Какие стали применяются в строительстве

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.

Виды и классы арматуры на стройке

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.

Материаловедение | Учебный фильм, 2018

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.

Виды стали

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

Название в таблице

Название на русском

Название в таблице

Название на русском

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

Как она называется в Америке

Страны СНГ (с учетом требований по ГОСТ)

Марка РО М2 СФ 10-МП

Марка Р2 М10 К8-МП

Марка Р6 М5 К5-МП

Марка Р6 М5 Ф3-МП

Марка Р6 М5 Ф4-МП

Марка Р6 М5 Ф3 К8-МП

Марка Р10 М4 Ф3 К10-МП

Марка Р6 М5 Ф3 К9-МП

Марка Р12 М6 Ф5-МП

Марка Р12 Ф4 К5-МП

Марка Р12 Ф5 К5-МП

Маркировка конструкционных сталей

Как она называется в Америке

Страны СНГ (с учетом требований по ГОСТ)

14 NiCrMo1-3-4 1.6657

16Mn CrB5 1.7160

Маркировка основных типов сталей

СНГ (с учетом требований по ГОСТ)

Х2 CrNiMo 17-12-2

X3 NiCrCuMoTi 27-23

08 X17 H13 M2 T

Маркировка рессорно-пружинной стали

Как она называется в Америке

Стандарты СНГ(с учетом требований по ГОСТ)

Марка 60 С2 ХГА

Маркировка стали, устойчивой к воздействию высоких температур

Как она называется в Америке

Стандарты СНГ(с учетом требований по ГОСТ)

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:

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

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)

Применяется в сварных конструкциях, которые обрабатываются методом резки

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

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

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

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

Маркировка легированной конструкционной стали

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

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

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

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

для зубчатых колес, работающих на средних скоростях при средних давлениях

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

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

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

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

Для мелких высокой прочности

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

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

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

Маркировка стали, устойчивой к возникновению коррозии

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

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

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

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

Применяется там, где возможен сильный износ твердых элементов

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

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

Заменитель сталей 12X18H9, 17Х18Н9 для сварных конструкций

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

Сталь подходит для работающих в сернокислых средах

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

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

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

в агрессивной среде (азотная кислота)

Применяется для изделий, контактирующих с морской водой. Не магнитится

Может применяться в азотной среде и при повышении температуры

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Маркировка коррозионностойкой стали

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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)

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

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

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)

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

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

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.)

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

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

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

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.

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.

По уровню качества сталь делится на 4 большие классификации:

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 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.

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:

«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.

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%.

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.

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.

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%.

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:

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.

Источник: inoxtrade.ru

Конструкционная сталь: классификация, маркировка

Конструкционная сталь получила широкое распространение во всех областях промышленности. Ее важными характеристиками являются пластичность, прочность, устойчивость к разрушению. Таким образом, этот материал применяют там, где предъявляются высокие требования к качеству и запасу прочности.

Марки конструкционной стали отличаются по химическому составу и, соответственно, по физическим свойствам. Подробнее о том, в чем ее особенности, как она классифицируется и где применяется, читайте в нашем материале.

Применение конструкционных сталей

Из конструкционной стали производят машины, аппараты, механические узлы и сложные детали. Есть несколько видов металлов, отличающихся свойствами и применяемых для изготовления определенной продукции для сборки механизмов и оборудования.

• Низколегированная сталь. Используется для производства вагонов железнодорожного транспорта, трамваев, метро, локомотивов; выпуска техники для сельскохозяйственных работ; для строительства больших объектов инженерной инфраструктуры, испытывающих постоянные нагрузки и вредное воздействие окружающей среды.
• Теплоустойчивая сталь. Изделия из этого металла выдерживают большую температуру до 6000 градусов по Цельсию и не разрушаются.
• Конструкционная подшипниковая сталь. Материал используют для производства подшипников, частей деталей, которые находятся в местах контакта шариков, роликов и беговых дорожек колец.
• Пружинная сталь. Из пружинно-рессорного сплава производят рессоры, пружины, сильфоны и прочие аналогичные детали.
• Автоматная сталь. Материал используется для выпуска мелких крепежных изделий и других элементов с помощью автоматического оборудования.

Классификация конструкционных сталей

Существуют разные виды металлов, которые отличаются химическим составом конструкционной стали, качеством, степенью раскисления, структурой, твердостью и сферой применения.

Добавка химических элементов влияет на деление металлов на углеродистые и легированные. Также сплавы бывают низкоуглеродистые ( < 0,3 % С), среднеуглеродистые (0,3–0,7 % С) и высокоуглеродистые (>0, 7 % С). Легированные металлы могут содержать хром, марганец, никель и другие примеси.

Количество включенных веществ определяет существование низко-, средне- и высоколегированных сталей. Низколегированные металлы содержат не более 5 % легирующих элементов, среднелегированные – от 5 до 10 %, высоколегированные — более 10 %.

Существует классификация по качеству: сплавы обыкновенного качества, качественные конструкционные стали, высококачественные и особо высококачественные металлы.

Качеством стали называют совокупность физических, химических и технологических параметров. Многие сплавы содержат скрытые газы (кислород, углерод, азот), примеси серы и фосфора. В зависимости от их количества у сплавов будет разная однородность, строение и технологические свойства.

Чтобы определить, какая сталь более качественная, принята норма содержания вредных примесей в металле. Сплав обыкновенного качества содержит до 0,050 % S и 0,040 % Р, качественный — не более 0,04 % S и 0,035 % Р, высококачественный — не более 0,025 % S и 0,025 % Р, особо высококачественный — не более 0,015 % S и 0,025 % Р.

Сплавы разделяют также по раскислению: спокойные, полуспокойные и кипящие сплавы.

Раскислением называется выделение кислорода из расплавленного металла с целью предупреждения хрупкого разрушения от воздействия температуры.

Спокойные сплавы получают при добавке раскислителя – марганца, кремния и алюминия. В них концентрируется мало кислорода, при затвердевании не отделяется газ. Кипящие сплавы раскисляют марганцем. Они содержат большое количество кислорода, часть которого, соединяясь с углеродом, выделяется в виде СО.

Полуспокойные стали находятся между спокойными и кипящими металлами. Они производятся при частичном раскислении с умеренным выделением кислорода.

По структуре стали делят на несколько видов, учитывая строение металла в отожженном и нормализованном состояниях. В отожженном (равновесном) качестве конструкционные стали классифицируют на доэвтектоидные, в структуре которых большое количество железа; эвтектоидные, состав которых включает перлит; аустенитные и ферритные.

Доэвтектоидными и эвтектоидными металлами бывают только углеродистые стали. Легированные металлы производятся всех классов. Аустенитные металлы получаются при добавке в химический состав конструкционных сталей элементов Ni, Mn, увеличивающих (гамма)-область. Ферритные стали образуются при добавке Сг, Si, V, W и прочих веществ, расширяющих (альфа)-область.

После нормализации структуры стали классифицируют на перлитный, мартенситный, аустенитный, ферритный металл.

Перлитный класс включает в себя углеродистые и низколегированные металлы, наиболее распространенные на разных производствах. После охлаждения в открытой среде стали получают структуру перлита, сорбита или троостита. В них также может быть избыточный феррит или карбид.

К мартенситному классу относятся средне- и высоколегированные металлы, которые при охлаждении на воздухе закаливаются на мартенсит. Они обладают твердостью, сильной хрупкостью и плохо поддаются обработке.

К аустенитному классу относятся углеродистые высоколегированные конструкционные стали. В зависимости от входящих химических веществ они обладают хорошей пластичностью, вязкостью, прочностью, устойчивостью к коррозии, высокой температуре, немагнитностью и другими полезными свойствами. Такие сплавы тяжелее обрабатывать.

Аустенитные и ферритные стали совпадают по классификации в отожженном и нормализованном состояниях.

Стали конструкционного качества разделяются на металлы нормальной, средней ((сигма)В < 1000 МПа), повышенной прочности ((сигма)В < 1500 МПа) и высокопрочные ((сигма)В >1500 МПа).

В зависимости от сферы применения металлы бывают машиностроительные, из которых делают прокат конструкционной стали и изготавливают детали механизмов, машин, и строительные металлы, необходимые для возведения сооружений и металлоконструкций.

Преимущества и недостатки конструкционных сталей

Конструкционная сталь приобретает свои достоинства после воздействия высокой температуры, поэтому все изделия обрабатываются термически.

Преимущества закаливания стали:

1. В результате воздействия температуры увеличивается устойчивость к пластическим деформациям у деталей из конструкционной стали. Элементы, прошедшие обработку, превосходят углеродистые сплавы по своим свойствам.
2. Прочность конструкционной стали увеличивается в результате воздействия температуры, поэтому рационально делать внешние детали большой толщины из этого материала.
3. Для охлаждения деталей из конструкционной стали после термической обработки применяют масла, которые снижают риск растрескивания, коробления.

Воздействие высокой температуры и легирование придает конструкционной стали дополнительную вязкость, устойчивость к ломкости при резком понижении температуры. В результате металлические детали имеют больший срок службы.

Минусы конструкционной стали:

• Большинство деталей из металла подвержено отпускной хрупкости.
• Вследствие воздействия высокой температуры основные конструкционные стали становятся мягче, у них снижается сопротивление усталости.
• Ковка и прокатка изменяет структуру стали, делая ее строчечной. Деформированные участки становятся неоднородными, металл тяжело поддается резке.

В легированной стали с добавлением никеля могут появляться светлые участки в местах излома. При выполнении поперечного разреза в металле видны трещины разной направленности. Это объясняется выделением водорода, растворенного в стали.

Маркировка конструкционных сталей

Существует множество марок конструкционных легирующих сталей. Они проставляются в соответствие с принятой системой. Стоит узнать о ней подробнее.

Углеродистые конструкционные стали обыкновенного качества обозначаются буквами «Ст» и цифрами от 0 до 6, характеризующими номера марок. Затем ставят обозначение степени раскисления: «сп» – спокойные, «пс» – полуспокойные, «кп» – кипящие.

Если конструкционная сталь имеет марку 0, то степень раскисления не указывают, но отражают количество фосфора (не более 0,07 %), серы (не более 0,06 %) и углерода (не более 0,23 %). Марки под номерами от 1 до 6 обычно полуспокойные, а от 1 до 4 – кипящие. Содержание элементов С, Мn, Si, S, P в сталях обязательно указывают.

Бывают спокойные, полуспокойные, кипящие углеродистые конструкционные стали. Индекс перед спокойными не ставят. Например, номера полуспокойных металлов: 08 пс, 10 пс, 20 пс; кипящих: 08 кп, 10 кп, 20 кп.

По существующей маркировке литая структура углеродистых сталей обозначается большой буквой «Л» (сталь 60 Л).

Маркировка углеродистых легированных конструкционных сталей производится по ГОСТ 4532–71. Она включает буквы и цифры, показывающие химические элементы в металле:

• алюминий – Ю;
• бор – Р;
• ванадий – Ф;
• вольфрам – В;
• кобальт – К;
• кремний – С;
• марганец – Г;
• медь – Д;
• молибден – М;
• никель – Н;
• ниобий – Б;
• титан – Т;
• хром – Х.

Первая цифра в маркировке означает количество углерода в легированном материале (в сотых долях процента). Например, запись «30ХН3А» означает, что в металле есть 0,30 % С, около 1 % Сr и 3 % Ni. Большая буква «А» показывает высокое качество стали. Для обозначения высококачественных сталей применяют маркировку с буквой Ш, например, 30ХГС-Ш.

Отдельные группы конструкционных сталей имеют дополнительное обозначение в начале. К примеру, автоматные металлы – букву «А», строительные – «С», подшипниковые – «Ш» (ШХ15).

Концентрация углерода обозначается двузначным числом перед буквами А, АС или АЦ и выражается в сотых долях процента. Примеры: кальций в составе – АЦ20, …, АЦ30ХН; селен – А35Е, А40ХЕ; сера – А11, А20, … А40; свинец – АС14, АС40, … АС45Г2.

Низколегированная конструкционная сталь имеет в маркировке букву «С» и число, показывающее предел текучести (мегапаскаль) – С235, С285 … С590. После номера может быть большая буква «Д», что означает антикоррозийные качества, «К» показывает особенный химический состав, «Т» сообщает об увеличенной прочности после термической обработки.

Конструкционные стали – современные материалы, отличающиеся разнообразными характеристиками, которые проявляются в металлах при включении тех или иных химических элементов. Примеси могут делать стали прочными, износостойкими, твердыми, хрупкими. Металл является недорогим и широко используемым сырьем для производства множества деталей и конструкций.

Источник: vtmstol.ru

92. Стали, применяемые в строительстве.

Строительные стали, применяемые для изготовления стальных конструкций, разделяются на малоуглеродистые и легированные. Они должны обладать высокой прочностью, вязкостью и хорошей свариваемостью.

Углеродистые стали представляют собой сплавы железа и углерода. Постоянными примесями в них являются марганец, кремний, сера и фосфор.

Для получения более качественных и легированных сталей вводят специальные легирующие добавки (присадки) — хром, никель, марганец, ванадий и др.

Легированные стали более прочны и обладают высокими механическими свойствами.

Механические свойства стали зависят в основном от количества углерода и легирующих добавок, содержащихся в стали, так как чистое железо (феррит) обладает низкими механическими свойствами.

Прочность стали возрастает с увеличением процента содержания углерода. Однако увеличение процента содержания углерода снижает пластичность стали, увеличивает хрупкость и ухудшает свариваемость. Содержание углерода в строительных сталях не превышает 0,22%.

Существенно увеличивает прочность стали без заметного снижения пластичности марганец, который является полезной примесью и всегда присутствует в сталях в количестве от 0,4 до 0,05%.

Наконец, очень полезной, но более дорогой добавкой является медь, которая повышает прочность стали в меньшей мере, чем марганец и кремний, но значительно улучшает стойкость стали против атмосферной коррозии.

Наряду с указанными полезными добавками сталь содержит и вредные примеси: фосфор, серу, азот и кислород.

Фосфор делает сталь хладноломкой (хрупкой при пониженных температурах), а сера — красноломкой (трещиноватой при температурах 800-1000°). Во время ковки такая сталь дает трещины, а при значительном содержании серы даже разрушается.

Весьма вредными примесями являются кислород и азот, которые попадают в сталь из воздуха при ее выплавке. Азот делает сталь хрупкой и хладноломкой. Кислород действует, как сера, но в более сильной степени.

Конвертерную кипящую сталь вследствие большого содержания кислорода, азота и других вредных примесей применяют только для неответственных клепаных конструкций.

В некоторых случаях для изготовления неответственных конструкций применяют также сталь марки Ст. 0.

По условиям поставки, в соответствии с ГОСТ 380-50, стали делятся на две группы: группа А — сталь, поставляемая по механическим свойствам; группа Б — сталь, поставляемая по химическому составу.

Сталь, поставляемая по химическому составу, помимо номера, имеет букву Б или М. Буква указывает на способ производства: Б — бессемеровский, М — мартеновский. Например, БСт. 5 означает бессемеровскую сталь номер 5.

Углеродистая сталь обыкновенного качества, применяемая для изготовления строительных конструкций, должна вырабатываться мартеновским способом.

Для ответственных сварных конструкций, воспринимающих динамическую нагрузку, применяют спокойную мартеновскую сталь, поставляемую по группе А, с дополнительными гарантиями по группе Б в части предельного содержания углерода, фосфора и серы.

В настоящее время получают распространение новые марки низколегированных сталей — 14Г2 и 15ХСНД.

Сталь 15ХСНД будет применяться в строительных конструкциях вместо стали НЛ2, которой она соответствует по своим механическим качествам.

Низколегированная марганцовистая сталь 14Г2 также обладает высокими механическими свойствами, низким пределом хладноломкости (ниже — 40°), выносливостью при переменных нагрузках, хорошо обрабатывается и сваривается (на тех же режимах, что и сталь НЛ2). Эти свойства должны обеспечить ей в ближайшем будущем широкое применение в строительных конструкциях..

Марку низколегированной стали, так же как и углеродистой, обозначают буквами и цифрами. Буквы показывают, какие низколегированные элементы введены в сталь и обозначают: Г — марганец, С — кремний, X — хром, Н — никель, М — молибден, Д — медь.

Наряду с большой прочностью низколегированные стали обладают высокой ударной вязкостью при пониженных температурах и хорошей коррозийной стойкостью. Хотя стоимость низколегированной стали примерно на 25% выше стоимости стали Ст. 3, применение ее позволяет снизить вес конструкций на 35- 40%, что является экономически целесообразным. Углеродистые и низколегированные стали выплавляют в мартеновских печах.

Инструментальные стали применяют для изготовления режущего, измерительного и ударного инструмента.

Инструментальная углеродистая сталь делится на качественную и высококачественную. Качественная инструментальная сталь обозначается буквой У и цифрой, указывающей количество содержащегося углерода в десятых долях процента, например У7, У8 и так далее до У13. Инструментальная высококачественная сталь содержит меньше вредных примесей (фосфора, серы), чем качественная; при ее маркировке добавляется буква А, например У8А.

Стали У7 и У8, а также У7А и У8А применяют для изготовления инструмента, подвергающегося ударам (зубил, обжимок, матриц, клейм, ударных молотков, кувалд, пневматических инструментов и др.)- Из стали У9 и У9А изготовляют кернеры и дыропробивные штемпели; из стали У10 и У10А — токарные и строгальные резцы, ножовочные полотна и др. Выбор марки стали и ее термическая обработка определяются назначением и режимом эксплуатации инструмента.

С целью экономии быстрорежущей стали большинство режущих инструментов делают составным или сборным. В сборном и составном инструменте хвостовую часть или корпус изготовляют из обычной инструментальной, а режущую часть — из быстрорежущей стали.

Источник: studfile.net

Конструкционная сталь

Специализированные сплавы, обладающие определенным набором технологических свойств, обусловленных тщательным подбором химического состава и детальным соблюдением всех правил и норм выплавки, получили общее название – конструкционная сталь и широко используются в машиностроении и строительстве.

Высококачественная углеродистая сталь выпускается в виде проката и поковок, применяемых для производства различных деталей машин и сварных конструкций, подвергающихся статическим и динамическим механическим нагрузкам.

Популярные марки конструкционных сталей

Конструкционные углеродистые стали разделяют на две категории:

Качественная углеродная сталь более пластична и имеет узкие пределы содержания углерода от 0,07 до 0,08%. Также в отельную категорию входит легированная сталь, содержащая добавки для улучшения механических свойств (кремний, вольфрам, молибден, никель, хром и др.).

Наиболее распространенные марки конструкционных сталей представлены в таблице:

ГОСТ

Европейские стандарты

Стандарты США

Применение конструкционных сталей

Основная сфера использования конструкционной стали – изготовление узлов и механизмов в различных отраслях машиностроения. Так сталь обыкновенного качества используются для возведения всевозможных строительных конструкций, различных деталей крепежа и профильного металлопроката.

Качественные конструкционные стали применяют для изготовления деталей, к которым предъявляются повышенные требования к пластичности, а также стойкости к механической нагрузке: винты, сварные изделия, зубчатые колеса, болты и прочее.

Дополнительная классификация конструкционной стали

В промышленности широко применяются следующие категории стали:

• Легированные конструкционные стали. Обладают наибольшей конструктивной прочностью благодаря добавлению легирующих элементов.
• Теплоустойчивые. Отличаются повышенной рабочей температурой и используются для изготовления котлов, паропроводов, а также в различных отраслях промышленности, где повышенная температура является постоянным фактором. Для придания теплостойкости сталь легируют добавками хрома, ванадия или молибдена.
• Подшипниковые. Наличие высоких локальных нагрузок предъявляет повышенные требования к стали. Подшипниковая сталь легируется хромом для обеспечения высокой статистической грузоподъемности.

Назначение конструкционной стали обыкновенного качества

Источник: metavto.ru