Сталь а характеристики применение

Обновлено: 28.04.2024

Нержавеющие стали представляют собой высоколегированные сплавы, имеющее высокую стойкость к коррозии в воде, кислотных и солевых растворах, а также в атмосфере. Противокоррозионные характеристики им придает хром. Типичными представителями таких металлов являются стали марок А2 и А4 — о них и пойдет речь в нашей статье.

Состав

Стали А2 и А4 относятся к категории аустенитных сплавов. Они содержат хром и никель. Введение этих добавок существенно повышает устойчивость металлической структуры к окислению и нейтрализует магнитные свойства. В соответствии с ГОСТом на принадлежность металла к аустенитным сплавам указывает начальная буква «А» в расшифровке марки.

Такие сплавы отличаются оптимальным сочетанием технико-эксплуатационных свойств, обрабатываемости, а также коррозионной стойкости. Не случайно эти металлы получили широкое распространение при производстве крепежных элементов. Из них делают долговечные гайки, шпильки, винты, болты, а также шайбы.

У нержавеющего крепежа имеется много преимуществ перед оцинковкой. При взаимодействии содержащего хром и никель металла с агрессивными средами по всей его поверхности формируется равномерная защитная пленка. Она предотвращает окислительные процессы и сохраняет эксплуатационные характеристики сплава неизменными.

У стали А2 и А4 много общего. И тот и другой сплавы содержат следующие легирующие компоненты.

Углерод — является обязательным элементом любой стали. Включение этого элемента увеличивает прочностные и твердостные характеристики материала, повышает его сопротивляемость к износу и ударную вязкость. К тому же улучшает свойство удерживать кромку, но снижает пластичность. В сталях А2 и А4 его доля, соответственно, равна 0,1% и 0,08%.

Хром — 15-26%. Используется во всех без исключения нержавеющих сталях. Повышает устойчивость к коррозии, улучшает сопротивление растяжению, оптимизирует плотность и твердость сплава.

Никель — от 5 до 25%. Обеспечивает повышенную коррозионную стойкость, повышает ударную вязкость, но при этом снижает твердость материала.

Марганец — 2%. Способствует улучшению твёрдости материала, повышает стойкость к износу, улучшает характеристики ударной вязкости и прокаливаемости. При плавлении металла выступает в качестве дегазатора и способствует выведению кислорода.

Кремний — 0,30%. Улучшает прочностные характеристики металла, при плавке используется как раскислители и дегазатор.

Ванадий — 1,1%. Повышает прочность, стойкость к износу, плотность, ударную вязкость и устойчивость к ржавлению.

В железной руде от природы может присутствовать фосфор. Он относится к вредным примесям. Растворяясь в феррите, он повышает прочность материала, но при этом уменьшает ударную вязкость и пластичность, тем самым делает сталь более хрупкой.

Еще один нежелательный компонент — сера. Она оказывает пагубное воздействие на свариваемость, ударную вязкость и пластичность металла.

Впрочем, доля этих примесей в сплавах А2 и А4 ничтожно мала — в пределах 0,03%. Поэтому выраженного воздействия на свойства сталей они не оказывают.

Разница между сплавами А2 и А4 заключается в присутствии молибдена. В составе сплава А4 его доля составляет 2-3%. Введение этого легирующего компонента делает сплав стойким к окислению, тем самым снижает его подверженность коррозийным процессам.

Такой металл способен длительное время сохранять свои свойства под воздействием соленой воды и кислотных растворов. В то же время различие химической структуры приводит к ограниченности сферы применения стали — такой материал может использоваться при температуре не ниже -60 градусов. Рабочий температурный диапазон стали А2 намного шире.

Характеристики

Все аустенитные стальные сплавы, вне зависимости от их марки, делятся на три основные класса прочности. Минимальную прочность проявляют металлы в отожженном виде — в этом случае класс прочности соответствует 50. Эти сплавы не упрочняются путем закалки, поэтому максимальную твердость и прочность они демонстрируют в холодно деформированном состоянии, классы прочности при этом соответствуют 70 и 80.

Основные технические особенности марок А2 и А4.

Повышенная прочность — согласно регламентам класс прочности этих сплавов соответствует 70 и 80.
Твёрдость — на отметке 130-150 по шкале Бринелля и 70-88 по Роквеллу.
Ударная вязкость — на уровне 100 Дж/см2.

Изделия, выполненные из сталей марок А2 и А4, проявляют исключительные параметры прочности на удлинение, изгиб и разрыв. Наличие легирующих примесей и их массовая доля в структуре сплавов придают материалам особые характеристики.

Сталь марки А2 относится к устойчивым к ржавлению, абсолютно нетоксичным, незакаливаемым и немагнитным сплавам. Она подвержена свариванию, при этом становится более хрупкой. Такие изделия способны сохранять все свои прочностные характеристики при температурах в границах от -200 до +425 градусов.

Изделия из сплава А2 повсеместно востребованы в общестроительных работах, а также при установке витражных алюминиевых конструкций и в монтаже вентфасадов. Нашли они своё применение при производстве насосов и ограждений. Приборы из противокоррозионных сплавов повсеместно применяются в пищевой, химической, нефтедобывающей отрасли, а также в судостроении.

А4 более устойчива к действию кислотных и других агрессивных растворов. Эта сталь абсолютно немагнитная. Такелажные изделия и крепежи из металла A4 рекомендованы для применения в водной среде.

Именно поэтому их повсеместно используют в судостроении. Они оптимальны для работы в средах, где присутствуют кислоты, соли и хлор, к примеру, в солёной воде или бассейнах. Температурный режим использования в пределах от -60 до +450 градусов.

Аналоги

Среди низкоуглеродистых сталей выделяют несколько аналогов сплавов А2 и А4 отечественного и импортного производства. Так, к аналогам стали А2 относят российские сплавы с пониженной долей углерода 08Х18Н10 (ГОСТ 5632), а также американские AISI 304 и AISI 304L. Ближайшими аналогами стали А4 являются низкоуглеродистые марки 10Х17Н13М12 (ГОСТ 5632) и сплавы AISI 316 и AISI 316L.

Важно: нужно понимать, что указанные сплавы обладают сходными характеристиками, но не идентичными. Поэтому решение о возможности их взаимозаменяемости следует принимать в каждом конкретном случае отдельно с технологических требований, предъявляемых к качеству готового изделия.

Применение

Основные физико-химические и механические параметры сплавов А2 и А4 определяют тот факт, что нержавеющие металлы в подавляющем большинстве случаев используют при производстве крепежных элементов, которые эксплуатируются в самых сложных условиях. Такие изделия востребованы при производстве высокопрочных и долговечных соединений ответственного типа класса «А». Болты, шайбы и гайки данного класса изготавливаются, к примеру, на токарных станках с модулем ЧПУ. Разница величин сечения резьбы, внешней для болта и внутренней для стальной гайки, после проведения обработки на таком станке, как правило, не превышает отметки в 0,2-0,28 мм. Впрочем, и цена сделанных из нержавейки элементов будет на порядок выше, чем у креплений из стандартного углеродистого сплава.

Среди нержавеющих составов также имеет место широкий ценовой разброс. При этом стоимость таких предложений напрямую зависит от цены самого металлического сплава, а также сложностей, которые могут возникнуть в ходе их обработки. К примеру, для выполнения общестроительных работ достаточно крепежей из среднего либо даже низшего ценового сегмента — именно к ним относят все варианты, сделанные из сталей А2 и А4.

Рассмотрим основные сферы применения такого крепежа.

Создание ограждений — заборы и другие типы заграждений постоянно подвергаются неблагоприятному атмосферному воздействию, влажности, ветровым нагрузкам. Это требует высокого качества крепежей. Именно поэтому оптимальными здесь будут нержавеющие сплавы.
При сборке насосов — насосная техника используется для создания повышенного давления в различных средах. Используемые для этого металлы не должны обладать магнитными характеристиками, которые способны оказать нежелательное воздействие на работу мотора. Кроме того, они должны быть устойчивыми к ржавчине.
Приборостроение — антимагнитные свойства сталей А2 и А4 особенно ценятся при изготовлении физико-механических приборов, поскольку такое поле может существенно понизить точность проводимых измерений.
Химическая, нефте- и газодобывающая промышленности — химикаты, а также нефтепродукты относятся к категории агрессивных сред. Поэтому при отсутствии достаточной стойкости металла они могут оказывать разрушающее влияние на крепление.

Основное преимущество крепежей из сталей марки А2 состоит в том, что они могут эксплуатироваться в широком температурном диапазоне, при этом их качества остаются неизменными.

Сталь марки A4 является усовершенствованной модификацией А2. Её антимагнитные и противокоррозионные свойства на порядок выше, поэтому такой сплав зачастую используют при производстве крепежей, используемых в судостроении. Повышенная стойкость к солёной воде обуславливает продолжительный эксплуатационный ресурс изделия. Благодаря способности выносить тепловые воздействия в пределах до +450 градусов продукция из стали марки А4 получила широкое распространение при производстве проката круглого, а также квадратного сечения. Такие материалы впоследствии используются при изготовлении дизельных электропоездов, вагонов метрополитена и движущих осей локомотива.

Стали углеродистые. Марки, свойства и их применение

Сталь является наиболее распространенным материалом в машиностроении. Создание новых более совершенных машин стимулирует создание марок сталей со свойствами, отвечающими современным требованиям в машиностроении. При этом ранее созданные марки сталей, с учетом новых технологий их производства, продолжают быть востребованы конструкторами при создании новых и совершенствовании действующих машин. Принято выделять следующие группы сталей:

углеродистые стали, которые в общем объеме составляют примерно 80%,
легированные стали конструкционные и инструментальные,
стали с особыми свойствами специального назначения и др.

1. Стали углеродистые обыкновенного качества

Относятся к числу наиболее дешевых и широко применяемых. Из них получают до 70% всего проката — горячекатаного, сортового и фасонного толсто- и тонколистового, широкополосного и холоднокатаного тонколистового. Из этих сталей изготовляют трубы, поковки, штамповки, ленту, проволоку, металлические изделия (метизы): гвозди, канаты, сетки, болты, гайки, заклепки, а также мало- и средненагруженные детали; штифты, шайбы, шпонки, крышки, кожухи, а из стали номеров 4-6 — валы, винты, зубчатые колеса и шпиндели. Стали обыкновенного качества хорошо свариваются.

В зависимости от назначения углеродистые стали обыкновенного качества подразделяют (ГОСТ 380- 94) на три группы:

А — поставляемые по механическим свойствам,
Б — поставляемые по химическому составу,
В — поставляемые по механическим свойствам и химическому составу.

В зависимости от нормируемых показателей (прочностная характеристика, химический состав) сталь каждой группы подразделяют на категории:

группа А — 1, 2 и 3-я;
группа Б — 1, 2,-я;
группа В — 1, 2, 3, 4, 5, 6-я.

Буквы Ст означают «сталь», цифры от 0 до 6 — условный номер марки, характеризующий механические свойства стали. С увеличением номера марки повышаются предел прочности σ_в и предел текучести σ_т и уменьшается относительное удлинение δ. Для обозначения степени раскисления после номера марки ставятся индексы: кп — кипящая, пс — полуспокойная, сп — спокойная (например: СтЗкп, СтЗпс, СтЗсп; табл. 1 и 2).

Механические свойства углеродистой стали обыкновенного качества группы А и примерное назначение углеродистой стали обыкновенного качества приведены в табл. 1.

Таблица 1. Стали углеродистые, их механические свойства и назначение

заклепки, шайбы, шплинты, прокладки, кожухи.

от которых требуется высокая твердость поверхности и

невысокая прочность сердцевины, крюки кранов,

Для возможности распознания марок стали при складировании, прокат маркируют несмываемой краской. Для этого, независимо от группы и степени раскисления стали, используют краску цветов, указанных в табл. 2.

Таблица 2. Цвет маркировки стали углеродистой обыкновенного качества

2. Стали углеродистые качественные конструкционные

Являются основным металлом для изготовления деталей машин (валов, шпинделей, осей, зубчатых колес, шпонок, муфт, фланцев, фрикционных дисков, винтов, гайек, упоров, тяг, цилиндров гидроприводов, эксцентриков, звездочек цепных передач и др.), которые при взаимодействии в работающей машине воспринимают и передают различные по величине нагрузки. Эти металлы хорошо обрабатываются давлением и резанием, льются и свариваются, подвергаются термической, термомеханической и химико-термической обработке.

Различные специальные виды обработки обеспечивают вязкость, упругость и твердость сталей, позволяют делать из них детали, вязкие в сердцевине и твердые снаружи, что резко увеличивает их износостойкость и надежность. Из углеродистых качественных конструкционных сталей производят прокат, поковки, калиброванную сталь, сталь серебрянку, сортовую сталь, штамповки и слитки.

Таблица 3. Основные свойства стали углеродистой качественной конструкционной

Качественные конструкционные стали обладают более высокими механическими свойствами (ГОСТ 1050-88), чем стали обыкновенного качества, за счет меньшего содержания в них фосфора, серы и неметаллических включений. По видам обработки их делят на горячекатаную, кованую, калиброванную и серебрянку (со специальной отделкой поверхности).

Обозначение марки стали составляют из слова «Сталь» и двузначной цифры, которая указывает на среднее содержание углерода в сотых долях процента. Например, Сталь 25 содержит 0,25% углерода (допустимое количество углерода — 0,220,30 %), Сталь 60-0,60 % (допустимое количество -0,57-0,65%). Степень раскисления в марках спокойных сталей не отражается, а в марках полуспокойных и кипящих сталей, как и сталей обыкновенного качества, обозначается буквами «пс» и «кп» соответственно. В качественных конструкционных сталях всех марок допускается содержание серы не более 0,040% и фосфора — не более 0,035%.

Основные свойства углеродистой качественной конструкционной стали приведены в табл. 3, основное назначение — в табл. 4. Цвета маркировки приведены в табл. 5.

Таблица 4. Стали углеродистые качественные конструкционные, их основное назначение

Таблица 5. Цвета маркировки стали углеродистой качественной

3. Стали углеродистые инструментальные

Из инструментальных углеродистых сталей получают горячекатаную, кованую и калиброванную сталь, сталь серебрянку, сталь для сердечников, а также слитки, листы, ленту, проволоку и другую продукцию. Из этих сталей изготовляют режущий инструмент для обработки металлов, дерева и пластмасс, измерительный инструмент, штампы для холодного деформирования.

Теплостойкость инструментальных углеродистых сталей не превышает 200°С, при нагревании выше этой температуры они теряют свою твердость, а следовательно режущие свойства и износостойкость.

Инструментальные углеродистые стали условно можно разделить на две группы (ГОСТ 1435-99):

качественные стали У7, У8, У8Г, У9, У10, У11, У12 и У13;
высококачественные марок У7А, У8А, У8ГА, У9А, У10А, У НА, У12А и У13А.

В качественных инструментальных углеродистых сталях допускается содержание 0,03% серы и 0,035% фосфора, в высококачественных — 0,02% серы и 0,03% фосфора. Стали, полученные методом электрошлакового переплава, содержат до 0,015% серы. В зависимости от содержания хрома, никеля и меди инструментальные углеродистые стали подразделяются на пять групп:

1-я — качественные стали всех марок, предназначенные для изготовления продукции всех видов (кроме патенти- рованной проволоки и ленты);
2-я — высококачественные стали всех марок, предназначенные для тех же целей, что и стали первой группы;
3-я — стали марок У10А и У12А для изготовления сердечников;
4-я — стали всех марок для производства патентированной проволоки и ленты;
5-я — стали марок У7÷У13 для изготовления горяче- и холоднокатаных листов и лент, в том числе термически обработанных толщиной до 2,5 мм (кроме патентированной ленты), а также стали этих марок для производства горячекатаной и кованой сортовой стали и холоднотянутой шлифованной стали (серебрянки).

Инструментальная сталь должна обладать высокой твердостью (63÷64 HRC₃), значительно превышающей твердость обрабатываемого материала, износостойкостью и теплостойкостью (способностью сохранять свойства при высоких температурах).

Измерительный инструмент, изготовленный из такой стали, должен быть прочным (а_в = 590÷640 МПа), длительное время сохранять заданные размеры и форму. Рабочие детали штампов и накатных роликов для холодного деформирования (вытяжки, гибки, высадки, пробивки отверстий, накатки, раскатки), сделанные из этой стали, должны иметь высокую твердость, обладать износостойкостью при достаточной вязкости. Все это достигается путем закалки с отпуском, а для измерительного инструмента и за счет искусственного старения. В табл. 6 приведены свойства углеродистой инструментальной стали, в табл. 7 — примерное назначение инструментальной углеродистой стали.

Таблица 6. Свойства стали углеродистой инструментальной (ГОСТ 1435 — 74)

Таблица 7. Примерное назначение стали углеродистой инструментальной

Как правило, изготовлению инструмента предшествует отжиг на зернистый цементит, который способствует лучшей обрабатываемости резанием и уменьшает коробление деталей при закалке.

Сталь: состав, свойства, применение

Сталь – это сплав железа с углеродом с добавлением различных примесей, оказывающих влияние на основные характеристики продукта. При заказе материала нужно учитывать, какими свойствами должна обладать сталь, так как механические и химические свойства стали напрямую влияют на то, где ее можно использовать.

Сталь – это один из основных промышленных материалов, используемых в разных отраслях, от машиностроения до медицины. Сырье представляет собой сплав, в котором соединяется железо с углеродом. Также добавляются и другие примеси, оказывающие значительное влияние на основные характеристики конечного продукта.

Состав стали

Основа состава – железо и углерод. В сплаве обычно содержится не более 2,14%.

Основной критерий классификации – химический состав. Вся представленная на рынке продукция разделена на два основных вида сырья:

Углеродистая сталь. В ее составе кроме железа и углерода также есть фосфор, сера, марганец и кремний. В зависимости от процентного содержания углерода сырье разделено на высоко-, средне- и низколегированные марки. Этот материал можно применять, даже если перед вами стоит задача создать инструмент, использующийся под постоянным напряжением и высокими нагрузками.
Легированная сталь. К основным компонентам добавлены дополнительные легирующие элементы. Среди них – множество типов веществ, от кремния, бора и азота до хрома, циркония, ниобия, вольфрама и титана. Это влияет не только на стоимость, но и на качество продукции, область использования и характеристики. В продаже вы найдете множество типов продукции – жаропрочные, цементуемые, улучшаемые стали. В зависимости от структуры сырье может быть доэвтектоидного, ледебуритного, эвтектоидного и заэвтектоидного типа.

Свойства и применение стали можно определить по ее марке.

В состав стали могут добавляться различные примеси. В зависимости от того, в каком количестве они представлены в рецептуре, выделяются два основных типа продукции:

Обыкновенного качества. В составе такого сплава углерода не более 0,6%. Основные стандарты, используемые в изготовлении –ГОСТ 14637 и ГОСТ 380-94. Многие виды продукции в маркировке указываются как «Ст», что означает стандартное качество. На рынке этот тип сырья –один из наиболее доступных по стоимости.
Качественный. К этой категории относятся легированная и углеродистая разновидности. Уже в маркировке указывается особенность состава, количество углерода в сотых долях. Основной стандарт, которого придерживаются изготовители, – ГОСТ 1577. Стоит такая сталь дороже, чем продукт обыкновенного качества. При этом материал намного более пластичен, хорошо сваривается и отлично защищен от механического воздействия.

Основные свойства стали

При заказе материала нужно учитывать, какими свойствами должна обладать сталь, чтобы подойти под конкретную область применения. Если не понимать такой особенности, есть риск покупки сырья, не соответствующего прочности, уровню защиты от коррозии, качеству свариваемости и другим характеристикам.

Рассмотрим основные характеристики материала.

Механические

Показывают, какие варианты обработки можно выбирать и где использовать. Есть несколько основных параметров:

Прочность. Показывает, какую нагрузку можно прикладывать к детали, пока не появятся первые признаки разрушения. Для каждой марки материала указывается этот параметр, а также предел текучести.
Предел прочности. Указывает на защищенность материала от механического напряжения.
Предел текучести. Дает представление о растягиваемости материала. Это помогает понимать, насколько сильно можно растянуть материал до момента, пока процесс будет продолжаться, даже когда нагрузка перестанет прикладываться.
Пластичность. Чтобы материал можно было использовать в изготовлении различных типов деталей и заготовок. Такая характеристика помогает сырью менять форму, прописывается, чтобы определить параметры относительного угла изгиба и удлинения.
Ударная вязкость. Напрямую связана с пределами динамических нагрузок. Характеристика указывает, насколько сильный удар сможет выдержать готовое изделие или заготовка, прежде чем начнет окончательно разрушаться.
Твердость. Показывает предельную нагрузку по площади до момента возникновения вдавливания. Может определяться разными методами, как Бринелля, так и Виккерса.

Физические

Параметры дают понять, возможно ли применение стали в строительстве или различных областях промышленности. Есть три значимых центральных показателя:

Плотность. В характеристике зашифровано, какая масса стали содержится в указанном объеме. Чем выше прочность, тем больше защищенность от деформации, сильного давления и других потенциальных угроз.
Теплопроводность. Параметр дает представление, насколько быстро тепло передается по заготовке. Параметр очень важен для промышленности, к примеру, при изготовлении радиаторов или труб для теплотрасс.
Электропроводность. Позволяет оценить безопасность применения материала в местах, где есть риск удара током. Также сплав можно выбрать и для установки в сферах, где имеют значение его проводниковые характеристики.

Химические

Весь набор параметров дает представление о том, как поведет себя материал в разных температурах или средах с разной степенью агрессивности. Есть четыре основных параметра:

Окисляемость. Процесс окисления вызывается контактом металла с кислородом, может стимулироваться увеличением температуры. На уровень окисляемости влияет содержание углерода и среда, в которой используются изделия. Чем больше подверженность окислению, тем быстрее на поверхности появится ржавчина.
Защищенность от коррозии. Указывается для разных сред. Может меняться при использовании на открытом воздухе, а также при контакте с водой или почвой.
Жаростойкость. Помогает понять, при каком нагреве на металле начинает постепенно развиваться коррозия. Характеристика напрямую связана с окисляемостью.
Жаропрочность. От жаростойкости отличается тем, что затрагивает не коррозийную стойкость и защиту от окалины, а саму прочность. Знание параметров поможет вам понять, до какой температуры нагреется заготовка, прежде чем ее можно будет сломать или деформировать.

Технологические

Показывают возможность обработки с применением различных технологий. Центральные параметры:

Ковкость. Чем она выше, тем быстрее можно будет придать форму постоянным внешним механическим воздействием.
Жидкотекучесть. Если этот параметр находится на высоком уровне, расплавленный материал сможет лучше заполнять пустоты.
Свариваемость. Помогает соединять различные заготовки между собой. Отличается как в зависимости от типа использованной сварки, так и самого сплава.
Обрабатываемость резанием. Сталь можно обрабатывать разными видами режущих инструментов для создания металлопроката и деталей с разными параметрами и областью применения.

Применение стали

Механические и химические свойства стали напрямую влияют на то, где ее можно использовать. Проще всего определиться со сферой по марке, указанной на сырье. Так продукцию с хорошей жаропрочностью можно использовать в средах, где есть риск воздействия постоянных высоких температур. То же относится к маркам, отличающимся хорошей свариваемостью и коррозийной стойкостью.

По сферам производства можно выделить несколько основных категорий:

Строительные. Применяются при создании металлоконструкций различного масштаба, арматуры, обшивки стен. Необходимые характеристики отличаются в зависимости от области применения. Так для одних видов сплава важна стойкость к коррозии во влажных средах, для других – защита от окисления при контакте с почвой. Но все используемые типы сырья должны хорошо свариваться, иметь повышенную прочность при постоянном или периодическом сильном механическом давлении. В сочетании с важной для строителей доступностью стоимости такими параметрами обладают низколегированные сплавы и варианты обычного качества.
Инструментальные. Применяются для изготовления инструментов различного назначения. Все сплавы разделены на три категории. Первая используется для создания штампованных деталей. Вторая – при производстве режущего инструмента, третья – измерительного с высокой точностью. Лучшим решением станет заказ высоколегированных и высокоуглеродистых материалов. Они не только хорошо защищены от износа, но и отличаются твердостью, хорошей теплопроводностью.
Конструкционные. Разнообразны по сфере использования: применяются для металлоконструкций, а также для деталей, крупных механических узлов. Лучшее решение – применение сплава с малой долей марганца. Легирование позволяет расширить список полезных характеристик. Эксперты рекомендуют обратить внимание на высокопрочные, автоматные, износостойкие и другие марки.

Также всегда можно заказать материалы со специальными характеристиками для конкретной зоны применения. Это могут быть как сплавы с повышенной жаропрочностью, так и защищенные от окисления при контакте с кислородом, хорошо плавящиеся, электропроводные и многие другие.

Виды и марки стали

Сталь представляет собой сплав, основными элементами которого являются железо и углерод.Его массовая доля теоретически не превышает 2,14% (на практике – не более 1,5%). В состав также входят постоянные и случайные примеси, оказывающие различное влияние на качество материала (сера, фосфор, марганец, кремний), могут добавляться другие элементы.

Сталь производят переработкой передельного чугуна и лома. Во время этого процесса снижается содержание углерода и ненужных примесей, вводятся необходимые дополнительные компоненты, обеспечивающие требуемые свойства материала.

Виды сталей и их классификация

Черная металлургия производит множество видов стали с различными характеристиками, материалы классифицируют по способу производства,химическому составу, назначению, качеству, степени раскисления, структуре.

По способу производства

Свойства стального сплава во многом зависят от технологии изготовления. Традиционный способ переплавки передельного чугуна и лома – ведение процесса в мартеновских печах, основными недостатками которых были длительность плавки и значительные выбросы в атмосферу вредных веществ. Постепенно мартены заменялись кислородными конвертерами и электропечами. Высококачественные легированные стальные сплавы получают только по технологии электрошлаковой переплавки.

По химическому составу

По химсоставу стали разделяют на углеродистые, применяемые в стандартных эксплуатационных условиях, и легированные, используемые при высоких температурах и/или в агрессивных средах. Углеродистые и легированныестали классифицируют по содержанию углерода на следующие типы:

низкоуглеродистые – содержат менее 0,3%C;
среднеуглеродистые – содержание C в интервале 0,3-0,7%;
высокоуглеродистые – доля углерода превышает 0,7%.

Процентное содержание существенно влияет на технические характеристики как легированных, так и нелегированных стальных сплавов. Чем оно больше, тем выше твердость и хрупкость материала, тем хуже обрабатываемость резанием, свариваемость, способность к деформированию. Для холодной штамповки изделий сложной формы выбирают сплавы, в которых содержание Cне превышает 1%. Низкоуглеродистые стали свариваются без ограничений, то есть не требуют предварительного подогрева и особых условий охлаждения. При сварке средне- и высокоуглеродистых сплавов во избежание трещинообразования применяют дополнительные технологические операции.

Углеродистые стали содержат железо, углерод, постоянные и случайные примеси; легированные, помимо этих компонентов, – добавки, обеспечивающие требуемые технические характеристики. Распространенные легирующие элементы и их действие:

Хром (Cr). Дешевый и распространенный элемент, введение которого в состав стальных сплавов повышает их прочность, твердость и прокаливаемость. При содержании в количестве 13% и более повышают коррозионную стойкость материала.
Никель (Ni). Дефицитнаядобавка, вводимая обычно в количестве не более 5%. Часто используется в коррозионностойких сталях совместно с хромом. Служит для снижения порога хладноломкости, обеспечения прочности и ударной вязкости. Обеспечивает малый линейный и объемный коэффициент термического расширения. В настоящее время уделяется внимание разработке безникелевых коррозионностойких марок.
Молибден (Mo) и вольфрам (W). Дорогостоящие лигатуры, применяемые при производстве быстрорежущих сталей для повышения их теплостойкости. Эти элементы увеличивают красностойкость, износостойкость, ударную вязкость.
Марганец (Mn). В количестве до 0,6% является постоянной примесью. При искусственном повышении процентного содержания марганец выполняет функции более дешевой альтернативы никеля. Он повышает ударную вязкость, износостойкость и твердость при сохранении хорошей пластичности. Mn связывает серу и, тем самым, нейтрализует ее негативное воздействие на качество материала. Минус марганца – повышение чувствительности сплава к перегреву.
Кремний (Si). Как и марганец, является постоянной примесьюв количестве до 0,4 %. Искусственное повышение его содержания позволяет повысить упругость и прочность материала. Высокий процент Si сообщает сплаву особые свойства, необходимые в электротехнической индустрии, при производстве рессорно-пружинных, кислото- и окалиностойких марок.
Титан (Ti). Обеспечивает комплекс ценных эксплуатационных характеристик – прочности, твердости и пластичности, повышает теплостойкость материала.

Классификация легированных марок стали по количеству легирующих добавок:

низколегированные – до 5%;
легированные – 5-10%;
высоколегированные – выше 10%.

По назначению

По областям применения все марки стали условно разделяют на следующие виды:

Конструкционные. Наиболее обширная категория, используемая в строительстве при создании сварных металлоконструкций, в машиностроении, для сооружения сетей инженерных коммуникаций. К ней относятся – стали обыкновенного качества, качественные углеродистые, низко- и среднелегированные марки. Конструкционные стальные сплавыподвергаются различным видам термической (ТО) и химико-термической обработки (ХТО).
Инструментальные. Используются при производстве режущего, измерительного, штамповочного инструмента. К ним предъявляются высокие требования по прокаливаемости, способности сохранять прочность и износостойкость при нагреве.
Специального назначения. Это конструкционные легированные сплавы с особыми свойствами –кислотостойкие, жаростойкие, жаропрочные, с высоким электросопротивлением.

Таблица условных обозначений химических элементов в маркировке

Наименование элемент	Условное обозначение	Наименование элемента	Условноеобозначение
Хром	Х	Азот	А
Кремний	С	Никель	Н
Титан	Т	Кобальт	К
Медь	Д	Молибден	Мо
Вольфрам	В	Алюминий	Ю
Ванадий	Ф	Марганец	Г

По качеству

Качество – это совокупность характеристик, которые определяются особенностями производства, составом сырья, дополнительными технологическими приемами. Категории качества:

Обыкновенного качества. К этой группе относятся только нелегированные марки. Количество серы не превышает 0,06%, фосфора – 0,07%.
Качественные. Бывают нелегированными и легированными. S – не более 0,04%, P – до 0,04%.
Высококачественные – нелегированные и легированные. Количество серы до 0,02%, фосфора – 0,03%.
Особовысококачественные. Это легированные марки, полученные способами электрошлакового или электродугового переплава, содержат минимально возможное количество вредных примесей: серы – не более 0,15%, фосфора – до 0,025%.

По степени раскисления

Раскисление – это операция, при которой из сплава удаляется кислород, вызывающий его хрупкое разрушение при высокотемпературных деформациях. Элементы, используемые для раскисления: алюминий, марганец, кремний.Классификация марок стали по степени раскисления, влияющей на технологические свойства материала:

Кипящие. По мере твердения выделяются газы, создающие имитацию кипения состава. Для раскисления в этом случае используется марганец. Обычно к этой категории относятся малоуглеродистые марки. Их выгружают из печи практически сразу после внесения раскислителей. В отдельных случаях расплав раскисляют в ковше. Из кипящих сплавов производят прокат крупного сечения, который затем переплавляют на материал более высокого качества или подвергают горячей деформации для получения проката меньших размеров сечения.
Полуспокойные. Бывают только углеродистыми. Отличаются хорошей ковкостью. Для раскисления используются марганец и алюминий.
Спокойные. Качественные легированные марки производят только спокойными. Для раскисления применяют марганец, кремний, алюминий. Кислород в этих сплавах практически весь связывается раскислителями, образовавшимися в результате окислительных реакций,поднимается наверх и удаляется вместе со шлаком. Расплав охлаждается и не сопровождается выделением газов.

По структуре

Структурная форма стали зависит от химического состава, способа производства, дополнительных технологических операций. Различают структуру материала в отожженном и нормализованном состояниях. В отожженном состоянии возможно 6 типов структуры:

Доэвтектоидная. В структуре имеются феррит и перлит, который является смесью двух фаз – феррита и цементита (или карбидов). К ферритному классу относятся все углеродистые и низколегированные стальные сплавы.
Эвтектоидная. Перлитная структура обеспечивает хорошую обрабатываемость стального сплава. Ее дисперсные виды – троостит и сорбит.
Заэвтектоидная. Перлит и цементит, который является представителем фаз внедрения.
Ледебуритная. Первичный ледебурит (эвтектическая смесь перлита и цементита).
Аустенитная. Это твердые растворы, пересыщенные углеродом. Сплавы этого класса образуются при высоких концентрациях хрома, никеля и марганца. Они отличаются высоким уровнем ударной вязкости.
Ферритная. Представляет собой твердые растворы, слабо насыщенные углеродом.

Углеродистые стали могут иметь структуру одного из трех первых классов, легированные – всех шести. После нормализации возможны 4 структурных состояния: ферритное, перлитное, аустенитное и мартенситное. Мартенситная структура, присущая средне- и высоколегированным сталям, характеризуется высокими прочностными характеристиками и мелкозернистостью.

Принципы классификации и маркировки стали по российской системе

В России используются буквенно-цифровые маркировки, конкретный тип которых зависит от качества сплава.

Как расшифровать марку стали в европейской и американской системах

Для коррозионностойких сталей в Европе и Америке часто используют систему маркировки AISI. Она предусматривает наличие трех цифр, одной или нескольких букв. Первая цифра в маркировке металла обозначает класс стали. Следующие две цифры соответствуют порядковому номеру сплава в группе. Значение букв, используемых в маркировке стальных сплавов:

содержание углерода менее 0,03%;
содержание Св пределах 0,03-0,08%;
сплав содержит азот;
малоуглеродистые стали, содержащие азот;
высокая концентрация серы и фосфора;
содержится селен, B – кремний, Cu – медь.

Таблица обозначений легированных сталей в разных системах маркировки

Все о стали А12

При изготовлении различных металлических изделий может использоваться конструкционная сталь марки А12. Она относится к металлам повышенной обрабатываемости. Сегодня речь пойдет об основных особенностях данного материала, его химическом составе и физических свойствах.

Описание и состав

Сталь А12 имеет следующую расшифровку: буква «А» означает, что она относится к автоматным металлам, а цифра «12» говорит о том, что в среднем материал содержит 1,2% углерода. Данная углеродистая сернистая сталь обладает высокой флокеночувствительностью. Она практически не склонна к отпускной хрупкости. Металл этой марки содержит в своем составе следующие компоненты:

углерод;
медь;
железо;
кремний;
марганец;
сера;
фосфор.

Сталь А12 является конструкционной. Она была специально разработана для массового производства различных металлических деталей на оборудовании. Такой материал производится на основе железа и углерода. При этом содержание серы и фосфора в конструкционных металлах минимальное. Сера делает заготовки более хрупкими, фосфор может значительно снижать их прочность, поэтому в процессе обработки на них образуется большое количество мелких трещин и прочих дефектов. Такие компоненты считаются вредными примесями.

Но при этом сталь марки А12 относится к особой категории конструкционных автоматных материалов. Они отличаются тем, что содержание примесей в них может быть выше установленных пределов, потому что часто при изготовлении сложных небольших деталей на автоматических станках не требуется высокая прочность материала, но при этом необходима пластичность, благодаря чему он легко и быстро обрабатывается.

Кроме того, в автоматных сталях допустимы и различные дополнительные элементы, в том числе селен, свинец, никель.

Характеристика и свойства

Все основные качества и свойства стали марки А12 можно найти в различных стандартах: ГОСТ 1414-75, ГОСТ 2879-2006, 2591-2006. Твердость горячекатаного металла составляет 160 НВ. Предел текучести при температуре в 20 градусов достигает 290 МПа. Плотность металла составляет 7,84 г/см3.

Данный металл отличается наиболее высокой скоростью обработки. Он отлично поддается резке. Кроме того, сталь такого типа проста в выплавке, она имеет относительно хорошую прочность. Детали, сделанные из нее, отличаются максимально большим сроком годности. Готовые стальные элементы могут быть различной конфигурации и формы.

Существует большое количество аналогов стали А12.

CF10S20. Этот итальянский заменитель также является конструкционным. Он считается достаточно прочным и твердым. Сталь данной марки имеет плотность в 7,83 г/см3.
10SPb20. Твердость стали может варьироваться от 107 до 156 НВ. Ее плотность составляет 7,84 г/см3.
А10. Такая конструкционная углеродистая сталь характеризуется повышенными пластическими качествами. Чаще всего ее используют для изготовления деталей холодной штамповки. В процессе производства материал подвергается нормализации.
Y12. Сталь этой марки относится к материалам пониженной прокаливаемости. Закалка заготовок производится в воде. Металл является углеродистым инструментальным. Изделия, сделанные из Y12, отличаются особой износостойкостью и долговечностью.
AUT12. Сталь этой марки является конструкционной. Она имеет относительно высокую прочность. Металл хорошо поддается различных обработкам.
210M15. Материал английского производства также является конструкционным. Он характеризуется повышенными твердостью и прочностью.

Сталь марки А12 может использоваться при производстве самых разных изделий. Чаще всего ее приобретают для изготовления разнообразных втулок, валов, осей, зубчатых колес, винтов, болтов. Такой металл можно применять и для создания других элементов небольших размеров на станках-автоматах.

Такая сталь может применяться для изготовления различных мелких элементов для текстильного, швейного оборудования. Ее используют и для производства нагруженных элементов для автомобильной, тракторной промышленности.

Обработка и сварка

Сталь А12 подвергается особой обработке. Предварительно проводят специальный диффузионный отжиг. Для этого металлические заготовки нагревают до параметров, которые превышают показатель температуры для кристаллизации на 150-200 градусов. Все это выполняется в печном оборудовании. В таком состоянии материал выдерживают определенное время. После этого наступает стадия охлаждения.

Такая закалка позволяет получить в результате равновесную структуру, улучшить свойства металла. Кроме этого, автоматная сталь подобного типа может подвергаться цементации. В процессе такой процедуры происходит сильный нагрев заготовок, который вызывает перестройку атомной решетки. Также на этом этапе могут добавляться различные вещества для изменения свойств.

В процессе цементации сталь может обрабатываться в твердой, жидкой и газообразной среде. При плавном и равномерном нагреве поверхности будет происходить насыщение металла углеродом, в результате чего значительно повышается его прочность и износоустойчивость. Как правило, на такую процедуру отправляют те детали, которые в дальнейшем при эксплуатации будут подвергаться значительным нагрузкам (крепежные элементы). Цементация может производиться с различными температурными режимами. Это будет зависеть и от габаритов обрабатываемых заготовок.

Эта сталь также может подвергаться и цианированию. Данная процедура предполагает насыщение поверхности азотом и углеродом при температуре от 530 до 950 градусов. Обработка позволит значительно повысить твердость и прочность металла. Также она увеличит износостойкость и предел выносливости. Для конструкционной стали А12 может применяться и закалка с высоким отпуском. Свариваемость металла во многом определяется его химическим составом, так как одни химические элементы способны уменьшить ее, а другие – увеличить. Сварка стали без ограничений выполняется без предварительного прогрева и термообработки. Ограниченно свариваемые заготовки прогреваются, после чего проводится термическая обработка.

При работе с трудносвариваемыми заготовками прогрев делают при температуре в 250-300 градусов, после чего производят термообработку. Чаще всего это простой отжиг.

Читайте также: