Сталь: види за складом, структурою, якістю та призначенням

Сталь є сплавом заліза та вуглецю, що дозволяє кінцевому продукту отримати високу міцність та інші характеристики. Варіанти сталі людство почати виробляти ще у 1800 році до нашої ери. У давнину найбільшою популярністю користувалася індійська сталь та булат.

Сьогодні цей продукт відрізняється за такими характеристиками як склад, структура металу, якість та призначення. Розглянемо цю тему докладніше.

Види сталі за хімічним складом

За хімічним складом розрізняють вуглецеві та леговані сталі.

• Вуглецева сталь.

Для отримання сталі даного виду використовується сплав заліза та вуглецю без додавання додаткових домішок. Вона використовується для виконання конкретних завдань. Також готовий продукт поділяється на три додаткові групи:

1. Низьковуглецева – вміст вуглецю не більше 0.25%.
2. Середньовуглецева – до 0.6%.
3. Високовуглецева – не більше 2%.

При додаванні вуглецю зменшується гнучкість, проте сталь застосовується у разі, коли деталь повинна витримувати високе механічне навантаження, вплив агресивного середовища та температури. Основна перевага сплаву з додаванням вуглецю полягає у високій міцності та довговічності готового продукту.

• Сталь легована

Окремо відзначимо, що легування – це додавання до сплаву додаткових елементів, які змінюють (поліпшують) хімічні та фізичні властивості готової сталі.

Назва «легована сталь» отримує сплав заліза та вуглецю з додаванням легуючих компонентів. Кількість цих елементів визначає приналежність до певної групи:

1. Низьколегована – трохи більше 4% легуючих компонентів;
2. Середньолеговані – 4-11%;
3. Високолеговані – понад 11% добавок.

Як добавка використовується хром, нікель і молібден. Це дозволяє отримати більш твердий та зносостійкий сплав.

Класифікація сталі за структурою сплаву

За структурою металу сталь поділяється на аустенітну, феритну, мартенситну, бейнітну і перлітну. Розглянемо кожен різновид окремо.

Аустенітний різновид сплаву в процесі утворення кристалів створює унікальну аустенітну структуру, яка виглядає як гранецентровані грати. Така структура зберігається після досягнення дуже низької температури. Цей продукт може називатися сталлю класу аустенітного.
 

Феритна сталь виконується у формі легованого фериту. Як добавка використовується карбід. Цей тип продукту створюється за допомогою сполуки вуглецю, заліза та легуючого компонента.

Мартенситна сталь має у складі мартенсит, який має голкоподібну структуру. Також як добавку використовують вуглець, велику кількість хрому, трохи нікелю, ванадію або молібдену. Такий сплав застосовується до створення виробів, стійких до впливу лугу. Готовий продукт з мартенситної сталі здатний гартуватися самостійно, має відмінну гнучкість і стійкість до температурного впливу.

Бейнітна сталь є проміжним продуктом, що створюється у процесі створення аустеніту. Саме тому її часто називають проміжною. У процесі створення цього продукту додаються легуючі компоненти та невеликий відсоток вуглецю.

Різновиди сталі за якістю сплаву

За якістю сталеві сплави поділяються на чотири основні групи: звичайна, якісна, високоякісна та особливо високоякісна. Розглянемо кожен різновид.

Вироби із сталі звичайної якості мають одну основну перевагу – низька вартість. У процесі створення заготівлі допускається наявність забруднень та сторонніх домішок, які не входять до початкового рецепту. Така сталь має три додаткові різновиди якості: А, Б і В (ці літери вказуються в маркуванні). Якщо в маркуванні відсутня буква, то виріб автоматично зараховується до категорії А. Зі сталі цього типу не слід створювати вироби, які повинні витримувати великі та тривалі навантаження.

Якісна сталь створюється з урахуванням більш серйозних вимог. У складі не допускається багато домішок. Також у складі не може бути більше 0.4% сірки та фосфору. Однак на виході виходить міцний та довговічний матеріал, який після надання форми здатний витримувати високі навантаження. Плавлення якісної сталі відбувається у спеціальних конвертерах та мартенах.

Високоякісна сталь створюється із дотриманням умов високих стандартів. У складі готового виробу не повинно бути зайвих домішок – трохи більше 0.003% сірки і фосфору. Також знижено кількість вуглецю для готового виробу. Заготовки із високоякісної сталі відливаються в мартенах електричного або кислого типу. З такої сталі можна створити справді міцний продукт, який здатний протягом тривалого терміну витримувати механічні навантаження. Високоякісний метал характеризується високим показником в’язкості.

Особливо високоякісна сталь створюється у вигляді сучасних технологій. Не допускається наявність додаткових елементів, які є частиною рецепту. Виробник прагне домогтися ідеальної чистоти заготівлі. Плавлення виробляється усередині печі електричного типу. Хімічний склад не містить газу або зайвих компонентів. У маркуванні часто вказують букву Ш, яка свідчить про винятковість цього матеріалу. Процес виготовлення потребує спеціального обладнання, що відбивається на вартості.

Види сталі за призначенням

Відповідно до класифікації за призначенням, заготовки діляться на інструментальні, конструкційні, нержавіючі, жароміцні та жаростійкі.

Конструкційний сплав використовується для створення механізмів чи компонентів обладнання. Цей вид виробу часто застосовується у процесі створення машин, літаків чи кораблів. У процесі вибору стали важливо звернути увагу до її якість, відбите у маркуванні.

Інструментальна сталь характеризується вмістом вуглецю від 0,7%. Відсоток наявність фосфору та сірки у сплаві визначають рівень якості продукту. До основних переваг відноситься невелика ціна, достатня твердість і мала зносостійкість. Поділяють вуглецеві, леговані, валкові, штампові та швидкорізальні види даного продукту. Її використовують для створення різних інструментів – пили, молоти, фрези тощо.

Так звана «нержавіюча сталь» характеризується несприйнятливістю до утворення іржі. Також вироби з цього матеріалу відмінно протистоїть агресивному середовищу. У складі є спеціальні антикорозійні компоненти – хром або нікель. Зміст хрому визначає рівень корозійної стійкості. Ідеальний варіант для створення харчового обладнання та інших виробів, які постійно контактують із вологою.

Жароміцні сплави відрізняються стійкістю до надзвичайно високої температури. Заготівля дуже міцна, що дає можливість протягом тривалого терміну витримувати вплив високої температури без зміни початкової форми. Таку сталь використовують для компонентів парових турбін, котельних систем та ракет. У процесі виробництва велика увага приділяється температурі плавлення, легуванню та термічній обробці.