Сталь: свойства, маркировка, ГОСТ и типы стали

Сталь, как один из самых распространенных металлов, на сегодняшний день получила наиболее широкое применение. Обработка и резка этого материла – задача, которая может решаться с использованием самого разного инструмента и технологий. Свойства стали позволяют производить точно и на высокой скорости, обработку с помощью следующих типов обработки:

• механической резки;
• гидроабразивной;
• аргонодуговой;
• электродуговой;
• газовой;
• плазменной;
• лазерной.

В зависимости от марки стали и требуемых результатов, используют наиболее подходящую технологию обработки металла.

Свойства стали

Существует 4 основных направления показателей, которыми выделяется сталь и ее сплавы.

Среди этих направлений:

• химические свойства стали;
• технологические;
• механические свойства стали;
• магнитные свойства стали.

Теперь о каждом подробнее.

Химические свойства стали

• Окисляемость. Это определение способности соединяться с кислородом. Окисляемость усиливается с повышением температуры металла. Стали с низким содержанием углерода окисляются с образованием ржавчины (оксидов железа) под действием воды или влажного воздуха;
• Коррозионная стойкость. Соответственно обозначает, что вещество не вступает в химические реакции и не окисляется. Однако важно отметить, что данное свойство есть далеко не у всех сплавов стали и присуще больше исключительным ее маркам;
• Жаростойкость. Жаростойкость характеризует способность материала не окисляться под воздействием высокой температуры и не образовывать окалины;
• Жаропрочность. Уровень жаропрочности определяет способность сплава сохранять свои прочностные характеристики при высокой температуре. Соответственно это дает возможность использовать сталь при создании деталей и механизмов, подвергаемых температурным нагрузкам.

Технологические свойства стали

Технологические свойства стали отражают способность металла или сплава подвергаться различным видам обработки. К ним относятся:

• Обрабатываемость резанием. Все стали довольно хорошо обрабатываются резанием как вручную (слесарной ножовкой, зубилом, напильником), так и на станках (сверление, точение, фрезерование).
• Ковкость. Это свойство учитывают при прокатке, ковке и штамповке. Достаточно хорошей ковкостью сталь обладает в нагретом состоянии.
• Свариваемость. Этот технологический процесс применим для всех типов сталей.
• Жидкотекучесть. Это свойство имеет важное значение для получения полуфабрикатов — отливок, имеющих форму готовой детали и требующих лишь незначительной дальнейшей обработки резанием.
• Прокаливаемость. Прокаливаемость зависит от размеров деталей и изделий, а также от химического состава сталей. Для увеличения прокаливаемости в сталь добавляют легирующие компоненты: хром, вольфрам.
• Износостойкость. Для повышения износостойкости трущиеся детали (зубья шестерен) подвергают термической обработке (закалке) и химико-термической обработке (цементации, азотированию). С этой же целью в сталь добавляют легирующие элементы: марганец, кремний.
• Коррозионная стойкость. Для увеличения этой стойкости в сталь добавляют никель, хром и титан, получая так называемые нержавеющие стали.

Механические свойства стали

• Прочность. Способность металла выдерживать значительную внешнюю нагрузку. Показатель характеризуется пределом текучести и прочности.
  • Предел прочности. Максимальное механическое напряжение, при превышении которого сталь разрушается.
  • Предел текучести. Данный параметр показывает механическое напряжение, при превышении которого материал продолжает удлиняться в условиях отсутствия нагрузки.
• Пластичность. Способность изменять свою форму под действием нагрузки и сохранять ее при отсутствии воздействия. Количественно оценивается относительным удлинением при растяжении и углом загиба;
• Ударная вязкость. Способность металла сопротивляться динамическим нагрузкам. Количественно эта характеристика оценивается работой, которая требуется для разрушения образца, отнесенной к площади его поперечного сечения;
• Твердость. Способность сопротивляться попаданию в него твердых тел. Количественно характеризуется нагрузкой, отнесенной к площади отпечатка при вдавливании алмазной пирамиды (метод Виккерса) или стального шарика (метод Бринелля).

Магнитные свойства стали

Как известно, практически все стали (кроме некоторых нержавеек) магнитятся.

Стоит сразу сказать, что на самом деле нержавейка магнититься.

Не вся, но все же магнитится. Однозначного утверждения не существует, поскольку магнитные свойства сплавов определяются свойствами их структурных составляющих. Поэтому один сорт нержавейки может успешно ловить магнит, а другой абсолютно к нему равнодушен. Итак, как это работает.

Все дело в структурном составе.

Мартенсит, с точки зрения магнитных свойств, является чистым ферромагнетиком.

Феррит может иметь две модификации. При температурах, которые находятся ниже точки Кюри, он, как и мартенсит, ферромагнетик. Высокотемпературный дельта-феррит – парамагнетик.

Таким образом, коррозионностойкие стали, структура которых состоит из мартенсита, – это магнитная нержавейка. Эти сплавы реагируют на магнит, как обычная углеродистая сталь. А ферритные или феррито-мартенситные стали могут иметь различные свойства, зависящие от соотношения фазовых составляющих, но, чаще всего, и они ферромагнитны.

В результате к магнитным относят хромистые и некоторые хромникелевые сплавы нержавейки.

К немагнитным сплавам относятся хромоникелевые и хромомарганцевоникелевые стали.

Определить, что перед вами действительно нержавейка достаточно просто. Нужно зачистить поверхность до блеска и нанести и растереть две-три капли концентрированного раствора медного купороса. Если проступило медное покрытие (купорос стал медным напылением) — значит это не нержавейка. Если же нет никаких воздействий и изменений — перед вами самая что ни на есть настоящая нержавеющая сталь.

Важно отметить, что в домашних условиях невозможно определить является ли нержавейка пищевой.

Поэтому не стоит использовать не проверенные металлы для изделий кухонной принадлежности.

Еще немного о свойствах сталей

Широкое использование металла обусловлено рядом выгодных характеристик. Среди них следующие свойства стали:

• Удельная теплоемкость при 20 °C: 462 Дж/(кг·°C) (110 кал/(кг·°C));
• Плотность: 7700—7900 кг/м³;
• Температура плавления: 1450—1520 °C;
• Удельный вес: 75500—77500 Н/м³ (7700—7900 кгс/м³ в системе МКГСС);
• Удельная теплота плавления: 84 кДж/кг (20 ккал/кг, 23 Вт·ч/кг);
• Коэффициент теплопроводности изменяется в зависимости от типа стали и примесей в ее составе, может варьироваться от 15,5 Вт/(м·К) до 54,4 Вт/(м·К);
• Коэффициент теплового линейного расширения находится в пределах 11,9 · 10^-6 1/⁰С до 11,0 10^-6 1/⁰С и зависит от марки и дополнительных компонентов сплава.

Предел прочности определяется для каждого типа сталей в отдельности и имеет следующие показатели, приведенные ниже:

• Конструкционная 373—412 Мпа;
• Кремнехромомарганцовистая, используется в производстве инструментов 1,52 Гпа;
• Углеродистая машиностроительная 314—785 Мпа;
• Рельсовая 690—785 МПа.

Свойства материала изменяются также в зависимости от содержания углерода. Существуют следующие типы стали:

• низкоуглеродистые (менее 0,25% углерода);
• среднеуглеродистые (0,3 – 0,55% углерода);
• высокоуглеродистые (0,6 – 2% углерода).

Для более широкого применения стали, производится легирование – добавление в расплав стали металлов, которые изменяют свойства сплава (увеличивается механическая прочность, электропроводность, устойчивость к коррозии, а также магнетические и теплопроводные показатели). В качестве легирующих металлов используются молибден, алюминий, хром, никель и ряд других. Различаются следующие типы стали легированной:

• Низколегированные – включения легирующих металлов не более 4%;
• Среднелегированные – легирующие металлы составляют не больше 11% включений;
• Высоколегированные – более 11%.

Марки стали

Маркировка стали по ГОСТ производится путем буквенного обозначения. Благодаря упорядоченности правил обозначения, знать и читать маркировки сталей по таким обозначениям не сложное дело. Существует ряд следующих установленных обозначений, которые использует маркировка стали по ГОСТ:

• Н – никель;
• М – молибден;
• Т – титан;
• Х – хром;
• К – кобальт;
• В – вольфрам;
• Т – титан;
• Д – медь;
• Г – марганец;
• С – кремний;
• Ф – ванадий;
• Р – бор;
• А – азот;
• Б – ниобий;
• Е – селен;
• Ц – цирконий;
• Ю – алюминий;
• Ч – означает наличие редкоземельных металлов.

Для обозначения различных типов в зависимости от состава и предназначения стали, применяется следующий ряд буквенных обозначений:

• ПС – полуспокойная;
• КП – кипящая;
• СП – спокойная.

Соответственно видя упомянутые обозначения в маркировке сплава, можно определить его состав и понять какой именно материал находится перед нами.

Хорошим подспорьем будет таблица маркировки стали