В этой статье вы познакомитесь с увлекательным миром черных и цветных металлов, узнаете об их уникальных свойствах и классификации. К концу статьи вы поймете основные различия и области применения этих важнейших материалов в повседневной жизни.
Прежде чем перейти к классификации стали, давайте кратко познакомимся с основными понятиями черных металлов, стали и цветных металлов.
Чугун, получаемый путем плавки железной руды в доменной печи, служит важнейшим промежуточным продуктом для производства стали и литья.
Чугун получают путем плавления чугуна в печи и последующей заливки жидкого металла в формы для создания литых деталей. Этот процесс позволяет получить детали с превосходной износостойкостью и демпфирующими свойствами.
Ферросплавы - это сплавы на основе железа, содержащие такие элементы, как кремний, марганец, хром и титан. Эти сплавы играют важную роль в производстве стали в качестве раскислителей и легирующих добавок, позволяя точно контролировать состав и свойства стали.
Эти легирующие элементы играют важную роль в улучшении свойств металлов. Например, вольфрам, титан и молибден часто используются в производстве твердых сплавов для режущих инструментов, значительно повышая износостойкость и высокотемпературные характеристики.
Вышеупомянутые цветные металлы в совокупности называются промышленными металлами. Кроме того, в эту категорию входят драгоценные металлы, такие как платина, золото и серебро, а также редкие металлы, такие как уран и радий, которые находят специализированное применение в различных отраслях высоких технологий и энергетики.
Сталь - это железоуглеродистый сплав с содержанием углерода от 0,04% до 2,3%. Для обеспечения прочности и пластичности содержание углерода обычно не превышает 1,7%.
Помимо железа и углерода, основными элементами стали являются кремний, марганец, сера и фосфор. Существуют различные методы классификации стали, основными из которых являются следующие семь:
1. Классификация по качеству:
(1) Обычная сталь (P≤0.045%, S≤0.050%)
(2) Высококачественная сталь (P, S оба ≤0.035%)
(3) Улучшенная высококачественная сталь (P≤0.035%, S≤0.030%)
2. Классификация по химическому составу:
(1) Углеродистая сталь:
(2) Легированная сталь:
3. Классификация по способу формирования:
(1) Кованая сталь;
(2) Литая сталь;
(3) Горячекатаная сталь;
(4) Холоднотянутая сталь.
4. Классификация по металлографической структуре:
(1) Отожженное состояние:
(2) Нормализованное состояние:
(3) Нетрансформирующиеся или частично трансформирующиеся.
5. Классификация по использованию:
(1) Сталь для строительства и машиностроения:
(2) Конструкционная сталь:
a. Сталь для механического производства:
b. Пружинная сталь
c. Несущая сталь
(3) Инструментальная сталь:
(4) Сталь с особыми свойствами:
(5) Профессиональная сталь: например, мостовая сталь, морская сталь, котельная сталь, сталь для сосудов высокого давленияСталь для сельскохозяйственной техники и т.д.
6. Комплексная классификация:
(1) Обычная сталь:
a. Углеродистая конструкционная сталь:
b. Низколегированная конструкционная сталь
c. Обычная конструкционная сталь для конкретных целей
(2) Качественная сталь (включая высококачественную качественную сталь)
a. Конструкционная сталь:
b. Инструментальная сталь:
c. Сталь со специальными характеристиками:
7. Классификация по способам выплавки
(1) Классификация по типам печей
a. Стальной открытый очаг:
b. Конвертерная сталь:
или
c. Сталь для электропечей:
(2) Разделены по степени раскисления и системе литья
Стальные материалы можно разделить на четыре основные категории в зависимости от формы: профили, листы, трубы и металлопродукция. Для облегчения закупок, заказов и управления в настоящее время Китай классифицирует сталь по шестнадцати основным типам:
| Категория | Тип продукта | Заявление |
| Профилированный брус | Тяжелый рельс | Стальные рельсы весом более 30 кг на метр (включая крановые рельсы) |
| Легкорельсовый транспорт | Стальные рельсы весом не более 30 кг на метр. | |
| Крупносортная сталь | Обычная сталь включает круглую, квадратную, плоскую, шестигранную, двутавровую балку, швеллер, равнополочную и неравный угол сталь, а также резьбовая сталь. По размеру их можно разделить на крупные, средние и мелкие. | |
| Сталь среднего сечения | ||
| Сталь малого сечения | ||
| Проволочная катанка | Круглые стальные и дисковые прутки диаметром 5-10 миллиметров. | |
| Холоднодеформированная сталь | Секционная сталь, полученная путем холодной гибки стали или стальных полос. | |
| Высококачественные профили | Высококачественная круглая сталь, квадратная сталь, плоская сталь, шестигранная сталь и многое другое. | |
| Другие стальные материалы | В том числе тяжелые рельсовые компоненты, заготовки осей, кольца для шин и т.д. | |
| Листовой металл | Тонкий стальной лист | Стальные листы толщиной не более 4 мм. |
| Толстый стальной лист | Стальные листы толщиной более 4 миллиметров. | |
| Их можно разделить на средние (толщина более 4 мм и менее 20 мм), толстые (толщина более 20 мм и менее 60 мм) и сверхтолстые (толщина более 60 мм). | ||
| Стальная полоса | Известная также как полосовая сталь, она представляет собой тонкий стальная пластина длинный, узкий, поставляется в рулонах. | |
| Лист из электротехнической кремнистой стали | Также упоминается как лист кремнистой стали. | |
| Материал трубы | Бесшовные стальные трубы | Бесшовные стальные трубы, изготовленные такими методами, как горячая прокатка, горячая прокатка-холодная вытяжка или экструзия. |
| Сварные стальные трубы | Стальные трубы формируются путем скручивания и формовки стальных листов или стальных полос, а затем свариваются вместе. | |
| Металлические изделия | Металлические изделия | К ним относятся стальная проволока, стальные тросы и стальные нити. |
Углеродистая сталь, также известная как простая углеродистая сталь, представляет собой фундаментальный ферроуглеродный сплав, содержащий до 2% углерода (wc) по весу. Этот универсальный материал является основой для многочисленных промышленных применений благодаря своим сбалансированным механическим свойствам и экономичности.
Помимо углерода, углеродистая сталь обычно содержит небольшое, но значительное количество легирующих элементов, включая кремний (для раскисления), марганец (для прочности и закаливаемости), серу (для обрабатываемости) и фосфор (для прочности в низких концентрациях). Точный контроль этих элементов имеет решающее значение для достижения желаемых характеристик материала.
Углеродистую сталь можно разделить на три основные категории в зависимости от ее предназначения:
В зависимости от содержания углерода углеродистая сталь подразделяется на:
Кроме того, углеродистая сталь классифицируется по содержанию фосфора и серы:
Важно понимать, что с увеличением содержания углерода в углеродистой стали ее твердость и прочность значительно повышаются. Однако это происходит за счет снижения пластичности и свариваемости. Эта обратная зависимость между прочностью и пластичностью требует тщательного выбора материала на основе конкретных требований к применению с учетом таких факторов, как несущая способность, формуемость и методы изготовления.
Механические свойства углеродистой стали в первую очередь отражаются в обозначении ее марки, которое обычно начинается с буквы "Q", за которой следуют цифры. Буква "Q" обозначает предел текучести, а последующие цифры - минимальное значение предела текучести в мегапаскалях (МПа). Например, Q275 обозначает марку стали с минимальным пределом текучести 275 МПа.
Дополнительные буквы A, B, C или D, следующие за номером марки, означают различные уровни качества, с уменьшением содержания серы (S) и фосфора (P) в таком порядке. Эта прогрессия соответствует общему повышению качества стали, а D означает наивысшее качество среди этих обозначений.
Наличие "F" после марки указывает на рифленую сталь, а "b" означает полуубитую сталь. Отсутствие букв "F" или "b" означает, что сталь убита. Например, Q235-A-F обозначает рифленую сталь марки А с минимальным пределом текучести 235 МПа, а Q235-C - убитую сталь марки С с тем же пределом текучести.
Углеродистая конструкционная сталь обычно используется в готовом виде без дополнительной термической обработки, что делает ее экономически эффективной для различных областей применения.
Низкоуглеродистые марки стали, такие как Q195, Q215 и Q235, обладают отличной свариваемостью, формуемостью и вязкостью в сочетании с умеренной прочностью. Эти марки широко используются для производства тонких листов, арматуры, сварных стальных труб и различных структурных компонентов. Благодаря своим сбалансированным свойствам они также подходят для производства стандартных крепежных деталей, таких как заклепки, винты и гайки.
Стали с немного более высоким содержанием углерода, такие как Q255 и Q275, обеспечивают повышенную прочность при сохранении хорошей пластичности и вязкости. Эти марки остаются свариваемыми, что делает их универсальными для применения в конструкциях. Они часто используются при изготовлении несущих конструкций, шатунов, шестерен, муфт и компонентов менее сложного оборудования, где требуется баланс прочности и пластичности.
Углеродистая сталь должна отвечать определенным требованиям к химическому составу и механическим свойствам. Для обозначения марки углеродистой стали используется двухзначная система, представляющая собой 10000-кратную среднюю массовую долю углерода в стали (wc × 10000). Например, сталь 45 содержит среднюю массовую долю углерода 0,45%, а сталь 08 - 0,08%.
Высококачественная углеродистая конструкционная сталь используется в основном для изготовления деталей машин. Она часто подвергается термообработке для улучшения механических свойств, что позволяет адаптировать ее к конкретным условиям применения.
Содержание углерода существенно влияет на свойства и область применения стали:
Низкоуглеродистые стали (08, 08Ф, 10, 10Ф) отличаются высокой пластичностью и вязкостью, отлично поддаются холодной штамповке и сварке. Эти марки часто подвергаются холодной прокатке в тонкие листы для холодноштампованных деталей в приборах, автомобилях и сельскохозяйственной технике. В качестве примера можно привести кузовные панели автомобилей и кабины тракторов, где очень важна пластичность и свариваемость.
Стали со средним содержанием углерода (15, 20, 25) идеально подходят для деталей, упрочненных методом корпусной закалки, требующих износостойких поверхностей, но меньшей прочности сердцевины. Эти марки обычно используются в небольших, малонагруженных деталях, таких как поршневые пальцы и образцовые пластины. Процесс науглероживания создает твердую, износостойкую поверхность при сохранении прочной сердцевины.
Среднеуглеродистые стали (30, 35, 40, 45, 50) достигают превосходного баланса механических свойств благодаря закалке и высокотемпературному отпуску. Сочетание прочности, пластичности и вязкости делает их пригодными для изготовления таких ответственных деталей, как коленчатые валы, шатуны, шпиндели станков и зубчатые колеса. Процесс термообработки может быть оптимизирован для достижения желаемого профиля свойств для конкретных применений.
Высокоуглеродистые стали (55, 60, 65) развивают высокий предел упругости после закалки и среднетемпературного отпуска. Эта характеристика делает их идеальными для изготовления небольших, малонагруженных пружин (с поперечным сечением менее 12-15 мм). К ним относятся пружины, регулирующие давление, пружины для контроля скорости, плунжерные пружины и пружины холодной навивки, для которых важны высокая упругая прочность и усталостная прочность.
Углеродистая инструментальная сталь - это высокоуглеродистый стальной сплав, содержащий минимальное количество легирующих элементов, с содержанием углерода, как правило, от 0,60% до 1,50%. Такой состав придает ей уникальные свойства, которые делают ее пригодной для конкретных промышленных применений.
Углеродистая инструментальная сталь широко используется в производстве благодаря своей экономичности, доступности сырья, отличной обрабатываемости, а также способности достигать высокой твердости и износостойкости путем термообработки. Эти характеристики делают ее идеальным выбором для производства различных режущих инструментов, штампов, пресс-форм и точных измерительных приборов.
Однако углеродистая инструментальная сталь имеет низкую красную твердость, что является существенным ограничением при использовании в высокотемпературных областях. Когда рабочая температура превышает примерно 200°C (392°F), твердость и износостойкость материала быстро снижаются, нарушая его функциональную целостность. Это ограничивает его применение в высокоскоростной обработке или в приложениях с длительным воздействием повышенных температур.
Кроме того, углеродистая инструментальная сталь создает трудности при термообработке, особенно для крупных деталей. Ограниченная прокаливаемость может привести к неравномерному распределению твердости по сечению толстых деталей. Эта особенность в сочетании с высоким содержанием углерода повышает риск деформации и растрескивания при закалке, что требует тщательного контроля скорости нагрева и охлаждения в процессе термообработки.
Несмотря на эти ограничения, углеродистая инструментальная сталь остается ценным материалом во многих производственных сценариях, где можно использовать ее сильные стороны и смягчить недостатки с помощью правильного проектирования и обработки.
Похожие статьи: Основы режущих инструментов
Конструкционная сталь со свободной резкой разработана для улучшения обрабатываемости за счет включения специальных элементов, которые способствуют образованию стружки и разрушению во время операций резания. Такая конструкция повышает эффективность резания и продлевает срок службы инструмента, что делает ее идеальной для крупносерийного производства.
Сера - основной элемент, используемый для повышения хрупкости стали и улучшения ее обрабатываемости. Помимо серы, в низколегированные конструкционные стали свободного резания обычно добавляют такие элементы, как свинец, теллур и висмут, чтобы еще больше повысить их обрабатываемость.
Содержание серы (ws) в свободно режущей стали обычно составляет от 0,08% до 0,30%, а содержание марганца (wMn) контролируется в пределах от 0,60% до 1,55%. Эти элементы в сочетании образуют включения сульфида марганца (MnS) в стальной матрице. Включения MnS отличаются высокой хрупкостью и обладают присущими им смазочными свойствами, которые выполняют две важнейшие функции:
Такое сочетание свойств приводит к улучшению контроля над стружкой, снижению сил резания и повышению качества обработки поверхности деталей. Кроме того, наличие включений MnS помогает свести к минимуму образование нарастающей кромки на режущем инструменте, что способствует увеличению срока службы инструмента и стабильному качеству деталей в условиях крупносерийного производства.
В состав стали, помимо железа и углерода, могут входить различные легирующие элементы для улучшения ее свойств. К таким элементам относятся кремний, марганец, молибден, никель, хром, ванадий, титан, ниобий, бор, свинец и редкоземельные металлы. Преднамеренное добавление этих элементов в различных пропорциях приводит к получению так называемой легированной стали.
Разработка систем легированных сталей происходит в разных странах мира, что зависит от природных ресурсов, промышленного потенциала и потребностей рынка. Например, западные страны исторически ориентированы на системы сплавов на основе никеля и хрома, используя богатые ресурсы этих элементов. В отличие от них, Китай стал пионером в создании систем легированной стали с использованием кремния, марганца, ванадия, титана, ниобия, бора и редкоземельных элементов, что соответствует его внутренним ресурсам и технологическим преимуществам.
Следует отметить, что на долю легированной стали приходится примерно 10-15% мирового производства стали, и эта цифра постепенно увеличивается в связи с растущим спросом на высокоэффективные материалы в различных отраслях промышленности.
Легированные стали, произведенные по технологии электродуговой печи (EAF), можно разделить на восемь основных классов в зависимости от их назначения:
Обычная низколегированная сталь, также известная как высокопрочная низколегированная сталь (HSLA), относится к категории материалов из черных металлов, содержащих небольшое количество легирующих элементов, обычно от 1% до 5% от общего состава. Эти легирующие элементы могут включать марганец, кремний, никель, хром, молибден, ванадий и другие.
Сталь этого класса обладает превосходными механическими свойствами по сравнению с углеродистой сталью, включая повышенную прочность, улучшенную вязкость и коррозионную стойкость. Тщательно подобранные легирующие элементы способствуют превосходным комплексным характеристикам, включая повышенную износостойкость, низкотемпературную вязкость, а также превосходную свариваемость и обрабатываемость.
В тех случаях, когда сохранение таких важных легирующих элементов, как никель и хром, имеет первостепенное значение, обычная низколегированная сталь обладает значительными преимуществами. Как правило, 1 тонна этого материала может эффективно заменить 1,2-1,5 тонны углеродистой стали, в зависимости от конкретной марки и области применения. Такая замена не только приводит к снижению веса, но и увеличивает срок службы и расширяет спектр возможных применений, особенно в конструкционной и автомобильной промышленности.
Производство обычной низколегированной стали может осуществляться с помощью различных сталеплавильных процессов, включая основные кислородные печи (BOF), электродуговые печи (EAF) или традиционный мартеновский метод. Для достижения точного химического состава и высокой степени чистоты часто используются передовые методы вторичной металлургии, такие как рафинирование в ковше и вакуумная дегазация. Несмотря на добавление легирующих элементов, стоимость производства стали HSLA остается конкурентоспособной, зачастую лишь незначительно превышая стоимость углеродистой стали, что делает ее экономически выгодным вариантом для многих инженерных применений.
Инженерная конструкционная сталь включает в себя широкий спектр легированных сталей, специально предназначенных для использования в инженерных и строительных конструкциях. В эту категорию входят высокопрочные низколегированные стали (HSLA), легированные арматурные стали, легированные стали для железнодорожного транспорта, легированные стали для нефтяного бурения, легированные стали для сосудов под давлением, износостойкие стали с высоким содержанием марганца и другие.
Эти стали разработаны для обеспечения оптимальных характеристик в несущих конструкциях, предлагая превосходный баланс прочности, пластичности и свариваемости. Их основное назначение - служить важнейшими элементами конструкций в различных инженерных и строительных проектах, начиная от небоскребов и мостов и заканчивая промышленными объектами и морскими платформами.
Хотя общее содержание легирующих элементов в этих сталях относительно невелико (обычно менее 5% по весу), их влияние на механические свойства весьма значительно. Тщательное добавление таких элементов, как марганец, никель, хром и ванадий, в точных количествах позволяет изменять свойства в соответствии с требованиями конкретного применения. В результате оптимизации получаются стали, которые демонстрируют превосходное соотношение прочности и веса, улучшенную коррозионную стойкость и улучшенную формуемость по сравнению с обычными углеродистыми сталями.
Широкое распространение инженерных конструкционных сталей объясняется несколькими факторами:
Механическая конструкционная сталь относится к классу легированных сталей, специально разработанных для изготовления машин и критических компонентов машин. Эти стали разработаны для удовлетворения высоких требований современных механических систем.
Созданные на основе высококачественной углеродистой стали, эти сплавы включают один или несколько тщательно подобранных легирующих элементов для улучшения ключевых свойств:
Механические конструкционные стали обычно подвергаются термической обработке для оптимизации их механических свойств. К распространенным видам обработки относятся:
Две основные категории механической конструкционной стали:
Эти категории включают в себя несколько специализированных типов:
По химическому составу механические конструкционные стали можно разделить на несколько серий:
Легированная конструкционная сталь характеризуется содержанием углерода (wc), как правило, в диапазоне от 0,15% до 0,50%, что обычно ниже, чем у углеродистой конструкционной стали. В дополнение к углероду она содержит один или несколько легирующих элементов, включая кремний, марганец, ванадий, титан, бор, никель, хром и молибден. Эти элементы тщательно подбираются и пропорционируются для придания стали определенных механических и физических свойств.
Отличительной особенностью легированной конструкционной стали является ее повышенная прокаливаемость и превосходная устойчивость к деформации и растрескиванию под напряжением. Это делает ее особенно подходящей для процессов термообработки, которые могут значительно улучшить ее механические свойства. Благодаря точному контролю скорости нагрева и охлаждения производители могут оптимизировать микроструктуру стали, в результате чего достигается идеальное сочетание прочности, вязкости и пластичности для конкретных применений.
Легированная конструкционная сталь находит широкое применение в важнейших компонентах различных отраслей промышленности. Она обычно используется при производстве высокопроизводительных деталей трансмиссии, таких как шестерни и валы, где прочность и износостойкость имеют первостепенное значение. В автомобильном и сельскохозяйственном секторах она используется для изготовления крепежа и конструктивных элементов автомобилей и тракторов, соответственно. В судостроении эта сталь используется для изготовления важнейших конструктивных элементов. В энергетике легированная конструкционная сталь имеет решающее значение для компонентов паровых турбин, которые должны выдерживать высокие температуры и давление. Тяжелые станки, для которых требуются материалы с отличной стабильностью размеров и износостойкостью, также выигрывают от свойств легированной конструкционной стали.
Универсальность легированной конструкционной стали также подтверждается разнообразными вариантами ее термической обработки:
Эти процессы термообработки могут быть точно настроены для удовлетворения конкретных требований к эксплуатационным характеристикам, что делает легированную конструкционную сталь легко адаптируемым материалом для различных инженерных применений.
Легированные инструментальные стали - это сложные средне- и высокоуглеродистые стали, разработанные с точным добавлением таких легирующих элементов, как кремний, хром, вольфрам, молибден и ванадий. Эти стали известны своей исключительной прокаливаемостью, устойчивостью к деформации под нагрузкой и превосходной трещиностойкостью. Эти свойства делают их идеальными для производства крупногабаритных и геометрически сложных режущих инструментов, прецизионных штампов и высокоточных измерительных приборов.
Содержание углерода в легированных инструментальных сталях тщательно подбирается для конкретных областей применения и обычно составляет от 0,5% до 1,5%. Стали для штампов горячей обработки, предназначенные для работы при повышенных температурах и циклических термических нагрузках, отличаются более низким содержанием углерода - от 0,3% до 0,6%. Такой состав оптимизирует их прочность в горячем состоянии и сопротивление термической усталости. Стали для режущих инструментов обычно содержат около 1% углерода, что позволяет сбалансировать твердость и вязкость для оптимального сохранения кромки и износостойкости.
Стали для холодной обработки давлением, которые должны выдерживать высокие сжимающие нагрузки и абразивный износ при комнатной температуре, содержат более высокий уровень углерода. Например, графитовая штамповая сталь, используемая для синтеза алмазов, содержит 1,5% углерода для достижения чрезвычайной твердости и износостойкости. Высокоуглеродистые высокохромистые штамповые стали для холодной обработки (D-тип) могут содержать более 2% углерода, что приводит к образованию микроструктуры, богатой первичными карбидами, которые придают исключительную износостойкость и стабильность размеров.
Точный контроль легирующих элементов в этих сталях позволяет образовывать сложные карбиды в процессе термообработки, что значительно повышает их механические свойства и производительность в сложных инструментальных областях. Например, ванадий образует мелкодисперсные карбиды, повышающие износостойкость, а хром способствует повышению твердости и коррозионной стойкости. Молибден и вольфрам повышают высокотемпературную прочность и твердость в горячем состоянии, что очень важно для горячей обработки.
Быстрорежущая инструментальная сталь (HSS) - это сложный класс высокоуглеродистой, высоколегированной инструментальной стали, характеризующейся содержанием углерода, как правило, от 0,7% до 1,5%. Свои исключительные свойства этот передовой материал приобретает благодаря тщательно подобранному составу легирующих элементов, в первую очередь вольфрама, молибдена, хрома, ванадия, а в некоторых сортах и кобальта. Эти элементы образуют сложные, высокостабильные карбиды, которые способствуют выдающимся эксплуатационным характеристикам стали.
Отличительной особенностью быстрорежущей стали является ее замечательная красная твердость, которая позволяет ей сохранять целостность структуры и эффективность резания при повышенных температурах, часто превышающих 600°C (1112°F), во время операций высокоскоростной обработки. Эта термическая стабильность имеет решающее значение в современном производстве, где скорости и подачи резания продолжают расти, выделяя значительное количество тепла на границе раздела инструмент-заготовка.
Быстрорежущая сталь обладает превосходной износостойкостью, вязкостью и способностью выдерживать тепловой удар. Эти свойства делают ее идеальным материалом для широкого спектра режущих инструментов, включая сверла, концевые фрезы, метчики и пильные диски, особенно в тех случаях, когда речь идет о труднообрабатываемых материалах или когда требуется крупносерийное производство.
Универсальность быстрорежущей стали еще больше повышается благодаря ее реакции на термическую обработку. Благодаря точному контролю процессов аустенизации, закалки и отпуска производители могут оптимизировать баланс между твердостью (обычно 62-70 HRC) и вязкостью для решения конкретных задач. Передовые технологии нанесения покрытий, такие как TiN или AlTiN, могут быть применены к инструментам из быстрорежущей стали для дальнейшего повышения износостойкости и снижения трения, продлевая срок службы инструмента и обеспечивая еще более высокие скорости резания.
Пружинная сталь предназначена для применения в областях, требующих исключительной устойчивости к ударам, вибрации и циклическим нагрузкам. Чтобы работать в таких сложных условиях, пружинная сталь должна обладать сочетанием высокой прочности на растяжение, повышенного предела упругости и превосходной усталостной прочности.
С точки зрения металлургии пружинная сталь должна обладать отличной прокаливаемостью для достижения стабильных механических свойств по всему сечению. Она также должна обладать устойчивостью к обезуглероживанию в процессе термообработки и поддерживать высокое качество обработки поверхности, чтобы минимизировать точки концентрации напряжений.
Углеродистые пружинные стали - это высокопроизводительные углеродистые конструкционные стали, содержащие от 0,6% до 0,9% углерода. Эти стали подразделяются на стали с нормальным и высоким содержанием марганца, причем последние отличаются повышенной прочностью и износостойкостью. Легированные пружинные стали, в основном кремнемарганцевые, обычно отличаются несколько меньшим содержанием углерода (от 0,5% до 0,7%), но при этом содержат повышенное количество кремния (от 1,3% до 2,8%) для улучшения упругих свойств и усталостной прочности. В состав легированной пружинной стали дополнительно входят хром для повышения твердости, вольфрам для сохранения прочности при высоких температурах и ванадий для измельчения зерна и закалки осаждением.
Используя отечественные ресурсы и учитывая растущие требования к конструкции автомобильной и сельскохозяйственной техники, было разработано новое поколение пружинной стали. Эта инновационная марка основана на кремнемарганцевой основе и включает в себя точные добавки бора для повышения твердости, ниобия для измельчения зерна и усиления осадки, а также молибдена для повышения стойкости к отпуску и повышенным температурам. Такой состав значительно продлевает срок службы пружин и повышает общее качество деталей, отвечая требованиям современных высокопроизводительных приложений.
Подшипниковая сталь - это специализированный сплав, разработанный для производства критических компонентов подшипников качения, включая шарики, ролики и дорожки качения. Эти компоненты подвергаются экстремальным циклическим нагрузкам, высокоскоростному вращению и постоянному трению, что требует применения материала с исключительными механическими свойствами.
К основным характеристикам высококачественной подшипниковой стали относятся:
Жесткие требования к эксплуатационным характеристикам требуют тщательного контроля состава и микроструктуры стали. Производители устанавливают строгие ограничения на:
Наиболее распространенным типом подшипниковой стали является высокоуглеродистая хромистая сталь, обычно содержащая:
Этот состав, часто обозначаемый как AISI 52100 или 100Cr6, обеспечивает оптимальный баланс прокаливаемости, износостойкости и вязкости после соответствующей термообработки.
К другим специализированным подшипниковым сталям относятся:
Кремнистая электротехническая сталь, также известная как электротехническая сталь или ламинированная сталь, - это специализированный ферромагнитный материал, имеющий решающее значение для производства и распределения электроэнергии. В основном она используется для производства листов кремнистой стали, которые являются важнейшими компонентами при изготовлении электродвигателей, трансформаторов и других электромагнитных устройств.
Кремниевую сталь можно разделить на две основные категории в зависимости от ее химического состава и магнитных свойств:
1. Неориентированная электротехническая сталь (НОЭС):
2. Зерноориентированная электротехническая сталь (GOES):
Содержание углерода в обоих типах кремнистой стали обычно поддерживается на уровне ≤0,06% - 0,08%, чтобы минимизировать эффект старения и улучшить магнитные свойства. Другие легирующие элементы, такие как алюминий, марганец и фосфор, могут быть добавлены в небольших количествах для улучшения специфических характеристик.
Основные свойства электротехнической кремнистой стали включают:
Производственные процессы для электротехнической кремнистой стали включают в себя точный контроль состава, горячую прокатку, холодную прокатку и специализированную термическую обработку для достижения желаемой зернистой структуры и магнитных свойств. Для дальнейшего снижения потерь в сердечнике в высокопроизводительных марках часто используются такие передовые технологии, как лазерное скрайбирование и доменное рафинирование.
Мировой спрос на высокоэффективную электротехническую кремнистую сталь продолжает расти, что обусловлено нормативными актами в области энергоэффективности и все более широким внедрением электромобилей и систем возобновляемой энергетики.
Рельсовая сталь призвана выдерживать экстремальные давления и динамические нагрузки, испытываемые подвижным составом, что требует точного баланса прочности, твердости и вязкости. Для этого важнейшего компонента инфраструктуры требуются материалы, способные сохранять структурную целостность при постоянных циклических нагрузках и воздействии окружающей среды.
Преобладающим материалом для производства рельсов является углеродистая сталь полной прокатки, которая обычно производится в кислородных печах (BOF) или электродуговых печах (EAF). Содержание углерода в ней колеблется от 0,6% до 0,8%, что относит ее к средне- и высокоуглеродистым сталям. Такой состав обеспечивает необходимую твердость и износостойкость. Сталь дополнительно обогащена значительным содержанием марганца от 0,6% до 1,1%, что повышает ее прочность и упрочняющую способность.
Чтобы соответствовать меняющимся требованиям к эксплуатационным характеристикам, железнодорожная промышленность все чаще использует низколегированные стальные композиции. К ним относятся:
Эти низколегированные варианты обладают повышенной износостойкостью и коррозионной стойкостью по сравнению со стандартной углеродистой сталью, что значительно продлевает срок службы железнодорожной инфраструктуры. Выбор конкретного состава сплава часто осуществляется в соответствии с условиями эксплуатации железнодорожной линии, с учетом таких факторов, как плотность движения, нагрузка на ось и воздействие окружающей среды.
Последние достижения в области металлургии рельсовой стали направлены на оптимизацию микроструктуры с помощью контролируемых процессов охлаждения и термообработки. Эти методы позволяют создавать бейнитные и перлитно-мартенситные структуры, которые еще больше повышают механические свойства стали и ее сопротивление усталости при контакте с качением.
Судостроительная сталь - это специализированная марка стали, предназначенная для строительства морских судов и крупных речных судов. Основное требование к этой стали - отличная свариваемость, так как конструкция корпуса в основном изготавливается с помощью сварочных процессов.
Помимо свариваемости, судостроительная сталь должна обладать целым рядом важнейших свойств:
Исторически низкоуглеродистая сталь была самым предпочтительным материалом для судостроения. Однако в настоящее время в отрасли преимущественно используются современные низколегированные стали. Современные марки судостроительной стали включают:
Эти марки часто обозначаются по содержанию марганца, например:
Эти передовые стали предлагают:
Современные судостроительные стали позволяют строить суда дедвейтом более 400 000 тонн (DWT), такие как сверхкрупные нефтевозы (ULCC) и контейнеровозы. Постоянное развитие высокопрочных низколегированных сталей (HSLA) продолжает расширять границы военно-морской архитектуры и судостроения.
Железнодорожные и автомобильные мосты подвергаются динамическим нагрузкам от движения автотранспорта, что требует использования высокоэффективной стали, способной выдерживать такие сложные условия. Мостовая сталь должна обладать сочетанием превосходных механических свойств, включая высокую прочность, отличную вязкость и исключительную усталостную прочность. Кроме того, для обеспечения долгосрочной структурной целостности и коррозионной стойкости необходимы строгие требования к качеству поверхности.
Традиционно в мостостроении широко использовалась мартеновская сталь с полным циклом обработки благодаря ее надежности и экономичности. Однако в современном мостостроении все чаще используются современные низколегированные стали, отвечающие более жестким инженерным требованиям. Двумя яркими примерами являются:
Эти низколегированные стали продемонстрировали превосходные характеристики при использовании в мостах, обеспечивая улучшенное соотношение прочности и веса, лучшую усталостную прочность и повышенную долговечность в различных условиях окружающей среды. Выбор конкретных марок стали зависит от таких факторов, как конструкция моста, требования к нагрузке, воздействие окружающей среды и стоимость жизненного цикла.
Котельная сталь относится к специализированной категории материалов, предназначенных для изготовления критически важных компонентов в условиях высоких температур и высокого давления, таких как пароперегреватели, главные паропроводы и поверхности нагрева в топочных камерах котлов. Строгие требования к характеристикам котельной стали включают отличную свариваемость, превосходную высокотемпературную прочность, устойчивость к щелочной коррозии и исключительную стойкость к окислению.
Обычно используемые котельные стали - это, прежде всего, низкоуглеродистые убитые стали, производимые в основных кислородных печах (BOF) или электродуговых печах (EAF). Содержание углерода в этих сталях обычно составляет от 0,16% до 0,26%, что тщательно контролируется для обеспечения баланса между прочностью и формуемостью. Процесс закалки, обычно выполняемый с использованием кремния или алюминия, обеспечивает мелкозернистую структуру и улучшенные механические свойства.
Для котлов высокого давления, работающих в экстремальных условиях, необходимы более современные материалы. Перлитные жаропрочные стали, такие как P91 (9Cr-1Mo-V-Nb) или P22 (2,25Cr-1Mo), обеспечивают повышенное сопротивление ползучести и термическую стабильность. Аустенитные жаропрочные стали, такие как нержавеющие стали 304H или 347H, обеспечивают превосходную коррозионную стойкость и сохраняют прочность при повышенных температурах.
Помимо этих специализированных сплавов, некоторые низколегированные стали находят применение в котлостроении, особенно в менее суровых условиях или в несущих конструкциях. К ним относятся:
Выбор подходящей котельной стали зависит от таких факторов, как рабочая температура, давление, коррозионная среда и расчетный срок службы. Современная конструкция котла часто включает в себя комбинацию этих материалов, стратегически расположенных для оптимизации производительности, долговечности и экономической эффективности в различных зонах котельной системы.
Эта специализированная сталь предназначена для производства сварочных материалов, в первую очередь проволоки для электродуговой сварки и электродов для газовой сварки. Химический состав сварочной проволоки подбирается в соответствии со специфическими требованиями к основным соединяемым материалам, обеспечивая оптимальную целостность и производительность сварного шва.
Стали для сварочных прутков обычно делятся на три основные категории:
Металлургическая чистота сталей для сварочных прутков имеет решающее значение, при этом строго контролируется содержание примесей. В частности, максимально допустимое содержание серы и фосфора ограничено 0,03% в каждой, что значительно ниже допусков для стандартных конструкционных сталей. Такой высокий уровень чистоты позволяет свести к минимуму риск возникновения таких дефектов сварного шва, как горячее растрескивание и пористость.
В отличие от конструкционных сталей, стали для сварочных прутков обычно не оцениваются по механическим свойствам, таким как предел текучести или удлинение. Вместо этого основное внимание уделяется точному контролю химического состава, который непосредственно влияет на характеристики сварки, включая стабильность дуги, скорость осаждения и свойства металла шва. Строгий спектрографический анализ и другие передовые аналитические методы используются для обеспечения строгого соблюдения спецификаций состава.
Разработка сталей для сварочных прутков продолжает развиваться, ведутся исследования передовых систем сплавов, которые обеспечивают улучшенную свариваемость, уменьшенное образование дыма и улучшенные характеристики в сложных условиях сварки.
Нержавеющая сталь, включающая в себя как нержавеющую, так и кислотостойкую разновидности, представляет собой семейство коррозионно-стойких сплавов. В то время как нержавеющая сталь в первую очередь противостоит атмосферной коррозии, кислотостойкая сталь противостоит коррозии в химической среде, особенно в кислой. Однако в обиходе это различие часто размывается, и термин "нержавеющая сталь" часто используется как обобщающий для обоих типов.
Определяющей характеристикой нержавеющей стали является содержание хрома. Как правило, сплав с содержанием хрома 12% или выше классифицируется как нержавеющая сталь. Этот хром образует на поверхности стали тонкую, устойчивую, богатую хромом оксидную пленку, обеспечивающую ее фирменную коррозионную стойкость.
В зависимости от микроструктуры и реакции на термообработку нержавеющие стали делятся на пять основных типов:
Жаропрочная сталь - это специализированный сплав, предназначенный для сохранения своих механических свойств и структурной целостности при длительном воздействии повышенных температур. Он демонстрирует отличную стойкость к окислению, превосходную высокотемпературную прочность и замечательную термическую стабильность в экстремальных условиях эксплуатации.
Жаропрочную сталь можно разделить на два основных типа:
К основным характеристикам жаропрочной стали относятся:
Жаропрочная сталь находит широкое применение в отраслях, где компоненты подвергаются длительному воздействию высоких температур, таких как:
Выбор конкретных марок жаропрочной стали зависит от таких факторов, как максимальная рабочая температура, уровень напряжения, условия окружающей среды и требования к сроку службы. Для улучшения высокотемпературных свойств обычно используются такие легирующие элементы, как хром, никель, молибден и различные комбинации тугоплавких металлов.
Суперсплавы - это современные металлические материалы, разработанные для сохранения исключительной механической прочности, сопротивления термической ползучести, усталостной прочности и химической стабильности в экстремальных температурных условиях, обычно превышающих 600°C (1112°F). Эти высокоэффективные сплавы имеют решающее значение для компонентов, работающих в сложных температурных и механических условиях.
Отличаясь сложным составом, суперсплавы обычно делятся на три основные категории в зависимости от их основного компонента:
Основные свойства, отличающие суперсплавы, включают:
Сферы применения суперсплавов охватывают различные высокотехнологичные отрасли, включая:
Разработка и оптимизация суперсплавов продолжают расширять границы материаловедения, обеспечивая повышение энергоэффективности, производительности и долговечности в экстремальных условиях эксплуатации.
Прецизионные сплавы - это специализированные металлические материалы, созданные для проявления специфических и строго контролируемых физических свойств. Эти сплавы играют важнейшую роль в различных высокотехнологичных отраслях промышленности, включая электротехнику и электронику, точное приборостроение и передовые системы автоматизации.
Исходя из их отличительных физических характеристик и областей применения, прецизионные сплавы можно разделить на семь основных категорий:
Большинство прецизионных сплавов изготавливаются на основе железа (черных металлов), что позволяет использовать универсальность и экономическую эффективность железа как основного металла. Однако некоторые прецизионные сплавы являются цветными, как правило, на основе никеля, меди или других специальных металлов для достижения определенных комбинаций свойств, недостижимых при использовании черных сплавов.
В контексте прецизионных сплавов строгий контроль состава имеет первостепенное значение. Ключевые легирующие элементы часто указываются с точностью до массовой доли, где:
Такой контроль состава, часто указываемый с точностью до долей на миллион, имеет решающее значение для достижения желаемых физических свойств и обеспечения стабильной работы в высокоточных приложениях.
Сталь - это железоуглеродистый сплав, содержание углерода в котором варьируется от 0,04% до 2,3%. Для обеспечения прочности и пластичности, содержание углерода в стали обычно не более 1,7%.
Главный компоненты стали Это железо и углерод, а также другие элементы, такие как кремний, марганец, сера и фосфор.
Классификация стали разнообразна, и основные методы включают в себя:
Классификация по качеству.
Классификация по химическому составу.
(1) Углеродистая сталь
(2) Легированная сталь
Классификация по способу формирования.
Классификация по металлографической структуре.
(1) Отожженный
(2) Нормированный
(3) Без изменения фазы или с частичным изменением фазы.
Классификация по использованию.
(1) Строительная и машиностроительная сталь
(2) Конструкционная сталь
a. Сталь для механического производства
b. Пружинная сталь
c. Несущая сталь
(3) Инструментальная сталь
(4) Сталь со специальными характеристиками
(5) Сталь для специального использования
Например, сталь для мостов, кораблей, котлов, сосудов под давлением, сельскохозяйственной техники и т.д.
Комплексная классификация
(1) Обычная сталь
a. Углеродистая конструкционная сталь.
b. Низколегированная конструкционная сталь.
c. Конструкционная сталь общего назначения для конкретной цели.
(2) Качественная сталь (в том числе высококачественная)
a. Конструкционная сталь
b. Инструментальная сталь
c. Сталь со специальными характеристиками
Классификация по способу выплавки.
(1) Классификация по типам печей
a. Мартеновская сталь
b. Конвертерная сталь
ИЛИ
c. Сталь для дуговых печей
(2) Классификация по степени раскисления и тимпании.
Похожие статьи: Тип металла
Как основатель MachineMFG, я посвятил более десяти лет своей карьеры металлообрабатывающей промышленности. Мой обширный опыт позволил мне стать экспертом в области производства листового металла, механической обработки, машиностроения и станков для обработки металлов. Я постоянно думаю, читаю и пишу об этих предметах, постоянно стремясь оставаться на переднем крае своей области. Позвольте моим знаниям и опыту стать преимуществом для вашего бизнеса.
RU 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
KO