Сталь
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
У этого термина существуют и другие значения, см. Сталь (значения).
Сталь |
Фазы железоуглеродистых сплавов |
Феррит (твердый раствор внедрения C в α-железе с объемно-центрированной кубической решеткой) |
Структуры железоуглеродистых сплавов |
Ледебурит (эвтектическая смесь кристаллов цементита и аустенита, превращающегося при охлаждении в перлит) |
Стали |
Конструкционная сталь (до 0,8 % C) |
Чугуны |
Белый чугун (хрупкий, содержит ледебурит и не содержит графит) |
Кодовый символуказывающий что сталь может быть вторично переработана
Твёрдые растворы — фазы переменного состава, в которых атомы различных элементов расположены в общей кристаллической решётке.
Могут быть неупорядоченными (с хаотическим расположением атомов), частично или полностью упорядоченными. Экспериментально упорядоченность определяют, главным образом, рентгеновским структурным анализом.
Способность образовывать твёрдые растворы свойственна всем кристаллическим твёрдым телам. В большинстве случаев она ограничена узкими пределами концентраций, но известны системы с непрерывным рядом твёрдых растворов (например, Cu—Au, Ti—Zr, GaAs—GaP). По существу, все кристаллические вещества, считающиеся чистыми, представляют собой твёрдые растворы с очень малым содержанием примесей.
Различают три вида твёрдых растворов:
§ твёрдые растворы замещения;
§ твёрдые растворы внедрения;
§ твёрдые растворы вычитания.
Согласно полуэмпирическим правилам Юм-Розери, непрерывный ряд твёрдых растворов замещения в металлических системах образуются лишь теми элементами, которые, во-первых, имеют близкие по размерам атомные радиусы (отличающиеся не более чем на 15 %) и, во-вторых, находятся не слишком далеко друг от друга в электрохимическом ряду напряжений. При этом элементы должны иметь один и тот же тип кристаллической решётки. В твёрдых растворах на основе полупроводников и диэлектриков, благодаря более «рыхлым» кристаллическим решёткам образование твёрдых растворов замещения возможно и при большем различии атомных радиусов.
Если атомы компонентов существенно различаются по размерам или электронной структуре, возможно внедрение атомов одного элемента в междоузлия решётки, образованной другим элементом. Подобные твёрдые растворы часто образуются при растворении неметаллов (B, H2, O2, N2, C) в металлах.
Твёрдые растворы вычитания, возникающие за счёт появления в кристаллической решётке вакантных узлов, образуются при растворении одного из компонентов в химическом соединении и характерны для нестехиометрических соединений.
Природные минералы часто представляют собой твёрдые растворы (см. Изоморфизм в кристаллах). Образование твёрдых растворов при легировании элементов и соединений имеет большое значение в производстве сплавов,полупроводников, керамики, ферритов.
Твёрдые растворы — основа всех важнейших конструкционных и нержавеющих сталей, бронз, латуней, алюминиевых и магниевых сплавов высокой прочности. Свойства твёрдых растворов регулируют их составом, термической или термомеханической обработкой. Легированные полупроводники и многие сегнетоэлектрики, являющиеся основой современной твердотельной электроники, также являются твёрдыми растворами.
При распаде твёрдых растворов сплавы приобретают новые свойства. Наиболее ценными качествами обладают сплавы с очень тонкой неоднородностью — так называемые дисперсионно-твердеющие, или стареющие твёрдые растворы. Дисперсионное твердение может наблюдаться и при распаде твёрдых растворов на основе соединений, например, нестехиометрических шпинелей.
Эвте́ктика (греч. éutektos — легкоплавящийся) — нонвариантная (при постоянном давлении) точка в системе из n компонентов, в которой находятся в равновесии n твердых фаз и жидкая фаза. Эвтектическая композиция представляет собой жидкий раствор, кристаллизующийся при наиболее низкой температуре для сплавов данной системы. Соответственно, температура плавления сплава эвтектического состава — также самая низкая, по сравнению со сплавами другого состава для данной системы компонентов. Это явление как раз и отражает этимологию термина.
Бинарная фазовая диаграмма с эвтектическим превращением
Добавляя или отводя тепло, можно изменить пропорцию между кристаллическими фазами и расплавом в эвтектической точке без изменения температуры. После кристаллизации эвтектика становится смесью кристаллитов фаз. Одновременное образование нескольких кристаллических фаз в ходе эвтектической кристаллизации обуславливает возможность их кооперативного роста. В результате последнего образуются эвтектические бикристаллы — разветвлённые взаимновложенные дендриты эвтектических фаз, лишь выглядящие в сечении как мелкодисперсная смесь.
Эвтектика является пересечением поверхностей насыщения расплава с фазами, с которыми он находится в равновесии. Если отводится соответствующее количество тепла, то расплав эвтектического состава при кристаллизации в условиях близких к равновесным даст все кристаллические фазы, участвующие в равновесии. Если же при сохранении эвтектической температуры подводится тепло в достаточном количестве, то смесь фаз, отвечающая эвтектическому составу, в равновесных условиях полностью расплавится.
Сталь (от нем. Stahl [1]) — сплав (твёрдый раствор) железа с углеродом (и другими элементами), характеризующийся эвтектоидным превращением. Содержание углерода в стали не более 2,14 %. Углерод придаёт сплавам железа прочность и твёрдость, снижая пластичность и вязкость.
Учитывая, что в сталь могут быть добавлены легирующие элементы, сталью называется содержащий не менее 45 % железа сплав железа с углеродом и легирующими элементами (легированная, высоколегированная сталь).
В древнерусских письменных источниках сталь именовалась специальными терминами: «Оцел», «Харалуг» и «Уклад». В некоторых славянских языках и сегодня сталь называется «Оцел», например в чешском.
Сталь — важнейший конструкционный материал для машиностроения, транспорта, строительства и прочих отраслей промышленности.
Стали с высокими упругими свойствами находят широкое применение в машино- и приборостроении. В машиностроении их используют для изготовления рессор, амортизаторов, силовых пружин различного назначения, в приборостроении — для многочисленных упругих элементов: мембран, пружин, пластин реле, сильфонов, растяжек, подвесок.
Пружины, рессоры машин и упругие элементы приборов характеризуются многообразием форм, размеров, различными условиями работы. Особенность их работы состоит в том, что при больших статических, циклических или ударных нагрузках в них не допускается остаточная деформация. В связи с этим все пружинные сплавы кроме механических свойств, характерных для всех конструкционных материалов (прочности, пластичности, вязкости, выносливости), должны обладать высоким сопротивлением малым пластическим деформациям. В условиях кратковременного статического нагружения сопротивление малым пластическим деформациям характеризуется пределом упругости, при длительном статическом или циклическом нагружении — релаксационной стойкостью.[2]
Классификация
См. также: Маркировка сталей
Стали делятся на конструкционные и инструментальные. Разновидностью инструментальной является быстрорежущая сталь.
По химическому составу стали делятся на углеродистые[3] и легированные[4]; в том числе по содержанию углерода — на низкоуглеродистые (до 0,25 % С), среднеуглеродистые (0,3—0,55 % С) и высокоуглеродистые (0,6—2 % С); легированные стали по содержанию легирующих элементов делятся на низколегированные — до 4 % легирующих элементов, среднелегированные — до 11 % легирующих элементов и высоколегированные — свыше 11 % легирующих элементов.
Стали, в зависимости от способа их получения, содержат разное количество неметаллических включений. Содержание примесей лежит в основе классификации сталей по качеству: обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особо высококачественные.
По структуре сталь различается на аустенитную, ферритную, мартенситную, бейнитную или перлитную. Если в структуре преобладают две и более фаз, то сталь разделяют на двухфазную и многофазную.
[править]Характеристики стали
§ Плотность: 7700—7900 кг/м³,
§ Удельный вес: 75500—77500 Н/м³ (7700—7900 кгс/м³ в системе МКГСС),
§ Удельная теплоемкость при 20 °C: 462 Дж/(кг·°C) (110 кал/(кг·°C)),
§ Температура плавления: 1450—1520 °C,
§ Удельная теплота плавления: 84 кДж/кг (20 ккал/кг, 23 Вт·ч/кг),
§ Коэффициент теплопроводности при температуре 100 °C[5]
Хромоникельвольфрамовая сталь | 15,5 Вт/(м·К) |
Хромистая сталь | 22,4 Вт/(м·К) |
Молибденовая сталь | 41,9 Вт/(м·К) |
Углеродистая сталь (марка 30) | 50,2 Вт/(м·К) |
Углеродистая сталь (марка 15) | 54,4 Вт/(м·К) |
§ Коэффициент линейного теплового расширения при температуре около 20 °C:
сталь Ст3 (марка 20) |
|
сталь нержавеющая |
|
§ Предел прочности стали при растяжении:
сталь для конструкций | 373—412 МПа |
сталь кремнехромомарганцовистая | 1,52 ГПа |
сталь машиностроительная (углеродистая) | 314—785 МПа |
сталь рельсовая | 690—785 МПа |
[править]Разновидности некоторых сталей
Марки стали | Термообработка | Твердость (сердцевина-поверхность) |
нормализация | 163—192 HB | |
улучшение | 192—228 HB | |
нормализация | 179—207 HB | |
улучшение | 235—262 HB | |
закалка и высокий отпуск | 212—248 HB | |
закалка и высокий отпуск | 217—255 HB | |
закалка и высокий отпуск | 229—269 HB | |
закалка и высокий отпуск | 269—302 HB | |
У9 | отжиг | 192 HB |
У9 | закалка | 50—58 HRC |
У10 | отжиг | 197 HB |
У10 | закалка | 62—63 HRC |
40Х | улучшение | 235—262 HB |
40Х | улучшение+закалка токами выс. частоты | 45-50 HRC; 269—302 HB |
40ХН | улучшение | 235—262 HB |
40ХН | улучшение+закалка токами выс. частоты | 48-53 HRC; 269—302 HB |
35ХМ | улучшение | 235—262 HB |
35ХМ | улучшение+закалка токами выс. частоты | 48-53 HRC; 269—302 HB |
35Л | нормализация | 163—207 HB |
40Л | нормализация | 147 HB |
40ГЛ | улучшение | 235—262 HB |
45Л | улучшение | 207—235 HB |
[править]Производство стали
[править] Производство стали в мире
Мировым лидером в производстве стали является Китай, доля которого по итогам I полугодия 2009 года составила 48 %.
По данным Международного института чугуна и стали (IISI[6]) производство стали в 2007 году в мире составило:
Группы стран | Производство в 2007 году, тыс. тонн | Доля в мировом пр-ве, % |
Всего в мире | 100 % | |
Азия | 56,1 % | |
Африка | 1,4 % | |
Ближний восток | 1,2 % | |
Европейский союз (27) | 15,6 % | |
Европейский союз (15) | 13,1 % | |
Прочая Европа | 2,3 % | |
Океания | 0,7 % | |
Северная Америка | 9,9 % | |
СНГ (6) | 9,2 % | |
Южная Америка | 3,6 % |
[править] 2008 год
В 2008 году в мире было произведено 1 млрд 329,7 млн т. стали, что на 1,2 % меньше, чем в 2007 г. Это стало первым сокращением годового объема производства за последние 11 лет.
[править] 2009 год
По итогам первых шести месяцев 2009 г. производство стали в 66 странах мира, доля которых в мировой сталелитейной отрасли составляет не менее 98 %, сократилось по сравнению с аналогичным периодом предыдущего года на 21,3 % — с 698,2 млн т до 549,3 млн т (статистика World Steel Association).
Китай увеличил производство стали относительно аналогичного периода 2008 года на 1,2 % — до 266,6 млн т. в Индии производство стали возросло на 1,3 % — до 27,6 млн т.
В США производство стали упало на 51,5 %, в Японии — на 40,7 %, в Южной Корее — на 17,3 %, в Германии — на 43,5 %, в Италии — на 42,8 %, во Франции — на 41,5 %, в Великобритании — на 41,8 %, в Бразилии — на 39,5 %, в России — на 30,2 %, на Украине — на 38,8 %.
В июне 2009 г. производство стали в мире составило 99,8 млн т., что на 4,1 % больше, чем в мае 2009 г.
[править] Рейтинг ведущих мировых производителей стали
Производство стали в России в 1992—2008 годах, в млн тонн
По данным Metal Bulletin’s Top Steelmakers of 2007[7] производство стали по компаниям производителям составило (в млн тонн):
Производитель | Страна | Производство в 2007 году | Производство в 2006 году | ||
1&2 | ArcelorMittal | Люксембург | 116,40 | 117.98 | |
Nippon Steel | Япония | 34,50 | 33,70 | ||
JFE Steel | Япония | 33.80 | 31.83 | ||
POSCO | Ю. Корея | 32,78 | 31,20 | ||
Shanghai Baosteel | Китай | 28,58 | 22,53 | ||
Tata Steel | Индия | 26,52 | 23,95 | ||
Jiangsu Shagang | Китай | 22,89 | 14,63 | ||
Tangshang | Китай | 22,75 | 19,06 | ||
US Steel | США | 20,54 | 21,25 | ||
Wuhan | Китай | 20.19 | 13.76 | ||
Nucor | США | 20,04 | 20,31 | ||
Riva | Италия | 17,91 | 18,19 | ||
Gerdau Group | Бразилия | 17,90 | 15,57 | ||
ThyssenKrupp | Германия | 17,02 | 16,80 | ||
Северсталь | Россия | 16,75 | 17,60 | ||
Евраз | Россия | 16,30 | 16,10 | ||
Anshan | Китай | 16,17 | 15,00 | ||
Maanshan | Китай | 14,16 | 10,91 | ||
Sail | Индия | 13,87 | 13,50 | ||
Sumitomo Metal ind | Япония | 13,50 | 13,32 | ||
ММК | Россия | 13,30 | 12,45 | ||
Techint | Аргентина | 13,20 | 12,83 | ||
Shougang | Китай | 12,85 | 10,55 | ||
China Steel Corp | Тайвань | 12,67 | 12,48 | ||
Jinan | Китай | 12,12 | 11,24 |
[править] Основные производители стали в России
Место российских компаний в рейтинге Metal Bulletin:
Производитель | Производство в 2007 году | Производство в 2006 году | ||
Северсталь | 16,75 | 17,60 | ||
Евраз | 16,30 | 16,10 | ||
ММК | 13,30 | 12,45 | ||
НЛМК | 9,06 | 9,13 | ||
Металлоинвест | 6,43 | 6,28 | ||
Мечел | 6,09 | 5,95 | ||
ТМК | 2,19 | 2,15 |
[править] Сертификат соответствия на сталь
В соответствии с ГОСТ 19281-89 сертификация продукции из стали является обязательной. Производителям или продавцам, а также импортерам данной продукции, в первую очередь необходимо получить сертификат соответствия на оцинкованную и листовую сталь. Качество данной продукции прямо или косвенно может повлиять на безопасность людей или окружающей природной среды. Угловая, полосовая, а также оцинкованная сталь подлежат обязательной сертификации в соответствии с ГОСТ 8509-93.
[править]Примечания
1. ↑ Сталь в викисловаре
2. ↑ «Материаловедение» Арзамасов Б. Н.
3. ↑ ГОСТ 380-71, ГОСТ 1050-75
4. ↑ ГОСТ 4543-71, ГОСТ 5632-72, ГОСТ 14959-79
5. ↑ Раздел 3.7. Теплопроводность // Новый справочник химика и технолога. — Спб.: MMVI, НПО «Профессионал», 2006. — Т. 12.
6. ↑ International Iron and Steel Institute
7. ↑ Wold top steelmakers of 2007 // Metal Bulletin Weekly. — 17 March 2008. — № 9038. — С. 7.
§ Металлы
§ Сплав
§ Конвертерное производство
§ Нержавеющая сталь
§ Сталеплавильное производство
§ Сталеплавильный процесс
§ Стальная пена
§ Чугун
§ Высокоуглеродистая сталь
§ Легированная сталь
§ Сталь кортеновская
§ Список стран по выплавке стали
[править]Ссылки
§ Major steel-producing countries, 2005 and 2006
§ Top steel-producing companies, 2005 and 2006
§ steeluniversity.org бесплатный интернет-проект, разработанный International Iron and Steel Institute
§ Обрабатываемые материалы. Классификация и маркировка сталей, чугунов и цветных сплавов
§ Марочник металлов и сплавов более 1600 марок металлов и сплавов
§ Соответствие марок сплавов по ANSI, ASME, DIN, JIS, ГОСТ и т. д.
§ Таблицы применимости материалов
Аустенит
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Аустенит |
|
Фазы железоуглеродистых сплавов |
Феррит (твердый раствор внедрения C в α-железе с объемно-центрированной кубической решеткой) |
Структуры железоуглеродистых сплавов |
Ледебурит (эвтектическая смесь кристаллов цементита и аустенита, превращающегося при охлаждении в перлит) |
Стали |
Конструкционная сталь (до 0,8 % C) |
Чугуны |
Белый чугун (хрупкий, содержит ледебурит и не содержит графит) |
Аустенит (γ-фаза) — высокотемпературная гранецентрированная модификация железа и его сплавов.
В углеродистых сталях аустенит — это твёрдый раствор внедрения, в котором атомы углерода входят внутрь элементарной ячейки γ-железа во время конечной термообработки. В сталях, содержащих другие металлы (кроме железа, легированные стали), атомы металлов замещают атомы железа в кристаллической решетке и возникает твердый раствор замещения. В чистом железе существует в интервале температур 910—1401 °C; в углеродистых сталях аустенит существует при температурах не ниже 723 °C (1333 °F). Фаза названа в честь сэра Уильяма Чандлера Робертс-Остина (англ. William Chandler Roberts-Austen, 1843—1902). В легированных сталях аустенит может существовать и при гораздо более низких температурах. Такие элементы, как никель стабилизируют аустенитную фазу. Нержавеющие стали, такие как 08Х18Н10Т или AISI 304, AISI 316 и т.д. относятся к аустенитному классу. Присутствие никеля в количестве 8—10% приводит к тому, что аустенитная фаза сохраняется и при комнатной температуре. Мартенситно-стареющие нержавеющие стали типа 08Х15Н2ДТ или Ph 17-4 могут содержать некоторое количество остаточного аустенита. Оптическая металлография во многих случаях не позволяет выявить присутствие аустенита, расположенного, как правило, по границам мартенситных пакетов. Основными способами определения количества остаточного аустенита являются рентгеноструктурный анализ и просвечивающая электронная микроскопия.
[править]Литература
1. А.П. Гуляев. Металловедение
2. Я.М. Потак. Высокопрочные стали
3. Б.Г. Лившиц. Металлография
Сталь - Ст 3 кп
Ст 3 кп — конструкционная углеродистая сталь обыкновенного качества, кипящая, № марки 3
Степень раскисления: кипящая сталь - слабо раскисленная; маркируется буквами "кп"
Химический состав: C (углерод) - 0, 14 — 0, 22;
Mn (марганец) - 0, 30 — 0, 60;
Si (кремний) - < = 0, 07;
Мехнические свойства при Т=20°С (Сталь горячекатанная 20 мм)
360 - 460 (МПа) - предел прочности - σ
195 - 235 (МПа) - предел текучести - δт
24 - относительное удлинение - δ%
Твёрдость материала по Бринеллю: НВ 10-1 = 131 МПа
Назначение: листовой и сортовой прокат для строительных конструкций, болты, для
сварных и несварных конструкций, деталей работающих при температуре от - 40 °С до 400°С
Сталь - 30 ХН 3 А
30 ХН 3 А -высококачественная спокойная, хромоникелевая машиностроительная
сталь. 0, 3 C %, 1 Cr %, 3 % Ni, А - в конце марки указывает что сталь высококачественная.
Химический состав: C (углерод) - 0, 27 — 0, 33;
Mn (марганец) - 0, 3 — 0, 37;
Cr (хром) - 0, 6 — 0, 9;
Ni (никель) - 2, 75 — 3, 15;
Si (кремний) - 0, 17 — 0, 37;
Мехнические свойства при температуреТ=20°С (Пруток Ж 20):
1670 (МПа) - предел прочности - σ
1370 (МПа) - предел текучести — δт
12 - относительное удлинение — δ%
45 - относительное сужение — y %
490 (кДж / м2) - ударная вязкость- KCU
Термообработка: Закалка 850 °С, масло, Отпуск 200 °С, воздух.
Назначение: венцы ведомых колес тяговых зубчатых передач электропоездов, шестерни,
валы, штоки, кривошипы высокой прочности и другие улучшаемые детали.
Может применяться при температуре -80 °С
Чугун ЧН1ХМД
ЧН1ХМД - Чугун низколегированный, корозионно — стойкий: 3, 2 C%; 1 Ni %;
1 Cr %; до 1 Cu %; до 1 Mo %;
Химический состав: C (углерод) - 2, 8 — 3, 2;
Si (кремний) - 1, 6 — 2;
Mn (марганец) - 0, 8 — 1, 2;
Ni (никель) - 0, 7 — 1, 6;
S (сера) - до 0, 12;
P (фосфор) - до 1. 15;
Cr (хром) - 0, 2 — 0, 7;
Mo (молибден) - 0, 2 — 0, 7;
Cu (медь) -0, 2 — 0, 5;
Мехнические свойства при температуреТ=20°С материала ЧН1ХМД
Дата добавления: 2015-08-27; просмотров: 60 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |
| Расшифровка марок сталей не очень сложное дело, если знать какими буквами принято обозначать те или иные химические элементы, входящие в состав марки или сплава. 2 страница | | | Стандартні звороти наукового стилю |
1/°C
1/°C