Классификация сталей

Сталь – сплав железа с углеродом, с содержанием последнего 0,02-2,14 %, состав также включает примеси металлов и неметаллов, влияющие на их физико-химические свойства. Сталь – один из основных конструкционных материалов. Область применения сплава – практически все отрасли промышленности, строительства и другие сферы.

Материал различают по составу, качеству, назначению, технологии производства, микроструктуре. Рассмотрим основные виды сплавов подробнее.

Классификация по химическому составу

Различают легированные и углеродистые стали. Последние содержат постоянные примеси: кремний, марганец, серу и фосфор в незначительных количествах. По доле углерода различают следующие типы нелегированных сплавов:

• Низкоуглеродистые. Состав сплава включает до 0,4-0,32% углерода. Сталь отличает высокая пластичность и вязкость, хорошая свариваемость. Область применения – производство малонагруженных изделий, узлов и деталей.
• Среднеуглеродистые. Такие сплавы включают от 0,32 до 0,6% углерода и применяются в производстве плунжеров, осей и других изделий. Для большой прочности изделия подвергают дополнительной термической обработке.
• Высокоуглеродистые. Сплавы обладают значительной прочностью, упругостью, износостойкостью. Содержание углерода составляет больше 0,6%. Сферы применения сплавов – детали и узлы, работающие при высоких статических нагрузках, сильной вибрации и трении.

Процентное содержание углерода влияет на свойства. Чем оно выше, тем ниже способность подвергаться обработке давлением, резкой, сваркой и тем выше хрупкость, твердость, сопротивляемость коррозии и абразивному износу.

Легированные стали содержат добавки, улучшающие свойства. К ним относят:

• Хром. Металл повышает жаропрочность, жаростойкость, механическую прочность и твердость. Введение хрома более 10% существенно увеличивает способность сопротивляться коррозии.
• Никель. Элемент повышает, прочность, ударную вязкость, устойчивость к агрессивному химическому воздействию, уменьшает хладноломкость, коэффициент температурного расширения.
• Молибден и вольфрам. Добавки обеспечивают сохранение твердости при высоких температурах, повышение устойчивости к износу без потери других свойств.
• Марганец. Содержание элемента больше 0,6% придает повышенную ударную вязкость, износостойкость, твердость. Пластичность сплава при этом не изменяется.
• Кремний. Добавка элемента более 0,4 % увеличивается упругость и прочность. Высокое содержание кремния также влияет на магнитную проницаемость и проводимость.
• Титан. Металл обеспечивает увеличение стойкости к химически агрессивным средам и высоким температурам, а также повышает прочность, твердость и улучшает другие механические характеристики.

В качестве легирующих добавок также использует свинец, алюминий, медь, ванадий, а также неметаллы. Характеристики легированных сталей существенно различаются в зависимости от введенных добавок и их объемной доли. Сплавы применяются в производстве технических, бытовых, медицинских изделий, ответственных деталей механизмов и оборудования, изготовления труб и т.д.

Важно! По % содержанию добавок различают низколегированные (менее 5%), среднелегированные (от 5 до 10%), высоколегированные (более 10%) стали.

Классификация по качеству

Качество стали определяют однородность структуры, химического состава, количество серы и фосфора. Последние относятся к вредным примесям, их содержание снижает качество сплава. Сера повышает стираемость, снижает стойкость к коррозии, вызывает хрупкость при высокой температуре. Фосфор снижает пластичность и ударную вязкость, увеличивает хрупкость при низких температурах.

По качеству различают следующие стали:

• Обыкновенного качества. В категорию входят сплавы с содержанием серы до 0,06% и фосфора больше 0,07%. Стали содержат относительно большое количество неметаллических примесей. Структуру сплавов отличает высокая степень неоднородности.
• Качественные. Группа включает легированные и нелегированные сплавы, содержащие меньше 0,06 % серы и 0,07% фосфора. Технология производства обеспечивает более однородный состав и структуру.
• Высококачественные. Содержание серы и фосфора составляет не более 0,025% и 0,025% соответственно. Производят сплавы в электрических печах, которые позволяют точно поддерживать температуру на каждом этапе выплавки. Это обеспечивает однородную микроструктуру и состав во всем объеме.
• Особо высококачественные. Сплав отличает меньшее содержание серы (менее 0,015%) и фосфора (менее 0,025%), однородный состав и кристаллическая структура.

Важно! По качеству подразделяются легированные и нелегированные сплавы (кроме сталей обыкновенного качества, которые могут быть только нелегированными и особо высококачественных сталей, которые могут быть только легированные) независимо от назначения.

Классификация по назначению

По сфере применения различают конструкционные, инструментальные и специальные стали. Первые – наиболее распространенная группа, в нее входят углеродистые и легированные стали различного качества. Конструкционные сплавы используют для производства изделий и деталей для строительства, машиностроения, других отраслей.

Инструментальные стали включают нелегированные и легированные марки качественных и высококачественных сплавов. Их отличает высокая прочность и износостойкость при высоких температурах. Из инструментальных сплавов изготавливают резцы, сверла, фрезы, измерительные устройства, ударные и штамповочные инструменты.

Специальные стали – сплавы с резко выраженными определенными свойствами. В группу входят среднелегированные и высоколегированные стали с содержанием добавок от 5% и больше. Основные виды сплавов:

• Коррозионностойкие (нержавеющие).
• Жаропрочные.
• Жаростойкие.
• Электротехнические.
• Кислотостойкие.

Свойства специальных сталей сильно различаются в зависимости от состава и структуры. Из сплавов производят медицинские инструменты и протезы, детали механизмов и оборудования, работающие в тяжелых условиях, магнитопроводы трансформаторов, другие ответственные изделия.

Классификация по другим признакам

Стали также различают по степени раскисления (удаления кислорода). По этому признаку выделяют следующие стали:

• Кипящие. Слабораскисленные сплавы, которые применяют для дальнейшей переделки или производства малоответственных деталей.
• Полуспокойные. Степень раскисления сплава выше, чем у кипящих сталей. Такие материалы идут на производство сортового металлопроката, шовных труб, метизов и т.д.
• Спокойные. Сплавы отличает высокая степень раскисления, однородный состав. Область применения спокойных сталей – аналогична полуспокойным сплавам.

По структуре различают ферритные, аустенитные, ледебуритные и другие стали. Структура отражает размеры и форму зерен, форму включений углерода, тип кристаллической решетки и другие параметры.

Классификация лома и отходов стали

Стальной металлолом – один из самых значимых видов вторичного сырья. Переработка лома и отходов позволяет получать сталь любых марок с минимальными затратами. Повторное использование также способствует уменьшению глобального потребления энергии, снижает вредное воздействие на окружающую среду, экономит невозобновляемые природные ресурсы.

Классификация лома и отходов осуществляется согласно требованиям ГОСТ 2787-2019. Согласно системе стандартов стальное вторсырье относится к классу «С» которому присвоен код «1».

Стальные отходы и лом класса «С» в свою очередь подразделятся:

• На виды.
• На категории.
• На группы.
• На марки.

Виды стального вторичного сырья различаются по размерам, содержанию сторонних примесей, массе. Существует 36 видов металлолома.

По категориям классифицируют следующие виды лома и отходов стали:

• Нелегированные
• Легированные
• Смешанные

Вторичное сырье из легированной стали подразделяется на группы: смешанные, разделенные по содержанию основных легирующих элементов, отсортированные помарочно.

Примеры обозначения стального лома и отходов: 3А – крупногабаритные куски углеродистой нелегированной стали, требующие измельчения, Б3 – лом хромистой подшипниковой и инструментальной стали, Б0 – смешанный лом и отходы легированной стали.

Важно! Классификация стального металлолома осуществляется по ГОСТ 2787-2019 и существенно различается от разделения стали на виды по составу, назначению, качеству и другим признакам, принятым в металлургической отрасли.