Сталь – что это за сплав?

Сталь активно применяется для приготовления материалов, оборудования, инструментов в различных сферах. Качество металла влияет на цену изделия. Способы создания стали различны. Зная особенности этого металлического сплава, можно быстро выбирать нужные стальные элементы и использовать их по назначению.

Сталь. Определение

Сталь - металл, представляющий собой сплав железа и углерода, с добавлением других компонентов. Сталь имеет серебристый оттенок, отличается ковкостью и устойчивостью к коррозии. Поэтому ее активно применяют во многих сферах промышленности.

Слово происходит от немецкого языка - Stahl. Говоря о стали, подразумевают сплав, основанный на железе и углероде. Доля последнего составляет до 2,14%, за исключением особых типов сплавов с повышенной концентрацией углерода (до 3,14%). Благодаря ему металл становится прочным, ковким, долговечным - улучшается его качество, что расширяет сферы назначения. Однако уровень его пластичности и вязкости снижается. При температуре от 27 до 100С температурный коэффициент линейного расширения стали в среднем соответствует 10-18 град. Сталь в нагретом состоянии (в зависимости от типа) при 900-1000С может иметь ТКЛР до 24,610-6 град.

Длительное использование стали полезно с экологической точки зрения. Стальные элементы могут повторно перерабатываться, а не ухудшать отходами экологическую ситуацию в регионе.

История стали берет свое начало еще в 3800 в. до н.э. Однако древняя сталь по своим характеристикам и качеству значительно уступала той, к которой человечество привыкло в настоящем времени. Говоря об историческом начале производстве современной стали, обычно упоминают бессемеровский процесс, за ним - томасовский процесс, а также мартеновскую печь.

Все указанные способы получения стали относятся к различным временным промежуткам 19 века. Наиболее известным прародителем стали считается Пьер Мартен. Некоторые изделия, изготовленные в первых печах, созданных французским инженером в 1864 году, до сих пор в обращении, хоть и уступают по качеству нынешним.

До Мартена в 1856 году сталь изготавливал немец Бессемер. Ему принадлежит разработка путем применения кислого конвертерного процесса создания металлических изделий.

В 1878 году Томас предложил новую технологию производства стали, которая получила название томасовского процесса. Она была аналогом бессемеровского, но позволяла обрабатывать богатый фосфором (2%) чугун.

Производство стали

Практически все индустриальные и промышленные страны занимаются производством стали. Но лидером мирового рынка является КНР. Китай производит примерно половину всего рынка стальных изделий. Страна преимущественно ориентируется на получении бюджетных стальных материалов. Лучший металлопрокатный завод в РФ замыкает 15 влиятельных компаний в мире. Есть три основных способа ее получения:

1. Термический метод:

• отжиг нагрев и медленное охлаждение разных видов и с разной скоростью;
• закалка нагрев выше критической температуры, что вызывает перекристаллизацию сплава, и быстрее охлаждение. Прока́ливаемость стали способность приобретать при закалке мартенситную структуру в слое;
• отпуск процедура, осуществляет вслед за закалкой с целью уменьшить напряжение сплава;
• нормализация тот же отжиг, но проводимый не в печи, а на воздухе.

2. Термомеханический способ:

• высокотемпературная ТМО закалка наклеп, упрочнение, производится сразу же после нагрева, пока сплав сохраняет аустенитную структуру. Изменение вследствие пластической деформации при прокатке или штамповке сохраняется на 70% и после охлаждения и сталь оказывается более прочной;
• при низкотемпературной ТМО холоднокатаная сталь. Сплав нагревают для аустенитного состояния, охлаждают ниже точек рекристаллизации, чтобы добиться появления мартенситной фазы предел 400 600 С. Затем производится закалка наклеп, прокатка. При охлаждении эффект полностью сохраняется.

3. Термохимический способ. Термохимическая обработка представляется собой нагрев сплавов и выдержку их в определенных химических средах:

• цементация насыщение поверхности сплава углеродом. Таким образом получают износостойкий верхний слой;
• азотирование насыщение стали азотом. Цель такая же получение верхнего износостойкого слоя, но по сравнению с цементацией, азотирование обеспечивает более высокую стойкость к коррозии;
• нитроцементация и цианирование насыщение поверхностного слоя и углеродом и азотом. Обеспечивает более высокую скорость и производительность процесса.

Данный этап определяет строение стали, состав и свойства. Процесс производства делится на 2 основных варианта:

1. конвертерный процесс. Расплавленный передельный чугун в конвертере рафинируют от содержания примесей, продувая его кислородом.
2. Подовый процесс. Для его осуществления используются мартеновские или электрические печи.

Характеристики стали и содержание регламентируется в ГОСТ.

Виды стали

Сталь представляет собой сплав железа с углеродом, при этом содержание последнего в ней составляет не более 2,14%. Углерод придает сплаву твердость, но при его избытке металл становится слишком хрупким.

Виды стали в зависимости от металлургических баз

В РФ существует 3 крупные металлургические базы, благодаря которым осуществляется доставка, обработка и транспортировка готовых изделий сталепроката. К таким базам относятся:

• Уральская металлургическая база;
• Центральная металлургическая база;
• Сибирская металлургическая база.

Здесь сконцентрированы основные металлургические процессы страны на государственном уровне. Классификация по этому признаку говорит о качестве изделий.

Виды стали по месту добычи

РФ богата залежами железной руды, которая является основным сырьем, используемым при производстве стали. Но запасы ее распределены неравномерно. В Центральной части ключевой объем запасов сосредоточен в Курской аномалии, вблизи месторождений Железногорска, Курска.

Большие запасы руды также есть на Урале и в Восточной Сибири. Ключевыми объектами добычи являются бассейны Кузбасса и Печорского.

Виды стали, собранные в различных месторождениях, будут отличаться друг от друга по количеству дополнительных элементов, входящих в их состав. При производстве металлопроката некоторые особенности удается устранить за счет легирования железа или его очистки.

Сталь также отличается по внешнему виду, размерам готовых стальных изделий, свойствам (прочность, вязкость, пластичность), что во многом обусловлено способом обработки сырья и легирующими элементами. Классификация по этому признаку условная, так как химический набор добавок можно корректировать под сферу назначения.

Маркировка

Маркировка стали по содержанию в составе химических элементов

С применением особых элементов усиливаются и свойства стали. Для обозначения особых характеристик металла используются преимущественно международные маркировки, которые представлены ниже.

Маркировка сталей, устойчивых к появлению ржавчины

Маркировка стали по принципу содержания примесей для жаропрочности

Маркировка стали быстрорежущей

Маркировка конструкционных сталей

Маркировка основных типов сталей

Маркировка рессорно-пружинной стали

Маркировка стали, устойчивой к воздействию высоких температур

Новичкам довольно сложно разбираться в значениях и содержаниях, символах, которые указаны на маркировке стали, что вызывает много вопросов. Основные обозначения, которые встречаются при маркировке стали отечественными производителями, представлены ниже:

1. Ш. Так обозначают подшипниковые стали. Далее за буквой следует численное обозначение. Оно характеризует количество легирующих компонентов, используемых для стального элемента.
2. К. Обозначение для конструкционной стали с низким уровнем легирования. Она применяется для паровых котлов.
3. Л. Если на стали используется эта буква, можно судить о том, что литерные свойства сплава усовершенствованы и есть содержание примесей.
4. У. Символ ставится в начале маркировки. Он свидетельствует о том, что данный вид стали - инструментальный, с низким уровнем дополнительных элементов в составе.
5. Р. Вид стали, используемый для быстрореза. В его составе - большое содержание вольфрама. После указания буквенного обозначения следует цифра, которая свидетельствует о его содержании, а следовательно - качестве элемента.

Стоит обратить особое внимание на маркировку сталей, используемых в строительных целях. Она включает не только указание символа С как принадлежности к определенной области использования материала, но и наличие прочих буквенных символов, необходимых для выделения отдельных ее видов и указания на содержание.

Среди строительных сталей (С) также выделяют маркировку следующими символами:

• Т - сталь изготавливалась путем термопроката;
• К - строительный сплав отличается высоким уровнем устойчивости к коррозии;
• Г - в составе есть большое содержание марганца;
• Д - в составе стали есть большое содержание медных компонентов.

Начать расшифровку маркировки стали проще всего с анализа обыкновенного вида. Она обозначается Ст - сталь обыкновенная. Это основной материал, типичный для производства изделий в промышленности и машиностроении, без содержания примесей.

Далее после обозначения Ст обычно указывается принадлежность стали к определенной марке. Они отличаются друг от друга по качеству сплава, которое обусловлено преимущественно способом его создания и легирующими сплавами, применяемыми для усиления требуемых производителю в зависимости от назначения свойств.

Пример: Ст0, Ст1пс.

Если после Ст стоит цифра, она обозначает конкретную марку изделия. Краткие обозначения пс, кп и сп характеризуют раскисление сплава.

Далее в таблицах представлена маркировка стали в зависимости от вида сплава

Маркировка низколегированной стали с тонкими широкополосными пластинами (универсальный тип)

Маркировка легированной конструкционной стали

Маркировка стали, устойчивой к возникновению коррозии

Маркировка инструментальной легированной стали

Маркировка быстрорежущей стали - применение

Маркировка коррозионностойкой стали

Маркировка конструкционной легированной стали

Маркировка углеродистой качественной стали

Вдобавок следует выделить следующие виды сталей:

1. Сталь ШХ15. Шарикоподшипниковая сталь. Она нужна для: втулки плунжеров, плунжеры, нагнетательные клапаны, седла нагнетательных клапанов, корпуса распылителей, ролики толкателей, кулачки, копиры, накладные направляющие и другие детали, шарики до 150 мм, ролики до 23 мм.
2. Сталь 65Г. Рессорно-пружинная. Из нее делают: пружины, рессоры, упорные шайбы, тормозные ленты, фрикционные диски, шестерни, фланцы, корпусы подшипников, зажимные и подающие цанги.
3. Сталь У8А. Углеродистая инструментальная сталь. Нужна для фрез, щенковок, топоров, стамесок, долот, пил продольных и дисковых, накатных роликов, кернеров, отверток, комбинированных плоскогубцев, боковых кусачек.

Маркировка прочих типов сталей

Расшифровка обозначений марки стали

Классификация

Сталь бывает нескольких видов. Она классифицируется на следующие группы:

1. Химический состав.
2. Качество.
3. Назначение.
4. Способ раскисления.
5. Структура.

Далее приведено подробное описание отдельных видов стали с учетом представленной классификации.

Химический состав стали

Классификация стали по химическому составу самая популярная. Стали классифицируются на группы: легированные и углеродистые. Первая группа представляет металлические сплавы со сложной, многокомпонентной структурой. Они создаются для выполнения определенных задач, а потому в процессе производства сталь легируют, или усиливают, компонентами. Это обеспечивает нужные свойства и дает необходимые физические способности для любой работы. В них содержится множество или пара примесей, например, кремний, сера, хром, марганец или другие легирующие компоненты. Их доля уже рассчитывается в зависимости от требований. Например, может требоваться высокое содержание углерода для твердости или по назначению может требоваться высокая прокаливаемость - это примеси, в которых содержится никель.

Особенности легированных сталей - в них, кроме железа, углерода, постоянных примесей, могут встречаться и прочие компоненты. Причем необязательно металлы. Легирование преимущественно осуществляется именно металлами, но для сталей такого типа допускается наличие и менее прочных компонентов в составе.

Процесс легирования - не случайный. Металлы специально усиливаются химическими добавками, к примеру, хромом или никелем, которые придают стали особые свойства. Например, хромистая это легированная сталь, в которой основным легирующим элементом является хром, повышающий её жаропрочность и жаростойкость.

Кроме полезных элементов, сталь включает и вредные примеси, к основным из которых относятся сера и фосфор. В ней также находятся газы в несвязанном состоянии (кислород и азот), что негативно отражается на ее характеристиках.

Если же при создании готового стального продукта использовались преимущественно углерод и железо, металл называют углеродистым. Концентрация углерода в составе таких металлов ограничена. Если его содержание менее 0,3%, сталь считается низкоуглеродной. Если свыше 0,6% - высокоуглеродной. При промежуточных значениях сплав считается среднеуглеродным.

Качество стали

На качество стальных изделий указывают несколько факторов: производственный процесс, используемые материалы, соблюдение условий изготовления металла и пр. Классификация по качеству выделяет разные уровни. Качество готового стального изделия должно зависит от содержания серы и фосфора в составе - оно должно быть минимальным, как и концентрация газов (кислород, водород, азот). Сера и фосфор являются вредными примесями, которые портят качество стали и в дальнейшем качество изделия. Все они негативно сказываются на качестве стали.

Повышенное содержание азота или серы говорит о том, что изделие - низкого качества / сорта, оно не устойчивое к воздействию неблагоприятных факторов. Цена такой стали будет невысокая. Все потому, что вредные примеси снижают свойства стали.

По уровню качества сталь делится на 4 большие классификации:

1. Обыкновенная. Недорогие виды сплавов. Концентрация серы в них может достигать 006%, фосфора - 0,07%.
2. Качественная. В ней содержание серы и фосфора будет до 0,04%.
3. Высококачественная. Серы - до 0,02%, фосфора - до 0,03%.
4. Особые, крайне высококачественные, где серы до 0,015%, фосфора - до 0,025%. Такая сталь наивысшего качества. Удаление вредного содержания повышает механические и эксплуатационные свойства материала (ударную вязкость, пластичность и контактную выносливость) и позволяет применять такие стали при более высоком уровне прочности без опасности хрупкого разрушения.

В последнем случае речь идет о стали, которую получают методом вакуумного или электрошлакового переплава, а также дугового.

Назначение

Есть 3 вида стали, исходя из назначения металла. Первый - конструкционные, для металлоконструкции. Это сплавы, которые активно участвуют при создании деталей промышленности, машиностроения. Они могут быть легированными, но встречаются и углеродистые. Основное требование к конструкционным сталям - соответствие физико химическому составу, обязательному для деталей определенной категории.

Среди конструкционных сталей выделяют штампуемые, литейные, свариваемые. Большинство из материалов относятся к категории высокопрочных видов. Такие разновидности характерны при классификации конструкционных сталей на основании технологии производства металлов. Также они делятся и по предназначению. Наиболее распространенные категории - шарико-подшипниковые, строительные, электротехнические и др.

Автоматная сталь разновидность конструкционной, разработанная для наиболее эффективного массового производства деталей на станках-автоматах. Они содержат повышенное количество серы и фосфора. Автоматными сталями являются как углеродистые так и легированные стали. Маркируются автоматные буквой "А", которая ставится в начале марки перед указанием количества углерода: А12, А20, А30, А40Г. Помимо этих основных примесей (S и Р) в автоматные стали вводят свинец, селен, кальций.

Стоит выделить отдельную группу конструкционных сталей, которые распределяются на основании своего химического состава. Здесь есть следующие категории сплавов: коррозионно- и кислотно-стойкие, а также устойчивые к появлению окалин. По уровню химической стойкости есть металлы со стандартными характеристиками и те, что выдерживают повышенные условия эксплуатации. Каждый содержит от нескольких сотых, до десятых разных неметаллических включений, из-за чего разнятся характеристики.

Среди конструкционных углеродистых необходимо выделить те виды металлов, которые не отличаются качеством. Это стали обыкновенные и качественные, содержание серы и фосфора в которых будет в среднем до 0,04%. К легированным относятся конструкционные стали после химико-термической обработки изделий.

Среди выделяемых по назначению металлов необходимо упомянуть также инструментальные. Они должны быть и прочными, и устойчивыми к появлению окалин или повышению температуры, одновременно. В данную группу входят стали, применяемые для производства колюще-режущих инструментов, которые активно используются в промышленности. Вдобавок инструментальные. виды сталей нужны для штампования методом холодной или горячей обработки.

Отдельную группу сталей по назначению представляют специальные. Их особенность в том, что эти стали легировали для придания металлу особых свойств. Благодаря участию особых компонентов в структуре металлов происходят изменения, приводящие к усилению у них устойчивости к жару и скачкам температуры, воздействию магнитного излучения или электричеству. Они отличаются хорошим уровнем электротехнического сопротивления и теплостойкостью.

Соотношение основного металла к компонентам, легирующим его, распределяется в степени 10:1. Большая доля легирующих примесей обусловлена тем, что без такой концентрации сплавы не приобретут нужных свойств. Например, свойств устойчивости к появлению ржавчины. Для сравнения: чтобы металл перестал бояться коррозии, в него добавляют хром. В высоколегированных сталях содержание хрома не может опускаться меньше 13%.

Если требуется усилить устойчивость к воздействию сильных температур, то концентрация хрома в составе стали может увеличиться до уровня 17%, вдобавок требуется усилить свойства - увеличить количество кремния до 2%. Есть дорогостоящие высоколегированные стали, легирование которых осуществляется за счет добавления редких металлов - например, никеля. Хром применяется для производства марок легированной стали, для создания антикоррозийных и эстетичных покрытий, а так же для создания прочных сплавов, которые используются для производства научных приборов и космической техники. Хром позволяет избежать коррозии долгое время.

Способ раскисления

Раскисление представляет собой процесс удаления железа из металла, используемого для стали. Железо получается при плавке сырья с углеродом, и оно подвержено воздействию коррозии. Раскисление также включает удаление прочих примесей, ухудшающих свойства стали - азота и водорода.

С учетом процесса раскисления, классификация выделяет следующие группы стали:

1. Кипящие. К ним преимущественно относятся низкоуглеродистые стали. Название связано с особенностями процесса изготовления. Для раскисления стали применяется марганец. В процессе создания кажется, будто металл вскипает, потому что из сырья выходят газы.
2. Спокойные. Эти виды стали для раскисления требуют трех видов металлов: марганец, алюминий, кремний. Такой способ раскисления предусматривает активное покидание кислородом исходной среды. Газ уходит вместе с производственными отходами. Название связано с процессом постепенного выхода кислорода - без ложного кипения. Таким способом создаются стали углеродистого типа.
3. Полуспокойные. Процесс их раскисления напоминает нечто среднее между кипящими и спокойными. Для разбавления металла применяют алюминий и марганец. В результате выделение газов умеренное, в конце получаются только углеродистые стали.

Процесс раскисления осуществляется путем вливания в исходный материал определенного вида металлов. Используется марганец, кремний и алюминий. Концентрация указанных примесей зависит от того, какой уровень раскисления нужно получить в итоге.

Структура

Классификация по этому признаку зависит преимущественно от того, какая концентрация углерода и легирующих компонентов присуща анализируемым сталям. Распределение металлов на различные категории осуществляется в двух состояниях - нормальном и равновесном.

При классификации по типу структуры в равновесном состоянии можно распределить сталь на следующие группы примесей:

• с ферритом и перлитом;
• с перлитом;
• с цементитом и перлитом;
• с карбидом или ледебуритом;
• твердые растворы с содержанием значимой доли углерода;
• твердые растворы с низким содержанием углерода.

Сложную структуру сталь получает после того, как металл легируют никелем, вольфрамом, ванадием. В зависимости от процента указанных металлов использовалась, возможно создание стали и с промежуточным уровнем структуры - например, полуферритным.

В нормальном состоянии структура стали бывает следующих классификаций:

• ферритная;
• перлитная;
• мартенситная;
• аустенитная.

Первый тип сталей - ферритные - относится к категории углеродистых, с низкой долей добавочных компонентов. Углерода в таких сталях может быть не более 0,15%, а если в составе есть хром (до 15%), тогда ферритная сталь становится устойчивой к скачкам температуры. Поэтому она не меняет своих свойств в процессе изготовления. Если содержание хрома в составе стали низкое, при охлаждении ферритная сталь может переквалифицироваться в перлитную, сорбитную или трооститную.

Мартенситные стали, напротив, отличаются устойчивостью структуры. Они не боятся охлаждения: при снижении температуры их структура становится мелкодисперсной. Уровень легирования, характерный для таких сталей - средний или высокий.

Аустенитные стали - дорогостоящие, потому что в их составе есть никель. Вдобавок там присутствует марганец, хром. Такое сочетание легирующих компонентов усиливает вязкость готовых материалов при воздействии удара на поверхность.

Технология

При рассмотрении технологии производства стали нужно учитывать, какой вид изделия требуется. За основу берутся технологии, предложенные учеными еще в 19 веке.

Бессемеровский процесс

Разновидностью бессемеровской технологии получения стали является бессемерование, которое называют еще малым процессом. Для этого металл помещают в конвертеры до 4 т. Воздух в таких не может проникнуть в толщу металла. Но он воздействует на чугун на поверхности. Сталь на выходе получается с низким содержанием азота.

Томасовский процесс

Технология Томаса появилась позднее, чем предложенный Бессемером процесс изготовления стали из чугуна. Но у нее есть преимущества. Томасовская технология позволяла обрабатывать чугун с меньшими производственными затратами. Вдобавок можно было использовать сплав, фосфора в котором было до 2%.

Технология распространилась в ФРГ. Причина - в Германии в конце 19 века были обнаружены большие залежи руды, богатой фосфором. И именно томасовский процесс позволял создавать из такого материала довольно качественную сталь.

В скором времени технология заняла второе место по количеству произведенных с ее помощью стальных элементов. Но из-за высокого содержания азота и фосфора на выходе томасовская сталь имела недостатки. Среди них - снижение прочности в холодной среде и большая, по сравнению с прочими видами стали, изготовленными иными способами, хрупкость.

Сама технология, предложенная Томасом, напоминала обработку стали в бессемеровском конвертере. Но новый способ предусматривал возможность применения извести (до 15% от массы сырья). С учетом того, что футеровка была из прочного обожженного доломита, известь не разрушала ее. Зато позволяла избавиться от большой концентрации фосфора и большей части шлаков, что было невозможно в бессемеровской технологии.

Технология изготовления металла практически та же. Сначала известь помещают в тару, затем ее переворачивают и заливают в конвертер чугун. Его температура должна быть до 1250 градусов. Далее осуществляется продувка. При необходимости, для снижения температуры, используется руда или окалина. В конце происходит раскисление сырья. Также используют различные компоненты для повышения концентрации углерода (кокс, графит, пакетированный древесный уголь).

Такая технология предусматривала довольно большой объем отходов, которые называются томасшлаки. Доля их могла достигать 20%. Но часть использовалась как фосфорное удобрение. Получившийся металл уходил на сортовой прокат.

Мартеновская печь

Современные технологии

Ведущее место в технологиях изготовления стали в современности занимает кислородно-конвертерный способ. На него приходится почти 65% от всех стальных изделий, изготовленных в мире. На втором месте - технология, основанная на электроплавлении стали. Таким способом изготавливают более 30% всех стальных изделий.

Несмотря на то, что мартеновские печи практически полностью заброшены, в ряде предприятий, из-за экономии на покупке нового оборудования, по-прежнему используются именно они. Но количество стальных товаров, выпущенных в мартеновских печах, стремительно сокращается из-за низкого спроса на эти изделия.

На мировом рынке сталепроката на долю стали, выпущенной в таких печах, в настоящий момент приходится менее 1% изделий. Эти цифры ежегодно сокращаются, потому что уже более 22 лет в мире не было построено ни одной новой мартеновской печи. Современные технологии стали более экономичные, и благодаря им готовые изделия приобретают нужные технические характеристики.

Характеристики стали

В зависимости от вида стали ее характеристики будут отличаться друг от друга. Но все же есть общие черты, присущие всем металлическим изделиям. Среди них можно выделить следующие характеристики:

1. Высокую температуру плавления. Сталь получается при плавлении металла с температурой свыше 1450 градусов. Удельная теплота плавления при этом достигает отметки в 84 кДж/кг.
2. Умеренную плотность. Она может достигать 7900 кг/м.
3. Умеренный удельный вес. До 77500 Н/м.
4. Теплоемкость в размере 462 Дж/(кг C)при температуре 20 градусов.
5. Большой диапазон прочности при растяжении сплав - от 314 МПа до 1,52 ГПа.

Кроме указанных характеристик, следует также отметить стандартный серебристо-металлический оттенок готовых изделий. Для своих характеристик стальные элементы отличаются довольно большим весом. Они на 250% тяжелее, чем аналогичные изделия, изготовленные из алюминия.

Вдобавок все стальные детали обладают слабой устойчивостью к магниту. Реакция на магнит зависит от концентрации в составе сплава примеси углерода. Он улучшает магнитные свойства сплавов, чем выше объем углерода, тем больше готовые примеси будут притягиваться к магниту. С учетом указанных характеристик, область применения стальных изделий распространяется практически на все промышленные отрасли, включая те, где требуются устойчивость к воздействию агрессивных сред и для работы в тяжелых условиях.

Влияние углерода и легирующих элементов на свойства стали

Сталь промышленная преимущественно представляет собой железо углеродную смесь. Состав смеси сложный. Для придания сплаву особых свойств используют легирующие примеси. Помимо них, в состав промышленной стали попадают компоненты, определенным образом влияющие на конечный состав. И от того, какая доля добавочных примесей будет в исходном виде стали, зависят свойства, которыми она будет обладать.

Среди ключевых примесей, активно используемых при выплавке стали, выделяют углерод. Для производства стали углерод обжигают. В процессе образуются 2 компонента - феррит и цементит. Они различны между собой.

Феррит отличается высоким уровнем пластичности, но невысокой прочностью. Цементит - твердый, но при этом хрупкий материал. Совмещение их при производстве стали одновременно гарантирует то, что готовый сплав становится твердым и прочным, однако, его пластичность и вязкость уменьшаются.

Применение углерода при получении стали сказывается на особенностях стали. Часть характеристик меняется. Металл становится более прочным, уровень его теплопроводности снижается. Это негативно сказывается на обработке путем резки сплава.

Благодаря углероду теплота при появлении стружки на металле увеличивается. Это отрицательно влияет на стойкость используемого оборудования. Однако и там, где содержание углерода в металле невелико, процесс обработки может быть сложным. Если концентрации углерода недостаточно, убрать стружку с поверхности после обработки крайне сложно.

Чтобы улучшить процесс обработки, требуется сократить содержание углерода в стали до уровня 0,3 или 0,4%. Если концентрация углерода будет выше, это приведет к тому, что при воздействии на металл холода или тепла он не будет менять свою форму, что усложняет обработку материала.

Чем сложнее работы планируются со сталью, тем выше концентрация углерода должна использоваться в его составе. Чтобы создавать изделия методом холодной штамповки рекомендуется увеличить долю углерода в составе металла до уровня 0,1%.

Чем меньше содержание углерода в составе стали, тем больше уровень свариваемости металла. Если содержание углерода не меньше среднего значения, либо его концентрация довольно высока, используют воздействие на него методом изменения температуры. Металл охлаждают или подогревают до достижения нужного результата. Главное, чтобы в процессе обработки на поверхности не появились дефекты.

Легирование металлами усиливает прочность стали. Но концентрация компонентов должна быть умеренной. Если добавить слишком много легирующих компонентов, готовая сталь будет слишком хрупкой.

Какие металлы обычно применяют для легирования при создании стали:

1. Хром. Усиливает механические свойства стали. Оптимальный уровень содержание - до 2%. Является недорогим, распространенным типом примеси.
2. Никель. Дорогой и редкий. Его концентрация не должна превышать 5%. Способствуют снижению ломкости стали при снижении температуры.
3. Марганец. Дешевый аналог никеля. Влияет на показатель текучести, повышая его. Минусом компонента является возможное увеличение восприимчивости к повышению температуры.
4. Молибден, вольфрам. Дорогие, используются редко. Преимущественно там, где требуется увеличить устойчивость к повышению температуры. В основном, применяют для легирования стали для быстрой резки металлов.

Сталь применяется практически во всех сферах производства. Со времен, когда стальные изделия изготавливали в конвертерах и мартеновских печах, многое изменилось. Современные виды стали - прочные и надежные. Они обладают уникальными характеристиками, которые позволяют применять изделия от космических до нефтеперерабатывающих отраслей.