Её Величество Сталь

Её Величество Сталь Сталь (от нем. stahlen - закалять) - сплав железа с углеродом (содержание углерода до 2,14%). Основа современного машиностроения, оборонной промышленности, ракетостроения и других отраслей производства, по химическому составу разделяется на сталь углеродистую и легированную. Углеродистая сталь представляет собой сплав железа главным образом с углеродом, но, в отличие от чугуна, содержание в ней углерода, а также марганца, кремния, фосфора и серы гораздо меньше. В зависимости от количества углерода стали подразделяют на мягкие (С ≤ 0,3%), средней твердости (0,3 ≥ С ≤ 2 %) и твердые (С ≤ 2%). Из мягкой и средней твердости стали делают детали машин, трубы, болты, гвозди, скрепки и т. д., а из твердой - различные инструменты. Легированная сталь (от нем. liquatio - сплавлять) – тоже сплав железа с углеродом, только в него введены еще специальные легирующие добавки. Основными легирующими элементами в сталях являются марганец, кремний, хром, никель, молибден, вольфрам, кобальт, медь, титан, ванадий, цирконий, ниобий, алюминий, бор. В некоторых сталях легирующими элементами могут быть также фосфор, азот, сера, свинец, и другие. Легирующие добавки придают сплаву прочность, ударную вязкость, сопротивление ползучести или коррозионную стойкость. Закаленные и отпущенные стали применяются для аэрокосмических и автомобильных деталей, крупных турбин, режущего инструмента и других изделий, от которых требуется высокая прочность. Легирующие элементы обычно вводятся в сталь в различных сочетаниях — по 2, по 3 и более. Количественное содержание их может колебаться от тысячных долей процента до десятков процентов. Если сталь содержит в сумме до 2,5% легирующих элементов, она получает название «низколегированная сталь». Сталь, содержащая 2,5—10% легирующих элементов, считается среднелегированной, более 10% — высоколегированной. Такие легирующие элементы, как ванадий, ниобий, титан, цирконий, бор, могут оказывать существенное влияние на структуру и свойства стали при их содержании в стали в сотых долях процента. Иногда такие стали называют микролегированными. Таблица "Влияние основных легирующих элементов сталей и их сфера применения": Легирующий элемент - Особые свойства стали - Изделия, для производства которых используется сталь Хром (Cr)- Tвёрдость и коррозионная стойкость - Инструменты, резцы, зубила. Никель (Ni) - Вязкость, механическая прочность, коррозионная стойкость - Турбины электростанций и реактивных двигателей, измерительные приборы, детали, работающие при высоких температурах. Марганец (Mn) - Твердость, механическая прочность, устойчивость к ударам и трению - Детали дробильных установок, железнодорожные рельсы, зубья ковшей экскаваторов. Титан (Ti) - Жаростойкость, механическая прочность при высоких температурах, коррозионная стойкость - Химическая аппаратура. Также применяется в самолето-, ракето- и судостроении. Вольфрам (W) - Твердость и жаропрочность, износоустойчивость - Быстрорежущие инструменты, пилы, фрезы, штампы, нити электрических ламп. Молибден (Mo) - Эластичность, жаростойкость, коррозионная стойкость - Лопасти турбин реактивных самолетов и автомобилей, броневые плиты, лабораторная посуда, детали электронных ламп. Кремний (Si) - Устойчивость к воздействию кислот - Трансформаторы, кислотоупорные аппараты и приборы. Ванадий (V) - Высокая прочность, упругость и устойчивость к ударам - Детали автомобилей, тракторов и других машин, подвергающиеся при работе ударам. Самый распространенный вид стали, применяемый в строительстве зданий и мостов – конструкционная сталь, содержащая 0,1–0,25% углерода и менее 1% таких легирующих элементов как марганец и кремний. Конструкционные стали должны обладать высоким пределом текучести, являющимся основной характеристикой при расчетах деталей машин и конструкций, в сочетании с высокой пластичностью, сопротивлением хрупкому разрушению и низким порогом хладноломкости. Долговечность работы изделия зависит от сопротивления усталости, износу и коррозии. Все это определяет конструктивную прочность стали. Отдельную группу составляют нержавеющие стали, обладающие повышенной коррозионной стойкостью. Они содержат хром (>12%) и другие легирующие элементы (никель, молибден etc.) в гораздо меньших пропорциях. Типичная область их применения – химико-технологическая аппаратура, оборудование пищевой промышленности и всевозможные декоративные металлические изделия. Еще одна группа сталей – жаростойкие (окалиностойкие) сплавы, отличающиеся высоким содержанием хрома, молибдена или никеля и применяются в паровых котлах, газотурбинных установках, авиационных двигателях, печах и печных конвейерах – всюду, где температура может составлять 400–1400° C. Самой важной характеристикой таких сталей является сопротивление ползучести при высоких температурах. Важное значение имеет сопротивление окислению (окалиностойкость). К специальным сталям относится инструментальная сталь. Она содержит много углерода (0,8–2,0%) и достаточно много легирующих элементов – хром, молибден, вольфрам и ванадий. Инструментальные стали обычно термообрабатываются на высокую прочность. Некоторые из инструментальных сталей, т.н. быстрорежущие, способны сохранять свою твердость в режущих инструментах до температур, достигающих 600° C. Калиброванная сталь - это горячекатаная сортовая сталь, подвергнутая дополнительной обработке холодным волочением с небольшими обжатиями для получения более точных размеров профиля (от 3-го до 5-го класса точности), улучшения качества поверхности и придания некоторым сталям повышенных физико-механических свойств за счёт наклёпа. Наличие широкого ассортимента сталей и сплавов, выпускаемых в различных странах, обусловило необходимость их идентификации. Европейская система обозначений стали регламентирована стандартом EN 100 27. Первая часть этого стандарта определяет порядок наименования сталей, вторая регламентирует присвоение сталям порядковых номеров. В Японии наименование марок стали, как правило, состоит из нескольких букв и цифр. Буквенное обозначение определяют группу, к которой относится данная сталь, а цифры – ее порядковый номер в группе и свойство. В США существует несколько систем обозначения металлов и их сплавов. Это объясняется наличием нескольких организаций по стандартизации: АMS, ASME, ASTM, AWS, SAE, ACJ, ANSI, AJS. Вполне понятно, что такая маркировка требует дополнительного разъяснения и знания при торговле металлом, оформлении заказов и т. п. До настоящего времени международные организации по стандартизации не выработали единую систему маркировки сталей. В России и в странах СНГ также есть своя система маркировки - разработанная ещё в СССР буквенно-цифровая система обозначения марок сталей и сплавов. В ней, согласно ГОСТу, буквами условно обозначаются названия элементов и способов выплавки стали, а цифрами - содержание элементов. Буквенные обозначения применяются также для указания способа раскисления стали: «КП» - кипящая сталь, «С» – полуспокойная сталь, «П» – спокойная сталь». Существуют определенные особенности обозначения для разных групп сталей - конструкционных, строительных, инструментальных, нержавеющих и др. Общими для всех обозначениями являются буквенные обозначения легирующих элементов: А - азот, Б - ниобий, В - вольфрам, Г - марганец, Д - медь, Е - селен, К - кобальт, Н - никель, М - молибден, П - фосфор, Р - бор, С - кремний, Т - титан, У - углерод, Ф - ванадий, Х - хром, Ц - цирконий, Ч – редкоземельные металлы, Ю - алюминий. Первые цифры в обозначении показывают среднее содержание углерода в сотых долях процента (у высоко углеродистых инструментальных сталях в десятых долях процента). Цифры идущие после буквы указывают на примерное содержание данного легирующего элемента (при содержании менее 1% цифра отсутствует). Например: 12Х17Н10 - сталь содержит порядка 0,10-0,14% углерода, 16-18% хрома, 9-12% никеля; 30ХГС - 0,28-0,35% углерода, до 1% хрома, марганца и кремния. Основные обозначения маркированных сталей: Конструкционные нелегированные стали обыкновенного качества (ГОСТ 380-94) обозначают буквами СТ (например, СТ3). Конструкционные нелегированные качественные стали (ГОСТ 1050-88) обозначают двузначным числом, указывающим на среднее содержание углерода в стали (например, СТ10). Качественные стали для производства котлов и сосудов высокого давления согласно ГОСТ 5520-79 обозначают как конструкционные нелегированные стали, но с добавлением буквы К (например, 20К). Конструкционные легированные стали (по ГОСТ 4543-71) обозначают буквами и цифрами. Цифры после каждой буквы обозначают примерное содержание соответствующего элемента, однако при содержании легирующего элемента менее 1,5% цифра после соответствующей буквы не ставится. Качественные дополнительные показатели пониженного содержания примесей типа серы и фосфата обозначаются буквами А или Ш в конце шифра (например 12 Х НЗА, 18ХГ-Ш). Литейные конструкционные стали, согласно ГОСТ 977-88, обозначаются как качественные и легированные, но в конце наименования ставят букву Л. Стали строительные по ГОСТ 27772-88 обозначают буквой С и цифрами, соответствующими минимальному пределу текучести стали. Дополнительно применяют обозначения: Т – термоупрочненный прокат, К - повышенная коррозионная стойкость (например, С345Т, С390К и т. п.). Аналогично буквой Д обозначают повышенное содержание меди. Стали подшипниковые (ГОСТ 801-78) обозначаются также как и легированные, но с буквой Ш в конце наименования. Следует заметить, что для сталей электрошлакового переплава буква Ш обозначается через тире, (например, ШХ 15, ШХ4-Ш). Стали инструментальные нелегированные, согласно ГОСТ 1435-90, делят на качественные, обозначаемые буквой У и цифрой, указывающей среднее содержание углерода (например, У7, У8, У10), и высококачественные, обозначаемые дополнительной буквой А в конце наименования или дополнительной буквой Г, указывающей на повышенное содержание марганца (например, У8А, У8ГА). Стали инструментальные легированные, согласно ГОСТ 5950-73, обозначаются также как и конструкционные легированные (например, 4Х2В5МФ и т. п.). Стали быстрорежущие в своем обозначении имеют букву Р (с этого начинается обозначение стали), затем следует цифра, указывающая среднее содержание вольфрама, а затем буквы и цифры, определяющие массовое содержание элементов. Не указывают содержание хрома, т. к. оно составляет стабильно около 4% во всех быстрорежущих сталях и углерода, т. к. последнее всегда пропорционально содержанию ванадия. Следует помнить, что если содержание ванадия превышает 2,5%, буква Ф и цифра указываются (например, стали Р6М5 и Р6М5Ф3). Стали нержавеющие стандартные, согласно ГОСТ 5632-72, маркируют буквами и цифрами по принципу, принятому для конструкционных легированных сталей (например, 08Х18Н10Т или 16Х18Н12С4ТЮЛ). Стали нержавеющие и нестандартные опытных партий обозначают буквами-индексами завода производителя и порядковыми номерами. Буквы ЭИ, ЭП, или ЭК присваивают сталям, впервые выплавленным заводом «Электросталь», ЧС - сталям выплавки Челябинского завода «Мечел», ДИ - сталям выплавки завода «Днепроспецсталь», например, ЭИ-435, ЧС- 43 и др. Для обозначения способа выплавки доводки названия ряда сталей дополняют буквами, (например, 13Х18Н10-ВИ), что означает вакуумно-индукционная выплавка. В ряде случаев для сокращения числа знаков в обозначении отступают от точного соблюдения системы ГОСТов. Например, в инструментальных сталях, имеющих углерода более 1%, цифры, обозначающие его содержание полностью опускают. Нестандартные марки обозначают самым различным образом. Так, опытные марки, обозначаются буквой И (исследовательские) и П (пробные) и порядковым номером, например ЭИ179 и т.п.