Лідируюче місце серед всіх металевих матеріалів, які застосовуються в машинобудуванні, приладобудуванні, будівництві та багатьох інших областях, займають стали. Вони володіють цінними технологічними характеристиками, широко затребувані за рахунок своїх механічних властивостей і фізико-хімічних параметрів.
Стали мають перевагу перед великою кількістю інших матеріалів не тільки завдяки комплексу своїх технологічних і конструкційних характеристик, але і з огляду на своїй демократичній вартості.
Технології виробництва сталей постійно вдосконалюються, це полягає не тільки в підвищенні якості. З'являються нові марки з особливими наборами необхідних характеристик.
Характеристики кожної конкретної стали залежать від її класифікаційної приналежності і набору входять в її склад елементів.
Розглянемо принципи класифікації стали.
Принципи класифікації стали
Можна виділити п'ять основних класифікаційних ознак, за якими проводиться поділ сталей:
- хімічний склад;
- призначення;
- якість;
- ступінь розкислення;
- структура.
Розглянемо докладніше кожну ознаку.
Класифікація за хімічним складом
За хімічним складом сталь підрозділяється на дві групи:
- вуглецеві;
- леговані.
Обидві ці категорії за змістом вуглецю діляться на три підгрупи:
- низьковуглецеві (менше 0, 3% вуглецю);
- середньовуглецеві (0, 3-0, 7% вуглецю);
- високовуглецеві (понад 0, 7% вуглецю).
Легування стали здійснюється з метою досягнення тих чи інших необхідних властивостей стали шляхом введення до складу особливих легуючих елементів. В якості таких елементів часто застосовують хром, нікель, марганець, кремній, вольфрам, молібден, ванадій, титан і інші.
Залежно від змісту легуючих добавок самі леговані сталі підрозділяються на три групи:
- низьколеговані (менше 5% легуючих елементів);
- середньолеговані (5-10% легуючих елементів);
- високолеговані (більше 10% легуючих елементів).
Класифікація за призначенням
За призначенням сталь ділять на три основні класи:
- Конструкційні. Основна область застосування - виготовлення деталей різноманітних машин і механізмів, приладів, будівельних конструкцій.
- Інструментальні. Застосовуються для інструментів різного призначення (ріжучого, вимірювального, штампувального). Залежно від функцій інструменту сталь володіє відповідними характеристиками.
- Спеціального призначення. До цієї групи корозійностійкі сталі, жаростійкі і жароміцні, а також електротехнічні.
Класифікація за якістю
Під якістю слід розуміти комплекс властивостей, який визначається самим процесом виготовлення сталі. Серед характеристик якості можна відзначити технологічність стали, однорідність хімічного складу і будови, а також механічних властивостей. На якість стали впливає вміст у складі газів (водню, кисню, азоту) і шкідливих домішок (в їх числі сірка і фосфор).
За якістю сталь поділяють на такі групи:
- звичайної якості;
- якісні;
- високоякісні.
Класифікація за ступенем розкислення
Розкислення - процес видалення кисню із сталі в рідкому стані.
За ступенем розкислення розрізняють наступні групи:
- спокійні (повністю розкислення);
- напівспокійну;
- киплячі (слабо розкислення).
Назва підгруп відповідає характеру протікання процесу затвердіння.
Класифікація за структурою
В основі такої класифікації лежить структура в отожженном і нормалізованому стані, яка визначає особливості властивостей стали.
У отожженном стані конструкційні стали ділять на:
- доевтектоїдних (мають в структурі надлишковий ферит);
- евтектоїдні (структура складається з перліту);
- аустенітні;
- ферритні.
Після нормалізації стали по структурі діляться на наступні класи:
- перлітний;
- мартенситний,
- аустенітний,
- феритний.
Вплив кожної структури на властивості сталей можна дізнатися зі спеціалізованої літератури.
Вплив вмісту вуглецю і легуючих елементів
Саме вміст вуглецю в стали, а також найменування і кількість введених в її склад легуючих добавок є найбільш цікавими для аналізу одержуваних властивостей конкретної марки.
На першому місці за важливістю стоїть вуглець, адже сталь і являє собою сплав заліза і вуглецю. Збільшення вмісту вуглецю спричиняє збільшення міцності з одночасним зниженням пластичності. Він також визначає здатність стали до технологічній обробці (різання, зварюваність, обробка тиском).
Легуючі елементи вносяться в необхідних пропорціях в залежності від необхідності отримання тих чи інших властивостей. Кожен елемент має свої особливості. Наприклад, хром покращує механічні властивості, нікель знижує порігхладноломкості, вольфрам і молібден сприяють збільшенню теплостойкости швидкоріза і т. Д.
Російська система маркування сталей
На світовому ринку металів відсутня єдина система маркування сталей. Паралельно існують російська, європейська, американська та японська системи. Відсутність єдиного стандарту вносить певні труднощі при міжнародних торгових операціях.
У нашій країні прийнята буквено-цифрова система. У ній літери відповідають різним елементам, а цифри вказують на вміст відповідних елементів. У Німеччині також іноді використовується система, подібна за принципом з російської.
Буквено-цифрова система має величезну перевагу в порівнянні з іншими, так як дозволяє не тільки відрізняти одну марку стали від іншої, але і по набору букв і цифр судити про технологічні та конструкційних характеристиках.
У вітчизняній системі також застосовуються деякі спеціальні позначення:
- Стали звичайного якості позначаються індексом «Ст», за яким слід номер марки. Перед ним може бути позначена група умовами гарантії (механічних, хімскладу).
- Конструкційні якісні вуглецеві сталі позначаються сотими частками процентного вмісту вуглецю і маркуванням ступеня розкислення (наприклад, 08КП).
- Якісні вуглецеві інструментальні сталі позначені індексом «У», за яким слід вміст вуглецю в десятих частках відсотка (наприклад, У8).
- Швидкорізальної сталі позначають індексом «Р», за яким слід вміст вольфраму в відсотках (наприклад, Р18).
Дуже інформативна маркування легованих сталей: для позначення легуючих елементів застосовуються відповідні літери російського алфавіту: «Х» - хром, «Н» - нікель, «Т» - титан, «М» - молібден, «Ю» - алюміній, «В» - вольфрам і т. д.
При маркуванні конструкційних легованих сталей на самому початку вказується вміст вуглецю в сотих частках відсотка, а при маркуванні інструментальних легованих - в десятих частках відсотка.
сталь 12Х18Н10Т
Розглянемо з позиції російської системи маркування склад і властивості однієї з найпопулярніших нержавіючої сталі 12Х18Н10Т. Розшифровка не складає особливих труднощів:
Почнемо з «12». Це вміст вуглецю в сотих частках відсотка, т. Е. В нашому випадку вуглецю 0, 12%.- Буква «Х» - хром. Позначення «Х18» говорить про те, що в стали міститься 18% хрому. Важливо пам'ятати, що зміст легуючих елементів в маркуванні представлено у відсотках. Хром забезпечує даної стали корозійну стійкість.
- «Н10» - 10% нікелю. Нікель відповідає за опір впливу кислот, що також підвищує корозійну стійкість.
- «Т» - титан. Значення не вказано, це означає, що зміст елемента не є достатньо вагомим. Таке позначення говорить про те, що зміст елемента не більше 1-1, 5%. Однак навіть така кількість титану запобігає утворенню міжкристалітної корозії.
У маркуванні вказані лише основні легуючі елементи. Повний хімічний склад для будь-якої марки наведено в Марочник сталей. Звідти ж можна почерпнути і відомості про властивості стали.
Проаналізувавши склад 12Х18Н10Т, використовуючи поглиблені знання про вплив легуючих добавок, можна зробити висновок, що дана сталь:
- може використовуватися для виробів, що працюють в агресивних середовищах;
- має високу стійкість до електрохімічної корозії;
- підходить для слабонавантажених деталей в хімічно активних середовищах;
- може бути використана для навантажених деталей, що працюють тривалий час при температурах до 600 градусів.
На практиці 12Х18Н10Т часто застосовується для зварної апаратури, деталей печей і нагрівальних систем. Високі експлуатаційні характеристики даної стали дозволяють застосовувати її у великій кількості галузей, де потрібна підвищена корозійна стійкість.
За аналогією з розглянутим прикладом стали 12Х18Н10Т, використовуючи високу інформативність вітчизняної системи маркування та знання про вплив легуючих елементів, можна для будь-якої марки зробити висновок про її характеристиках.