Что такое сталь? - Свойства, использование | Типы сталей

Что такое сталь?

Сталь представляет собой сплав, состоящий из железа, обычно с несколькими десятыми долей процента углерода для повышения его прочности и сопротивления разрушению по сравнению с другими формами железа. Многие другие элементы могут присутствовать или добавляться. Для нержавеющих сталей, устойчивых к коррозии и окислению, обычно требуется дополнительно 11 % хрома.

Из-за высокой прочности на растяжение и низкой стоимости сталь используется в зданиях, инфраструктуре, инструментах, кораблях, поездах, автомобилях, машинах, электроприборах и оружии. Железо — это основной металл стали.

В зависимости от температуры он может принимать две кристаллические формы (аллотропные формы):кубический центр тела и кубический центр грани. Взаимодействие аллотропов железа с легирующими элементами, первичным углеродом, придает стали и чугуну ряд уникальных свойств.

В чистом железе кристаллическая структура имеет относительно небольшое сопротивление атомам железа, проскальзывающим друг относительно друга, поэтому чистое железо довольно пластичное или мягкое и легко формуется. В стали небольшие количества углерода, других элементов и включений в железе действуют как упрочняющие агенты, препятствующие движению дислокаций.

Когда была изобретена сталь?

Самое раннее известное производство стали можно увидеть в железных изделиях, раскопанных на археологических раскопках в Анатолии (Каман-Калехойюк), возраст которых составляет почти 4000 лет, начиная с 1800 г. до н.э. Гораций идентифицирует стальное оружие, такое как фальката на Пиренейском полуострове, в то время как норическая сталь использовалась римскими военными.

Является ли сталь металлом?

Поскольку сталь представляет собой сплав, она не является чистым элементом и, как следствие, фактически не является металлом. На самом деле это вариант металла. Хотя сталь состоит из железа, которое является металлом, неметаллический углерод в ее химическом составе означает, что это не чистый металл, поэтому его нельзя классифицировать как таковой.

Итак, вот оно. Сталь — это не металл .

Состав стали

Сталь представляет собой сплав железа и углерода, в котором содержание углерода колеблется до 2 процентов (при более высоком содержании углерода материал определяется как чугун). На сегодняшний день это наиболее широко используемый материал для строительства инфраструктуры и промышленности в мире, он используется для изготовления всего, от швейных иголок до нефтяных танкеров. Кроме того, инструменты, необходимые для изготовления таких изделий, также изготавливаются из стали.

Сталь представляет собой сплав железа и углерода, содержащий менее 2% углерода и 1% марганца, а также небольшое количество кремния, фосфора, серы и кислорода. Сталь — самый важный в мире инженерный и строительный материал.

Он используется во всех аспектах нашей жизни; в автомобилях и строительных изделиях, холодильниках и стиральных машинах, грузовых кораблях и хирургических скальпелях.

Свойства стали

Сталь обладает рядом свойств, включая твердость, ударную вязкость, предел прочности при растяжении, предел текучести, удлинение, усталостную прочность, коррозию, пластичность, ковкость и ползучесть.

Наиболее важными свойствами износостойкой и износостойкой стали являются:

• ЖЕСТКОСТЬ способность материала противостоять трению и истиранию. Стоит отметить, что, хотя на разговорном языке это может означать то же самое, что прочность и ударная вязкость, это сильно отличается от прочности и ударной вязкости в контексте свойств металла.
• ПРОЧНОСТЬ трудно определить, но обычно это способность поглощать энергию без разрушения или разрыва. Он также определяется как сопротивление материала разрушению при напряжении. Обычно измеряется в фут-фунтах. на кв. дюйм или джоулей на кв. сантиметр. Важно отличать это от твердости, так как материал, который сильно деформируется, не ломаясь, может считаться чрезвычайно прочным, но не твердым.
• ДОХОД прочность — это сила, необходимая для начала деформации материала (т. е. изгиба или коробления).
• НА РАСТЯЖЕНИЕ прочность — это сила, необходимая для разрушения материала.
• УДЛИНЕНИЕ (или пластичность) — это «степень», до которой материал может быть растянут или сжат до того, как он сломается. Он выражается в процентах от тестируемой длины и находится между пределом прочности при растяжении и пределом текучести (т. е. какой процент изгиба материала перед разрывом).

Основные физические свойства стали

Сталь имеет плотность 7850 кг/м3, что в 7,85 раза больше плотности воды. Его температура плавления 1510 C выше, чем у большинства металлов. Для сравнения, температура плавления бронзы составляет 1040°С, меди — 1083°С, чугуна — 1300°С и никеля — 1453°С. Однако вольфрам плавится при обжигающей температуре 3410°С, что неудивительно. так как этот элемент используется в нитях накаливания лампочки.

Коэффициент линейного расширения стали при 20°С, в мкм на метр на градус Цельсия, составляет 11,1, что делает ее более устойчивой к изменению размера при изменении температуры, чем, например, медь (16,7), олово (21,4) и свинец ( 29.1).

Из чего сделана сталь?

Сталь изготавливается из сплава железа и углерода, в котором содержание углерода колеблется до 2 процентов (при более высоком содержании углерода материал определяется как чугун).

Железо, основной элемент стали, является одним из самых распространенных элементов в земной коре. Все стальные сплавы состоят в основном из железа и 0,002–2,1 % углерода по весу. В этом диапазоне углеродные связи с железом создают прочную молекулярную структуру. Полученная решетчатая микроструктура помогает достичь определенных свойств материала, таких как прочность на растяжение и твердость, на которые мы рассчитываем при изготовлении стали.

Хотя вся сталь состоит из железа и углерода, разные типы стали содержат разное процентное содержание каждого элемента. Сталь также может включать другие элементы, такие как никель, молибден, марганец, титан, бор, кобальт или ванадий. Добавление различных элементов в «рецепт» стального сплава влияет на свойства материала. Способ изготовления и обработки стали еще больше расширяет эти возможности.

Одна известная группа стальных сплавов содержит хром. Все такие сплавы широко известны как нержавеющая сталь.

Что такое температура плавления стали?

Температура плавления стали колеблется в пределах 2500-2800°F или 1371-1540°C. Почему диапазон? Почему не просто одна точка на термометре? В отличие от чистого металла, такого как железо, сталь представляет собой сплав.

Это зависит от сплава стали, о котором вы говорите. В наши дни термин «сплав» почти всегда используется неправильно, особенно среди велосипедистов. Они используют этот термин для обозначения алюминия. На самом деле термин «сплав» означает смесь металлов, любых металлов. Почти все металлы, используемые сегодня, представляют собой смесь и, следовательно, сплав.

К большинству сталей добавляются другие металлы для настройки их свойств, таких как прочность, коррозионная стойкость или простота изготовления. Сталь — это всего лишь элемент железа, который был обработан для контроля количества углерода. Железо из-под земли плавится при температуре около 1510 градусов по Цельсию (2750 градусов по Фаренгейту). Сталь часто плавится при температуре около 1370 градусов C (2500 °F).

Какова температура плавления углеродистой стали?

Температура плавления стали колеблется в пределах 2500-2800°F или 1371-1540°C. Почему диапазон? Почему бы не поставить одну точку на термометре?

В отличие от чистого металла, такого как железо, сталь представляет собой сплав. Чистые металлы имеют точную температуру, которая является их точкой плавления. Однако сплавы включают несколько элементов с разными температурами плавления. Следовательно, сплавы не плавятся и не замерзают при фиксированной температуре.

Сталь – это сплав железа и углерода. Нержавеющая сталь также включает в свой сплав хром и, как правило, никель и другие элементы. Добавление каждого нового элемента снижает общую температуру плавления. Это называется снижением температуры плавления.

Какова температура плавления нержавеющей стали?

Температура плавления нержавеющей стали находится в диапазоне от 2550 до 2790°F или от 1400 до 1530°C.

Температура плавления определенного типа нержавеющей стали зависит от ее точного химического состава. Каждый элемент вносит в уравнение свою точку плавления. Основными элементами, из которых состоит нержавеющая сталь, являются железо, хром и никель.

Чистое железо имеет фиксированную температуру плавления 1535°С, хром 1890°С, никель 1453°С. Сравните эти цифры с диапазоном 1400–1530 °C для нержавеющей стали.

Каждый сорт нержавеющей стали имеет несколько иное сочетание элементов. Следовательно, точная температура плавления варьируется в зависимости от марки.

Как меняется температура плавления в зависимости от марки?

Нержавеющая сталь бывает пяти семейств и более 150 марок. Однако обычно используются только 15 из этих оценок.

Двумя наиболее популярными марками нержавеющей стали являются 304 и 316. Обе марки являются частью семейства аустенитных нержавеющих сталей, которое включает около двух третей производимой нержавеющей стали. Аустенитная нержавеющая сталь имеет гранецентрированную кубическую кристаллическую структуру, которая остается неизменной при любых температурах от криогенной до точки плавления.

Температура плавления нержавеющей стали может варьироваться от 1375°C для стали марки 316 до 1510°C для стали марки 430. Самая распространенная марка 304 имеет температуру плавления 1400–1450°C.

Различные типы стали

Четыре основных типа стали:

• Углеродистая сталь
• Легированная сталь
• Нержавеющая сталь
• Инструментальная сталь

1. Углеродистая сталь

Углеродистая сталь выглядит тусклой, матовой и, как известно, подвержена коррозии. В целом, есть три подтипа этого типа:низкоуглеродистая сталь, среднеуглеродистая и высокоуглеродистая, с низким содержанием углерода около 0,30%, средним 0,60% и высоким 1,5%.

Само название на самом деле происходит от того факта, что они содержат очень небольшое количество других легирующих элементов. Они исключительно прочны, поэтому их часто используют для изготовления таких вещей, как ножи, провода высокого напряжения, автомобильные детали и другие подобные предметы.

• Сталь, содержащая до 2 % углерода.
• Сталь, которая не содержит каких-либо стандартных количеств элементов, которые классифицировали бы ее как «легированную сталь» (например, кобальт, никель, вольфрам, молибден, титан, цирконий, ванадий, хром и т. д.)

Вы также можете заметить, что термин «углеродистая сталь» применяется к сталям с содержанием меди менее 0,4% или сталям с определенным содержанием магния по отношению к меди, хотя эти определения оспариваются в разных отраслях. Для целей этого мы говорим о первых двух определениях.

Типы углеродистой стали

Существует три классификации углеродистой стали:низкая, средняя и высокая

.

• Низкоуглеродистая сталь. Низкоуглеродистая сталь (или «мягкая углеродистая сталь» или «простая углеродистая сталь») относится к углеродистым сталям с содержанием углерода до 0,30%. Это, безусловно, самый распространенный тип стали на рынке металлов. Для этого есть несколько причин. Во-первых, низкоуглеродистая сталь относительно недорогая. Кроме того, поскольку содержание углерода ниже, чем в сталях со средним и высоким содержанием углерода, низкоуглеродистая сталь легко формуется и идеально подходит для применений, где предел прочности на растяжение не является первостепенной задачей, например для конструкционных балок.
• Среднеуглеродистая сталь. Среднеуглеродистая сталь относится к углеродистым сталям с содержанием углерода от 0,31% до 0,60% и содержанием магния от 0,31% до 1,60%. Одним из самых больших преимуществ среднеуглеродистой стали является ее прочность. Однако это сопряжено с некоторыми компромиссами. Среднеуглеродистая сталь имеет низкую пластичность и ударную вязкость, что затрудняет формование и сварку.
• Высокоуглеродистая сталь. Высокоуглеродистая сталь относится к углеродистым сталям с содержанием углерода от 0,61% до 1,50% и содержанием магния от 0,31 до 0,90. Когда дело доходит до твердости и ударной вязкости, предпочтение отдается высокоуглеродистой стали. Однако это происходит на компромиссе. Очень сложно сваривать, резать или формовать высокоуглеродистую сталь.

2. Легированная сталь

Следующий тип стали — это легированная сталь, она изготавливается путем комбинирования углеродистой стали с различными легирующими элементами, чтобы придать каждой стали уникальные свойства. Существует невероятно широкий спектр легированных сталей, но некоторые из наиболее распространенных включают хром, кобальт, молибден, никель, вольфрам, ванадий.

Благодаря невероятному разнообразию легированных сталей вы можете создавать стали практически со всеми возможными свойствами, используя легированные элементы. При этом некоторые из этих сталей относительно дороги.

Они, как правило, более устойчивы к коррозии, и их предпочитают для некоторых деталей автомобилей, трубопроводов, корпусов кораблей и механических проектов. Для этого сила зависит от концентрации элементов, которые он содержит.

3. Инструментальная сталь

Инструментальная сталь славится своей твердостью, жаростойкостью и устойчивостью к истиранию. Название происходит от того факта, что они очень часто используются для изготовления металлических инструментов, таких как молотки.

Это стали, используемые для инструментальной деятельности, такой как сверление. Инструментальная сталь, обычно состоящая из молибдена, ванадия, вольфрама и кобальта, отличается жаростойкостью, долговечностью и прочностью.

Существует 6 марок инструментальной стали:

• Отверждение на воздухе
• Закалка водой.
• D-тип
• Горячая обработка
• Ударопрочные типы
• Закалка маслом

4. Нержавеющая сталь

И последнее, но не менее важное:нержавеющая сталь, вероятно, является самым известным типом на рынке. Этот тип блестящий и обычно содержит от 10 до 20% хрома, который является их основным легирующим элементом.

Эта комбинация позволяет стали быть устойчивой к коррозии и легко формовать различные формы. Из-за простоты обращения, гибкости и качества нержавеющую сталь можно найти в хирургическом оборудовании, бытовых приборах, изделиях из серебра и даже в качестве внешней облицовки коммерческих и промышленных зданий.

БОЛЬШЕ: Что такое нержавеющая сталь?

Использование стали

Железо и сталь широко используются при строительстве автомобильных и железных дорог, другой инфраструктуры, бытовой техники и зданий. Большинство крупных современных сооружений, таких как стадионы и небоскребы, мосты и аэропорты, поддерживаются стальным каркасом. Даже в бетонных конструкциях для армирования используется сталь.

Некоторые применения стали приведен ниже:

• Сталь экологична и экологична. Он обладает большой долговечностью.
• По сравнению с другими материалами, сталь требует меньше энергии для производства легкой стальной конструкции.
• Сталь – это самый перерабатываемый материал в мире, который очень легко перерабатывается. Его уникальные магнитные свойства позволяют легко извлекать материал из потока для повторного использования.
• Стали можно придать различные формы. Он дает лучшую форму и кромку, чем железо, которое используется для изготовления оружия.
• Конструкционные стали используются в общем машиностроении и производстве.
• Сталь широко используется в автомобильной промышленности. В кузове, дверях, двигателе, подвеске и салоне автомобиля используются различные виды стали. В среднем 50 % автомобиля сделано из стали.
• Сталь снижает выбросы CO2.
• Все виды энергетических секторов нуждаются в стали для инфраструктуры и добычи ресурсов.
• Нержавеющая сталь используется для изготовления морских платформ и трубопроводов.
• Стали используются для упаковки и защиты товаров от воздействия воды, воздуха и света.
• Большинство бытовых приборов, таких как холодильник, телевизор, духовка, раковина и т. д., изготовлены из стали.
• Стали используются для производства промышленных товаров, таких как сельскохозяйственные машины и машины.
• Нержавеющая сталь используется в качестве материала столовых приборов.
• Из-за легкости сварки и привлекательной отделки сталь стала заметным элементом современной архитектуры.
• Нержавеющая сталь обеспечивает гигиеничность. Вот почему он используется для хирургических имплантатов.
• Сталь имеет более широкий диапазон температур, который используется для изготовления больших листов.
• В возобновляемых источниках энергии, таких как солнечная, гидроэнергия и энергия ветра, используются компоненты из нержавеющей стали.
• Мягкая сталь используется для строительства зданий. Это также очень популярный материал для строительных конструкций.

Часто задаваемые вопросы.

Что такое сталь?

Сталь представляет собой сплав железа с обычно несколькими процентами углерода для повышения ее прочности и сопротивления разрушению по сравнению с железом. Многие другие элементы могут присутствовать или добавляться. Для нержавеющих сталей, устойчивых к коррозии и окислению, обычно требуется дополнительно 11 % хрома.

Из чего сделана сталь?

Сталь, сплав железа и углерода, в котором содержание углерода колеблется до 2 процентов (при более высоком содержании углерода материал определяется как чугун).

Какова температура плавления стали?

Температура плавления стали колеблется в пределах 2500-2800°F или 1371-1540°C. Почему диапазон? Почему не просто одна точка на термометре? В отличие от чистого металла, такого как железо, сталь представляет собой сплав.

Что такое состав стали?

Сталь представляет собой сплав железа и углерода, содержащий менее 2% углерода и 1% марганца, а также небольшое количество кремния, фосфора, серы и кислорода. Сталь — самый важный инженерный и строительный материал в мире.

Каковы свойства стали?

Сталь обладает рядом свойств, включая твердость, ударную вязкость, предел прочности при растяжении, предел текучести, удлинение, усталостную прочность, коррозию, пластичность, ковкость и ползучесть.

Какие бывают виды стали?

Четыре основных типа стали:

<ол тип="1">

Углеродистая сталь. Углеродистая сталь выглядит тусклой, матовой и, как известно, подвержена коррозии.

Легированная сталь. Далее следует легированная сталь, представляющая собой смесь нескольких различных металлов, таких как никель, медь и алюминий.

Инструментальная сталь.

Нержавеющая сталь.

Для чего используется сталь?

Сталь — самый важный в мире инженерный и строительный материал. Он используется во всех аспектах нашей жизни; в автомобилях и строительных изделиях, холодильниках и стиральных машинах, грузовых кораблях и хирургических скальпелях. Его можно перерабатывать снова и снова без потери свойств.

Является ли сталь металлом?

Поскольку сталь представляет собой сплав, она не является чистым элементом и, как следствие, фактически не является металлом. На самом деле это вариант металла. Хотя сталь состоит из железа, которое является металлом, неметаллический углерод в ее химическом составе означает, что это не чистый металл, поэтому его нельзя классифицировать как таковой.

Почему это называется сталью?

Существительное сталь происходит от протогерманского прилагательного stakhlijan, которое при переводе на его английский аналог означает «сделанный из стали», что также связано с термином stakhla, что означает «стоять крепко». Корень слова стахла — стак, что означает «стоять, ставить или быть твердым».

Кто изобрел сталь?

Генри Бессемер, один из самых значительных изобретателей Второй промышленной революции, также сделал более 100 других изобретений в области железа, стали и стекла.

Является ли сталь минералом?

Сталь не является минералом, потому что это сплав, произведенный людьми. «Неорганический» означает, что вещество не производится организмом.

Почему сталь так важна?

Сталелитейная промышленность имеет решающее значение для экономики США. Сталь является предпочтительным материалом для многих элементов производства, строительства, транспорта и различных потребительских товаров. Сталь, традиционно ценившаяся за свою прочность, также стала наиболее перерабатываемым материалом.

Какое значение имеет сталь в нашей повседневной жизни?

Сталь оказала большое влияние на нашу жизнь, на автомобили, на которых мы ездим, на здания, в которых мы работаем, на дома, в которых мы живем, и на множество других промежуточных аспектов. Сталь используется в наших опорах линий электропередач, газопроводах, станках, военном оружии — список бесконечен.

Является ли сталь хорошим материалом?

Сталь негорючая и устойчива к короблению или деформации, поэтому она является лучшим выбором для районов, подверженных землетрясениям. Поскольку он изготовлен, в отличие от дерева, он имеет одинаковое качество и прочность. Кроме того, продолжаются достижения, благодаря которым сталь опережает другие строительные материалы с точки зрения стандартной прочности.

Что лучше:сталь или железо?

Свойства железа. Сталь прочнее железа (предел текучести и предел прочности при растяжении), а также прочнее многих видов железа (часто измеряется как вязкость разрушения). Наиболее распространенные типы стали имеют добавки менее чем . 5% углерода по весу.

В чем разница между железом и сталью?

Основное различие между железом и сталью заключается в том, что первое представляет собой металл, а второе — сплав. Железо — это просто металлический элемент, встречающийся в природе на Земле. Для сравнения, сталь — это искусственный сплав, полученный путем смешивания железа и углерода.

Насколько прочна сталь?

Средний предел прочности на растяжение и предел текучести куска углеродистой стали может сильно различаться в зависимости от содержания углерода в стали и других производственных факторов. Сталь AISI 1020, низкоуглеродистая мягкая сталь, имеет предел текучести 47 900 фунтов на квадратный дюйм и предел прочности на разрыв 65 300 фунтов на квадратный дюйм.

В какой стране изобрели сталь?

Индия произведет первую настоящую сталь. Около 400 г. до н.э. индийские мастера по металлу изобрели метод плавки, который связывал идеальное количество углерода с железом. Ключ был глиняным сосудом для расплавленного металла:тиглем.

Где находят сталь?

В большинстве случаев сталь производится путем смешивания углерода и железа при очень высоких температурах (выше 2600°F). Первичное производство стали создает сталь из продукта, называемого «чугун». Чугун – это выплавляемый из руды чугун, который содержит больше углерода, чем допустимо для стали.

Считается ли сталь камнем?

Все руды являются минералами, но не все минералы являются рудами. Железная руда — гематит, магнетит. Удаляя примеси из руды, мы получаем сталь. Поскольку сталь представляет собой сплав железа и углерода, а часто и нескольких других элементов, стальные сплавы обычно не встречаются в природных горных породах.

Как естественным образом производится сталь?

Сталь производится из чугуна путем удаления части углерода в основном кислородном конвертере и добавления нескольких легирующих элементов, таких как марганец, хром, медь, никель, титан, молибден, вольфрам и ванадий. Сталь также производится путем переработки лома черных металлов в электродуговой печи.

Что уникального в стали?

Сталь примерно в 1000 раз прочнее железа в чистом виде, и ее можно перерабатывать без потери прочности. Сталь является основным материалом, используемым для производства возобновляемой энергии, такой как солнечная, гидро- и ветровая энергия.

Какую пользу обществу приносит производство стали?

Низкий уровень выбросов. Естественно, энергоэффективность означает, что сталь активно способствует низкоуглеродному будущему за счет сокращения общих выбросов CO2. Она будет играть центральную роль в построении сильного, устойчивого общества. Кроме того, у «зеленых» есть стимулы для бизнеса:хороший пиар для вашей компании, а также налоговые вычеты.

Почему сталь лучше?

Повышенная термостойкость:сталь может выдерживать более широкий диапазон температур по сравнению с большинством коммерческих пластиков. Кроме того, сталь может выдерживать быстрые или циклические колебания температуры лучше, чем большинство пластиков. Повышенная коррозионная стойкость:нержавеющая сталь устойчива к коррозии в атмосферных условиях и в чистой воде.