Сталь: состав, свойства, применение – понятия, которые должны быть изучены внимательно, так как они позволяют понять, какой тип материала использовать при производстве. Прочный материал используется в разных отраслях человеческой деятельности, поэтому может быть использован, как в промышленности, так и на частном производстве, которое ориентировано на выпуск предметов быта. В любом случае важно понимать, что собой представляет сталь, какие особенности и преимущества присутствуют.
Содержание:
Что такое сталь
Сталь представляет собой материал, созданный из сплава железа с углеродом. Эти основные компоненты не являются единственными. Сталь может содержать в составе разнообразные примеси. Компоненты оказывают на материал определенное влияние, меняют характеристики. Изменению подлежат также механические и химические свойства стали, что нужно учитывать и принимать во внимание в процессе подбора подходящего варианта.
Сталь является одним из промышленных материалов. Материал используется в разных отраслях. Можно наблюдать наличие стальных элементов при производстве машин и бытовой техники, инструментов и медицинского оборудования.
Производство стали
Нужно обратить внимание, что большинство стран стараются развивать у себя производство стали. Лидирующие позиции по этому показателю отводятся Китаю. Он производит около 50% от общего объема стали и изделий из этого материала.
Получить сталь можно 3 способами. Методы можно подбирать, исходя из особенностей и основных свойств, которыми должен будет обладать материал:
- Термический метод. Он предполагает, что будет осуществлен отжиг, затем нагрев и медленное охлаждение разных видов. Для них выбирается и разная скорость процесса. После осуществляется закалка. Для этой цели требуется нагрев, который будет выше критической температуры. Подобная процедура вызывает перекристаллизацию сплава. На следующем этапе проводится быстрее охлаждение. Прокаливаемость стали – особенность, которая дает материалу способность приобретать при закалке мартенситную структуру в слое. После осуществляется отпуск за закалкой с целью уменьшить напряжение готового сплава. Затем проводится нормализация. По своей сути - это тот же отжиг, но проводимый не в печи и не под нагревом, а на воздухе.
- Термомеханический способ представляет собой процедуру, при которой осуществляется высокотемпературная закалка. После проводится наклеп и упрочнение. Этапы осуществляются быстро, пока сплав сохраняет аустенитную структуру. Изменение вследствие пластической деформации при прокатке или штамповке сохраняется на 70%. После естественного процесса охлаждения сталь оказывается более прочной. Если выбирается обработка низкой температурой, то говорят, что это холоднокатаная сталь. Сплав нагревают для аустенитного состояния. Затем его нужно охладить ниже точек рекристаллизации. Это требуется, чтобы добиться появления мартенситной фазы. Затем производятся этапы, которые называются закалка наклеп, прокатка. При прохождении этапа охлаждения достигнутый эффект полностью сохраняется.
- Термохимический способ. Подобная обработка представляется собой нагрев сплавов и их последующую выдержку в определенных химических средах. Для этой цели может быть использована цементация. В процессе осуществляется насыщение поверхности сплава углеродом. Так достигается износостойкий верхний слой стали. Следующая среда предполагает использование в качестве основного элемента азот. Производится насыщение этим компонентом, для того чтобы получить дополнительный износостойкий слой. Если сравнивать его с цементацией, то будет понятно, что он обеспечивает более высокую стойкость к коррозии, процессам разрушения, позволяет сохранить показатели максимальной прочности длительное время. Затем наступает очередь среды для нитроцементации и цианирования. Производится насыщение поверхностного слоя одновременно углеродом и азотом.
Процесс производства стали делится на 2 этапа:
- Конвертерный процесс. В ходе выполнения основных действий расплавленный передельный чугун в конвертере рафинируются. Таким способом он очищается от содержания примесей. Процедура осуществляется методом продувания кислородом.
- Подовый процесс. Для осуществления используются мартеновские или электрические печи.
Характеристики стали и содержание в ней примесей, регламентируется и фиксируется нормами ГОСТ.
Виды стали
Сталь, как уже удалось выяснить, представляет собой сплав железа с углеродом. Важно учитывать, что содержание углерода не должно превышать в составе значения в 2,14%. Углерод придает сплаву характерную для него твердость. Если же этого вещества будет много, то металл, наоборот, становится слишком хрупким.
Железные руды являются источником для получения стали. По стране ее запасы распространены неравномерно. Для центральной части основной объем запасов сосредоточен в Курской аномалии. Там находятся месторождения Железногорска и Курска.
Большие запасы руды также имеются на Урале и в Восточной Сибири. Главными объектами добычи являются в этой части страны бассейны Кузбасса и Печорского.
Виды стали по этой причине будут отличаться друг от друга. Основное отличие идет по количеству дополнительных элементов в составе. При производстве металлопроката некоторые различия удается устранить. Достигается это в большинстве случаев за счет легирования железа или его дополнительной очистки.
Сталь также может иметь визуальные отличия. В число критериев также включены:
- Размеры готовых изделий.
- Свойства - прочность, вязкость, пластичность.
- Способ обработки сырья.
- Применяющиеся в процессе легирующие элементы.
Классификация по этому признаку условная. Причина в том, что химический набор добавок можно корректировать и подбираться специально под сферу назначения готовой стали.
Маркировка
Маркировка стали требуется, для того чтобы можно было различать стальные изделия между собой. Нужно понимать, что для выбора того или иного варианта используются различные маркировки. Они учитывают такие показатели, как:
- Химический состав сплава.
- Основной способ использования.
- Главные свойства.
- Показатель качества продукции.
Особенности маркировки нужно знать, так как она позволяет выбирать именно те материалы и металлы, которые будут наиболее эффективными в данный момент. Определенная сталь требуется для изготовления промышленного оборудования, поэтому очень важно уметь разбираться в маркировке.
Маркировка стали представляет собой обозначение типа сплава. В основе лежит учет отдельных его свойств. Цель маркировки – обозначить особенности стали. Маркировка позволяет не допустить использования некачественных стальных элементов, так как именно они могут стать причиной поломки целой конструкции. Маркировка учитывает также состав и структура вещества, используемые легирующие составы, способность противостоять повреждениям и возникновению ржавчины, показатели жаропрочности и влияющие на это примеси. Также, следуя маркировке, можно приобрести сталь, которая будет легко резаться.
Классификация
Сталь подразделяется на нескольких видов. Классификация позволяет выбрать следующие группы для сравнения:
- Химический состав.
- Качество материала.
- Назначение использования.
- Применяющийся способ раскисления.
Структура также является основой для классификации сталей.
Технология
Кроме современных способов изготовления, интересными будут и те, которые применялись более 100 лет назад. Бессемеровский процесс представляет собой обработку жидкого чугуна. Осуществляется она с помощью продувки сжатым воздухом. Он позволяет запустить процесс окисления. В составе чугуна присутствуют различные металлические примеси. Именно на них и воздействует кислород. В результате температуру плавления требуется постепенно повышать, но сплав не изменяет агрегатного состояния. Применяется кислая среда при изготовлении металлических материалов. Металл обрабатывается в специальных конвертерах, в них применяется динас или кремнистый материал.
Процесс выплавки стали имеет и недостатки. В процессе окисления происходит образование нелетучих окислов. Также футеровка частично разъедается. В результате получается шлак, который невозможно изъять.
Томасовский процесс позволяет обрабатывать чугун с меньшими производственными затратами. В процессе можно было использовать фосфор, но его количество в сплаве не должно превышать 2%. Также способ предусматривал возможность применения извести. Ее могло содержаться уже до 15%. Сначала известь нужно было положить в специальную емкость. Затем ее переворачивали и заливали в конвертер чугун, раскаленный до 1250 градусов. После этого следовал этап продувки. Если нужно было снизить температуру, использовались руда или окалина. В конце производства происходит раскисление сырья.
Характеристики
Сталь: состав, свойства, применение определяются характеристиками:
- Температура плавления – 1450 градусов.
- Удельная теплота плавления - 84 кДж/кг.
- Умеренный показатель плотности - 7900 кг/м.
- Умеренный удельный вес - 77500 Н/м.
- Теплоемкость - 462 Дж/(кг C)при температуре 20 градусов.
Также наблюдается большой диапазон прочности при растяжении сплавов.