Основні критерії класифікації сталей
Класифікація сталей заснована на їх хімічному складі, структурних особливостях та призначенні. Вона допомагає визначити область застосування сталі та її механічні, технологічні та економічні властивості. Пропонуємо нижче розглянути основні критерії класифікації сталей.Класифікація з хімічного складу
1.Вуглецеві сталі
Низьковуглецеві сталі (з вмістом вуглецю до 0,25%):
-Мають високу пластичність і хорошу зварюваність, але відносно низьку міцність.
-Використовуються для виробництва конструкційних елементів, таких як листи, труби, профілі, кріплення.
-Приклади: Сталь марок Ст0, Ст3, 08кп, 10, 15 та інші.
Середньовуглецеві сталі (із вмістом вуглецю від 0,25% до 0,6%):
-Мають більш високу міцність і твердість, ніж низьковуглецеві, але при цьому залишаються досить пластичними.
-Піддаються термообробці для поліпшення властивостей (гартуванню та відпустці).
-Використовуються для виготовлення деталей, які потребують підвищеної міцності, таких як осі, вали, шестерні, болти.
-Приклади: стали марок 35, 40, 45.
Високовуглецеві сталі (з вмістом вуглецю від 0,6% до 2,0%):
-Мають високу твердість, зносостійкість, але при цьому більш тендітні і менш пластичні.
-Добре піддаються гартуванню, використовуються для інструментів та деталей, де важлива висока міцність та зносостійкість (ножі, пружини, ріжучий інструмент).
-Приклади: Стали марок У7, У8, У10, У12, 65Г.
2. Леговані сталі
-Леговані сталі класифікуються за змістом легуючих елементів, таких як хром, нікель, молібден, марганець, титан та інші. Ці елементи додаються для покращення механічних, фізичних та хімічних властивостей сталі. Леговані сталі поділяються на три групи:
1.Низьколеговані сталі (із вмістом легуючих елементів до 2,5%):
-Мають покращену міцність і пластичність в порівнянні з вуглецевими сталями.
-Добре піддаються зварюванню та термообробці.
-Застосовуються для будівництва, машинобудування та виготовлення деталей, що працюють в умовах помірного навантаження.
-Приклади: Стали марок 09Г2С, 15Х, 40Х, 30ХГСА.
2.Середньолеговані сталі (зі вмістом легуючих елементів від 2,5% до 10%):
-Мають підвищену міцність, твердість і зносостійкість.
-Зазвичай застосовуються виготовлення деталей, які у умовах значних навантажень, зокрема за високих температурах й у агресивних середовищах.
-Приклади: Стали марок 12ХН3А, 40ХН2МА, 12ХМФ.
3. Високолеговані сталі (із вмістом легуючих елементів понад 10%):
-Мають унікальні властивості, такі як корозійна стійкість, жароміцність, стійкість до окислення та хімічної дії.
-Використовуються в агресивних середовищах, високих температурах для виробництва нержавіючих сталей, інструментів, деталей турбін, реакторів.
-Приклади: Сталі марок 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, Х12МФ.
Класифікація за фазовим станом
Класифікація сталей за фазовим станом заснована на їх мікроструктурі, яка формується в процесі термообробки та охолодження. Фазові стани визначають механічні властивості сталі, такі як твердість, пластичність та міцність.
1. Феритні сталі:
-Феррит – це м'яка та пластична фаза, яка формується при низьких температурах.
-Феритні сталі мають високу пластичність, хорошу корозійну стійкість, але відносно низьку міцність та твердість.
-Застосовуються для корозійно-стійких виробів, таких як труби, листи, деталі обладнання.
-Приклади: нержавіюча сталь на основі хрому (наприклад, сталь марки 08Х13, 12Х17).
2. Перлітні сталі:
-Перліт - це структура, що представляє собою пластини фериту і цементиту, що чергуються, яка утворюється при повільному охолодженні.
-Перлітні сталі мають гарну міцність і зносостійкість при помірній пластичності.
-Використовуються для виготовлення деталей, які вимагають поєднання міцності та пластичності, таких як рейки, осі, шестерні.
-Приклади: вуглецеві сталі 45, 40Х, інструментальні сталі.
3. Бейнітні сталі:
-Бейніт - це структура, яка утворюється при охолодженні в проміжній температурній зоні (між мартенситом та перлітом).
-Бейнітні сталі поєднують у собі високу міцність, пластичність та ударну в'язкість.
-Застосовуються в машинобудуванні виготовлення відповідальних деталей, що працюють під динамічними навантаженнями.
-Приклади: сталі з легуванням, такі як 30ХГСА, 40ХНМА.
4. Мартенситні сталі:
-Мартенсит - це тверда та тендітна фаза, що утворюється при швидкому охолодженні (загартуванні) з аустенітного стану.
-Мартенситні сталі мають високу твердість та зносостійкість, але при цьому низьку пластичність.
-Використовуються для виробництва різального та ударного інструменту, пружин, відповідальних деталей.
-Приклади: інструментальні сталі У8, У10, 40Х13.
5. Аустенітні сталі:
-Аустеніт - це стійка фаза при високих температурах, багата вуглецем, що має високу пластичність і в'язкість.
-Аустенітні сталі мають відмінну корозійну стійкість, високу пластичність та ударну в'язкість навіть за низьких температур.
-Застосовуються для виробництва нержавіючих сталей, жароміцних сплавів, обладнання для хімічної та харчової промисловості.
-Приклади: нержавіючі сталі 12Х18Н10Т, 08Х18Н10.
-Класифікація за призначенням
-Класифікація сталей за призначенням відбиває їх застосування у різних галузях промисловості. Кожна група сталей має специфічні властивості, які є оптимальними для виконання певних завдань:
1. Конструкційні сталі
-Ці сталі призначені виготовлення різних будівельних конструкцій, машин, механізмів та інших деталей, які працюють під навантаженням. Вони поєднують у собі високу міцність, пластичність та ударну в'язкість, що дозволяє витримувати значні динамічні та статичні навантаження.
-Категорії конструкційних сталей:
-Сталі загального призначення:
-Використовуються для виготовлення конструкцій, які не піддаються високим вимогам щодо міцності та надійності.
-Застосовуються у будівництві та машинобудуванні.
-Приклади: Ст3, 09Г2С, 10.
Сталі для відповідальних конструкцій:
-Застосовуються у виробництві деталей та вузлів, де пред'являються підвищені вимоги до надійності, наприклад, у мостах, каркасах будівель, авіації, суднобудуванні.
-Мають високу міцність і пластичність, проходять додаткову перевірку на дефекти.
-Приклади: 30ХГСА, 15ХСНД, 40ХНМА.
2. Інструментальні сталі
-Ці сталі використовуються для виготовлення різального, вимірювального інструменту, штампів та прес-форм. Вони повинні мати високу твердість, зносостійкість і зберігати свої властивості при високих температурах.
-Категорії інструментальних сталей:
-Вуглецеві інструментальні сталі:
-Ці сталі містять високу кількість вуглецю, що забезпечує їм твердість та міцність.
-Застосовуються для виготовлення простого інструменту (напилки, молотки, зубила).
-Приклади: У7, У8, У10, У12.
Леговані інструментальні сталі:
-Легуючі елементи (наприклад, хром, ванадій, вольфрам) підвищують міцність, зносостійкість та жароміцність сталі.
-Використовуються для виготовлення складного інструменту, що працює при високих навантаженнях та температурах (штампи, свердла, пилки).
-Приклади: Х12МФ, Р18, 9ХС.
3. Спеціальні сталі
-Ця група включає сталі, які мають особливі властивості, необхідні для роботи в специфічних умовах, таких як високі температури, агресивні середовища чи кріогенні температури.
-Категорії спеціальних сталей:
-Жароміцні сталі:
-Ці сталі здатні зберігати свої механічні властивості за високих температур. Застосовуються в турбінах, казанах, двигунах та інших деталях, що працюють при високих температурах.
-Приклади: 12Х1МФ, 20Х23Н18, ХН77ТЮР.
Жаростійкі сталі:
-Ці стали стійкі до окислення та корозії за високих температур.
-Використовуються у виробництві деталей, які контактують із розпеченими газами та агресивними середовищами.
-Приклади: 12Х18Н10Т, Х18Н9Т.
Нержавіючі сталі:
-Мають високу корозійну стійкість завдяки вмісту хрому, нікелю та інших легуючих елементів.
-Застосовуються у хімічній, харчовій, медичній промисловості.
-Приклади: 12Х18Н10Т, 08Х18Н10.
Кріогенні сталі:
-Ці сталі зберігають свою пластичність і міцність за вкрай низьких температур (до -200 °C).
-Використовуються у виробництві обладнання для зберігання та транспортування зріджених газів, у кріогенних установках.
-Приклади: 12Х18Н9Т, 09Г2С.
Кожна група сталей розроблена для специфічних умов експлуатації, будь то високі температури, агресивні середовища чи високі механічні навантаження.
Класифікація за способом виробництва
Класифікація сталей за способом виробництва залежить від технології їх виплавлення та особливостей процесу розкислення (видалення кисню) з рідкого металу. Цей процес впливає на хімічний склад, структуру та властивості сталі. Виділяють три основні групи:
1. Киплячі сталі:
-Ці сталі розкислені мінімально або взагалі не розкислені (не додається достатньо розкислювачів, таких як марганець або кремній).
-У процесі кристалізації вони активно "киплять", оскільки виділяється велика кількість газів (в основному вуглекислого газу), що призводить до утворення бульбашок у структурі.
Характеристики:
-Мають гарну пластичність, але при цьому нижчою якістю поверхні і нерівномірним розподілом домішок.
-Використовуються для виробів, де не потрібні високі механічні властивості (наприклад, для листів, профілів).
-Приклади марок: Ст3кп, Ст0кп.
2. Спокійні сталі:
-Повністю розкислені (виплавлення супроводжується додаванням значної кількості розкислювачів, таких як кремній або алюміній), що призводить до спокійного процесу кристалізації без активного газовиділення.
-Характеристики:
-Мають однорідну структуру, високу якість поверхні і рівномірний розподіл домішок.
-Ці сталі мають високу міцність та гарну зварюваність.
-Застосовуються у машинобудуванні, будівництві, виробництві відповідальних конструкцій та деталей.
-Приклади марок: Ст3сп, 20, 45, 08п.
3. Напівспокійні сталі:
-Частково розкислені (кількість розкислювачів знаходиться між кількістю, що використовується для киплячих та спокійних сталей).
-У процесі кристалізації відбувається помірне виділення газів, і структура виходить одноріднішою, ніж у киплячих сталей, але менш однорідною, ніж у спокійних.
Характеристики:
-Мають хороші механічні властивості та зварюваність, при цьому їх вартість нижча, ніж у спокійних сталей.
-Застосовуються для виготовлення конструкцій та виробів, які не потребують високої точності та однорідності.
-Приклади марок: Ст3пс, 10пс, 35пс.
-Вибір сталі за способом виробництва залежить від вимог до якості, механічних властивостей та вартості готового виробу.
Класифікація за формою постачання
Класифікація сталей за формою постачання відноситься до фізичних параметрів металопрокату та вказує на форму продукції, яка надходить на виробництво або використовується для будівництва та інших потреб. Кожна форма поставки призначена для певних сфер застосування.
1. Листова сталь:
-Поставляється у вигляді плоских листів різної товщини та ширини. Буває холоднокатана та гарячекатана.
-Використовується в будівництві (даху, стіни), машинобудуванні, виробництві автомобілів, побутової техніки та суднобудуванні. Застосовується для створення різних конструкцій, корпусів, деталей.
-Приклади продукції:
-Тонколистова сталь (товщина до 4 мм) - для виробництва корпусів, фасадів.
-Товстолистова сталь (товщина понад 4 мм) - для більш масивних конструкцій та деталей.
-Приклади марок: Ст3, 09Г2С, 08Ю.
2. Профільна сталь:
-Сталь, що постачається у вигляді різних профілів (балки, куточки, швелери, двотаври тощо), які мають певну геометричну форму поперечного перерізу.
-Використовується для будівництва несучих конструкцій (каркаси будівель, мостів, веж). Застосовується в машинобудуванні для створення рам, стійок та інших елементів.
Основні види профілів:
-Куточок (рівнополочний та нерівнополичний) — застосовується в будівництві та машинобудуванні.
-Швелер - використовується для створення несучих конструкцій.
-Двотаврова балка - широко використовується в будівництві для створення каркасних конструкцій.
-Приклади марок: Ст3сп, Ст3пс, 09Г2С.
3. Трубна сталь:
-Поставляється у вигляді труб, які можуть бути безшовними або звареними, круглого, квадратного або прямокутного перерізу.
-Широко використовується в нафтогазовій, хімічній промисловості, для будівництва трубопроводів, систем опалення, водопостачання, в машинобудуванні та будівництві (металеві каркаси та опори).
Основні види труб:
-Безшовні труби мають високу міцність і застосовуються у відповідальних конструкціях.
-Зварні труби – використовуються для менш навантажених систем.
-Приклади марок: 20, 30ХГСА, 09Г2С, 12Х18Н10Т.
-Таким чином, сталь може поставлятися в різних формах, кожна з яких призначена для конкретних потреб, залежно від вимог до міцності, форми та сфери застосування.
Класифікація за способом обробки
Класифікація сталей за способом обробки поділяється на гарячекатані та холоднокатані в залежності від температури обробки металу при його прокатці. Ці методи суттєво впливають на механічні властивості та якість поверхні сталі.
1. Гарячекатана сталь:
-Прокатка сталі відбувається за високих температур, зазвичай вище 900–1000°C, коли сталь перебуває у пластичному стані.
Характеристики:
-Висока пластичність під час обробки.
-Менша точність розмірів та якість поверхні порівняно з холоднокатаною сталлю.
-Можливі незначні деформації після остигання, через що поверхня може бути шорсткою.
-Нижча вартість виробництва порівняно з холоднокатаним прокатом.Застосування:
-Використовується там, де не потрібні висока точність та ідеальна поверхня, наприклад, у будівництві (балки, швелери, рейки), машинобудуванні, для виготовлення різних конструкцій та деталей, які потім можуть піддаватися додатковій обробці.
-Приклади марок: Ст3сп, Ст3пс, 09Г2С.
2. Холоднокатана сталь:
-Прокатка сталі здійснюється при кімнатній температурі після попередньої гарячої прокатки та охолодження.
Характеристики:
-Висока точність розмірів та якість поверхні, яка стає гладкою та блискучою.
-Покращені механічні властивості: велика міцність та твердість у порівнянні з гарячекатаною сталлю.
-Краща схильність до подальшої обробки, такий як штампування, згинання або зварювання.
-Вища вартість виробництва через складності технологічного процесу.
Застосування:
-Використовується там, де потрібні висока точність розмірів, гладкість поверхні та покращені механічні властивості, наприклад, у виробництві автомобільних кузовів, побутової техніки, тонкостінних труб, деталей машин.
-Приклади марок: 08пс, 08Ю, 10.
Таким чином, гарячекатана сталь використовується в грубіших конструкціях, де важлива міцність, але не критичні точність і поверхня, а холоднокатана сталь застосовується там, де потрібна висока точність, гладкість і хороші механічні властивості.
Висновок
Класифікація сталей охоплює безліч параметрів, таких як хімічний склад, фазовий стан, призначення, спосіб виробництва, форма постачання та спосіб обробки. Кожен із цих аспектів впливає кінцеві властивості сталі та її застосування.
Таким чином, класифікація сталей дає широкі можливості для вибору матеріалу, виходячи з конкретних умов експлуатації та технічних вимог, що робить сталь універсальним матеріалом для різних галузей промисловості та будівництва.