Сталь: різновиди за складом, структурою, якістю і призначенням

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

Сьогодні цей продукт різниться за такими характеристиками як склад, структура сплаву, якість і призначення. Розглянемо цю тему докладніше.

Види сталі за хімічним складом

За хімічним складом розрізняють вуглецеві і леговані стали.

Вуглецева сталь

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

  1. Низьковуглецевий – вміст вуглецю не більше 0,25%;
  2. Середньовуглецевий – до 0.6%;
  3. Високовуглецевий – не більше 2%.

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

Сталь легована

Окремо відзначимо, що легування – це додавання в сплав додаткових елементів, які міняю (покращують) хімічні і фізичні властивості готової стали.

Назву “легована сталь” отримує сплав заліза і вуглецю з додаванням легуючий компонентів. Кількість цих елементів визначає приналежність до певної групи:

  1. Низьколегована – не більше 4% легуючих компонентів;
  2. Середньолегована – 4-11%;
  3. Високолегована – більше 11% добавок.

У якості добавок використовується хром, нікель і молібден. Це дозволяє отримати більш твердий і зносостійкий сплав.

Класифікація сталі за структурою сплаву

За структурою сплаву сталь різниться на аустенитну, феритну, мартенситну, бейнітну і перлитну. Розглянемо кожну різновид окремо.

  1. Аустенітний різновид сплаву в процесі утворення кристалів створює унікальну аустенітну структуру, яка виглядає як гранецентрированна решітка. Така структура зберігається навіть після досягнення дуже низької температури. Цей продукт може називатися сталлю аустенітного класу.
  2. Феритна сталь виконується в формі легованого фериту. Як добавка використовується карбід. Цей тип продукту створюється за допомогою з’єднання вуглецю, заліза і легуючого компонента.
  3. Мартенситна сталь має в складі мартенсит, який володіє голковидною структурою. Також в якості добавки використовують вуглець, велику кількість хрому, трохи нікелю, ванадію або молібдену. Такий сплав застосовується для створення виробів, стійких до дії лугу. Готовий продукт з мартенситної стали здатний гартуватися самостійно, має відмінну гнучкістю і стійкість до температурного впливу.
  4. Бейнітна сталь є проміжним продуктом, який створюється в процесі створення аустеніту. Саме тому її часто називають проміжною. У процесі створення цього продукту додаються легуючі компоненти і невеликий відсоток вуглецю.

Різновиди стали за якістю сплаву

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

Вироби зі сталі звичайної якості мають одну основну перевагу: низьку вартість. У процесі створення заготовки допускається наявність забруднень і сторонніх домішок, які не входять до початковий рецепт. У такої сталі є три додаткові різновиди якості: А, Б і В (ці літери вказуються в маркуванні). Якщо в маркуванні відсутня літера, то по виріб автоматично зараховується до категорії А. Зі сталі даного типу не слід створювати вироби, які повинні витримувати великі і тривалі навантаження.

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

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

Особливо високоякісна сталь створюється за допомогою сучасних технологій. Не допускається наявність додаткових елементів, які не є частиною рецепту. Виробник має прагнути домогтися ідеальної чистоти заготовки. Плавління проводиться всередині печі електричного типу. Хімічний склад позбавлений газу або зайвих компонентів. У маркуванні часто вказують букву Ш, яка свідчить про винятковість цього матеріалу. Процес виготовлення вимагає спеціального устаткування, що відбивається на вартості.

Види сталі за призначенням

Відповідно до класифікації за призначенням, заготовки поділяються на інструментальні, конструкційні, нержавіючі, жароміцні і жаростійкі.

Конструкційний сплав використовується для створення механізмів або компонентів обладнання. Цей вид сплаву часто застосовується в процесі створення машин, літаків або кораблів. В процесі вибору стали важливо звернути увагу на її якість, відбиту в маркуванні.

Інструментальна сталь характеризується вмістом вуглецю від 0.7%. Відсоток наявність фосфору і сірки в металі визначають рівень якості продукту. До основних переваг відноситься невелика ціна, достатня твердість і мала зносостійкість. Розділяють вуглецеві, леговані, валкові, штампові і швидкорізальні види даного продукту. Його використовують для створення різних інструментів – пилок, молотів, фрези і так далі.

Нержавіюча сталь характеризується несприйнятливістю до утворення іржі. Також вироби з цього матеріалу відмінно протистоять агресивному середовищу. У складі знаходяться спеціальні антикорозійні компоненти — хром або нікель. Зміст хрому визначає рівень корозійної стійкості. Ідеальний варіант для створення харчового обладнання та інших виробів, які постійно контактують з вологою.

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

Жаростійкий варіант стійкий не тільки до високих температур, але і до дії корозії. Виріб зберігає міцність при температурі вище 550 градусів. Використовується для створення обладнання, яке функціонує при певному температурному режимі. Відмінний вибір для виготовлення деталей літаків, автомобілів, компонентів печі або труби.