 727 ° C (1341 ° F), когда кристаллы аустенита превращаются в тонкую пластинчатую структуру, состоящую из чередующихся пластинок феррита и карбида железа.Эта микроструктура называется перлитом, а изменение называется эвтектоидным превращением. Перлит имеет твердость алмазной пирамиды (DPH) приблизительно 200 килограммов-сил на квадратный миллиметр (285 000 фунтов на квадратный дюйм) по сравнению с DPH 70 килограммов-сил на квадратный миллиметр для чистого железа. Охлаждение стали с более низким содержанием углерода (, например, 0,25 процента) приводит к получению микроструктуры, содержащей около 50 процентов перлита и 50 процентов феррита; он мягче, чем перлит, с DPH около 130.Сталь с содержанием углерода более 0,77%, например 1,05%, содержит в своей микроструктуре перлит и цементит; он тверже перлита и может иметь DPH 250.

Диаграмма равновесия железо-углерод.

Британская энциклопедия, Inc.

сталь | Состав, свойства, типы, марки и факты

Основной металл: железо

Основным компонентом стали является железо, металл, который в чистом виде не намного тверже меди. За исключением крайних случаев, железо в твердом состоянии, как и все другие металлы, является поликристаллическим, то есть состоит из множества кристаллов, которые соединяются друг с другом на своих границах.Кристалл — это упорядоченное расположение атомов, которое лучше всего можно представить в виде соприкасающихся друг с другом сфер. Они упорядочены в плоскостях, называемых решетками, которые определенным образом пронизывают друг друга. Для железа структуру решетки лучше всего можно представить в виде единичного куба с восемью атомами железа в углах. Для уникальности стали важна аллотропия железа, то есть его существование в двух кристаллических формах. В объемно-центрированном кубе (ОЦК) в центре каждого куба находится дополнительный атом железа.В расположении гранецентрированного куба (ГЦК) есть один дополнительный атом железа в центре каждой из шести граней единичного куба. Важно отметить, что стороны гранецентрированного куба или расстояния между соседними решетками в ГЦК-схеме примерно на 25% больше, чем в ОЦК-схеме; это означает, что в структуре ГЦК больше места, чем в структуре ОЦК, для удержания посторонних (, т.е. легирующих) атомов в твердом растворе.

Аллотропия ОЦК железа ниже 912 ° C (1674 ° F) и от 1394 ° C (2541 ° F) до точки плавления 1538 ° C (2800 ° F).Называемое ферритом, железо в его ОЦК-образовании также называется альфа-железом в более низком температурном диапазоне и дельта-железом в более высокотемпературной зоне. Между 912 ° и 1394 ° C железо находится в ГЦК-порядке, которое называется аустенитом или гамма-железом. Аллотропное поведение железа сохраняется, за некоторыми исключениями, в стали, даже когда сплав содержит значительные количества других элементов.

Существует также термин бета-железо, который относится не к механическим свойствам, а к сильным магнитным характеристикам железа.При температуре ниже 770 ° C (1420 ° F) железо является ферромагнитным; температуру, выше которой он теряет это свойство, часто называют точкой Кюри.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишись сейчас

В чистом виде железо мягкое и обычно не используется в качестве конструкционного материала; основной метод его упрочнения и превращения в сталь — добавление небольшого количества углерода. В твердой стали углерод обычно присутствует в двух формах. Либо он находится в твердом растворе в аустените и феррите, либо находится в виде карбида.Форма карбида может быть карбидом железа (Fe ₃ C, известный как цементит) или карбидом легирующего элемента, такого как титан. (С другой стороны, в сером чугуне углерод проявляется в виде чешуек или кластеров графита из-за присутствия кремния, который подавляет образование карбидов.)

Влияние углерода лучше всего иллюстрируется диаграммой равновесия железо-углерод. Линия A-B-C представляет точки ликвидуса (, т.е. — температуры, при которых расплавленное железо начинает затвердевать), а линия H-J-E-C представляет точки солидуса (при которых затвердевание завершается).Линия A-B-C указывает на то, что температуры затвердевания снижаются по мере увеличения содержания углерода в расплаве железа. (Это объясняет, почему серый чугун, содержащий более 2 процентов углерода, обрабатывается при гораздо более низких температурах, чем сталь.) Начало жидкой стали, содержащей, например, 0,77 процента углерода (показано вертикальной пунктирной линией на рисунке). затвердеть при температуре около 1475 ° C (2660 ° F) и полностью затвердеть при температуре около 1400 ° C (2550 ° F). С этого момента все кристаллы железа находятся в аустенитном состоянии — i.е., fcc — расположение и содержат весь углерод в твердом растворе. При дальнейшем охлаждении происходит резкое изменение примерно при 727 ° C (1341 ° F), когда кристаллы аустенита превращаются в тонкую пластинчатую структуру, состоящую из чередующихся пластинок феррита и карбида железа. Эта микроструктура называется перлитом, а изменение называется эвтектоидным превращением. Перлит имеет твердость алмазной пирамиды (DPH) приблизительно 200 килограммов-сил на квадратный миллиметр (285 000 фунтов на квадратный дюйм) по сравнению с DPH 70 килограммов-сил на квадратный миллиметр для чистого железа.Охлаждение стали с более низким содержанием углерода (, например, 0,25 процента) приводит к получению микроструктуры, содержащей около 50 процентов перлита и 50 процентов феррита; он мягче, чем перлит, с DPH около 130. Сталь с более чем 0,77% углерода, например 1,05%, содержит в своей микроструктуре перлит и цементит; он тверже перлита и может иметь DPH 250.

Диаграмма равновесия железо-углерод.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Химический состав стали

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

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

C — Углерод

Mn — Марганец

P — фосфор

S — Сера

Si — Кремний

Cu — медь

Ni — Никель

Cr — Хром

Mo — молибден

V — Ванадий

Cb (Nb) — Колумбий (ниобий)

Ti — Титан

Al — Алюминий

N — азот

B — Бор

Sn — олово

Ca — Кальций

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Бор чаще всего добавляют в сталь для повышения ее прокаливаемости, но в низкоуглеродистые стали его можно добавлять для связывания азота и уменьшения удлинения при пределе текучести, что сводит к минимуму разрывы рулонов.