Сталь – что это за сплав?

  1. Сталь. Определение
  2. Производство стали
  3. Виды стали
  4. Маркировка
  5. Классификация
  6. Технология 
  7. Характеристики стали
  8. Влияние углерода и легирующих элементов на свойства стали 
Раскрыть полностью

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 100°С температурный коэффициент линейного расширения стали в среднем соответствует 10-18 град. Сталь в нагретом состоянии (в зависимости от типа) при 900-1000°С может иметь ТКЛР до 24,6·10-6 град.

На практике содержание углерода в стали редко превышает 1,45%. Вдобавок в низких по стоимости элементах встречаются сера, фосфор, газы. Они ухудшают свойство материала, а потому удаляются при изготовлении качественных видов стали. По этому признаку сталь делится на высокоуглеродистые, низкоуглеродистые, среднеуглеродистые.

Также сталью называют высоколегированные сплавы. Легирование - процесс добавления в сплав активных неметаллических компонентов, которые усиливают нужные производителю свойства и повышают качество. Например, устойчивость к высоким температурам или ударопрочность. В стали с высоким уровнем легирования объем железа может составлять всего 45%, а остальную долю будет занимать углерод и добавки (например, хром). Это влияет на назначение.

Сталь занимает ведущее место среди сплавов «черной металлургии». Причина - в практически бесконечном цикле ее использования. Материал настолько прочный и надежный, что даже самые первые марки, изготовленные в мартеновской плавильной печи, в настоящее время применяются в различных отраслях - среди них ¾ остались практически без изменения. 

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 требуется, чтобы различать стальные изделия между собой. Она учитывает ряд свойств сплава: химический состав, способ использования, свойства и качество. Маркировку обязаны знать все, кто работает с металлами на обрабатывающих производствах. Заказчики, выбирающие стальные изделия по качеству, например, для изготовления промышленного оборудования, также должны разбираться в маркировке. 

Маркировка стали представляет собой обозначение типа сплава, исходя из отдельных его свойств. Цель маркировки - кратко объяснить особенности стали, чтобы покупатель или тот, кто с ней работает, не допустил ошибку. Многие из стальных элементов применяют в промышленности. Маркировка позволяет не допустить использования некачественных стальных элементов, которые могут стать причиной преждевременного выхода конструкции из строя. 

Особую роль играет состав и структура вещества. Для легирующих сталей такой тип маркировки имеет первостепенное значение. Маркировка сталей в зависимости от элементов, которые использовались для ее производства и легирования, представлена в таблице.

Маркировка стали по содержанию в составе химических элементов

Как обозначается 

Название в таблице 

Название на русском

Как обозначается 

Название в таблице 

Название на русском

Х

Cr

Хром

А

N

Азот

С

Si

Кремний

Н

Ni

Никель

Т

Ti

Титан

К

Co

Кобальт

Д

Cu

Медь

М

Mo

Молибден

В

Wo

Вольфрам

Б

Nb

Ниобий

Г

Mn

Марганец

Е

Se

Селен

Ф

W

Ванадий

Ц

Zn

Цирконий

Р

B

Бор

Ю

Al

Алюминий

 

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

Европа (EN)

ФРГ (DIN)

Америка (AISI)

Япония (JIS)

СНГ (GOST)

1.4000

Х6Сr13

4105

SUS 410 S

08X13

1.4006

X12CrN13

410

SUS 41O

12X13

1.4021

X29Cr13

(420)

SUS 420 J1

2OX13

1.4028

X39Cr13

(420)

SUS 420 J2

30X13

1.4031

X46Cr13

 

SUS 420 J2

40X13

1.4034

X46Cr17

(420)

 

40X13

1.4016

X6Cr17

430

SUS 430

12X17

1.4510

X3CrTi17

439

SUS 430 LX

08X17T

1.4301

X5CrNi18-10

304

SUS 304

08X18H10

1.4303

X4CrNi18-12

(305)

SUS 305

12X18H12

1.4306

X2CrNi19-11

304 L

SUS 304 L

03X18H11

1.4541

X6CrNiTi18-10

321

SUS 321

08X18H10T

1.4571

X6CrNiMoTi17-12-2

316Ti

SUS 316 Ti

10X17H13M2T

 

Маркировка стали по принципу содержания примесей для жаропрочности 

Европа (EN)

ФРГ (DIN)

Америка (AISI)

Япония (JIS)

СНГ (GOST)

1.4878

X12CrNiTi18-9

321 H

 

12X18H10T

1.4845

X12 CrNi 25-21

310 S

 

20X23H18

 

Маркировка стали быстрорежущей

Марка стали

Как она называется в Америке

Страны СНГ (с учетом требований по ГОСТ) 

Нормы в Европе

 

Марка РО М2 СФ 10-МП

— —

A11

Марка Р2 М9-МП

S2-9-2 1.3348

M7

Марка Р2 М10 К8-МП

S2-10-1-8 1.3247

M42

Марка Р6 М5-МП

S6-5-2 1.3343

M2

Марка Р6 М5 К5-МП

S6-5-2-5 1.3243

Марка Р6 М5 Ф3-МП

S6-5-3 1.3344

М3

Марка Р6 М5 Ф4-МП

— —

М4

Марка Р6 М5 Ф3 К8-МП

— —

М36

Марка Р10 М4 Ф3 К10-МП

S10-4-3-10. 1.3207

Марка Р6 М5 Ф3 К9-МП

— —

М48

Марка Р12 М6 Ф5-МП

— —

М61

Марка Р12 Ф4 К5-МП

S12-1-4-5 1.3202

Марка Р12 Ф5 К5-МП

— —

Т15

Марка Р18-МП

— —

Т1

 

Маркировка конструкционных сталей

Марка стали

Как она называется в Америке

Страны СНГ (с учетом требований по ГОСТ) 

Нормы в Европе

 

10

С10Е 1.1121

1010

10ХГН1

10 ХГН1 1.5805

14 ХН3 М

14 NiCrMo1-3-4 1.6657

9310

15

C15 E 1.1141

1015

15Г

C16 E 1.1148

1016

16ХГ

16 MnCr5 1.7131

5115

16ХГР

16Mn CrB5 1.7160

16ХГН

16NiCr4 1.5714

17 Г1 С

S235J2G4 1.0117

17 ХН3

15NiCr13 1.5752

Е3310

18 ХГН

18CrMo4 1.7243

4120

18 Х2 Н2 М

18CrNiMo7-6 1.6587

20

C22E 1.1151

102—

 

Маркировка основных типов сталей

СНГ (с учетом требований по ГОСТ)

Нормы в Европе

ФРГ (DIN)

Америка (AISI)

03 Х17 Н13 М2

1.4404

Х2 CrNiMo 17-12-2

316 L

03 X17 H14 M3

1.4435

X2 CrNiMo 18-4-3

03 X18 H11

1.4396

X2 CrNiMo 19-11

304 L

03 X18 H19 T-У

1.4541-MOD

06 XH28 МДТ

1.4503

X3 NiCrCuMoTi 27-23

06 X18 H11

1.4303

X4 CrNi 18-11

305 L

08 X12 T1

1.4512

X6 CrTi 12

409

08 X13

1.400

X6 Cr 13

410S

08 X17 H13 M2

1.4436

X5CrNiMo 17-13-3

316

08 X17 H13 M2 T

1.4571

X6CrNiMoTi 17-12-2

316Ti

08 X17 T

1.4510

X6 XrTi 17

430Ti

08 X18 H10

1.4301

X5 CrNi 18-10

304

08 X18 H12 T

1.4541

X6 CrNiTi 18-19

321

10 X23 H18

1.4842

X12 CrNi 2529

310S

 

Маркировка рессорно-пружинной стали

Марка стали

Как она называется в Америке 

Стандарты СНГ(с учетом требований по ГОСТ) 

Нормы в Европе

 

Марка 38 С2 А

38Si7 1.5023

Марка 50 ХГФА

50CrV4 1.8159

6150

Марка 52 ХГМФА

51CrMoV4 1.7701

Марка 55 ХС2 А

54SSlCr6 1.7102

Марка 55 ХГА

55Cr7 1.7176

5147

Марка 60 С2 ХГА

60SiCR7 1.7108

9262

 

Маркировка стали, устойчивой к воздействию высоких температур

Марка стали

Как она называется в Америке

Стандарты СНГ(с учетом требований по ГОСТ) 

Нормы в Европе

 

10 Х2 М

10CrMo9-10

1.7380

F22

13 ХМ

13CrMo4-4

1.7335

F12

14 ХМФ

14MoV6-3

1.7715

-

15 М

15Mo3

1.5415

F1

17 Г

17Mn4

1.0481

-

20

C22.8

1.0460

-

20 Г

20Mn5

1.1133

-

20 Х11 МНФ

X20CrMoV12-1

1.4922

-

 

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)

Тип стали

Способ применения

09Г2

Применяется в сварных конструкциях, которые обрабатываются методом резки

09Г2С

Применяется в суровых условиях, когда температура опускается до -70 градусов и повышается до +450. Выдерживает давление и воздействие химических веществ. Используется в нефтегазовой отрасли, строительстве машин и судов. Отличается высоким качеством сваривания. При обработке используется резка

10ХСНД

Применяется в химическом машиностроении, а также при создании вагонов, судов. Также встречается в фасонных профилях

15ХСНД

Применяется при строительстве вагонов и свай, а также в судостроительной отрасли. Отличается высоким уровнем защиты от ржавчины

15ГФ

Применяется при создании сварных элементов при строительстве вагонов. Преимущество - качественный шов на месте сварки пластин

 

Маркировка легированной конструкционной стали 

Тип стали

Способ применения

Пальцы поршневые, валы распределительные, толкатели, крестовины карданов, клапаны, мелкие крепления. Активно используется в условиях сильного износа материалов. Легко взаимодействует с цементом

20Х

втулки, шпиндели, направляющие планки, плунжеры, оправки, копиры, шлицевые валики

40Х

Используется в условиях нормальной среды - без скачков температуры или давления зубчатые колеса, шпиндели и валы в подшипниках качения, червячные валы. 

45Х,

50Х

Зубчатые колеса, шпиндели, валы в подшипниках качения, червячные и шлицевые валы. Крупные и неустойчивые к агрессивным условиям изделия. Преимущество - высокая вязкость и прочность металла

38ХА

для зубчатых колес, работающих на средних скоростях при средних давлениях

45Г2,

50Г2

для крупных малонагруженных частей (шпиндели, валы, зубчатые колеса тяжелых станков)

18ХГТ

зубчатые колеса, шпиндели, кулачковые муфты, втулки и др.). Применяется там, где есть высокие скорости и большие нагрузки, в том числе ударные

20ХГР

Применяется там, где есть высокие скорости и большие нагрузки, в том числе ударные

15ХФ

Больше используется для мелких запчастей, которые взаимодействуют с цементированием. зубчатые колеса, поршневые пальцы и др.)

40ХС

Для мелких высокой прочности

40ХФА

Способ применения данного вида стали довольно обширный. Для высокопрочных, подвергаемых закалке и высокому отпуску; для небольших сложной формы - рычаги, толкатели; для сварных конструкций, которые применяются в условиях высокого уровня износа

35ХМ

для валов, частей турбин и крепежа. Способны выдерживать высокие температуры

45ХН,

50ХН

Применяется в той же среде, что и 40ХС. Особенность - для производства крепежей и другого больших размеров.

 

Маркировка стали, устойчивой к возникновению коррозии

Тип стали

Применение

20Х13,

08Х13,

12Х13,

25Х13Н2

Ниша применения: для деталей с повышенной пластичностью, которые не боятся механического ударного воздействия; работающих в слабоагрессивных средах

30Х13,

40Х13,

08Х18Т1

Применяется при изготовлении запчастей с повышенной твердостью, а также инструментов - режущий, измерительный, хирургический. Аналог 08Х18Т1, но уровень штампуемости у последней стали выше

06ХН28МТ

в агрессивных условиях: для сварных конструкций - горячая фосфорная кислота, серная кислота до 10%

14X17H2

Применение: для химической и авиационной промышленности. Обладает высокими технологическими свойствами

95Х18

Применяется там, где возможен сильный износ твердых элементов

08X17T

Аналог стали 12Х18Н10Т для конструкций, которые боятся механического ударного воздействия. Любят благоприятную среду: нельзя использовать при температуре ниже -20 °C

15X25T,

15Х28

Аналогично стали 08X17T. Для работы в агрессивных условиях эксплуатации, когда температура опускается до -20 и повышается до 400 °С (15Х28 — для спаев со стеклом)

20Х13Н4Г9,

10Х14АГ15,

10Х14Г14НЗ

Заменитель сталей 12X18H9, 17Х18Н9 для сварных конструкций

09Х15Н8Ю,

07X16H6

Применяется там, где важно прочность и упругость конечных , однако сталь 09Х15Н8Ю также подходит для уксуснокислых и солевых сред

08X17H5M3

Сталь подходит для работающих в сернокислых средах

20X17H2

Активно применяется при создании высокопрочного тяжелонагруженного металлопроката. Они не выдерживают агрессивную среду, но не боятся механического ударного воздействия 

10Х14Г14Н4Т

Является аналогом стали 12Х18Н10Т. Он также преимущественно подходит для производства тех, которые работают при температурах до 196 °C и боятся агрессивных условий

12Х17Г9АН4,

15Х17АГ14,

03Х16Н15МЗБ,

03X16H15M3

Аналогично производству из 12X18H9, 12Х18Н10Т. Не боится воздействия даже жестких условий. Может использоваться для сварных конструкций, работающих в кипящей фосфорной, серной, 10%-ной уксусной кислоте

15Х18Н12С4ТЮ

в агрессивной среде (азотная кислота)

08X10H20T2

Применяется для изделий, контактирующих с морской водой. Не магнитится 

04X18H10, 03X18H11,

03X18H12, 08X18H10,

12X18H9, 12X18H12T,

08X18H12T, 06X18H11

Может применяться в азотной среде и при повышении температуры

12Х18Н10Т,

12Х18Н9Т,

06ХН28МДТ,

03ХН28МДТ

Активно применяется во многих производственных сферах. Для сварных конструкций, работающих при температуре до 80 °C в серной кислоте различных концентраций . Исключение: применять данный вид стали не рекомендуются, если с ним будут контактировать 55%-я уксусная и фосфорная кислоты

09Х16Н4Б

Применение: для высокопрочных штампосварных конструкций и деталей. Может использоваться в условиях высокой агрессивной среды 

07Х21Г7АН5

Подходит для применения в условиях регулярного снижения температуры. Например, для сварных конструкций, работающих при температурах до –253 °C. Среда - умеренно агрессивная

03Х21Н21М4ГБ

Такая сталь применяется для создания элементов в наиболее агрессивных (кислотных) условиях. Для сварных конструкций, работающих в горячей фосфорной кислоте, серной кислоте низких концентраций при температуре не выше 80 °C, азотной кислоте при температуре до 95 °C

ХН65МВ

Для сварных конструкций, работающих при высоких температурах в сернои солянокислых растворах, в уксусной кислоте

Н70МФ

Для сварных конструкций, работающих при высоких температурах в соляной, серной, фосфорной кислотах и других средах восстановительного характера

 

Маркировка инструментальной легированной стали

Для изготовления инструмента, используемого в основном для обработки металлов и других материалов в холодном состоянии

Сталь 9Х

Применение: для валков холодной прокатки, дрессировочных валков, клейм, пробойников, холодновысадочных матриц и пуансонов, деревообрабатывающих инструментов

Сталь 9ХВГ

Применение: для резьбовых калибров, лекал сложной формы, сложных высокоточных штампов для холодных работ, которые при закалке не должны подвергаться значительным объемным изменениям и короблению

Сталь 9ХС

Применение: для сверл, разверток, метчиков, плашек, гребенок, машинных штемпелей, клейм для холодных работ

Сталь ХВГ

Применение: для измерительных и режущих инструментов, для которых повышенное коробление при закалке недопустимо, резьбовых калибров, протяжек, длинных метчиков, длинных разверток, плашек и другого специального инструмента, холодновысадочных матриц и пуансонов, технологической оснастки

Сталь 6ХВ2С

Применение: для ножей холодной резки металла, для резьбонакатных плашек, пуансонов и обжимных матриц при холодной работе, деревообделочных инструментов при длительной работе

Сталь Х12

Применение: для холодной штамповки высокой устойчивости против испарения (преимущественно с рабочей частью округлой формы), не подвергающихся сильным ударам и толчкам, для волочильных досок и валок, глазков для калибрования пруткового металла под накатку резьбы, гибочных и формовочных штампов, сложных секций кузовных штампов, которые при закалке не должны подвергаться значительным объемным изменениям и короблению, матриц и пуансонов вырубных и просечных штампов

Сталь Х12М

Применение: применяется в тех же условиях, что и металлы марки Х12. Отличие - использование металла с большим уровнем вязкости. В основном, применяется для профилировочных роликов сложных форм, секций кузовных штампов сложных форм, сложных дыропрошивочных матриц при формовке листового металла, эталонных шестерен, накатных плашек, волок, матриц и пуансонов вырубных, просечных штампов, для изделий сложной формы

Сталь Х12Ф1

Сталь Х12МФ

Среда применения - создание металлических элементов с температурой более 300 градусов и в условиях воздействия давления

Сталь 5ХНМ

Применение: молотовые штампы паровоздушных и пневматических молотов с массой падающих частей свыше 3 т, прессовые штампы и штампы машинной скоростной штамповки при горячем деформировании легких цветных сплавов, блоки матриц для вставок ГКМ

Сталь 5ХНВ

Применение: для молотовых штампов паровоздушных и пневматических молотов массой падающих частей до 3т

Сталь 7Х3

Применение: прибор (пуансоны, матрицы) горячей высадки крепежа и заготовок из углеродистых и низколегированных конструкционных сталей на горизонтально-ковочных машинах, детали штампов (матрицы. пуансоны, выталкиватели) для горячего прессования и выдавливания этих материалов на кривошипных прессах, гибочные, обрезные и просечные штампы

Сталь 3Х3М3Ф

Применение: прибор горячего деформирования на кривошипных прессах и горизонтально-ковочных машинах, подвергающийся в процессе работы интенсивному охлаждению (как правило, для мелкого инструмента), пресс-формы литья под давлением медных сплавов, ножи для горячей резки, охлаждаемые водой

Сталь 4Х5МФС

Применение: мелкие молотовые штампы, крупные (сечением более 200 мм ) молотовые и прессовые вставки при горячем деформировании конструкционных сталей и цветных сплавов в условиях крупносерийного производства, пресс-формы литья под с различными сплавами

Сталь 4Х5МФ1С

Применение: пресс-формы литья под давлением цинковых, алюминиевых и магниевых сплавов, молотовые и прессовые вставки (сечением до 200- 250 мм ) при горячем деформировании конструкционных сталей, инструмент для высадки заготовок из легированных конструкционных и жаропрочных материалов на горизонтально-ковочных машинах

Сталь 4Х5В2ФС

Сталь 4Х4ВМФС

Применение: для инструмента высокоскоростной машинной штамповки, высадки на ГКМ, вставок штампов для горячего деформирования легированных конструкционных сталей и жаропрочных сплавов на молотах и кривошипных прессах; пресс-форм литья под давлением медных сплавов

Сталь 5Х3В3МФС

Применение: для тяжелонагруженного прессового инструмента (прошивных и формующих пуансонов, матриц и т.п.); инструмента для высадки на ГКМ и вставок штампов напряженных конструкций, для горячего объемного деформирования конструкционных сталей и жаропрочных металлов и сплавов

 

Маркировка быстрорежущей стали - применение

Сталь Р9

для деталей простой формы, не требующих большого объема шлифовки, для обычных конструкционных материалов

Сталь Р1 2

резцы, сверла, фрезы, резьбовые фрезы, долбяки, развертки, зенкеры, метчики, протяжки для конструкционных сталей с прочностью до 1000 МПа, от которых требуется сохранение режущих свойств при нагревании во время работы до 600°С

Сталь Р18

Сталь Р6М5

все виды режущего оборудования при обработке обычных конструкционных материалов, а также предпочтительно для резьбонарезного оборудования, работающего с ударными нагрузками

Сталь Р6АМ5

Сталь Р6М5Ф3

фасонные резцы, сверла, развертки, зенкеры, метчики, протяжки, фрезы, долбяки, шеверы для низко- и среднелегированных сталей. Для холодного и полугорячего выдавливания легированных сталей и сплавов

Сталь 11Р3АМ3Ф2

Вариации простой формы при обработке углеродистых и малолегированных сталей. Рекомендуется для режущего оборудования из листа (отрезные и прорезные фрезы, ножовочные полотна)

 

Маркировка коррозионностойкой стали

Сталь 12Х13

турбинные лопатки, бандажи, скрепляющая проволока, приборы, работающие в условиях коррозии, трубы и другие, работающие при температуре 450–500 ° С; работающие в атмосферных условиях, речной и водопроводной воде, влажном паре, водных растворах солей и других неагрессивных средах

Сталь 30Х13

пригодный для резки , мерительный инструмент, пружины, карбюраторные иглы, штоки поршневых компрессоров, внутренних устройств аппаратов и другие различные, работающие на износ в неагрессивных средах до 450°С

Сталь 40Х13

пригодный для резки , мерительный инструмент, пружины, карбюраторные иглы, предметы домашнего обихода, клапанные пластины компрессоров и другие, работающие при температуре до 400-450°С, а также в коррозионных средах. Сталь коррозионностойкая мартенситного класса

Сталь 14Х17Н2

рабочие лопатки, диски, валы, втулки, фланцы, крепежные и другие, конструкции компрессорных машин, работающие на нитрозном газе, работающие в агрессивных средах и при пониженных температурах. Сталь коррозионностойкая, жаропрочная мартенситно-ферритного класса

Сталь 08Х18Н10Т

сварная аппаратура, работающая в средах повышенной агрессивности (растворах азотной, уксусной кислот, растворах щелочей и солей), теплообменники, муфели, трубы, составляющие печной арматуры, электроды искровых зажигательных свечей. Сталь коррозионностойкая и жаростойкая аустенитного класса

Сталь 12Х18Н10Т

составляющие, которые выдерживают контакт с температурой до 600°С. Сварные аппараты и сосуды, работающие в разбавленных растворах азотной, уксусной, фосфорной кислот, растворах щелочей и солей и другие, работающие под давлением при температуре от -196 до +600°С, а при наличии агрессивных сред до +350°С. Сталь коррозионностойкая аустенитного класса

Сталь 95Х18

втулки, оси, стержни, шариковые и роликовые подшипники и другие, к которым предъявляются требования высокой твердости и износостойкости, термической стойкости, работающие при температуре до 500°С или подвергающиеся действию умеренных агрессивных сред. Сталь коррозионная мартенситного класса

 

Маркировка конструкционной легированной стали

Сталь 40Х

Применение: оси, валы, вал-шестерни, плунжеры, штоки, коленчатые и кулачковые валы, кольца, шпиндели, оправки, рейки, зубчатые венцы, болты, полуоси, втулки и другие улучшаемые детали повышенной прочности

Сталь 40ХН

Область применения: оси, валы, шатуны, зубчатые колеса, валы экскаваторов, муфты, валы-шестерни, шпиндели, болты, рычаги, штоки, цилиндры и другие ответственные нагруженные, которые не боятся вибрации и динамических нагрузок, к а также выдерживают требования повышенной прочности и вязкости. Валки рельсобалочных и крупносортных станов для горячей прокатки металла

Сталь 12ХН3А

Применение: шестерни, валы, червяки, кулачковые муфты, поршневые пальцы и другие цементируемые детали, к которым предъявляются требования высокой прочности, пластичности и вязкости сердцевины и высокой поверхностной твердости, которые не боятся механического воздействия и снижения температуры

Сталь 20ХН3А

Область применения: шестерни, валы, втулки, силовые шпильки, болты, червяки, муфты и другие цементируемые детали, к которым предъявляются требования высокой прочности, пластичности и вязкости сердцевины и высокой поверхностной твердости, которые не боятся механического воздействия и снижения температуры

Сталь 15ХМ

Применение: функционирующие при температуре от -40 до 560°С под давлением

Сталь 40ХНМА

Применение: коленчатые валы, клапаны, шатуны, крышки шатунов, ответственные болты, шестерни, кулачковые муфты, диски и другие сильно нагруженные. Валки для холодной прокатки металлов

Сталь 40ХН2МА

Сталь 34ХН1М

Применение: диски, валы, роторы турбин и компрессорных машин, валы экскаваторов оси и муфты, шестерни, полумуфты, вал-шестерни, болты, силовые шпильки и другие особо ответственные высоконагруженные детали, к которым предъявляются высокие требования по механическим свойствам и работающие при температуре до 500°С

Сталь 38Х2Н2МА

валы, шатуны, болты, шпильки и другие крупные особо ответственные сильно нагруженные детали сложной конфигурации, применяемые в улучшенном состоянии

Сталь 38ХН3МФА

наиболее ответственные сильно нагруженные конструкции, работающие при температурах до 400°С

Сталь 38Х2МЮА

Применение: штоки клапанов паровых турбин, работающие при температуре до 450°С, гильзы цилиндров двигателей внутреннего сгорания, иглы форсунок, тарелки букс, распылители, пальцы, плунжеры, распределительные валики, шестерни, валы, втулки и другие детали

 

Маркировка углеродистой качественной стали

Сталь 20

Преимущественно данный вид стали нужен после нормализации или без термообработки крюки кранов, муфты, вкладыши подшипников. А также когда создаются другие, работающие при температуре от -40 до 450°С под давлением, после ХТО - шестерни, червяки и другие. Условие: требования высокой поверхностной твердости при невысокой прочности сердцевины

Сталь 30

Область применения: тяги, серьги, траверсы, рычаги, валы, звездочки, шпиндели, цилиндры прессов, соединительные муфты и другие невысокой прочности

Сталь 40

Область применения: коленчатые валы, шатуны, зубчатые венцы, маховики, зубчатые колеса, болты, оси и другие; после поверхностного упрочнения с нагревом ТВЧ - детали из углеродистой стали средних размеров, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости и повышенной износостойкости при малой деформации (длинные валы, ходовые валики, зубчатые колеса)

Сталь 45

Область применения: вал-шестерни, коленчатые и распределительные валы, шестерни, шпиндели, бандажи, цилиндры, кулачки и другие нормализованные, улучшаемые и подвергаемые поверхностной термообработке металлопроката, от которых требуется повышенная прочность

Сталь 55

Данный вид стали преимущественно применяется после нормализации с отпуском и закалки с отпуском. Область применения: зубчатые колеса, прокатные валки, штоки, сильно нагруженные валы, оси, бандажи, малонагруженные пружины и рессоры, лемехи, пальцы звеньев гусениц, муфты сцепления коробок передач, корпуса форсунок. Нужны там, где требуется устойчивость к трению

 

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

Ст08кп, Ст10

Область применения: производства, которые создаются холодной штамповкой и холодной высадкой, трубки, прокладки, крепеж, колпачки. Цементируемые и цианируемые детали, не требующие высокой прочности сердцевины (втулки, валики, упоры, копиры, зубчатые колеса, фрикционные диски)

Ст15, Ст20

Малонагруженные производства: валики, пальцы, упоры, копиры, оси, шестерни. Тонкие детали, работающие на истирание, рычаги, крюки, траверсы, вкладыши, болты, стяжки и др.

Ст30, Ст35

Те, что могут выдерживать умеренное воздействие (оси, шпиндели, звездочки, тяги, траверсы, рычаги, диски, валы)

Ст40, Ст45

Изделия, которые могут быть очень прочными (коленчатые валы, шатуны, зубчатые венцы, распределительные валы, маховики, зубчатые колеса, шпильки, храповики, плунжеры, шпиндели, фрикционные диски, оси, муфты, зубчатые рейки, прокатные валки и др.)

Ст 50, Ст 55

Область применения: зубчатые колеса, прокатные валки, штоки, бандажи, валы, эксцентрики, малонагруженные пружины и рессоры и др.

Ст60

Производные, которые отличаются повышенным свойством прочности и упругости (прокатные валки, эксцентрики, шпиндели, пружинные кольца, пружины и диски сцепления, пружины амортизаторов). Относятся к умеренно крупным.

Расшифровка обозначений марки стали

Первая цифра указывает на вид обработки (1- кованный или горячекатаный, 2- калиброванный). Вторая цифра 0 говорит, что сталь нелегированная (без содержание добавок в составе), без нормируемого коэффициента старения; 1 с нормируемым коэффициентом старения. Третья цифра указывает на группу по основной нормируемой характеристике.

Общими для всех обозначениями являются буквенные обозначения легирующих элементов: Н — никель, Х — хром, К — кобальт, М — молибден, В — вольфрам, Т — титан, Д — медь, Г — марганец, С — кремний. Конструкционные стали обыкновенного качества нелегированные (ГОСТ 380-94) обозначают буквами СТ., например СТ. 3.

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

Технология заключалась в обработке жидкого чугуна посредством продувки. Благодаря сжатому воздуху осуществляется продувка чугуна. Воздух обогащен кислородом, и впоследствии после такой обработки происходит окисление. Внутри чугуна есть металлические примеси, на которые воздействует кислород. В результате температуру плавления повышают, однако, сплав по-прежнему не изменяет своего агрегатного состояния.

Особенности процесса - использование «кислой» среды при изготовлении металлических материалов. Металл обрабатывается в специальных конвертерах, сталеплавильное оборудование. В них применяется динас или кремнистый материал. 

Процесс выплавки стали, предложенный Бессемером, долгое время не имел аналогов. Однако у него есть недостатки. При окислении происходит образование нелетучих окислов. Вдобавок футеровка, при воздействии на нее агрессивной среды, частично разъедается. В результате получается шлак, который невозможно изъять из среды. В этом и заключается минус технологии. 

Качество стали с учетом такой технологии получается ниже современных требований. Но в 19 веке этого было достаточно для большинства изделий из этого материала. Расход чугуна умеренный. При соблюдении бессемеровской технологии сохраняется до 92% исходного сырья, с учетом небольшого применения руды. Без нее количество расходуемого чугуна увеличивается на 2-3%. 

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

Начало этой технологии находится в 1864 году. Автор - Пьер Мартен. Технология изготовления стали в мартеновской печи актуальна до сих пор. Основным инструментом является отражательная печь, внутри которой все застелено кирпичом, устойчивым к воздействию высоких температур. 

Принцип работы печи предельно прост. Печь заполняют расплавом, а затем на его поверхность вдувают раскаленный газ. Благодаря особой конструкции печи жар равномерно распределяется внутри. 

Технология изготовления стали в мартеновской печи зависит от того, какая шихта используется. Первая состоит из стального лома и чугуна (до 45%), и она преимущественно применяется там, где нет доменных печей. Вторая печь отличается шихтой с увеличенным содержанием чугуна (до 75%), вдобавок там есть скрап и железная руда. И такая печь активно встречается в современной металлургической промышленности, однако, на смену таким печам пришли более совершенные технологии изготовления стали.

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/м³.
  3. Умеренный удельный вес. До 77500 Н/м³.
  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.