Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Щороку у всіх частинах нашої планети разом виходить близько півтора мільйонів тисяч тонн сталі. Її використовують в безлічі галузей, починаючи від виробництва зубних протезів, закінчуючи деталями космічних шатлів. Для кожної галузі знайдеться така марка стали, яка буде підходити по фізичним і механічним властивостям, по структурі та хімічним складом.

Різні характеристики виходять в залежності від того, які домішки і в якій кількості містяться в металі, яким способом він виготовлений і як оброблений. Тому змінюються підсумкові властивості, такі як щільність, температура плавлення, теплопровідність, межа міцності при розтягуванні, лінійне теплове розширення, питома теплоємність і так далі.

Визначення стали: що це таке?

Сталлю є сплав заліза з вуглецем, в комплекті з іншими різними елементами. При цьому заліза в ньому повинно міститися не менше 45%. Раз мова зайшла про склад, то розглянемо класифікацію за хімічною складовою.

Основне поділ йде на сталь вуглецеву і леговану (приклад - нержавіюча сталь). Перший вид має декілька підвидів за кількістю процентного вмісту вуглецю:

  • низьковуглецевих сталі, в яких міститься до 0, 25% C;
  • середньовуглецеві (до 0, 55% C);
  • високовуглецеві (від 0, 6% до 2% C).

Аналогічно і другий вид поділяється на три підвиди за змістом легуючих елементів:

  • низьколеговані (до 4%);
  • середньо (до 11%);
  • високолеговані (більше 11%).

Крім того, в стали можуть міститися і неметалеві включення. Залежно від них йде класифікація по іншому параметру - за якістю. Чим менший відсоток неметалічних включень, тим вище якість стали. В цілому тут виділяють чотири види:

  • звичайна;
  • якісна;
  • високоякісна;
  • особливо високоякісна сталь.

Її склад також визначає поділ на види за призначенням. Їх безліч, наприклад, криогенні стали, конструкційні, жароміцні, нержавіючі, інструментальні та т. Д. Поділ на види йде також за структурою:

  • феритної;
  • аустенитная;
  • бейнітного;
  • мартенситна;
  • перлитная.

У структурі можуть переважати дві фази і навіть більше. Сталь в цьому випадку розділяють відповідно на двофазну і багатофазну.

Основні моменти технології виробництва

Суть виробництва сталі полягає в тому, щоб в процесі переробки вихідного матеріалу в ньому знизилася концентрація вуглецю, сірки, фосфору та інших небажаних складових. Ці елементи роблять сталь ламкою і крихкою, а позбавлення від них приносить підвищену міцність і жаростійкість. Вихідним матеріалом найчастіше виступає чавун і сталевий брухт.

Процес виробництва може бути виконаний одним з двох основних способів, які узагальнюють собою однотипні методи - це або конвертерний, або подовий процес. Перший не вимагає додаткових джерел тепла, так як його використовують для розплавленого передільного чавуну, який і так має достатню температурою. В цьому випадку відбувається вдування чистого кисню (або збагаченого їм повітря, що вже застаріло) в розплавлений метал, який окисляє присутні в чавуні елементи типу фосфору, марганцю, кремнію або вуглецю. Це, в свою чергу, дозволяє підтримувати достатню кількість тепла для перебування стали в рідкому стані.

При такому виготовленні може вийти три види стали - кипляча, полуспокойная і спокійна. Спокійна сталь пропонує кращі складом і більш однорідною структурою, коли кипляча містить в собі вагоме кількість розчинених газів. Для напівспокійну характерні проміжні значення між першими двома видами. Природно, що спокійна сталь, виходячи з кращих характеристик, дорожче. Її ціна вище, ніж у киплячій, приблизно на 10-15%.

Подові процеси відбуваються при високих температурах, яких домагаються за рахунок залучення зовнішнього джерела тепла для переробки твердої шихти. Їх є два види - мартенівський процес і електротермічний. Мартенівський відбувається в результаті нагрівання вихідного матеріалу від згоряння газу або мазуту, а електротермічний виконується в індукційних або дугових печах, де нагрів йде за допомогою електрики.

При необхідності, для виробництва особливих видів стали можуть бути використані два послідовних методу, а для окремих спеціальних її видів існує інші специфічні процеси. Крім того, з'являються нові методи виробництва, які ще не стали широко використовуваними, але успішно розвиваються. Такими методами є електрошлаковий переплав, електроліз, пряме відновлення стали з руди і т. Д.

Обробка стали для отримання спеціальних властивостей

Щоб надавати матеріалу певні властивості або змінювати їх, застосовують легуючі елементи і різні види обробки.

Як легуючі елементи виступають деякі метали. Ними можуть бути хром, алюміній, нікель, молібден і інші. Таким чином, домагаються певних електричних, магнітних або механічних властивостей, а також корозійної стійкості. Так, нержавіюча сталь виходить, якщо вона була легирована хромом.

Змінюються властивості стали шляхом обробки:

  • термомеханічної (кування, прокатка);
  • термічна (отжиг, гарт);
  • хімікотерміческой (азотування, цементізація).

Термічна обробка має в своїй основі властивість поліморфізму - при нагріванні і охолодженні кристалічна решітка здатна змінювати свою будову. Ця властивість характерна основі стали - залозу, тому властиво і їй.

Різні види елементів, які можуть бути присутніми в стали

Вуглець. З підвищенням процентного вмісту в сталі цього елемента збільшується її міцність і твердість. Але йдуть втрати в пластичності.

Сірка. Ця домішка шкідлива, так як разом з залізом вона утворює сірчисте залізо. Через нього в матеріалі виникають тріщини як наслідок втрати зв'язків між зернами при обробці високою температурою і під впливом тиску. Негативно наявність сірки позначається і на міцності стали, її пластичності, зносостійкості, корозійної стійкості.

Ферит. Це залізо, яке має об'ємно-центрованої кристалічною решіткою. Характерно, що сплави з його наявністю виходять м'якими і мають пластичної микроструктурой.

Фосфор. Якщо сірка зменшує міцність при високих температурах, то фосфор надає стали крихкості при температурах знижених. Проте є група сталей, в якій підвищений вміст цього, здавалося б, шкідливого елемента. Вироби з такого металу дуже легко піддаються різанні.

Цементит, він же карбід заліза. Його вплив протилежно до впливу фериту. Сталь стає твердою і крихкою.

Конкретний приклад легованої сталі

Нержавіючої називають таку сталь, яка може чинити опір корозії в агресивних середовищах або в атмосфері. Її склад був відкритий в 1913 році Гаррі Бреарлі. Він зауважив під час експериментів, що сталь, в якій містилася велика кількість хрому, могла активно чинити опір кислотної корозії.

Зараз нержавіючу сталь поділяють на три групи:

  • жароміцний - має високу механічну міцність навіть при значних температурах;
  • жаростійкий - має стійкість до корозії в умовах високих температур і агресивного середовища. Підійде для використання на хімічних заводах;
  • корозійно-стійка нержавіюча сталь - володіє такою стійкістю до корозії, якої достатньо для побутових умов і для нескладних промислових завдань. З неї можуть бути виготовлені хірургічні інструменти, побутова посуд, деталі для машинобудівної промисловості, легкої промисловості або, наприклад, нафтогазовій.

Щоб отримати сталь, яка буде більш стійкою до корозійних впливів, потрібно підвищувати в ній кількість хрому. Так, для звичайного середовища його досить від 13 до 17%. Якщо хрому більше 17%, то такий сплав можна використовувати в більш агресивних середовищах. Щоб метал не руйнувався від впливу сильних кислот, сплав стали повинен містити не тільки хром, але і нікель з присадками молібдену, силіциуму, купруму.

Межі значень різних характеристик стали - температура плавлення, питома теплопровідність і т. П.

Виходячи з того, що склад сплаву може бути різним, то і значення різних властивостей для кожного виду стали своє. Наведемо узагальнені показники, в яких вказані межі значень властивостей.

  • коефіцієнт теплопровідності - 39 ккал / м * год * град;
  • щільність стали лежить в межах (від 7, 7 до 7, 9) * 10 3 кг / м 3;
  • температура плавлення сталі - в залежності від її марки від 1300 ° C до 1400 ° C;
  • питома вага - від 0, 7 до 7, 9 г / см 3;
  • Питома теплоємність (при значенні температури 20 ° C) - 0, 11 кал / град;
  • Питома теплоємність плавлення - 49 кал / град;
  • коефіцієнт лінійного розширення стали для різних видів (при температурі приблизно 20 ° C):
    • сталь 3 (марка 20) - 11, 9 (град -1);
    • сталь нержавіюча - 11, 0 (град -1);
  • межа міцності при розтягуванні:
    • для марки стали, що застосовується для конструкцій - 38-42 (кг / мм 2);
    • для машіноподелочной (вона ж вуглецева) - 32-80 (кг / мм 2);
    • для рейкової - 70-80 (кг / мм 2);
    • кремнехромомарганцовістая сталь (найбільший показник) - 155 (кг / мм 2).

Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Категорія:

Металообробка