Преимущества и недостатки
Важнейшие свойства стали — это ее твердость и прочность. Она отлично справляется даже с механическим воздействием, выдерживает вибрационную нагрузку, сжатие и растяжение. Материал не деформируется даже при непрерывном высоком давлении — например, стальные армирующие прутки в фундаменте на протяжении многих лет удерживают вес целого здания.
Еще один важный параметр — пластичность: под нагрузками материал только гнется, но не трескается и не крошится. Причем деформирование получается минимальным и не влияет на качество изделия или конструкции.
Производители высоко ценят материал за его пластичность, ведь это упрощает обработку. Чтобы придать материалу нужную форму, используют методики охлаждения и нагревания. Под действием температуры металл становится более податливым, и мастер может придать ему необходимую форму. При этом обработка, как и готовое изделие, стоят сравнительно недорого.
Но есть у стали и недостатки. Несмотря на прочность и износостойкость, металл порой не выдерживает внешних воздействий и разрушается. Главная опасность для него — вода: железо, входящее в его состав, подвержено коррозии. Кроме того, металл накапливает электричество, а это опасно для жизни. И еще один нюанс: стальные изделия довольно тяжелые. Впрочем, тут очень многое зависит от разновидности стали.
Виды сталей и их классификация
Материал различается по своему составу, по назначению, по качеству и по внутренней структуре.
По химическому составу сталь бывает легированная и нелегированная (углеродистая). Легируют материал в том случае, если планируется далее использовать его в агрессивных средах. Если же условия эксплуатации стандартные, металл можно не легировать — на качестве это не скажется. Легированные марки бывают
-
низкоуглеродистые — в них менее 0,3% углерода;
-
среднеуглеродистые — порядка 0,3%-0,7% этого вещества;
-
высокоуглеродистые — концентрация газа превышает 0,7%.
Когда металл легируют, в него вводят дополнительные химические элементы. По объему этих компонентов и классифицируют металл. Например, в низколегированных материалах общий объем примесей не превышает 5%. Если в случае, когда сплав легируют, в него добавляют 5-10% других элементов, — он причисляется к категории среднелегированных. А если добавок в составе более 10% — металл считается высоколегированным.
Процентное содержание примесей влияет на свойства металла.
-
Молибден и вольфрам в структуре повышают красностойкость, теплостойкость и износостойкость. Введение этих компонентов в состав позволяет производить быстрорежущие стали.
-
Если металл легируют с помощью хрома — сплав приобретает твердость и прочность. А если Cr добавлено более 13% — возрастает устойчивость к коррозии.
-
Никель снижает порог хладноломкости, повышает стойкость металла и его ударную вязкость. Ni также делает материал невосприимчивым к коррозии.
-
Марганец — бюджетная альтернатива никелю. Сплав легируют с помощью Mn, чтобы связать серу и повысить общее качество изделия.
-
Кремний увеличивает упругость. Этот элемент незаменим при производстве окалино- и кислотостойких марок.
-
Металл также легируют титаном, чтобы придать ему жаропрочные свойства.
По назначению металлы бывают конструкционные, инструментальные и специальные.
Конструкционные углеродистые металлы отличаются высокой твердостью, поэтому чаще всего используются для строительства зданий, прокладывания инженерных коммуникаций и машиностроения.
Из инструментальных сталей изготавливают измерительные, режущие и штамповочные приборы. Для производства таких изделий углеродистый металл не подходит: сырье должно быть очень прочное и устойчивое к механическим воздействиям. Также важно, чтобы оно сохраняло свою структуру при прокаливании и не плавилось при нагреве, а в идеале — чтобы выдерживало воздействие агрессивных веществ.
Что касается специальных металлов, они обладают самыми разными свойствами: устойчивостью к кислоте, жаропрочностью, высоким электросопротивлением, жаростойкостью. Такой материал нужен для решения узкопрофильных задач.
Еще один важный фактор — качество материала. При присвоении сплаву той или иной категории принимается во внимание его состав и некоторые другие свойства.
Так, в обычной стали содержится 0,07% фосфора и 0,06% серы. К категории обычных сталей относятся углеродистые марки.
В составе качественного материала серы уже не может быть более 0,04%, а фосфора и вовсе должно быть меньше 0,04%. К этой категории относятся и легированные, и углеродистые металлы.
Высококачественный металл еще чище. Технология его производства такова, что в составе практически не остается добавок. Общий объем серы не превышает 0,02%, а процентное соотношение фосфора составляет 0,03%.
А особо высококачественные марки — это всегда легированный металл. Их получают путем электродугового переплава: в таком состоянии объем посторонних примесей минимизируется. Разрешено небольшое количество серы в составе — не больше 0,15%, а объем фосфора не может превышать 0,025%.
И еще один важный параметр — структура. Различают структуру в отожженном состоянии и в нормальном. В оттоженном виде стали бывают
-
ферритные — невосприимчивые к коррозии;
-
аустенитные — с высоким уровнем вязкости;
-
эвтектоидные с перлитной структурой — идеальны для обработки;
-
доэвтектоидные — в их составе есть перлит и феррит, что делает их гибкими;
-
ледебуритные с первичными карбидами — годятся для быстрорежущих приборов;
-
заэвтектоидные, с перлитом и цементитом — используются для производства прочных инструментов.
После нормализации оттоженной структуры сталь переходит в одно из четырех состояний: ферритное, мартенситное, перлитное или аустенитное. У каждой из этих марок свои особые характеристики. Например, мартенситные металлы отличаются высокой прочностью и устойчивостью к нагрузкам, а их мелкозернистая структура позволяет им без труда переносить сильные удары.
