Stål: definisjon, klassifisering, kjemisk sammensetning og anvendelse

2024 Forfatter: Angel Austin | [email protected]. Sist endret: 2023-12-17 05:37

Hvor ofte hører vi ordet "stål". Og det uttales ikke bare av fagfolk innen metallurgisk produksjon, men også av byfolk. Ingen sterk struktur er komplett uten stål. Faktisk, når vi snakker om noe metall, mener vi et produkt laget av stål. La oss finne ut hva den består av og hvordan den er klassifisert.

Definition

Stål er kanskje den mest populære legeringen, som er basert på jern og karbon. Dessuten varierer andelen av sistnevnte fra 0,1 til 2,14 %, mens førstnevnte ikke kan være lavere enn 45 %. Enkel produksjon og tilgjengelighet av råvarer er av avgjørende betydning for distribusjonen av dette metallet til alle områder av menneskelig aktivitet.

Hovedegenskapene til materialet varierer avhengig av dets kjemiske sammensetning. Definisjonen av stål som en legering bestående av to komponenter, jern og karbon, kan ikke kalles fullstendig. Det kan for eksempel inkludere krom for varmebestandighet og nikkel for korrosjonsbestandighet.

Nødvendige komponentermaterialer gir ekstra fordeler. Så jern gjør legeringen formbar og lett deformerbar under visse forhold, og karbon gir styrke og hardhet samtidig med sprøhet. Det er derfor dens andel er så liten i den totale massen av stål. Bestemmelse av metoden for produksjon av legeringen førte til innholdet av mangan i den i mengden 1% og silisium - 0,4%. Det er en rekke urenheter som oppstår under smeltingen av metallet og som de prøver å bli kvitt. Sammen med fosfor og svovel forringer også oksygen og nitrogen egenskapene til materialet, noe som gjør det mindre holdbart og endrer duktilitet.

klassifisering

Definisjonen av stål som et metall med et visst sett med egenskaper er selvfølgelig hevet over tvil. Imidlertid er det nettopp sammensetningen som gjør det mulig å klassifisere materialet i flere retninger. Så, for eksempel, kjennetegnes metaller av følgende egenskaper:

på kjemikalier;
strukturell;
etter kvalitet;
som tiltenkt;
i henhold til graden av deoksidering;
etter hardhet;
på stålsveisbarhet.

Ståldefinisjon, merking og alle dets egenskaper vil bli beskrevet nedenfor.

Marking

Dessverre er det ingen global stålbetegnelse, noe som i stor grad kompliserer handel mellom land. I Russland er et alfanumerisk system definert. Bokstavene angir navnet på grunnstoffene og metoden for deoksidering, og tallene angir antallet.

Kjemisk sammensetning

Det er to måterinndeling av stål etter kjemisk sammensetning. Definisjonen gitt av moderne lærebøker gjør det mulig å skille mellom karbon og legert materiale.

Den første egenskapen definerer stål som lav-karbon, middels-karbon og høy-karbon, og den andre - lav-legert, middels-legert og høy-legert. Et lavkarbonmetall kalles, som ifølge GOST 3080-2005 kan inneholde, i tillegg til jern, følgende komponenter:

Karbon – opptil 0,2 %. Det fremmer termisk forsterkning, på grunn av dette dobles strekkfastheten og hardheten.
Mangan i en mengde på opptil 0,8 % går aktivt inn i en kjemisk binding med oksygen og forhindrer dannelsen av jernoksid. Metallet er bedre i stand til å motstå dynamiske belastninger og er mer mottagelig for termisk herding.
Silisium – opptil 0,35 %. Det forbedrer mekaniske egenskaper som seighet, styrke, sveisbarhet.

Ifølge GOST er definisjonen av stål som lavkarbonstål gitt til et metall som inneholder, i tillegg til nyttige, en rekke skadelige urenheter i følgende mengde. Dette er:

Fosfor – opptil 0,08 % er ansvarlig for fremkomsten av kald sprøhet, svekker utholdenhet og styrke. Reduserer metallets seighet.
Svovel – opptil 0,06 %. Det kompliserer behandlingen av metall ved trykk, øker temperamentet sprøhet.
Nitrogen. Reduserer de teknologiske og styrkeegenskapene til legeringen.
Oxygen. Reduserer styrke og forstyrrer skjæreverktøy.

Det bør bemerkes at lav ellerlavkarbonstål er spesielt mykt og formbart. De deformeres godt både varme og kalde.

Definisjonen av middels karbonstål så vel som dets sammensetning er selvfølgelig forskjellig fra materialet beskrevet ovenfor. Og den største forskjellen er mengden karbon, som varierer fra 0,2 til 0,45%. Et slikt metall har lav seighet og duktilitet sammen med utmerkede styrkeegenskaper. Middels karbonstål brukes ofte til deler som brukes under normal kraftbelastning.

Hvis karboninnholdet er over 0,5 %, kalles slikt stål høykarbonstål. Den har økt hardhet, redusert viskositet, duktilitet, og brukes til stansing av verktøy og deler ved varm og kald deformasjon.

I tillegg til å identifisere karbonet som er tilstede i stålet, er det mulig å bestemme egenskapene til materialet gjennom tilstedeværelsen av ytterligere urenheter i det. Hvis, i tillegg til vanlige grunnstoffer, krom, nikkel, kobber, vanadium, titan, nitrogen i en kjemisk bundet tilstand er målrettet innført i metallet, kalles det dopet. Slike tilsetningsstoffer reduserer risikoen for sprø brudd, øker korrosjonsbestandigheten og styrken. Tallet deres indikerer legeringsgraden av stål:

lavlegert - har opptil 2,5 % legeringstilsetningsstoffer;
middels legert - fra 2,5 til 10 %;
høyt legert - opptil 50%.

Hva betyr dette? For eksempel begynte økningen av alle eiendommer å bli gitt som følger:

Legger til krom. positivtpåvirker de mekaniske egenskapene allerede med 2 % av totalen.
Introduksjonen av nikkel fra 1 til 5 % øker temperaturmarginen for viskositet. Og reduserer kaldsprøhet.
Mangan fungerer på samme måte som nikkel, men mye billigere. Det bidrar imidlertid til å øke metallets følsomhet for overoppheting.
Tungsten er et karbiddannende tilsetningsstoff som gir høy hardhet. Fordi det forhindrer kornvekst ved oppvarming.
Molybden er et dyrt tilsetningsstoff. Noe som øker varmebestandigheten til høyhastighetsstål.
Silisium. Øker syrebestandighet, elastisitet, avleiringsmotstand.
Titanium. Kan fremme finkornstruktur når det kombineres med krom og mangan.
Kobber. Øker anti-korrosjonsegenskaper.
Aluminium. Øker varmebestandighet, avskalering, seighet.

Structure

Å bestemme sammensetningen av stål ville være ufullstendig uten å studere strukturen. Dette tegnet er imidlertid ikke konstant, og kan avhenge av en rekke faktorer, for eksempel: varmebehandlingsmodus, kjølehastighet, legeringsgrad. I henhold til reglene skal stålkonstruksjonen bestemmes etter gløding eller normalisering. Etter gløding deles metallet i:

pro-eutektoid struktur - med overflødig ferritt;
eutectoid, som består av perlitt;
hypereutektoid - med sekundære karbider;
ledeburitt - med primærkarbider;
austenittisk - med et ansiktssentrert krystallgitter;
ferritisk - med et kubisk kroppssentrert gitter.

Å bestemme stålklassen er mulig etter normalisering. Det forstås som en type varmebehandling, som inkluderer oppvarming, holding og påfølgende kjøling. Her skilles perlitt, austenittisk og ferritisk karakter.

Quality

Å bestemme typer er blitt mulig kvalitetsmessig på fire måter. Dette er:

Vanlig kvalitet – dette er stål med et karboninnhold på opptil 0,6 %, som smeltes i ovner med åpen ild eller i omformere ved bruk av oksygen. De regnes som de billigste og har dårligere egenskaper enn metaller fra andre grupper. Et eksempel på slike stål er St0, St3sp, St5kp.
Kvalitet. Fremtredende representanter for denne typen er stål St08kp, St10ps, St20. De smeltes med de samme ovnene, men med høyere krav til ladnings- og produksjonsprosesser.
Stål av høy kvalitet smeltes i elektriske ovner, noe som garanterer en økning i renheten til materialet for ikke-metalliske inneslutninger, det vil si en forbedring av mekaniske egenskaper. Disse materialene inkluderer St20A, St15X2MA.
Spesielt høy kvalitet - er laget i henhold til metoden for spesiell metallurgi. De utsettes for elektroslaggomsmelting, som gir rensing fra sulfider og oksider. Stål av denne typen inkluderer St18KhG-Sh, St20KhGNTR-Sh.

Strukturstål

Dette er kanskje det enkleste og mest forståelige tegnet for lekmannen. Det finnes konstruksjons-, verktøy- og spesialstål. Strukturell er vanligvis delt inn i:

Konstruksjonsstål er karbonstål av ordinær kvalitet og representanter for den lavlegerte serien. De er underlagt flere krav, hvorav de viktigste er sveisbarhet på et tilstrekkelig høyt nivå. Et eksempel er StS255, StS345T, StS390K, StS440D.
Sementerte materialer brukes til å lage produkter som opererer under overflateslitasjeforhold og samtidig opplever dynamiske belastninger. Disse inkluderer lavkarbonstål St15, St20, St25 og noen legerte: St15Kh, St20Kh, St15KhF, St20KhN, St12KhNZA, St18Kh2N4VA, St18Kh2N4MA, St18KhGT, St20KhGR, St3KGT.
For kaldstempling brukes rullede blader fra høykvalitets lavkarbonprøver. For eksempel St08Yu, St08ps, St08kp.
Behandlet stål som er forbedret gjennom bråkjølings- og høytempereringsprosessen. Disse er middels karbon (St35, St40, St45, St50), krom (St40X, St45X, St50X, St30XRA, St40XR) stål, samt krom-silisium-mangan, krom-nikkel-molybden og krom-nikkel.
Fjærfjærer har elastiske egenskaper og beholder dem lenge, da de har høy grad av motstand mot tretthet og ødeleggelse. Dette er karbonrepresentanter for St65, St70 og legert stål (St60S2, St50KhGS, St60S2KhFA, St55KhGR).
Høystyrkeprøver er de som har dobbelt så sterk styrke som andre konstruksjonsstål, oppnådd ved varmebehandling og kjemisk sammensetning. I bulk er dette legerte mellomkarbonstål, for eksempel St30KhGSN2A, St40KhN2MA, St30KhGSA, St38KhN3MA, StOZN18K9M5T, St04KHIN9M2D2TYu.
Kulelagerstål er preget av spesiell utholdenhet, høy grad av slitestyrke og styrke. De er pålagt å oppfylle kravene til fravær av ulike typer inkluderinger. Disse prøvene inkluderer høykarbonstål med krominnhold i sammensetningen (StSHKh9, StSHKh15).
Automatiske ståldefinisjoner er som følger. Dette er prøver for bruk i produksjon av ikke-kritiske produkter som bolter, muttere, skruer. Slike reservedeler er vanligvis maskinert. Derfor er hovedoppgaven å øke bearbeidbarheten til deler, noe som oppnås ved å introdusere tellur, selen, svovel og bly i materialet. Slike tilsetningsstoffer bidrar til dannelsen av sprø og korte spon under bearbeiding og reduserer friksjonen. Hovedrepresentantene for automatiske stål er utpekt som følger: StA12, StA20, StA30, StAS11, StAS40.
Korrosjonsbestandig stål er legert stål med et krominnhold på ca. 12 %, siden det danner en oksidfilm på overflaten som hindrer korrosjon. Representanter for disse legeringene er St12X13, St20X17N2, St20X13, St30X13, St95X18, St15X28, St12X18NYUT,
Slitasjebestandige prøver brukes i produkter som opererer under slitende friksjon, støt og sterkt trykk. Et eksempel er delene av jernbaneskinner, knusere og larvemaskiner, for eksempel St110G13L.
Varmebestandig stål kan fungere ved høy varme. De brukes til produksjon av rør, reservedeler for gass og dampturbiner. Dette er hovedsakelig høylegerte lavkarbonprøver, som nødvendigvis inneholder nikkel, som kan inneholde tilsetningsstoffer i formmolybden, nobium, titan, wolfram, bor. Et eksempel kan være St15XM, St25X2M1F, St20XZMVF, St40HUS2M, St12X18N9T, StXN62MVKYU.
Varmebestandige er spesielt motstandsdyktige mot kjemiske skader i luft-, gass- og ovns-, oksiderende og karburerende miljøer, men viser kryp under alvorlig belastning. Representanter for denne typen er St15X5, St15X6SM, St40X9S2, St20X20H14S2.

Verktøystål

I denne gruppen er legeringer delt inn i dyse, for skjære- og måleverktøy. Det finnes to typer formstål.

Materialet for kaldforming bør ha høy grad av hardhet, styrke, slitestyrke, varmebestandighet. Men ha tilstrekkelig viskositet (StX12F1, StX12M, StX6VF, St6X5VMFS).
Harmformingsmaterialet har god styrke og seighet. Sammen med slitestyrke og kalkmotstand (St5KhNM, St5KhNV, St4KhZVMF, St4Kh5V2FS).

Måleverktøystål skal i tillegg til slitestyrke og hardhet være formstabile og lette å slipe. Kaliber, stifter, maler, linjaler, vekter, fliser er laget av disse legeringene. Et eksempel kan være legeringer StU8, St12Kh1, StKhVG, StKh12F1.

Å bestemme stålgrupper for skjærende verktøy er ganske enkelt. Slike legeringer må ha skjæreevne og høy hardhet i lang tid, selv når de utsettes for varme. Disse inkluderer karbon- og legeringsverktøy, samthøyhastighetsstål. Her kan du navngi følgende fremtredende representanter: StU7, StU13A, St9XS, StKhVG, StR6M5, Stryuk5F5.

Deoksidering av legeringen

Bestemmelse av stål ved graden av deoksidering innebærer dets tre typer: rolig, semi-rolig og kokende. Selve konseptet refererer til fjerning av oksygen fra den flytende legeringen.

Stille stål avgir nesten ikke gasser under størkning. Dette skyldes fullstendig fjerning av oksygen og dannelsen av et krympehulrom på toppen av blokken, som deretter kuttes av.

I semi-rolig stål frigjøres gasser delvis, det vil si mer enn i rolig stål, men mindre enn i kokende. Det er ikke noe skall her, som i forrige tilfelle, men det dannes bobler på toppen.

Kokende legeringer frigjør store mengder gass når de størkner, og i tverrsnitt er det nok å bare merke forskjellen i kjemisk sammensetning mellom øvre og nedre lag.

Hardness

Dette konseptet refererer til et materiales evne til å motstå at en hardere trenger inn i det. Hardhetsbestemmelse ble mulig ved å bruke tre metoder: L. Brinell, M. Rockwell, O. Vickers.

I henhold til Brinell-metoden presses en herdet stålkule inn i prøvens jordoverflate. Bestem hardheten ved å studere diameteren på trykket.

Metode for å bestemme hardheten til stål i henhold til Rockwell. Den er basert på å beregne penetrasjonsdybden til en 120 graders diamantkjeglespiss.

Ifølge Vickers i testeksempleten tetraedrisk diamantpyramide er presset inn. Med en vinkel på 136 grader på motsatte sider.

Er det mulig å bestemme stålkvaliteten uten kjemisk analyse? Spesialister innen metallurgi er i stand til å gjenkjenne stålkvaliteten med en gnist. Bestemmelsen av bestanddelene i metallet er mulig under behandlingen. Så for eksempel:

CVG-stål har mørke røde gnister med gul-røde prikker og tuer. I endene av de forgrenede trådene vises knallrøde stjerner med gule korn i midten.
P18 stål er også identifisert av mørke røde gnister med gule og røde tuer i begynnelsen, men trådene er rette og har ikke gafler. I endene av buntene er det gnister med ett eller to lysegule korn.
Stålkvalitetene ХГ, Х, ШХ15, ШХ9 har gule gnister med lyse stjerner. Og røde korn på greinene.
U12F-stål utmerker seg med lysegule gnister med tette og store stjerner. Med flere røde og gule tuer.
Stål 15 og 20 har lysegule gnister, mange gafler og stjerner. Men få tuer.

Bestemmelse av stål med en gnist er en ganske nøyaktig metode for spesialister. Vanlige mennesker kan imidlertid ikke karakterisere metallet ved kun å undersøke fargen på gnisten.

Sveisbarhet

Egenskapen til metaller til å danne en skjøt under en viss påvirkning kalles stålets sveisbarhet. Bestemmelsen av denne indikatoren er mulig etter at innholdet av jern og karbon er påvist.

Det antas at de er godt forbundet med sveisinglavkarbonstål. Når karboninnholdet overstiger 0,45 %, forringes sveisbarheten og blir dårligere når karboninnholdet er høyt. Dette skjer også fordi inhomogeniteten til materialet øker, og sulfidinneslutninger skiller seg ut ved korngrensene, noe som fører til dannelse av sprekker og økt indre spenning.

Legeringskomponenter virker også, og forverrer forbindelsen. De mest ugunstige for sveising er slike kjemiske elementer som krom, molybden, mangan, silisium, vanadium, fosfor.

Men overholdelse av teknologien ved arbeid med lavlegerte stål gir en god prosentandel av sveisbarhet uten bruk av spesielle tiltak. Bestemmelse av sveisbarhet er mulig etter å ha vurdert en rekke viktige materialkvaliteter, inkludert: