Металеві матеріали є найбільш широко використовуваними матеріалами в нашому повсякденному житті та промисловості. В основному він поділяється на сталь, залізо та кольорові метали, серед яких сталь є найпоширенішим матеріалом. Основним компонентом сталі є залізо, а решта - це штучно додані легуючі елементи і різні домішки. Саме завдяки різновидам цих доданих легуючих елементів у різних кількостях утворюються різноманітні сталі, такі як звичайна вуглецева сталь, нержавіюча сталь, легована сталь тощо. Серед цих доданих елементів вуглець С відіграє дуже важливу роль.
2.1 загальні хімічні елементи в сталі:
Чавун (FE) становить більшість усіх видів сталі. Крім того, він зазвичай містить такі елементи (загальновідомі як легуючі елементи в сталі): C (вуглець) Si (кремній) Mn (марганець) P (фосфор) s (сірка) і Cr (хром) Ni (нікель) Mo (молібден) Ti (титан) V (ванадій) тощо. Загалом P і s є домішками. Чим менший вміст, тим краща якість сталі.
2.2 Класифікація сталі:
Відповідно до різноманітності легуючих елементів, доданих до сталі, ми можемо просто розділити сталь на три категорії: вуглецева сталь Легована сталь. нержавіюча сталь.
(1) вуглецева сталь: існує лише п’ять типів легуючих елементів: C, Si, Mn, P і S. Відповідно до вмісту домішок P і s вона поділяється на звичайну вуглецеву сталь (P, s зазвичай менше або дорівнює 0,040%) і відмінну вуглецеву сталь (P, s зазвичай менше або дорівнює 0,03%).
Поширені типи сталі: звичайна вуглецева сталь: q215a Q235BF. Чудова вуглецева сталь: 20 #. 45 #. 16Mn тощо. Цей тип сталі має середню міцність і в’язкість і не є стійким до корозії. Його можна використовувати у випадках з низькими вимогами та найнижчою ціною
(2) легована сталь: на додаток до п’яти елементів, що містяться у вуглецевій сталі, додається менше 10% Cr, Mo, V та інших елементів. Поширені типи сталі: 15CrMo, 12Cr1MoV, 1Cr5Mo тощо. У порівнянні з вуглецевою сталлю, легована сталь має вищу міцність і вищу термостійкість, але її стійкість до корозії все ще низька. Таким чином, легована сталь зазвичай використовується в умовах високої температури та високого тиску з невеликою корозією, як-от котельна сталь, передача гарячої пари на електростанції тощо, а вартість використання є середньою
(3) нержавіюча сталь: зазвичай на основі вуглецевої сталі. Вона виготовляється шляхом додавання високої частки Cr, Ni та інших сплавів, і частка вмісту може досягати більше 20%. Загальні марки сталі: 304304L, 321316l і 1Cr18Ni9Ti. Перші кілька марок сталі, виражені цифрами, - це японські та американські марки сталі, а остання (1Cr18Ni9Ti) - вітчизняна марка сталі. Нижче наведено числове представлення марки сталі як приклад, щоб проілюструвати взаємозв’язок між декількома компонентами з нержавіючої сталі: для загального розуміння та для зручності пам’яті новачків ми можемо вважати так (але не дуже точно):
304 ------ основний тип сталі, лише містить (C < 0,08%), Cr (~ 18%), Ni (~ 9%)
304L ---- 304 (C < 0,05%) ультра-з низьким вмістом вуглецю C називається 304L
321------- 304 + Ti (~0,5%)
316------- 304 + Mo (~2,5%)
316L - 316 ультра-C з низьким вмістом вуглецю (C < 0,05%) називається 316L
Показник міцності і в'язкості нержавіючої сталі є найкращим серед усіх видів сталей. Його головною перевагою є стійкість до корозії. Нержавіюча сталь повинна використовуватися в хімічній та паперовій промисловості та в інших корозійних випадках. Звичайно, його вартість теж найвища.
2.3. Властивості сталі виражаються наступним чином:
Ефективність сталі має бути відображена та виражена деякими показниками Для сталі ми зазвичай використовуємо її хімічний склад та механічні властивості, щоб відобразити її якість та властивості. Механічні властивості зазвичай мають три показники:
Межа міцності на розрив (σ b. TS): максимальна зовнішня сила розтягування, яку може витримати матеріал, коли він зламаний.
Межа текучості (σ s. YS): мінімальна зовнішня сила розтягування, яку може витримати матеріал під час пластичної деформації.
Подовження (ψ, EL): відсоток подовження матеріалу в напрямку довжини після розриву. Чим більше це значення, тим краще пластичність матеріалу. Іноді значення твердості та значення ударної в'язкості також використовуються для відображення властивостей матеріалу.
Наша найпоширеніша вуглецева сталь 20#, Q235 і іноземні SS400, SS41, st37 і т. д. їхні властивості дуже близькі, або вони можуть в основному замінити один одного. Їх відповідні параметри приблизно такі:
C:0,18-0,21% Si: 0,30% Mn:0,5% P,S 0,025%
TS: ~550 МПа YS: ~260 МПа EL: ~ 25%
2.4 Структура і зміна сталі
Причина, чому сталь має різні властивості, насправді пов’язана з внутрішньою структурою сталі. Під мікроскопом можна побачити, що внутрішня частина сталі утворена суперпозицією багатьох різних маленьких блоків, схожих на клітини. Після ретельного спостереження ці маленькі блоки насправді належать до кількох різних категорій. Ми зазвичай називаємо такі ж малі блоки «фазою» або «тілом». Як ми зазвичай говоримо, аустеніт і ферит відносяться до двох найпоширеніших структур у сталі, тобто до двох фаз. Які фази містяться в сталі, частка кожної фази та форма фази безпосередньо впливають на властивості сталі. Іншими словами, якщо тип, пропорція та форма фази в сталі змінюються, властивості сталі відповідно зміняться. Отже, які фактори сприяли цим змінам протягом багатьох років? Очевидно, що зміна складу сталі неодмінно вплине на зміну властивостей сталі. Для певного типу сталі з фіксованим складом, наприклад сталі 20# або 304L, під час деформації та термічної обробки їхні властивості також зміняться. Підсумовуючи, основними факторами, що впливають на властивості сталі, є склад, деформація та температура.
2.5 термічна обробка сталі:
Щоб сталь досягла найкращих характеристик, її внутрішню структуру необхідно стабілізувати в стабільному структурному стані.
У багатьох випадках ми повинні термічно обробити сталь. Оскільки багато наших виробів піддаються обробці та деформації. Як згадувалося вище, мікроструктура деформованої сталі зміниться, тобто зміниться характеристика сталі, і ця зміна часто відбувається небажано. У цей час ми повинні провести термічну обробку, щоб усунути ці зміни та відновити первинні характеристики сталі. Звичайно, у нас також є інші способи термічної обробки через інші міркування.
