Существует около 700 марок сталей, у каждой из которых характерные именно для неё качества, но ежегодно разрабатываются новые. Разнообразие свойств сплавов определяется: наличием легирующих элементов, количеством углерода (С), процентом вредных примесей. В зависимости от содержания последних, в первую очередь серы и фосфора, сплавы разделяют на качественные и обычного качества.
По степени содержания кислорода стали бывают: кипящие (кп), полуспокойные (пс), спокойные (сп). Первые хрупкие, подвержены коррозии, имеют плохую свариваемость. Полуспокойные обладает промежуточными характеристиками между марками сп и кп. Сплавы под маркировкой сп более однородные, отлично свариваются, имеют повышенное сопротивление ударным нагрузкам. Наиболее значимым веществом, изменяющим характеристики стали, является углерод.
Углеродистые стали
Углерод, усиливая твёрдость, одновременно делает сплав более хрупким. Процентное содержание элемента отражается в маркировке — по ней можно определить, какой материал перед вами. Учтите, две первые цифры отражают наличие сотых долей процента элемента, одна – в десятых долей. Если углерода до 0,25 %, то сталь низкоуглеродистая, а следовательно – недорогая, легко сваривается. Если от 0,3 до 0,55 %, то сплав среднеуглеродистый, такие активно применяются в машиностроении. Количество элемента в диапазоне 0,6-2 %, показывает, что материал высокоуглеродистый, потому свариваемость и жидкотекучесть его низка, но твёрдость высокая.
Структура низкоуглеродистых сплавов обеспечивает пластичность, но относительно малую прочность материала. Увеличения содержания углерода приводит к потере пластичности, но заметно усиливает прочность. Так, высокоуглеродистая сталь — очень твёрдый, прочный сплав, для которого применение сварки стараются по возможности избегать. Из него выпускают проволоку, подшипники, пружины, штампованные детали.
Легированные стали
Добавляя в состав стальных сплавов некоторые вещества можно добиться необходимых свойств, эту операцию называют легированием. Так, например:
- Хром — увеличивает твердость, прочность, стойкость к коррозии, но ухудшает пластичность.
- Никель – повышает пластичность, стойкость к коррозии, но может снижать твёрдость, зачастую применяется вместе с марганцем.
- Вольфрам, молибден – придают твердость, усиливает жаропрочность, снижают хрупкость при отпуске.
- Марганец — оптимизирует стойкость к ударным нагрузкам, твердость, не уменьшая пластичности.
- Алюминий – улучшает жаростойкость, а также окалиностойкость, коррозионную стойкость.
- Кремний – делает металл прочным, сохраняя вязкость. Улучшает электросопротивление, упругость, кислостойкость. По сравнению с остальными легирующими элементами менее дорог.
Легированные стали, обладая уникальными качествами, используются для производства изделий, где их нельзя заменить иными материалами. Они классифицируются по назначению, структуре, проценту легирующих элементов, химическому составу.
Области применения
Любая сталь состоит из железа, углерода, примесей — но каждая марка разработана для решения определённых, иногда специфических задач. Характеристики материалов специализированы, и к выбору марки следует подойти ответственно. Стоит учесть, что:
- Включение легирующих добавок расширяют спектр возможных применений металла, однако значительно повышает цену. Потому, выбирая марку, руководствуются не только улучшением характеристик металла, а ещё экономической целесообразностью, стоимостью добычи, дефицитностью легирующих элементов.
- Свариваемость низкоуглеродистых сталей высока, а для легированных и высокоуглеродистых это – трудоёмкая операция, предполагающая квалификацию исполнителя.
- У инструментальной углеродистой стали есть серьёзный минус – при нагревании она теряет твердость и режущую способность. Потому, если режущий инструмент нагревается, то предпочтительнее легированный металл. Многие легированные стали исключительны по своим свойствам, есть марки стали: магнитные, магнитотвёрдые, с повышенным электросопротивлением, жаропрочные, нержавеющие, окалиностойкие. Они незаменимы в авиационной, химической, военной промышленности.
Самой часто используемой сталью является — низкоуглеродистая обыкновенного качества, под маркировкой Ст. Она нужна в строительстве, в машиностроении, на производстве. Из неё производят:
- Крепёжные детали (Ст1)
- Листовое железо (Ст3, Ст2)
- Рельсы, кулачки (Ст6)
- Валы, оси, клинья (Ст5)
- Зубчатые колеса, фланцы (Ст3)
- Проволоку (Ст2)
В целом, углеродистые стали уступают по большинству показателей легированным, но достаточно надёжны, качественны, дёшевы, потому востребованы. Выбирая марку материала, стоит изучить справочную литературу, достоинства и недостатки конкретной марки, учесть множество других параметров, включая – условия эксплуатации, требуемые: жёсткость, ковкость, пластичность, цену, доступность. Выбрать одну сталь и сказать, что она идеальная невозможно – каждая из них хороша для своего случая.
