Stål: definition, klassificering, kemisk sammensætning og anvendelse

2024 Forfatter: Angel Austin | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-17 05:21

Hvor ofte hører vi ordet "stål". Og det udtales ikke kun af fagfolk inden for metallurgisk produktion, men også af bybefolkningen. Ingen stærk struktur er komplet uden stål. Faktisk, når vi taler om noget metal, mener vi et produkt lavet af stål. Lad os finde ud af, hvad det består af, og hvordan det er klassificeret.

Definition

Stål er måske den mest populære legering, som er baseret på jern og kulstof. Desuden varierer andelen af sidstnævnte fra 0,1 til 2,14 %, mens førstnævnte ikke kan være lavere end 45 %. Den lette produktion og tilgængeligheden af råmaterialer er af afgørende betydning for distributionen af dette metal til alle områder af menneskelig aktivitet.

Materialets hovedegenskaber varierer afhængigt af dets kemiske sammensætning. Definitionen af stål som en legering bestående af to komponenter, jern og kulstof, kan ikke kaldes fuldstændig. Det kan for eksempel omfatte chrom - for at give varmebestandighed og nikkel for at give modstand mod korrosion.

Påkrævede komponentermaterialer giver yderligere fordele. Så jern gør legeringen formbar og let deformerbar under visse forhold, og kul gør styrke og hårdhed samtidig med skørhed. Derfor er dens andel så lille i den samlede masse af stål. Bestemmelse af metoden til fremstilling af legeringen førte til indholdet af mangan i den i mængden af 1% og silicium - 0,4%. Der er en række urenheder, der opstår under smeltningen af metallet, og som de forsøger at komme af med. Sammen med fosfor og svovl nedbryder ilt og nitrogen også materialets egenskaber, hvilket gør det mindre holdbart og ændrer duktilitet.

Klassificering

Definitionen af stål som et metal med et bestemt sæt egenskaber er naturligvis uden tvivl. Det er dog netop dets sammensætning, der gør det muligt at klassificere materialet i flere retninger. Så f.eks. er metaller kendetegnet ved følgende egenskaber:

• på kemikalier;
• strukturel;
• efter kvalitet;
• som beregnet;
• ifølge graden af deoxidation;
• efter hårdhed;
• om stålsvejsbarhed.

Ståldefinition, mærkning og alle dets egenskaber vil blive beskrevet nedenfor.

Markering

Desværre er der ingen global stålbetegnelse, hvilket i høj grad komplicerer handel mellem lande. I Rusland er et alfanumerisk system defineret. Bogstaverne angiver navnet på grundstofferne og deoxidationsmetoden, og tallene angiver deres nummer.

Kemisk sammensætning

Der er to måderopdeling af stål efter kemisk sammensætning. Definitionen givet af moderne lærebøger gør det muligt at skelne mellem kulstof og legeret materiale.

Den første egenskab definerer stål som lav-carbon, medium-carbon og high-carbon, og den anden - lav-legeret, medium-legeret og høj-legeret. Kulstoffattigt metal kaldes, som ifølge GOST 3080-2005 kan omfatte, ud over jern, følgende komponenter:

• Carbon - op til 0,2 %. Det fremmer termisk forstærkning, på grund af hvilken trækstyrken og hårdheden fordobles.
• Mangan i en mængde på op til 0,8 % indgår aktivt i en kemisk binding med oxygen og forhindrer dannelsen af jernoxid. Metallet er bedre i stand til at modstå dynamiske belastninger og er mere modtageligt for termisk hærdning.
• Silicon – op til 0,35 %. Det forbedrer mekaniske egenskaber såsom sejhed, styrke, svejsbarhed.

Ifølge GOST er definitionen af stål som stål med lavt kulstofindhold givet til et metal, der ud over nyttige indeholder en række skadelige urenheder i følgende mængde. Dette er:

• Fosfor - op til 0,08% er ansvarlig for udseendet af kold skørhed, forringer udholdenhed og styrke. Reducerer metallets sejhed.
• Svovl - op til 0,06 %. Det komplicerer bearbejdningen af metal ved tryk, øger temperamentets skørhed.
• Nitrogen. Reducerer legeringens teknologiske og styrkeegenskaber.
• Oxygen. Reducerer styrke og forstyrrer skærende værktøjer.

Det skal bemærkes, at lav ellerstål med lavt kulstofindhold er særligt blødt og duktilt. De deformeres godt både varme og kolde.

Definitionen af medium kulstofstål såvel som dets sammensætning er naturligvis forskellig fra materialet beskrevet ovenfor. Og den største forskel er mængden af kulstof, som spænder fra 0,2 til 0,45%. Et sådant metal har lav sejhed og duktilitet sammen med fremragende styrkeegenskaber. Mellem kulstofstål bruges almindeligvis til dele, der bruges under normale strømbelastninger.

Hvis kulstofindholdet er over 0,5 %, kaldes sådant stål højkulstofstål. Det har øget hårdhed, reduceret viskositet, duktilitet og bruges til stempling af værktøjer og dele ved varm og kold deformation.

Ud over at identificere det kulstof, der er til stede i stålet, er bestemmelsen af materialets egenskaber mulig gennem tilstedeværelsen af yderligere urenheder i det. Hvis der udover almindelige grundstoffer bevidst indføres krom, nikkel, kobber, vanadium, titanium, nitrogen i en kemisk bundet tilstand i metallet, så kaldes det dopet. Sådanne tilsætningsstoffer reducerer risikoen for sprøde brud, øger korrosionsbestandighed og styrke. Deres tal angiver graden af legering af stål:

• lav-legeret - har op til 2,5 % legeringsadditiver;
• medium legeret - fra 2,5 til 10 %;
• højt legeret - op til 50%.

Hvad betyder det? For eksempel begyndte stigningen af ejendomme at blive leveret som følger:

1. Tilføjelse af krom. positivpåvirker de mekaniske egenskaber allerede i en mængde på 2 % af det samlede antal.
2. Introduktionen af nikkel fra 1 til 5 % øger temperaturmarginen for viskositet. Og reducerer kuldeskørhed.
3. Mangan fungerer på samme måde som nikkel, selvom det er meget billigere. Det hjælper dog med at øge metallets følsomhed over for overophedning.
4. Tungsten er et karbiddannende additiv, der giver høj hårdhed. Fordi det forhindrer kornvækst ved opvarmning.
5. Molybdæn er et dyrt tilsætningsstof. Hvilket øger varmebestandigheden af højhastighedsstål.
6. Silicon. Øger syrebestandighed, elasticitet, skaleringsbestandighed.
7. Titanium. Kan fremme finkornet struktur, når det kombineres med krom og mangan.
8. Kobber. Øger anti-korrosionsegenskaber.
9. Aluminium. Øger varmebestandighed, afskalning, sejhed.

Structure

Det ville være ufuldstændigt at bestemme sammensætningen af stål uden at studere dets struktur. Dette tegn er dog ikke konstant og kan afhænge af en række faktorer, såsom: varmebehandlingstilstand, afkølingshastighed, legeringsgrad. Ifølge reglerne skal stålkonstruktionen bestemmes efter udglødning eller normalisering. Efter udglødning opdeles metallet i:

• pro-eutektoid struktur - med overskydende ferrit;
• eutectoid, som består af perlit;
• hypereutektoid - med sekundære karbider;
• ledeburite - med primære karbider;
• austenitisk - med et ansigtscentreret krystalgitter;
• ferritisk - med et kubisk kropscentreret gitter.

Det er muligt at bestemme stålklassen efter normalisering. Det forstås som en type varmebehandling, som omfatter opvarmning, fastholdelse og efterfølgende afkøling. Her skelnes perlit, austenitiske og ferritiske kvaliteter.

Kvalitet

Det er blevet muligt at bestemme typer med hensyn til kvalitet på fire måder. Dette er:

1. Almindelig kvalitet - det er stål med et kulstofindhold på op til 0,6 %, som smeltes i ovne med åben ild eller i omformere ved hjælp af oxygen. De betragtes som de billigste og er ringere i egenskaber end metaller fra andre grupper. Et eksempel på sådanne stål er St0, St3sp, St5kp.
2. Kvalitet. Fremtrædende repræsentanter for denne type er stål St08kp, St10ps, St20. De smeltes ved hjælp af de samme ovne, men med højere krav til ladning og produktionsprocesser.
3. Stål af høj kvalitet smeltes i elektriske ovne, hvilket garanterer en forøgelse af materialets renhed for ikke-metalliske indeslutninger, det vil sige en forbedring af de mekaniske egenskaber. Disse materialer omfatter St20A, St15X2MA.
4. Spesielt høj kvalitet - er fremstillet i henhold til metoden for speciel metallurgi. De udsættes for elektroslaggomsmeltning, som giver rensning fra sulfider og oxider. Stål af denne type omfatter St18KhG-Sh, St20KhGNTR-Sh.

Strukturstål

Dette er måske det mest enkle og forståelige tegn for lægmanden. Der er konstruktions-, værktøjs- og specialstål. Strukturel er norm alt opdelt i:

1. Konstruktionsstål er kulstofstål af almindelig kvalitet og repræsentanter for den lavlegerede serie. De er underlagt flere krav, hvoraf de vigtigste er svejsbarhed på et tilstrækkeligt højt niveau. Et eksempel er StS255, StS345T, StS390K, StS440D.
2. Cementerede materialer bruges til at fremstille produkter, der fungerer under overfladeslidforhold og samtidig oplever dynamiske belastninger. Disse omfatter lavkulstofstål St15, St20, St25 og nogle legerede: St15Kh, St20Kh, St15KhF, St20KhN, St12KhNZA, St18Kh2N4VA, St18Kh2N4MA, St18KhGT, St20KhGT, StKGT, StKGT.
3. Til koldstempling bruges rullede blade fra prøver med lavt kulstofindhold af høj kvalitet. Såsom St08Yu, St08ps, St08kp.
4. Behandlet stål, der er forbedret gennem bratkøling og højhærdningsprocessen. Disse er mellemkulstofstål (St35, St40, St45, St50), krom (St40X, St45X, St50X, St30XRA, St40XR) stål, samt krom-silicium-mangan, krom-nikkel-molybdæn og krom-nikkel.
5. Fjedre har elastiske egenskaber og bevarer dem i lang tid, da de har en høj grad af modstand mod træthed og ødelæggelse. Disse er kulstofrepræsentanter for St65, St70 og legeret stål (St60S2, St50KhGS, St60S2KhFA, St55KhGR).
6. Højstyrkeprøver er dem, der har dobbelt så styrke som andre konstruktionsstål, opnået ved varmebehandling og kemisk sammensætning. I hovedsagen er disse legeret mellemkulstofstål, f.eks. St30KhGSN2A, St40KhN2MA, St30KhGSA, St38KhN3MA, StOZN18K9M5T, St04KHIN9M2D2TYu.
7. kuglelejestål er kendetegnet ved særlig udholdenhed, en høj grad af slidstyrke og styrke. De skal opfylde kravene til fravær af forskellige former for inklusion. Disse prøver inkluderer stål med højt kulstofindhold med et chromindhold i sammensætningen (StSHKh9, StSHKh15).
8. Automatiske ståldefinitioner er som følger. Disse er prøver til brug ved fremstilling af ikke-kritiske produkter såsom bolte, møtrikker, skruer. Sådanne reservedele er norm alt bearbejdede. Derfor er hovedopgaven at øge bearbejdeligheden af dele, hvilket opnås ved at indføre tellur, selen, svovl og bly i materialet. Sådanne tilsætningsstoffer bidrager til dannelsen af skøre og korte spåner under bearbejdning og reducerer friktionen. De vigtigste repræsentanter for automatiske stål er udpeget som følger: StA12, StA20, StA30, StAS11, StAS40.
9. Korrosionsbestandigt stål er legeret stål med et kromindhold på omkring 12%, da det danner en oxidfilm på overfladen, der forhindrer korrosion. Repræsentanter for disse legeringer er St12X13, St20X17N2, St20X13, St30X13, St95X18, St15X28, St12X18NYUT,
10. Slidfaste prøver bruges i produkter, der fungerer under slibende friktion, stød og stærkt tryk. Et eksempel er dele af jernbaneskinner, knusere og larvemaskiner, såsom St110G13L.
11. Varmebestandigt stål kan arbejde ved høj varme. De bruges til fremstilling af rør-, gas- og dampturbinereservedele. Disse er hovedsageligt højlegerede prøver med lavt kulstofindhold, som nødvendigvis indeholder nikkel, som kan indeholde tilsætningsstoffer i form afmolybdæn, nobium, titanium, wolfram, bor. Et eksempel kunne være St15XM, St25X2M1F, St20XZMVF, St40HUS2M, St12X18N9T, StXN62MVKYU.
12. Varmebestandige er særligt modstandsdygtige over for kemiske skader i luft, gas og ovne, oxiderende og karburerende miljøer, men viser krybning under hårde belastninger. Repræsentanter for denne type er St15X5, St15X6SM, St40X9S2, St20X20H14S2.

Værktøjsstål

I denne gruppe er legeringer opdelt i matrice, til skæring og måling af værktøjer. Der er to typer formstål.

• Materialet til koldformning skal have en høj grad af hårdhed, styrke, slidstyrke og varmebestandighed. Men har tilstrækkelig viskositet (StX12F1, StX12M, StX6VF, St6X5VMFS).
• Det varmeformende materiale har god styrke og sejhed. Sammen med slidstyrke og kalkfasthed (St5KhNM, St5KhNV, St4KhZVMF, St4Kh5V2FS).

Måleværktøjsstål skal udover slidstyrke og hårdhed være formstabile og lette at slibe. Kaliber, hæfteklammer, skabeloner, linealer, vægte, fliser er lavet af disse legeringer. Et eksempel kunne være legeringer StU8, St12Kh1, StKhVG, StKh12F1.

Det er ret nemt at bestemme stålgrupper til skærende værktøjer. Sådanne legeringer skal have skæreevne og høj hårdhed i lang tid, selv når de udsættes for varme. Disse omfatter kulstof og legeringsværktøj, samthøjhastighedsstål. Her kan du nævne følgende prominente repræsentanter: StU7, StU13A, St9XS, StKhVG, StR6M5, Stryuk5F5.

Deoxidation af legeringen

Bestemmelse af stål ved graden af deoxidation indebærer dets tre typer: rolig, semi-rolig og kogende. Selve konceptet refererer til fjernelse af ilt fra den flydende legering.

Stille stål udsender næsten ikke gasser under størkning. Dette skyldes fuldstændig fjernelse af ilt og dannelsen af et krympehulrum på toppen af barren, som derefter skæres af.

I semi-roligt stål frigives gasser delvist, det vil sige mere end i roligt stål, men mindre end i kogende. Der er ingen skal her, som i det foregående tilfælde, men der dannes bobler i toppen.

Kogende legeringer frigiver en stor mængde gas, når de størkner, og i tværsnit er det nok blot at bemærke forskellen i kemisk sammensætning mellem det øvre og det nedre lag.

Hårdhed

Dette koncept refererer til et materiales evne til at modstå en hårdere indtrængning i det. Hårdhedsbestemmelse blev mulig ved hjælp af tre metoder: L. Brinell, M. Rockwell, O. Vickers.

Ifølge Brinell-metoden presses en hærdet stålkugle ind i prøvens jordoverflade. Bestem hårdheden ved at studere diameteren på printet.

Metode til at bestemme hårdheden af stål ifølge Rockwell. Den er baseret på at beregne indtrængningsdybden af en 120 graders diamantkeglespids.

Ifølge Vickers i testeksempleten tetraedrisk diamantpyramide er presset ind. Med en vinkel på 136 grader på modsatte flader.

Er det muligt at bestemme stålkvaliteten uden kemisk analyse? Specialister inden for metallurgi er i stand til at genkende stålkvaliteten med en gnist. Bestemmelsen af metallets bestanddele er mulig under forarbejdningen. Så for eksempel:

• CVG-stål har mørke røde gnister med gul-røde prikker og totter. I enderne af de forgrenede tråde vises klare røde stjerner med gule korn i midten.
• P18 stål er også identificeret af mørke karminrøde gnister med gule og røde totter i begyndelsen, dog er trådene lige og har ikke gafler. I enderne af bundterne er der gnister med et eller to lysegule korn.
• Stålkvaliteterne ХГ, Х, ШХ15, ШХ9 har gule gnister med lyse stjerner. Og røde korn på grenene.
• U12F-stål er kendetegnet ved lysegule gnister med tætte og store stjerner. Med flere røde og gule totter.
• Stål 15 og 20 har lysegule gnister, mange gafler og stjerner. Men få totter.

Bestemmelse af stål ved hjælp af en gnist er en ret præcis metode for specialister. Men almindelige mennesker kan ikke karakterisere metallet ved kun at undersøge gnistens farve.

Svejsbarhed

Egenskaben af metaller til at danne en samling under en vis påvirkning kaldes ståls svejsbarhed. Bestemmelsen af denne indikator er mulig, efter at indholdet af jern og kulstof er detekteret.

Det menes, at de er godt forbundet ved svejsningstål med lavt kulstofindhold. Når kulstofindholdet overstiger 0,45 %, forringes svejsbarheden og bliver dårligere, når kulstofindholdet er højt. Dette sker også, fordi materialets inhomogenitet øges, og sulfidindeslutninger skiller sig ud ved korngrænserne, hvilket fører til dannelse af revner og øget indre spænding.

Legeringskomponenter virker også, hvilket forværrer forbindelsen. De mest ugunstige til svejsning er sådanne kemiske grundstoffer som chrom, molybdæn, mangan, silicium, vanadium, fosfor.

Overholdelse af teknologien ved arbejde med lavlegeret stål giver dog en god procentdel af svejsbarhed uden brug af særlige foranst altninger. Bestemmelse af svejsbarhed er mulig efter vurdering af en række vigtige materialekvaliteter, herunder:

• Kølehastighed.
• Kemisk sammensætning.
• Udsigt over primær krystallisation og strukturelle ændringer under svejsning.
• Metals evne til at danne revner.
• Materialets tendens til at formhærde.