Сталь. Легированная сталь. Инструментальная сталь. Нержавеющая сталь.

Сталь
     Сталь - это железо, которое содержит углерода меньше, чем чугун; ржавеет медленнее железа, в кислотах растворяется легче чугуна, но труднее железа; удельный вес составляетоколо 7,6-7,9 г. Если сталь нагреть, а затем быстро охладить, сталь приобретает упругость и твердость.
   Твердость стали увеличивается с возрастанием содержания углерода, и при 1,2% углерода металл получает особую способность держать острие и обладает упругостью; это есть твердая инструментальная сталь. При более высоком содержании углерода металл теряет свойства стали, и называется чугуноватой сталью.
   Если закаленную сталь вновь нагреть и медленно охладить, то она становится мягкой как железо (отпущенная сталь). Строение стали зернистое, поэтому она хорошо полируется. Сталь изготовляют из чугуна или из железа.

Легированная сталь
     Легированная сталь - сталь, в составе которой, кроме железа, углерода и неизбежных примесей имеются легирующие элементы вводимые в металл для улучшения эксплуатационных или технологических свойств. Легирующие элементы вводятся в сталь в различных количествах и в разных сочетаниях - по 2, по 3 и более. Если сталь в сумме до 2,5% легирующих элементов, её называют низколегированной.
Сталь, содержащая 2,5-10% легирующих элементов, считается среднелегированной, более 10% - высоколегированной.
   Легированная сталь классифицируется либо по структуре, либо по назначению.
   Различают легированные стали следующих структурных классов:
1. легированные стали перлитного класса имеют структуру перлита или его разновидностей: сорбита, тростита, а также перлита с ферритом или с заэвтектоидными карбидами.
2. легированные стали мартенситного класса характеризуются пониженной критической скоростью закалки и имеют после нормализации структуру мартенсита.
3. легированные стали аустенитного класса имеют сильно пониженную температуру распада аустенита, который сохраняется в структуре стали даже при комнатной температуре.
4. легированные стали ферритного класса содержат элементы, сужающие область существования аустенита; эти стали могут сохранять структуру феррита (иногда в сочетании с карбидами) при любых температурах (вплоть до расплавления) и после охлаждения с любой скоростью.
5. легированные стали карбидного класса содержат повышенное кол-во углерода и карбидообразующих элементов; структура таких сталей характеризуется наличием карбидов (в литом состоянии - ледебуритная эвтектика).
  По назначению легированные стали делят обычно на конструкционные стали, инструментальные стали и стали с особыми свойствами (электротехнические, нержавеющие, жаропрочные и др.).

Инструментальная сталь
     Инструментальная сталь - углеродистая или легированная сталь для изготовления режущих и измерительных инструментов, штампов холодного и горячего деформирования, а также деталей машин, испытывающих повышенный износ при умеренных динамических нагрузках (шарико- и роликоподшипники, зубчатые кол?са, ходовые винты в высокоточных станках и др.).
   Как правило, инструментальная сталь содержит более 0,6-0,7% С; исключение - штамповые стали для горячего деформирования, содержащие 0,3-0,6% С. Для улучшения эксплуатационных свойств инструментальные стали подвергают термической обработке (закалке, отпуску), в результате которой тв?рдость инструментальной стали повышается до 60-66 HRC, прочность при изгибе - 2,5-3,5 Гн/м2 (250-350 кгс/мм2). С увеличением тв?рдости повышается и износостойкость инструментальной стали - способность сохранять неизменные размеры и форму рабочей поверхности при трении с высокими давлениями.
   Инструментальные стали, легированные хромом и марганцем, обладают более высокой закаливаемостью и прокаливаемостью, чем углеродистые. Повышенная красностойкость инструментальной стали - способность сохранять высокую тв?рдость и износостойкость при температурах до 500-700 0С - достигается легированием сталей вольфрамом, молибденом, ванадием. В зависимости от устойчивости против нагрева, возникающего в процессе эксплуатации, инструментальные стали подразделяют на три группы.

Нержавеющая сталь
     Нержавеющая сталь - сложнолегированная сталь, стойкая против ржавления в атмосферных условиях и коррозии в агрессивных средах. Основной легирующий элемент нержавеющей стали - Cr (12-20%); кроме того, нержавеющая сталь содержит элементы, сопутствующие железу в его сплавах (С, Si, Mn, S, Р), а также элементы, вводимые в сталь для придания ей необходимых физико-механических свойств и коррозионной стойкости (Ni, Mn, Ti, Nb, Co, Mo). Чем выше содержание Cr в стали тем выше ее сопротивление коррозии; при содержании Cr более 12% сплавы являются нержавеющими в обычных условиях и в слабоагрессивных средах, более 17% - коррозионностойкими и в более агрессивных окислительных и др. средах, в частности в азотной кислоте крепостью до 50%.
   Коррозионная стойкость нержавеющей стали объясняется тем, что на поверхности контакта хромсодержащего сплава со средой образуется тончайшая защитная пленка окислов или др. нерастворимых соединений. Большое значение при этом имеют: однородность металла, соответствующее состояние поверхности, отсутствие у стали склонности к межкристаллитной коррозии. Чрезмерно высокие напряжения в деталях и аппаратуре вызывают коррозионное растрескивание в ряде агрессивных сред (особенно в средах, содержащих хлориды), а иногда приводят к разрушению. В сильных кислотах (серной, соляной, плавиковой, фосфорной и их смесях) высокую коррозионную стойкость показывают сложнолегированные нержавеющие стали и сплавы с более высоким содержанием Ni с присадками Mo, Cu, Si в различных сочетаниях. При этом для каждых конкретных условий (температура и концентрация среды) выбирается соответствующая марка нержавеющей стали.
   По химическому составу нержавеющие стали подразделяются на хромистые, хромоникелевые и хромомарганцевоникелевые (более 100 марок). По структуре хромистые нержавеющие стали подразделяются на мартенситные, полуферритные и ферритные. Наилучшую стойкость против коррозии имеют хромистые нержавеющие стали мартенситного типа в полированном состоянии. Хромистые нержавеющие стали находят применение в качестве конструкционного материала для клапанов гидравлических прессов, турбинных лопаток, арматуры крекинг-установок, режущего инструмента, пружин, предметов быта. Хромоникелевые и хромомарганцевоникелевые нержавеющие стали делятся на аустенитно-ферритные, аустенитно-мартенситные и аустенитно-карбидные. Различают аустенитные нержавеющие стали, склонные к межкристаллитной коррозии, и так называемые стабилизированные - с добавками Ti и Nb. Резкое понижение склонности нержавеющие стали к межкристаллитной коррозии достигается также уменьшением содержания углерода (до 0,03%).

Быстрорежущая сталь
     Быстрорежущая сталь - высоколегированная сталь, применяемая главным образом для изготовления режущего инструмента, работающего на скоростях, примерно в 3-5 раз больших, чем инструмент из углеродистой инструментальной стали. Возможность получения такой скорости резания обусловлена красностойкостью быстрорежущей стали. Инструмент из быстрорежущей стали размягчается при нагреве выше 550-600 градусов Цельсия, в то время как из углеродистой инструментальной стали - при 200 градусах Цельсия.
   Для получения нужной структуры и свойств инструмент из быстрорежущей стали подвергается специальной термической обработке, состоящей в закалке после нагрева до температуры 1240-1300 градусов Цельсия и многократного (обычно 3 раза) отпуска при температуре 560-620 градусов Цельсия. Для повышения стойкости быстрорежущей стали применяется цианирование, обработка холодом, ступенчатая закалка и др.
   Быстрорежущую сталь иногда используют в машиностроении для нагревающихся до 500-650 градусов Цельсия деталей, особенно для так называемых теплостойких шарикоподшипников. Кроме твердости и прокаливаемости, важна чистота быстрорежущей стали.

Электротехническая сталь
     Электротехническая сталь - тонколистовая магнитно-мягкая сталь для магнитопроводов (сердечников) электротехнического оборудования (трансформаторов, генераторов, электродвигателей, дросселей, стабилизаторов, реле и т. д.). В зависимости от требуемого уровня магнитных свойств электротехническая сталь содержит различное количество кремния. В соответствии с технологией производства электротехническую сталь подразделяют на холоднокатаные и горячекатаные; в качестве легирующей добавки электротехническая сталь может содержать до 0,5% Al. Иногда электротехническую сталь условно разделяют на динамную и трансформаторную.
   Электротехническая сталь выпускается в виде листов (часто в рулонах) и узкой ленты толщиной 0,05-1 мм. К электротехнической стали относится также чистое железо в виде листов или ленты толщиной 0,1-8 мм либо в виде сортового проката (круг или квадрат) различных размеров.
   Качество электротехнической стали характеризуется электромагнитными свойствами (удельными потерями, коэрцитивной силой и магнитной индукцией), изотропностью магнитных свойств (разницей в значениях магнитных свойств металла вдоль и попер?к направления прокатки), геометрическими размерами и качеством листов и полос, механическими свойствами, а также параметрами электроизоляционного покрытия.
   Электротехническая сталь обычно поставляется в отожженном состоянии.
   Широкое применение находят высококачественные холоднокатаные электротехнические стали, например электротехническая сталь с ребровой текстурой, характеризующиеся пониженными удельными потерями. Для снятия механических напряжений, возникающих при изготовлении деталей магнитопроводов, проводят дополнительный кратковременный отжиг при 800-850 градусов Цельсия. Некоторые электротехнические стали поставляются в неотожжном виде; в этом случае для обеспечения заданного уровня магнитных свойств после механической обработки необходимо проводить термическую обработку деталей.