Сталь (от нем. Stahl) — сплав железа с углеродом и другими элементами, содержащий не менее 45% железа, при содержании углерода от 0,02 до 2,14%.
Сплав с содержанием углерода превышающим 2,14% называется “чугун“.
Свойства и значение углерода в стали
Углерод – не случайная примесь, а важнейший компонент стали, от количества которого зависят ее свойства.
Машиностроительные заводы получают сталь с металлургических предприятий в отожженном или горячекатаном состоянии. Структура конструкционных сталей (доэвтектоидных) состоит из феррита и перлита, инструментальных – из перлита и цементита.
С увеличением содержания углерода в структуре стали увеличивается количество цементита – очень твердой и хрупкой фазы. Твердость цементита превышает твердость феррита примерно в 10 раз (800HB и 80HB соответственно). Поэтому прочность и твердость стали растут с повышением содержания углерода, а пластичность и вязкость, наоборот, снижаются.
При повышении содержания углерода до 0,8% увеличивается доля перлита в структуре (от 0 до 100%), поэтому растут и твердость, и прочность. Но при дальнейшем росте содержания углерода появляется вторичный цементит по границам перлитных зерен. Твердость при этом почти не увеличивается, а прочность снижается из-за повышенной хрупкости цементитной сетки.
Кроме того, увеличение содержания углерода приводит к повышению порога хладноломкости. Например, сталь содержащая 0,4%С переходит в хрупкое состояние примерно при 0ºС, т. е. менее надежна в эксплуатации.
Содержание углерода влияет на все технологические свойства стали. Чем выше содержание углерода в стали, тем она труднее обрабатывается резанием, хуже деформируется и поддается свариванию.
Классификация стали
Углерод придаёт стали прочность и твёрдость, снижая пластичность и вязкость. Стали содержащие от 0,6% до 2,14% углерода называют высокоуглеродистыми, от 0,3 до 0,55% – среднеуглеродистыми, и до 0,25% – низкоуглеродистыми.
Существует еще множество способов классификации сталей – как по их назначению, так и по химическому составу, качеству и структуре.
По назначению стали делятся на множество категорий: конструкционные стали, нержавеющие или коррозионно стойкие стали, инструментальные стали, жаропрочные стали, криогенные стали и т.д., и т.п.
По химическому составу стали делят на углеродистые и легированные. Последние по содержанию легирующих элементов делятся на низколегированные — до 4% легирующих элементов, среднелегированные — до 11% легирующих элементов и высоколегированные — свыше 11% легирующих элементов.
В зависимости от способа получения стали, она может содержать разное количество неметаллических включений – примесей. Их содержание лежит в основе классификации сталей по качеству: обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особо высококачественные.
По структуре сталь разделяется на аустенитную, ферритную, мартенситную, бейнитную и перлитную.
Если в структуре преобладают две и более фаз, то сталь разделяют на двухфазную и многофазную.
Использование стали
Спектр использования стали чрезвычайно широк. Стали с высокими упругими свойствами активно применяют в машино- и приборостроении. Сталь в наши дни используется очень, как говорится, – “и тут, и там”: для создания металлоконструкций, в автомобиле- и кораблестроении и многих других отраслях.
Для широкого применения в промышленности металлургические предприятия выпускают сталь в широком ассортименте профилей: лист, круг, квадрат, труба, уголок, двутавр, тавр, швеллер и т.д.