Wiodącym miejscem wśród wszystkich materiałów metalowych stosowanych w inżynierii mechanicznej, produkcji narzędzi, budownictwie i wielu innych dziedzinach jest stal. Posiadają cenne właściwości technologiczne, są szeroko poszukiwane ze względu na ich właściwości mechaniczne i parametry fizykochemiczne.
Stal ma przewagę nad wieloma innymi materiałami nie tylko ze względu na złożoność jej cech technologicznych i strukturalnych, ale także ze względu na koszty demokratyczne.
Technologie produkcji stali są stale ulepszane, nie chodzi tylko o poprawę jakości. Są nowe marki ze specjalnymi zestawami wymaganych cech.
Charakterystyka każdej konkretnej stali zależy od jej przynależności klasyfikacyjnej i zestawu elementów zawartych w jej składzie.
Rozważ zasady klasyfikacji stali .
Zasady klasyfikacji stali
Istnieje pięć głównych cech klasyfikacji, zgodnie z którymi stal jest rozdzielana:
- skład chemiczny;
- spotkanie;
- jakość;
- stopień odtlenienia;
- struktura
Przyjrzyjmy się bliżej każdej funkcji.
Klasyfikacja chemiczna
Skład chemiczny stali dzieli się na dwie grupy:
- węgiel;
- stopiony.
Obie kategorie węgla są podzielone na trzy podgrupy:
- niski poziom węgla (mniej niż 0, 3% węgla);
- średni węgiel (0, 3-0, 7% węgla);
- wysoki węgiel (ponad 0, 7% węgla).
Stopowanie stali odbywa się w celu osiągnięcia tych lub innych pożądanych właściwości stali poprzez wprowadzenie specjalnych składników stopowych do kompozycji. Jako takie elementy często stosuje się chrom, nikiel, mangan, krzem, wolfram, molibden, wanad, tytan i inne.
W zależności od zawartości pierwiastków stopowych, same stopy stopowe dzielą się na trzy grupy:
- niskostopowe (mniej niż 5% pierwiastków stopowych);
- średnio stopowy (5–10% pierwiastków stopowych);
- wysokostopowy (ponad 10% pierwiastków stopowych).
Klasyfikacja według celu
Cel stali jest podzielony na trzy główne klasy:
- Konstrukcja. Głównym obszarem zastosowania jest produkcja części do różnych maszyn i mechanizmów, urządzeń, konstrukcji budowlanych.
- Instrumentalny. Używany do narzędzi do różnych celów (cięcie, pomiar, tłoczenie). W zależności od funkcji narzędzia stal ma odpowiednie właściwości.
- Specjalny cel. Do tej grupy jest stal odporna na korozję, odporna na wysoką temperaturę i ciepło, a także elektryczna.
Klasyfikacja jakości
Jakość należy rozumieć jako kompleks właściwości określonych przez sam proces produkcji stali. Wśród cech jakościowych można zauważyć produktywność stali, jednorodność składu chemicznego i struktury, a także właściwości mechaniczne. Na jakość stali wpływa zawartość w składzie gazów (wodór, tlen, azot) i szkodliwych zanieczyszczeń (w tym siarki i fosforu).
Według jakości stali dzieli się na następujące grupy:
- zwykła jakość;
- jakość;
- wysoka jakość.
Klasyfikacja według stopnia odtlenienia
Deoksydacja to proces usuwania tlenu ze stali w stanie ciekłym.
W zależności od stopnia odtlenienia wyróżnia się następujące grupy:
- spokojny (całkowicie odtleniony);
- pół-spokojny;
- wrzący (słabo odtleniony).
Nazwa podgrup odpowiada charakterowi procesu krzepnięcia.
Klasyfikacja według struktury
Podstawą tej klasyfikacji jest struktura w stanie wyżarzonym i znormalizowanym, która określa właściwości właściwości stali.
W stanie wyżarzonym stale konstrukcyjne dzielą się na:
- hypoeutektoid (ma nadmiar ferrytu w strukturze);
- eutektoid (struktura składa się z perlitu);
- austenityczny;
- ferrytyczny.
Po normalizacji konstrukcja stalowa dzieli się na następujące klasy:
- perlit;
- martenzytyczny,
- austenityczny,
- ferrytyczny.
Wpływ każdej struktury na właściwości stali można znaleźć w literaturze specjalistycznej.
Wpływ pierwiastków węglowych i stopowych
Jest to zawartość węgla w stali, a także nazwa i liczba dodatków stopowych wprowadzonych do jego składu, które są najbardziej interesujące do analizy właściwości danej otrzymanej klasy.
Najważniejsze jest przede wszystkim węgiel, ponieważ stal jest stopem żelaza i węgla . Wzrost zawartości węgla prowadzi do zwiększenia wytrzymałości przy jednoczesnym zmniejszeniu ciągliwości. Określa także przetwarzalność stali (cięcie, spawalność, obróbka ciśnieniowa).
Elementy stopowe są wprowadzane w wymaganych proporcjach, w zależności od potrzeby uzyskania określonych właściwości. Każdy element ma swoje własne cechy. Na przykład chrom poprawia właściwości mechaniczne, nikiel obniża próg kruchości na zimno, wolfram i molibden przyczyniają się do zwiększenia odporności cieplnej szybkotnącego noża itp.
Rosyjski system znakowania stali
Na światowym rynku metali nie ma jednolitego systemu znakowania stali. Równolegle istnieją systemy rosyjskie, europejskie , amerykańskie i japońskie . Brak jednego standardu wprowadza pewne trudności w międzynarodowych transakcjach handlowych.
W naszym kraju przyjęto system alfanumeryczny. W nim litery odpowiadają różnym elementom, a liczby wskazują zawartość odpowiednich elementów. W Niemczech czasami używany jest system, który jest zasadniczo podobny do rosyjskiego.
System alfanumeryczny ma ogromną przewagę w porównaniu z innymi, ponieważ pozwala nie tylko odróżnić jeden gatunek stali od drugiego, ale także oceniać cechy technologiczne i konstrukcyjne za pomocą zestawu liter i cyfr.
W systemie krajowym obowiązuje również specjalna notacja:
- Stal zwykłej jakości jest oznaczona indeksem „St”, po którym następuje numer marki. Przed nim można wskazać grupę gwarantowanych właściwości (skład mechaniczny, chemiczny).
- Stale węglowe o jakości konstrukcyjnej są oznaczone setnymi części procentowej zawartości węgla i oznaczeniem stopnia odkwaszenia (na przykład 08КП).
- Jakościowe stale węglowe są oznaczone wskaźnikiem „U”, a następnie zawartością węgla w dziesiątych częściach procenta (na przykład Y8).
- Stale szybkotnące są oznaczone indeksem „P”, a następnie procentem wolframu (na przykład P18).
Oznakowanie stali stopowych jest bardzo pouczające: odpowiednie litery alfabetu rosyjskiego służą do oznaczania pierwiastków stopowych: „X” - chrom, „H” - nikiel, „T” - tytan, „M” - molibden, „U” - aluminium, „B” - wolfram itp.
Podczas oznaczania stali stopowych na samym początku zawartość węgla jest oznaczana w setnych procentach, a podczas znakowania narzędzi stopowych - w dziesiątych częściach procenta.
Stal 12X18H10T
Rozważ z punktu widzenia rosyjskiego systemu znakowania skład i właściwości jednej z najpopularniejszych stali nierdzewnej 12X18H10T . Dekodowanie nie jest trudne:
Zacznijmy od „12”. Ta zawartość węgla wynosi setne procenta, tj. W naszym przypadku węgiel wynosi 0, 12%.- Litera „X” to chrom. Oznaczenie „X18” mówi, że stal zawiera 18% chromu. Należy pamiętać, że zawartość pierwiastków stopowych w etykiecie jest wyrażona w procentach. Chrom zapewnia tej stali odporność na korozję.
- „H10” - 10% niklu. Nikiel jest odpowiedzialny za odporność na kwasy, co również zwiększa odporność na korozję.
- „T” - tytan. Wartość nie jest określona, oznacza to, że zawartość elementu nie jest wystarczająco ważna. To oznaczenie wskazuje, że zawartość pierwiastka nie przekracza 1–1, 5%. Jednak nawet ta ilość tytanu zapobiega powstawaniu korozji międzykrystalicznej.
Oznakowanie wskazuje tylko główne pierwiastki stopowe. Pełny skład chemiczny dla każdego gatunku jest podawany w gatunkach stali. Stamtąd można dowiedzieć się o właściwościach stali.
Po przeanalizowaniu składu 12X18H10T, wykorzystując dogłębną wiedzę na temat wpływu dodatków stopowych, możemy stwierdzić, że ta stal:
- może być stosowany do produktów działających w środowiskach agresywnych;
- ma wysoką odporność na korozję elektrochemiczną;
- nadaje się do lekko obciążonych części w mediach aktywnych chemicznie;
- może być używany do ładowanych części, pracując przez długi czas w temperaturach do 600 stopni.
W praktyce 12X18H10T jest często używany do spawania urządzeń, części pieców i systemów grzewczych. Wysokie parametry tej stali umożliwiają zastosowanie jej w wielu gałęziach przemysłu, w których wymagana jest wysoka odporność na korozję .
Analogicznie do rozpatrywanego przykładu stali 12X18H10T, wykorzystując wysoką zawartość informacji w krajowym systemie znakowania i znajomość wpływu pierwiastków stopowych, każda marka może wyciągnąć wnioski na temat jej właściwości.