Стомана: определение, класификация, химичен състав и приложение

2024 Автор: Angel Austin | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 05:17

Колко често чуваме думата "стомана". И се произнася не само от професионалисти в областта на металургичното производство, но и от жителите на града. Никоя силна конструкция не е пълна без стомана. Всъщност, когато говорим за нещо метално, имаме предвид стоманен продукт. Нека разберем от какво се състои и как се класифицира.

Определение

Стоманата е може би най-популярната сплав, която се основава на желязо и въглерод. Освен това делът на последните варира от 0,1 до 2,14%, докато първите не могат да бъдат по-ниски от 45%. Лесното производство и наличието на суровини са от решаващо значение за разпространението на този метал във всички области на човешката дейност.

Основните характеристики на материала варират в зависимост от неговия химичен състав. Определението на стоманата като сплав, състояща се от два компонента, желязо и въглерод, не може да се нарече пълна. Може да включва например хром за устойчивост на топлина и никел за устойчивост на корозия.

Задължителни компонентиматериалите осигуряват допълнителни предимства. И така, желязото прави сплавта ковка и лесно деформируема при определени условия, а въглеродът прави здравината и твърдостта едновременно с крехкостта. Ето защо неговият дял е толкова малък в общата маса на стоманата. Определянето на начина на производство на сплавта доведе до съдържанието на манган в нея в размер на 1% и силиций - 0,4%. Има редица примеси, които се появяват при топенето на метала и от които се опитват да се отърват. Заедно с фосфора и сярата, кислородът и азотът също влошават свойствата на материала, което го прави по-малко издръжлив и променя пластичността.

Класификация

Определянето на стоманата като метал с определен набор от характеристики, разбира се, е извън съмнение. Въпреки това, именно неговият състав прави възможно класифицирането на материала в няколко посоки. Така например металите се отличават със следните характеристики:

за химикал;
структурно;
по качество;
по предназначение;
според степента на деоксидация;
по твърдост;
за заваряемост на стомана.

Дефиниция на стомана, маркировка и всички нейни характеристики ще бъдат описани по-долу.

Маркиране

За съжаление няма глобално обозначение на стоманата, което значително усложнява търговията между страните. В Русия е определена буквено-цифрова система. Буквите показват наименованието на елементите и метода на разкисляване, а цифрите показват техния брой.

Химичен състав

Има два начинаразделяне на стоманата по химичен състав. Определението, дадено от съвременните учебници, прави възможно разграничаването между въглерод и легиран материал.

Първият атрибут определя стоманата като нисковъглеродна, средно-въглеродна и високовъглеродна, а вторият - нисколегирана, среднолегирана и високолегирана. Нарича се нисковъглероден метал, който според GOST 3080-2005 може да включва в допълнение към желязото следните компоненти:

Въглерод - до 0,2%. Той насърчава термичното укрепване, поради което якостта на опън и твърдостта се удвояват.
Манганът в количество до 0,8% активно влиза в химическа връзка с кислорода и предотвратява образуването на железен оксид. Металът по-добре издържа на динамични натоварвания и е по-податлив на термично втвърдяване.
Силиций – до 0,35%. Подобрява механичните свойства като здравина, здравина, заваряемост.

Според GOST определението за стомана като нисковъглеродна стомана се дава на метал, който съдържа освен полезни, редица вредни примеси в следното количество. Това е:

Фосфор - до 0,08% е отговорен за появата на студена чупливост, влошава издръжливостта и силата. Намалява якостта на метала.
Сяра - до 0,06%. Усложнява обработката на метала под налягане, повишава крехкостта на темперамента.
Азот. Намалява технологичните и якостни свойства на сплавта.
Кислород. Намалява здравината и пречи на режещите инструменти.

Трябва да се отбележи, че ниска илинисковъглеродните стомани са особено меки и пластични. Деформират се добре както на топло, така и на студено.

Определението за средно въглеродна стомана, както и нейният състав, разбира се, се различават от материала, описан по-горе. И най-голямата разлика е количеството въглерод, което варира от 0,2 до 0,45%. Такъв метал има ниска якост и пластичност, заедно с отлични якостни свойства. Средно въглеродната стомана обикновено се използва за части, които се използват при нормални мощности.

Ако съдържанието на въглерод е над 0,5%, тогава такава стомана се нарича високовъглеродна стомана. Има повишена твърдост, намален вискозитет, пластичност и се използва за щамповане на инструменти и части чрез гореща и студена деформация.

В допълнение към идентифицирането на въглерода, присъстващ в стоманата, определянето на характеристиките на материала е възможно чрез наличието на допълнителни примеси в него. Ако в допълнение към обикновените елементи в метала целенасочено се въвеждат хром, никел, мед, ванадий, титан, азот в химически свързано състояние, тогава той се нарича легиран. Такива добавки намаляват риска от крехко счупване, повишават устойчивостта на корозия и здравината. Техният номер показва степента на легиране на стоманата:

нисколегирани - има до 2,5% легиращи добавки;
средно легиран - от 2,5 до 10%;
високо легирани - до 50%.

Какво означава това? Например увеличението на всички имоти започна да се предоставя, както следва:

Добавяне на хром. положителензасяга механичните характеристики вече в размер на 2% от общия брой.
Въвеждането на никел от 1 до 5% увеличава температурния марж на вискозитет. И намалява студената чупливост.
Манганът работи по същия начин като никел, макар и много по-евтино. Въпреки това, той помага да се увеличи чувствителността на метала към прегряване.
Волфрамът е добавка, образуваща карбид, която осигурява висока твърдост. Тъй като предотвратява растежа на зърното при нагряване.
Молибденът е скъпа добавка. Което увеличава устойчивостта на топлина на високоскоростните стомани.
Силиций. Увеличава киселинната устойчивост, еластичността, устойчивостта на котлен камък.
Титан. Може да насърчи фината зърнеста структура, когато се комбинира с хром и манган.
Мед. Увеличава антикорозионните свойства.
Алуминий. Увеличава устойчивостта на топлина, лющене, издръжливост.

Структура

Определянето на състава на стоманата би било непълно без изучаване на нейната структура. Този знак обаче не е постоянен и може да зависи от редица фактори, като: режим на термична обработка, скорост на охлаждане, степен на легиране. Според правилата стоманената конструкция трябва да се определи след отгряване или нормализиране. След отгряване металът се разделя на:

проевтектоидна структура - с излишък от ферит;
евтектоид, който се състои от перлит;
хиперевтектоид - с вторични карбиди;
ледебурит - с първични карбиди;
аустенитна - с лицево-центрирана кристална решетка;
феритен - с кубична решетка, центрирана по тялото.

Определянето на класа стомана е възможно след нормализиране. Под нея се разбира вид топлинна обработка, която включва нагряване, задържане и последващо охлаждане. Тук се разграничават перлит, аустенит и ферит.

Качество

Определянето на видовете стана възможно по отношение на качеството по четири начина. Това е:

Обикновено качество - това са стомани със съдържание на въглерод до 0,6%, които се топят в мартенови пещи или в конвертори с използване на кислород. Те се считат за най-евтините и са по-ниски по характеристики на металите от други групи. Пример за такива стомани са St0, St3sp, St5kp.
Качество. Изявени представители на този тип са стоманите St08kp, St10ps, St20. Те се топят в същите пещи, но с по-високи изисквания за зареждане и производствени процеси.
В електрически пещи се топят висококачествени стомани, което гарантира повишаване на чистотата на материала за неметални включвания, тоест подобряване на механичните свойства. Тези материали включват St20A, St15X2MA.
Особено висококачествени - изработват се по метода на специалната металургия. Те се подлагат на електрошлаково претопяване, което осигурява пречистване от сулфиди и оксиди. Стоманите от този тип включват St18KhG-Sh, St20KhGNTR-Sh.

Конструкционни стомани

Това е може би най-простият и разбираем знак за лаиците. Има конструкционни, инструментални и стомани със специално предназначение. Структурната обикновено се разделя на:

Строителните стомани са въглеродни стомани с обикновено качество и представители на нисколегираната серия. Те са обект на няколко изисквания, основното от които е заваряемост на достатъчно високо ниво. Пример е StS255, StS345T, StS390K, StS440D.
Циментираните материали се използват за направата на продукти, които работят при условия на повърхностно износване и същевременно изпитват динамични натоварвания. Те включват нисковъглеродни стомани St15, St20, St25 и някои легирани: St15Kh, St20Kh, St15KhF, St20KhN, St12KhNZA, St18Kh2N4VA, St18Kh2N4MA, St18KhGT, St20KhGTKhGTKhGT.
За студено щамповане се използват валцувани листа от висококачествени нисковъглеродни проби. Като St08Yu, St08ps, St08kp.
Обработваеми стомани, които се подобряват чрез процеса на закаляване и високо закаляване. Това са средно въглеродни (St35, St40, St45, St50), хромови (St40X, St45X, St50X, St30XRA, St40XR) стомани, както и хром-силиций-манган, хром-никел-молибден и хром-никел.
Пружините имат еластични свойства и ги запазват за дълго време, тъй като имат висока степен на устойчивост на умора и разрушаване. Това са въглеродни представители на St65, St70 и легирани стомани (St60S2, St50KhGS, St60S2KhFA, St55KhGR).
Образците с висока якост са тези, които имат два пъти по-голяма якост от другите конструкционни стомани, постигнати чрез термична обработка и химичен състав. В насипно състояние това са легирани средно въглеродни стомани, например St30KhGSN2A, St40KhN2MA, St30KhGSA, St38KhN3MA, StOZN18K9M5T, St04KHIN9M2D2TYu.
Съчмен лагерСтоманите се характеризират със специална издръжливост, висока степен на износоустойчивост и здравина. Те трябва да отговарят на изискванията за липса на различни видове включвания. Тези проби включват високовъглеродни стомани със съдържание на хром в състава (StSHKh9, StSHKh15).
Автоматичните дефиниции на стомана са както следва. Това са мостри за използване при производството на некритични продукти като болтове, гайки, винтове. Такива резервни части обикновено се обработват. Следователно основната задача е да се повиши обработваемостта на детайлите, което се постига чрез въвеждане на телур, селен, сяра и олово в материала. Такива добавки допринасят за образуването на крехки и къси стружки по време на механична обработка и намаляват триенето. Основните представители на автоматичните стомани са обозначени, както следва: StA12, StA20, StA30, StAS11, StAS40.
Устойчивите на корозия стомани са легирани стомани със съдържание на хром от около 12%, тъй като образуват оксиден филм на повърхността, който предотвратява корозия. Представители на тези сплави са St12X13, St20X17N2, St20X13, St30X13, St95X18, St15X28, St12X18NYUT,
Устойчивите на износване мостри се използват в продукти, които работят при абразивно триене, удар и силен натиск. Пример са частите от железопътни релси, трошачки и гъсенични машини, като St110G13L.
Топлоустойчивите стомани могат да работят при висока температура. Използват се при производството на тръби, резервни части за газови и парни турбини. Това са предимно високолегирани нисковъглеродни проби, които задължително съдържат никел, който може да съдържа добавки под форматамолибден, нобий, титан, волфрам, бор. Пример би бил St15XM, St25X2M1F, St20XZMVF, St40HUS2M, St12X18N9T, StXN62MVKYU.
Топлоустойчивите са особено устойчиви на химически повреди във въздух, газ и пещ, окислителни и карбуризиращи среди, но показват пълзене при тежки натоварвания. Представители на този тип са St15X5, St15X6SM, St40X9S2, St20X20H14S2.

Инструментални стомани

В тази група сплавите са разделени на матрици, за режещи и измервателни инструменти. Има два вида щанцова стомана.

Материалът за студено формоване трябва да има висока степен на твърдост, здравина, устойчивост на износване, устойчивост на топлина. Но имат достатъчен вискозитет (StX12F1, StX12M, StX6VF, St6X5VMFS).
Горещият формовъчен материал има добра здравина и издръжливост. Заедно с износоустойчивост и устойчивост на мащаб (St5KhNM, St5KhNV, St4KhZVMF, St4Kh5V2FS).

Измервателните инструментални стомани, в допълнение към износоустойчивостта и твърдостта, трябва да бъдат стабилни на размерите и лесни за смилане. От тези сплави се изработват калибри, скоби, шаблони, линийки, везни, плочки. Пример биха били сплави StU8, St12Kh1, StKhVG, StKh12F1.

Определянето на групи от стомана за режещи инструменти е сравнително лесно. Такива сплави трябва да имат режеща способност и висока твърдост за дълго време, дори когато са подложени на топлина. Те включват въглерод и сплав инструмент, както ивисокоскоростни стомани. Тук можете да посочите следните видни представители: StU7, StU13A, St9XS, StKhVG, Str6M5, Stryuk5F5.

Обезкисление на сплавта

Определянето на стоманата по степента на деоксидация предполага нейните три вида: спокойна, полуспокойна и кипяща. Самата концепция се отнася до отстраняването на кислород от течната сплав.

Тихата стомана почти не отделя газове по време на втвърдяване. Това се дължи на пълното отстраняване на кислорода и образуването на кухина за свиване на върха на слитъка, която след това се отрязва.

В полуспокойната стомана газовете се отделят частично, тоест повече, отколкото в спокойна стомана, но по-малко, отколкото в кипящите. Тук няма черупка, както в предишния случай, но се образуват мехурчета в горната част.

Врящите сплави отделят голямо количество газ при втвърдяване и в напречното сечение е достатъчно просто да забележите разликата в химическия състав между горния и долния слой.

Твърдост

Тази концепция се отнася до способността на материала да устои на по-трудното проникване в него. Определянето на твърдостта стана възможно с помощта на три метода: L. Brinell, M. Rockwell, O. Vickers.

Съгласно метода на Бринел, закалена стоманена топка се притиска в земната повърхност на пробата. Изучавайки диаметъра на отпечатъка, определете твърдостта.

Метод за определяне на твърдостта на стоманата според Рокуел. Базира се на изчисляване на дълбочината на проникване на 120-градусов връх с диамантен конус.

Според Vickers в тестовата пробае притисната диамантена тетраедрична пирамида. С ъгъл от 136 градуса на противоположни лица.

Възможно ли е да се определи марката на стоманата без химически анализ? Специалистите в областта на металургията могат да разпознаят марката на стоманата по искра. Определянето на съставните части на метала е възможно по време на неговата обработка. Така например:

CVG стоманата има тъмночервени искри с жълто-червени точки и кичури. В краищата на разклонените нишки се появяват яркочервени звезди с жълти зърна в средата.
Стоманата P18 също се идентифицира по тъмночервени искри с жълти и червени кичури в началото, но нишките са прави и нямат вилици. В краищата на снопчетата има искри с едно или две светложълти зърна.
Стомани марки ХГ, Х, ШХ15, ШХ9 имат жълти искри със светли звезди. И червени зърна по клоните.
Стоманата U12F се отличава със светло жълти искри с плътни и големи звезди. С няколко червени и жълти кичура.
Стомани 15 и 20 имат светло жълти искри, много вилици и звезди. Но малко кичури.

Определянето на стоманата чрез искра е доста точен метод за специалисти. Обаче обикновените хора не могат да характеризират метала, като изследват само цвета на искрата.

Заваряемост

Свойството на металите да образуват съединение при определен удар се нарича заваряемост на стоманите. Определянето на този индикатор е възможно след откриване на съдържанието на желязо и въглерод.

Смята се, че те са добре свързани чрез заваряваненисковъглеродни стомани. Когато съдържанието на въглерод надвиши 0,45%, заваряемостта се влошава и се влошава, когато съдържанието на въглерод е високо. Това се случва и защото нехомогенността на материала се увеличава и по границите на зърното се открояват сулфидни включвания, което води до образуване на пукнатини и увеличаване на вътрешното напрежение.

Сплавните компоненти също действат, влошавайки връзката. Най-неблагоприятни за заваряване са такива химически елементи като хром, молибден, манган, силиций, ванадий, фосфор.

Въпреки това, спазването на технологията при работа с нисколегирани стомани осигурява добър процент на заваряемост без използването на специални мерки. Определянето на заваряемостта е възможно след оценка на редица важни качества на материала, включително: