М А Т Е Р И А Л О В Е Д Е Н И Е

В соответствии с ГОСТ Р 54384-2011 сталь: Материал (сплав железа суглеродом), в котором массовая доля железа больше, чем массовая доля какого-либо другого элемента, а массовая доля углерода составляют менее 2%, и в состав которого входят также и другие химические элементы.

Обычно массовая доля углерода, равная 2%, является границей раздела между сталью и литейным чугуном.

 

Существует много способов получения стали. На ТВСЗ сталь получают в электродуговых печах.

Механические свойства стали:

- прочность - способность материала сопротивляться действию внешних сил без разрушения;

- твёрдость - способность материала противостоять проникновению в него другого, более твёрдого материала;

- упругость - способность материала восстанавливать первоначальную форму после прекращения действия внешних сил, вызвавших деформацию;

- пластичность - свойство обратное упругости;

- хрупкость - свойство твёрдых тел разрушаться под действием нагрузки ниже предела упругости;

- вязкость - свойство, обратное хрупкости.

Технологические свойства стали:

- обработка резаньем- способность материала подвергаться обработке резанием;

- прокаливаемость - способность стали воспринимать закалку в глубину от поверхности детали;

- ковкость - способность металлов и сплавов изменять свою форму при обработке давлением;

- свариваемость - это свойство металла илисочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединения, отвечающие требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия.

- жидкотекучесть - способность металлов и сплавов в расплавленном состоянии заполнять литейную форму.

По назначению стали бывают:

1. Конструкционные. Применяются в строительстве и машиностроении. Они делятся на

- Cтали обыкновенного качества: Обозначаются буквами Ст, затем ставится цифра, которая обозначает условный номер марки стали. Производством выпускается следующие марки стали от Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6.

- качественные конструкционные стали – это стали с заметно меньшим, по сравнению со сталями обыкновенного качества, содержанию вредных примесей. Обозначаются буквами Ст, затем ставится цифра. Она показывает содержание углерода в сотых долях процента. Производством выпускается следующие марки сталей: Ст08, Ст10, Ст15- Ст85.

2. Инструментальные, применяются для изготовления мерительного и режущего инструмента, штампов и др. Маркируется Буквой У, затем ставится цифра, которая показывает содержание углерода в десятых долях %. Эти стали изготавливают следующих марок У7 – У 13.Иногда в конце марки ставят букву А, которая обозначает что сталь высококачественная, т.е. с пониженным содержанием серы и фосфора. Например:У13А–это углеродистая инструментальная сталь с содержанием углерода 1,3% высококачественная.

3. С особыми физическими свойствами, это электротехнические, с малым коэффициентом линейного расширения и др.;

4. С особыми химическими свойствами, это нержавеющие, жаропрочные, жаростойкие.

Жаропро́чная сталь — это сталь, которая эксплуатируется при температуре до 460^о в течение определённого времени в условиях слабонапряжённого состояния. Главной характеристикой, определяющей работоспособность стали, является жаропрочность. Жаропрочность — это способность стали работать под напряжением в условиях повышенных температур без заметной остаточной деформации и разрушения.

Жаросто́йкая (окалиносто́йкая) сталь - это сталь, обладающая стойкостью против коррозионного разрушения поверхности в газовых средах при температурах свыше 550 °C, работающая в ненагруженном или слабонагруженном состоянии.

Жаростойкость (окалиностойкость) стали характеризуется сопротивлением окислению при высоких температурах.

 

По химическому составу бывают:

- углеродистые. По содержанию углерода они делятся на малоуглеродистые (углерода до 0,25%), среднеуглеродистые (углерода 0,25% - 0,6%), высокоуглеродистые (углерода более 0,6%).

- легированные. Их получают путём введения в углеродистую сталь легирующих элементов и сталь получает специальные свойства. По содержанию легирующих элементов они делятся на низколегированные (содержание легирующих элементов до 2,5%; среднелегированные (содержание легирующих элементов 2,5% - 10%); высоколегированные (содержание легирующих элементов более10%).

В соответствии с ГОСТ4543-2017 легированные стали маркируются системой цифр и букв. В обозначении отсутствуют буквы Ст. Первые две цифры обозначают среднее содержание углерода в сотых долях процента.

Легирующие элементы имеют условные обозначения и обозначаются буквами русского алфавита.

 

Обозначения легирующих элементов:

 

 

Цифры, стоящие после букв, обозначают, содержание этих элементов в целых процентах. Если за буквой цифры нет, то данный легирующий элемент содержится в количестве до 1 %. Буква А, стоящая в конце марки стали показывает на пониженное содержание серы и фосфора, т.е. высококачественная.

 

При изготовлении грузовых вагонов применяются малоуглеродистые низколегированные стали:

10ХСНД – содержание углерода 0,1%, хрома до 1%, кремния до 1%, никеля до 1%, меди до 1%.

09Г2С- содержание углерода 0,09%, марганца до 2%. кремния до 1%.

По степени раскисления и характеру затвердевания стали классифицируют на спокойные, полуспокойные и кипящие.

 

Раскисление – это процесс удаления кислорода из жидкого металла, проводи­мый для предотвращения раз­рушения стали при горячей деформации.

 

Для раскисления в спокойные стали добавляют мар­ганец, кремний и алюминий. Они со­держат мало кислорода и затвердевают спокойно, без газовыделения.

Сп сталь – это сталь полностью раскисленная при выплавке и содержащая 0,15 – 0,3% кремния.

Для раскисления в кипящие стали добавляют марганец 0,3 - 0,4%. При затвердевании, кислород, частично взаимодей­ствуя с углеродом, удаляется в виде СО. Выделение пузырей СО создает впечатле­ние кипения стали, с чем и связано ее на­звание. Кипящие стали дешевы, их произ­водят низкоуглеродистыми и практически без кремния (Si<0,05 %), но они содер­жат повышенное количество газообраз­ных примесей.

КП сталь- это сталь не полностью раскисленная марганцем при выплавке и содержащая не более 0.05% кремния.

Полуспокойные стали по степени раскисления занимают промежуточное положение между спокойными и кипя­щими. Полуспокойная сталь сохраняет преимущества спокойной и кипящей сталей и не имеет их недостатков.

ПС сталь – это сталь, не полностью раскисленная при выплавке только марганцем и кремнием и содержащая кремния 0,05 – 0,15% и марганца до 1%.