Классификация и производство сталей: виды, свойства, применение

Основные сведения и классификация сталей. Сталь является основным сырьем для производства листового и профильного проката, играя ключевую роль в современных отраслях народного хозяйства. Среди всего многообразия наибольшее распространение получили углеродистые стали, доля которых в общем объеме производства достигает 80%. В настоящее время не существует единой международной системы классификации сталей, что объясняется разнообразием признаков, используемых в стандартах разных стран. К основным классификационным признакам относят способ производства, химический состав, качество, структуру и основные свойства материала. Каждый из этих признаков позволяет систематизировать стали в соответствии с их характеристиками и областями применения.

Способы производства и обработки стали. По способу производства стали традиционно разделяют на бессемеровскую, мартеновскую, конвертерную и электросталь. Для повышения чистоты сталей и уменьшения анизотропии механических свойств применяются специальные виды вспомогательной обработки. К ним относятся такие методы, как вакуумно-индукционный переплав (ВИ), электрошлаковый переплав (ЭШП), вакуумно-дуговой переплав (ВДП) и электронно-лучевой переплав (ЭЛП). В зависимости от технологии выплавки сталь разделяют на основную и кислую, причем более дешевое основное производство обеспечивает удаление вредных примесей серы и фосфора. По степени раскисленности углеродистую сталь подразделяют на спокойную, кипящую и полуспокойную.

Химический состав и категории сталей. По химическому составу в соответствии с российскими стандартами сталь подразделяют на нелегированную (углеродистую) и легированную. Нелегированная сталь содержит углерод, определяющий ее свойства, а также остаточные элементы: марганец, кремний и алюминий. Легированная сталь классифицируется по суммарной массовой доле введенных элементов на низколегированную (до 2,5%), среднелегированную (от 2,5% до 10%) и высоколегированную (свыше 10%). Отдельно выделяют сырые изделия, такие как губчатое железо, которое получают путем восстановления оксидов без плавления и используют в электросталеплавильном производстве и порошковой металлургии.

Качество, структура и свойства сталей. Качество стали напрямую связано с количеством вредных примесей, таких как сера и фосфор. По этому признаку сталь подразделяют на сталь обыкновенного качества, качественную, высококачественную и особовысококачественную. По структуре в равновесном состоянии после отжига стали делят на доэвтектоидные (с избыточным ферритом), эвтектоидные (с перлитной структурой), заэвтектоидные (с вторичными карбидами) и ледебуритные (с первичными карбидами). Классификация по основным свойствам помогает определить эксплуатационные характеристики, включая прочность, сопротивление хрупкому разрушению, деформируемость, свариваемость и коррозионную стойкость.

Классификация по назначению и применению. Наиболее практически значимой является классификация сталей по назначению, согласно которой их подразделяют на стали общего назначения, конструкционные, инструментальные и стали с особыми свойствами. Конструкционные стали применяются для изготовления деталей машин и конструкций, обладая определенными значениями прочности, пластичности и вязкости. Они, в свою очередь, делятся на цементуемые, улучшаемые и рессорно-пружинные. Инструментальные стали используются для производства режущего, измерительного и штампового инструмента, классифицируясь на несколько групп по составу и назначению. К сталям с особыми свойствам относят коррозионно-стойкие, жаростойкие и стали с особыми магнитными характеристиками.

Заключение. Многообразие способов производства, химического состава и свойств сталей обуславливает сложную и многогранную систему их классификации. Понимание этих принципов позволяет целенаправленно выбирать марки стали, оптимально соответствующие требованиям конкретных изделий и условий их эксплуатации. От правильного выбора стали напрямую зависят надежность, долговечность и экономическая эффективность конечной продукции в самых различных отраслях промышленности и строительства. Таким образом, классификация сталей служит важным инструментом для инженеров, технологов и конструкторов во всем мире.