Сталь: виды по составу, структуре, качеству и назначению

Сталь является сплавом железа и углерода, что позволяет конечному продукту получить высокую прочность и другие характеристики. Варианты стали человечество начало производить ещё в 1800 году до нашей эры. В древности наибольшей популярностью пользовалась индийская сталь и булат.

Сегодня этот продукт различается по таким характеристикам как состав, структура сплава, качество и назначение. Рассмотрим эту тему подробнее.

Виды стали по химическому составу

По химическому составу различают углеродистые и легированные стали.

Углеродистая сталь

Для получения стали данного вида используется сплав железа и углерода без добавления дополнительных примесей. Она используется для выполнения конкретных задач. Также готовый продукт разделяется на три дополнительные группы:

  1. Низкоуглеродистая – содержание углерода не более 0.25%;
  2. Среднеуглеродистая – до 0.6%;
  3. Высокоуглеродистая – не более 2%.

При добавлении углерода уменьшается гибкость, однако сталь применяется в случае, когда деталь должна выдерживать высокую механическую нагрузку, воздействие агрессивной среды и температуры. Основное преимущество сплава с добавлением углерода заключается в высокой прочности и долговечности готового продукта.

Сталь легированная

Отдельно отметим, что легирование — это добавление в сплав дополнительных элементов, которые меняю (улучшают) химические и физические свойства готовой стали.

Название «легированная сталь» получает сплав железа и углерода с добавлением легирующий компонентов. Количество этих элементов определяет принадлежность к определённой группе:

  1. Низколегированная – не более 4% легирующих компонентов;
  2. Среднелегированные – 4-11%;
  3. Высоколегированные – более 11% добавок.

В качестве добавки используется хром, никель и молибден. Это позволяет получить более твёрдый и износостойкий сплав.

Классификация стали по структуре сплава

По структуре сплава сталь различается на аустенитную, ферритную, мартенситную, бейнитную и перлитную. Рассмотрим каждую разновидность отдельно.

  1. Аустенитная разновидность сплава в процессе образования кристаллов создаёт уникальную аустенитную структуру, которая выглядит как гранецентрированная решётка. Такая структура сохраняется даже после достижения очень низкой температуры. Этот продукт может называться сталью аустенитного класса.
  2. Ферритная сталь выполняется в форме легированного феррита. В качестве добавки используется карбид. Этот тип продукта создаётся посредством соединения углерода, железа и легирующего компонента.
  3. Мартенситная сталь имеет в составе мартенсит, который обладает игловидной структурой. Также в качестве добавки используют углерод, большое количество хрома, немного никеля, ванадия или молибдена. Такой сплав применяется для создания изделий, устойчивых к воздействию щелочи. Готовый продукт из мартенситной стали способен закаливаться самостоятельно, обладает отличной гибкостью и устойчивость к температурному воздействию.
  4. Бейнитная сталь является промежуточным продуктом, который создаётся в процессе создания аустенита. Именно поэтому её часто называют промежуточной. В процессе создания этого продукта добавляются легирующие компоненты и небольшой процент углерода.

Разновидности стали по качеству сплава

По качеству стальные сплавы разделяются на четыре основные группы: обыкновенная, качественная, высококачественная и особо высококачественная. Рассмотрим каждую разновидность.

Изделия из стали обыкновенного качества имеют одно основное преимущество – низкая стоимость. В процессе создания заготовки допускается наличие загрязнений и сторонних примесей, которые не входят в изначальный рецепт. У такой стали есть три дополнительные разновидности качества: А, Б и В (эти буквы указываются в маркировке). Если в маркировке отсутствует буква, то по изделие автоматически причисляется к категории А. Из стали данного типа не следует создавать изделия, которые должны выдерживать большие и длительные нагрузки.

Качественная сталь создаётся с учётом более серьёзных требований. В составе не допускается большое количество примесей. Также в составе не может быть больше 0.4% серы и фосфора. Однако на выходе получается прочный и долговечный материал, который после придания формы способен выдерживать высокие нагрузки. Плавление качественной стали происходит в специальных конвертерах и мартенах.

Высококачественная сталь создаётся с соблюдением условий высоких стандартов. В составе готового изделия не должно быть лишних примесей – не более 0.003% серы и фосфора. Также снижено количество углерода для готового изделия. Заготовки из высококачественной стали отливаются в мартенах электрического или кислого типа. Из такой стали можно создать действительно прочный продукт, который способен на протяжении длительного срока выдерживать механические нагрузки. Высококачественный сплав характеризуется высоким показателем вязкости.

Особо высококачественная сталь создаётся посредством современных технологий. Не допускается наличие дополнительных элементов, которые не являются частью рецепта. Производитель стремиться добиться идеальной чистоты заготовки. Плавление производится внутри печи электрического типа. Химический состав лишён газа или лишних компонентов. В маркировке часто указывают букву Ш, которая свидетельствует об исключительности этого материала. Процесс изготовления требует специального оборудования, что отражается на стоимости.

Виды стали по назначению

Согласно классификации по назначению, заготовки делятся на инструментальные, конструкционные, нержавеющие, жаропрочные и жаростойкие.

Конструкционный сплав используется для создания механизмов или компонентов оборудования. Этот вид изделия часто применяется в процессе создания машин, самолётов или кораблей. В процессе выбора стали важно обратить внимание на её качество, отражённое в маркировке.

Инструментальная сталь характеризуется содержанием углерода от 0.7%. Процент наличие фосфора и серы в сплаве определяют уровень качества продукта. К основным преимуществам относится небольшая цена, достаточная твёрдость и малая износостойкостью. Разделяют углеродистые, легированные, валковые, штамповые и быстрорежущие вида данного продукта. Её используют для создания различных инструментов – пилы, молоты, фрезы и так далее.

Так называемая сталь-«нержавейка» характеризуется невосприимчивостью к образованию ржавчины. Также изделия из этого материала отлично противостоит агрессивной среде. В составе находятся специальные антикоррозионные компоненты – хром или никель. Содержание хрома определяет уровень коррозионной устойчивости. Идеальный вариант для создания пищевого оборудования и других изделий, которые постоянно контактируют с влагой.

Жаропрочные сплавы отличаются устойчивостью к чрезвычайно высокой температуре. Заготовка очень прочная, что даёт возможность на протяжении долгого срока выдерживать воздействие высокой температуры без изменения первоначальной формы. Такую сталь используют для компонентов паровых турбин, котельных систем и ракет. В процессе производства большое внимание уделяется температуре плавления, легированию и термической обработке.

Жаростойкий вариант устойчив не только к высоким температурам, но воздействию коррозии. Изделие сохраняет прочность при температуре выше 550 градусов. Это изделие используется для оборудования, функционирующего при определённом температурном режиме. Отличный выбор для изготовления деталей самолётов, автомобилей, компонентов печи или трубы.