Сталь: властивості, маркування, ГОСТ та типи сталі

Сталь, як один із найпоширеніших металів, на сьогоднішній день отримала найбільш широке застосування. Обробка та різання цього матеріалу – завдання, яке може вирішуватися з використанням найрізноманітнішого інструменту та технологій. Властивості стали дозволяють робити точно і на високій швидкості, обробку за допомогою наступних типів обробки:

• механічного різання;
• гідроабразивний;
• аргонодуговий;
• електродуговий;
• газовий;
• плазмовою;
• лазерної.

Залежно від марки сталі і необхідних результатів використовують найбільш підходящу технологію обробки металу.

Властивості стали

Існує 4 основних напрями показників, якими виділяється сталь та її сплави.

Серед цих напрямів:

• хімічні властивості сталі;
• технологічні;
• механічні властивості сталі;
• магнітні властивості сталі.

Тепер про кожного детальніше.

Хімічні властивості сталі

• Окислюваність. Це визначення можливості з'єднуватися з киснем. Окислюваність посилюється із підвищенням температури металу. Сталі з низьким вмістом вуглецю окислюються з утворенням іржі (оксидів заліза) під дією води чи вологого повітря;
• Корозійна стійкість. Відповідно, означає, що речовина не вступає в хімічні реакції і не окислюється. Однак важливо відзначити, що дана властивість є далеко не у всіх сплавів сталі і властива більш винятковим маркам;
• Жаростійкість. Жаростійкість характеризує здатність матеріалу не окислюватися під впливом високої температури та не утворювати окалини;
• Жароміцність. Рівень жароміцності визначає здатність сплаву зберігати свої характеристики міцності при високій температурі. Відповідно це дає можливість використовувати сталь при створенні деталей та механізмів, що піддаються температурним навантаженням.

Технологічні властивості сталі

Технологічні властивості сталі відбивають здатність металу чи сплаву піддаватися різним видам обробки. До них відносяться:

• Оброблюваність різанням. Всі сталі досить добре обробляються різанням як вручну (слюсарною ножівкою, зубилом, напилком), так і на верстатах (свердління, точення, фрезерування).
• Ковкість. Цю властивість враховують при прокатці, ковці та штампуванні. Достатньо гарною ковкістю сталь має в нагрітому стані.
• Зварюваність. Цей технологічний процес застосовується всім типів сталей.
• Рідкотекучість. Ця властивість має важливе значення для отримання напівфабрикатів — виливків, що мають форму готової деталі та потребують лише незначної подальшої обробки різанням.
• Прожарюваність. Прожарювання залежить від розмірів деталей і виробів, а також від хімічного складу сталей. Для збільшення прожарювання в сталь додають легуючі компоненти: хром, вольфрам.
• Зносостійкість. Для підвищення зносостійкості деталі, що труться (зуб'я шестерень) піддають термічній обробці (загартуванні) і хіміко-термічній обробці (цементації, азотуванню). З цією ж метою до сталі додають легуючі елементи: марганець, кремній.
• Корозійна стійкість. Для збільшення цієї стійкості до сталі додають нікель, хром і титан, отримуючи так звані нержавіючі сталі.

Механічні властивості сталі

• Міцність. Здатність металу витримувати значне зовнішнє навантаження. Показник характеризується межею плинності та міцності.
  • Межа міцності. Максимальна механічна напруга, при перевищенні якої сталь руйнується.
  • Межа плинності. Цей параметр показує механічну напругу, при перевищенні якої матеріал продовжує подовжуватися в умовах відсутності навантаження.
• Пластичність. Здатність змінювати свою форму під дією навантаження та зберігати її за відсутності впливу. Кількісно оцінюється відносним подовженням при розтягуванні та кутом загину;
• Ударна в'язкість. Здатність металу чинити опір динамічним навантаженням. Кількісно ця характеристика оцінюється роботою, яка потрібна для руйнування зразка, що віднесена до площі його поперечного перерізу;
• Твердість. Здатність чинити опір попаданню до нього твердих тіл. Кількісно характеризується навантаженням, віднесеним до площі відбитка при вдавлюванні алмазної піраміди (метод Віккерса) або сталевої кульки (метод Брінелля).

Магнітні властивості сталі

Як відомо, практично всі сталі (крім деяких нержавій) магнітяться.

Варто відразу сказати, що насправді нержавіюча сталь магнітиться.

Не вся, але все ж таки магнітиться. Однозначного твердження немає, оскільки магнітні властивості сплавів визначаються властивостями їх структурних складових. Тому один сорт нержавіючої сталі може успішно ловити магніт, а інший абсолютно до нього байдужий. Отже, як це працює?

Вся справа у структурному складі.

Мартенсит, з погляду магнітних властивостей, є чистим феромагнетиком.

Ферріт може мати дві модифікації. При температурах, що знаходяться нижче точки Кюрі, він, як і мартенсит, феромагнетик. Високотемпературний дельта-ферит – парамагнетик.

Таким чином, корозійностійкі сталі, структура яких складається з мартенситу, - це магнітна нержавіюча сталь. Ці сплави реагують на магніт як звичайна вуглецева сталь. А феритні або ферито-мартенситні сталі можуть мати різні властивості, що залежать від співвідношення фазових складових, але найчастіше і вони феромагнітні.

В результаті до магнітних відносять хромисті та деякі хромнікелеві сплави нержавійки.

До немагнітних сплавів відносяться хромонікелеві та хромомарганцевонікелеві сталі.

Визначити, що перед вами справді нержавіюча сталь досить просто. Потрібно зачистити поверхню до блиску і нанести і розтерти дві-три краплі концентрованого мідного розчину купоросу. Якщо проступило мідне покриття (купорос став мідним напиленням) — це не нержавіюча сталь. Якщо ж немає жодних впливів і змін — перед вами справжня нержавіюча сталь.

Важливо, що в домашніх умовах неможливо визначити чи є нержавіюча сталь харчова.

Тому не варто використовувати неперевірені метали для кухонної приналежності.

Ще трохи про властивості сталей

Широке використання металу обумовлено низкою вигідних характеристик. Серед них такі властивості сталі:

• Питома теплоємність при 20 °C: 462 Дж/(кг·°C) (110 кал/(кг·°C));
• Щільність: 7700-7900 кг/м³;
• Температура плавлення: 1450-1520 ° C;
• Питома вага: 75500—77500 Н/м³ (7700—7900 кгс/м³ у системі МКГСС);
• Питома теплота плавлення: 84 кДж/кг (20 ккал/кг, 23 Вт·ч/кг);
• Коефіцієнт теплопровідності змінюється залежно від типу сталі та домішок у її складі, може змінюватись від 15,5 Вт/(м·К) до 54,4 Вт/(м·К);
• Коефіцієнт теплового лінійного розширення знаходиться в межах 11,9 · 10^-6 1/⁰З до 11,0 10^-6 1/⁰С і залежить від марки та додаткових компонентів сплаву.

Межа міцності визначається для кожного типу сталей окремо і має такі показники, наведені нижче:

• Конструкційна 373-412 МПа;
• Кремнехромомарганцевиста, використовується у виробництві інструментів 1,52 ГПа;
• Вуглецева машинобудівна 314-785 МПа;
• Рейкова 690-785 МПа.

Властивості матеріалу змінюються в залежності від вмісту вуглецю. Існують такі типи сталі:

• низьковуглецеві (менше 0,25% вуглецю);
• середньовуглецеві (0,3 – 0,55% вуглецю);
• високовуглецеві (0,6 - 2% вуглецю).

Для більш широкого застосування сталі проводиться легування – додавання в розплав сталі металів, які змінюють властивості сплаву (збільшується механічна міцність, електропровідність, стійкість до корозії, а також магнетичні та теплопровідні показники). Як легуючі метали використовуються молібден, алюміній, хром, нікель і ряд інших. Розрізняються такі типи сталі легованої:

• Низьколеговані – включення легуючих металів трохи більше 4%;
• Середньолеговані – легуючі метали становлять не більше 11% включень;
• Високолеговані – понад 11%.

Марки стали

Маркування сталі за ГОСТ проводиться шляхом літерного позначення. Завдяки впорядкованості правил позначення, знати та читати маркування сталей за такими позначеннями не складна справа. Існує ряд наступних встановлених позначень, які використовує маркування стали по ГОСТ:

• Н – нікель;
• М – молібден;
• Т – титан;
• Х – хром;
• К – кобальт;
• В – вольфрам;
• Т – титан;
• Д – мідь;
• Г – марганець;
• С – кремній;
• Ф – ванадій;
• Р – бір;
• А – азот;
• Б - ніобій;
• Е – селен;
• Ц – цирконій;
• Ю – алюміній;
• Ч – означає наявність рідкісноземельних металів.

Для позначення різних типів залежно від складу та призначення сталі застосовується наступний ряд буквених позначень:

• ПС – напівспокійна;
• КП – кипляча;
• СП – спокійна.

Відповідно бачачи згадані позначення у маркуванні сплаву, можна визначити його склад і зрозуміти який саме матеріал знаходиться перед нами.

Доброю підмогою буде таблиця маркування сталі