Для многих людей простое упоминание слова «сталь» дает чувство уверенности. Он прочнее пластика, долговечнее дерева и в целом выглядит более надежным.
Однако инженеры-материалисты и дизайнеры редко смотрят на это так просто. Они не просто спрашивают: «Это сталь?» Они копают глубже: какая *типа* стали? Каково его состояние? Где он будет использоваться? Прошел ли он термическую обработку? Как поверхность защищена от ржавчины? Будет ли он сварным? Будет ли он подвержен воздействию?
Загрузка изображения цилиндрической стальной заготовки с высоким-разрешением – Лицензионное изображение 600483809 – Shetuwang
Как только эти вопросы будут заданы, различия между различными типами стали станут ясными. Стальные балки в строительстве, кухонные мойки из нержавеющей стали, автомобильные шестерни, полости форм и режущие кромки инструментов-все они сделаны из стали, но их характеристики сильно различаются.
Если вы помните только одно, пусть это будет следующее:
Углеродистая сталь: структура и стоимость; нержавеющая сталь: устойчивость к окружающей среде и защита от ржавчины; легированная сталь: прочность и долговечность; инструментальная сталь: твердость и износостойкость.
I. Выбор стали: не спешите запоминать марки
Существует бесчисленное множество марок стали; запомнить их все было бы невыполнимой задачей. Более практичный подход — классифицировать их в зависимости от проблемы, которую они призваны решить.
Сравнительная таблица распространенных отечественных и зарубежных марок стали – Zhihu
Некоторые стали используются для изготовления каркасов конструкций, где приоритетами являются достаточная прочность, низкая стоимость и свариваемость. Другие используются в средах, подверженных воздействию воды и соли, где устойчивость к ржавчине имеет первостепенное значение. Некоторые из них используются для валов, шестерен и подшипников, требующих высокой прочности, вязкости и усталостной долговечности. Кроме того, существуют стали, используемые для изготовления режущих инструментов, пуансонов и форм, где твердость, износостойкость и способность к термической-обработке занимают центральное место.
II. Углеродистая сталь: скромная, но очень эффективная
Название «углеродистая сталь» звучит просто,-даже немного «обычно». Тем не менее, на заводах и стройках это самый распространенный и незаменимый тип стали.
Причина проста: низкая стоимость, стабильные поставки, простота обработки и диапазон прочности, отвечающий большинству потребностей. Часто для таких компонентов, как рамы машин, опорные балки или основания, использование углеродистой стали-в сочетании с покраской, порошковым покрытием или цинкованием-является более разумным выбором, чем выбор нержавеющей стали. Углеродистые стали можно разделить на две большие категории в зависимости от содержания углерода:
Низко-углеродистая сталь: определение, характеристики и применение – Wake Rapid Prototyping
Низко-углеродистая сталь обычно имеет содержание углерода менее 0,25%. Например, сталь Q235 имеет содержание углерода примерно от 0,14% до 0,22%. Он обладает хорошей пластичностью и свариваемостью и обычно может использоваться без термической обработки. Он недорогой и широко используется в строительных конструкциях, мостах и менее важных механических компонентах, таких как болты, гайки, стяжки и кронштейны.
[Изображение]
Средне-углеродистая сталь обычно имеет содержание углерода от 0,25% до 0,6%. «Сталь 45» — классический пример с содержанием углерода около 0,45%. Она обеспечивает более высокую прочность, но плохую свариваемость по сравнению с низко-углеродистой сталью. 45. Сталь представляет собой разновидность закаленной-и-отпущенной стали; для достижения оптимальных характеристик обычно требуется термическая обработка, и он обычно используется для изготовления механических деталей, таких как шестерни, валы, ходовые винты и шатуны.
Высоко-углеродистая сталь — Согоу Байке
Высоко-углеродистая сталь имеет содержание углерода более 0,6%. Он твердый и износостойкий-, но имеет относительно меньшую прочность и более хрупкий. Его часто используют для изготовления деталей, требующих высокой твердости, таких как пружины и режущие инструменты.
Однако у углеродистой стали есть неизбежная проблема: она склонна к ржавчине. «Склонность к ржавчине» не означает, что его нельзя использовать; скорее, это означает, что вы не можете просто оставить его открытым во влажной среде и ожидать, что он останется в первозданном состоянии, как нержавеющая сталь.
Ключевым моментом при выборе углеродистой стали является не только тип стали, но и последующая обработка поверхности,-например, покраска, гальванизация, чернение или смазка. Многие изделия преждевременно выходят из строя не потому, что изначально была выбрана неправильная сталь, а потому, что защита от коррозии и техническое обслуживание были неадекватными.
III. Нержавеющая сталь: самое привлекательное название, но самое непонятое
Термин «нержавеющая сталь» может ввести в заблуждение. Непрофессионалы часто интерпретируют это как «сталь, которая никогда не ржавеет». Однако эксперты по материалам склонны быть более точными: нержавеющая сталь просто *более* коррозионно--устойчива во многих средах; он не застрахован от ржавчины в *любой* среде.
Секрет «нержавеющей» природы нержавеющей стали заключается в содержании в ней хрома. Когда содержание хрома достигает 10,5 % и выше, на поверхности стали образуется плотная,-богатая хромом оксидная пленка, эффективно блокирующая кислород и влагу. Однако этот фильм не непобедим; он все еще может быть скомпрометирован в определенных средах.
Марки и материалы нержавеющей стали: избранные вопросы и ответы – Академия Qijia.com
Нержавеющая сталь 304 – наиболее распространенный и-сбалансированный выбор. Он содержит более 18 % хрома и 8 % никеля.-классическая формула "18-8". Он соответствует пищевым стандартам, обеспечивает хорошую коррозионную стойкость и стабильную работу и подходит для подавляющего большинства повседневных условий; будь то кухонные мойки, термосы, столовые приборы или интерьер, обычно достаточно 304.
Нержавеющая сталь 316 содержит дополнительно от 2 % до 3 % молибдена по сравнению со сталью 304. Молибден особенно эффективен против хлоридов,-таких как те, которые содержатся в морской воде, соленых брызгах и чистящих средствах на основе хлора-,- что делает 316 гораздо более устойчивым, чем 304. Следовательно, 316 часто называют "морской-сталью", хотя она имеет более низкую цену. существенно более высокая цена.
Нержавеющая сталь 430 — еще один распространенный сорт. Это ферритная нержавеющая сталь, обладающая магнитными свойствами; он стоит менее 304 долларов и обладает умеренной устойчивостью к коррозии. Подходит для сухих помещений, например, для корпусов приборов и внутреннего декора. Многие люди ошибочно полагают, что, поскольку 430 является магнитным, это «поддельная нержавеющая сталь», но это заблуждение; 430 просто принадлежит к другой категории, чем 304.
Есть также распространенная ошибка, на которую следует обратить внимание: нержавеющая сталь 201. В нем используются марганец и азот, чтобы частично заменить дорогой никель, что делает его дешевле, но его коррозионная стойкость значительно уступает 304. Хотя он отлично работает в сухих помещениях, во влажных условиях он подвержен проблемам.
Изображение
Таблица ниже служит удобным справочным руководством для понимания этих оценок:
Практическое правило: для стандартных кухонь и помещений,-обычно подвергающихся воздействию воды, обычно достаточно значения 304; однако в прибрежных районах, в условиях воздействия солевых брызг, чистящих средств на основе хлора- или химических веществ вам следует серьезно рассмотреть возможность использования 316, 316L или даже 2205.
Тем не менее, каким бы высоким ни было качество нержавеющей стали, она остается уязвимой к проблемам, вызванным длительным стоянием воды, накоплением соли в щелях, шероховатыми поверхностями и неправильными методами очистки. Качество материала составляет половину уравнения; структурный дизайн и операционная среда составляют вторую половину.
IV. Легированная сталь: прочность часто зависит от термической обработки
Термин «легированная сталь» звучит впечатляюще, но это не просто «модернизированная версия нержавеющей стали». Легированную сталь часто разрабатывают не для обеспечения устойчивости к ржавчине, а для повышения прочности, ударной вязкости и износостойкости или для улучшения прокаливаемости.
Он создается путем намеренного добавления легирующих элементов,-таких как хром, молибден, никель, марганец и титан-, к основе из углеродистой стали. Эти добавки значительно улучшают прочность, ударную вязкость и прокаливаемость стали.
Серия легированной стали – Huasheng Metal
Возьмем, к примеру, 40Cr; Это одна из наиболее часто используемых конструкционных легированных сталей. Он содержит примерно от 0,8% до 1,1% хрома. После закалки и отпуска он демонстрирует отличные механические свойства и хорошую прокаливаемость. Его часто используют для изготовления компонентов, подвергающихся умеренным скоростям и нагрузкам, таких как шестерни станков, валы и червяки.
42CrMo обеспечивает еще большую прочность. После закалки и отпуска он может достичь прочности на разрыв 1079 Н/мм² и предела текучести 931 Н/мм². Подходит для зубчатых передач и компонентов валов, которые должны выдерживать большие нагрузки и отвечать высоким требованиям точности.
20CrMnTi представляет другой подход. Он имеет низкое содержание углерода, примерно от 0,17% до 0,23%. Благодаря процессу цементации с последующей закалкой твердость поверхности может достигать 58–62 HRC, при этом сердцевина сохраняет свою ударную вязкость. Эта характеристика «твердый внешний вид, прочный внутренний слой» делает его идеальным для деталей, подверженных ударам и трению, таких как шестерни в автомобильных трансмиссиях.
Легированную сталь нельзя игнорировать с помощью простого ярлыка «высокая прочность». Реальные вопросы, которые следует задать: прошел ли он закалку, отпуск или цементацию? Прошел ли он термическую-обработку? И каковы конечные уровни твердости и ударной вязкости?
Низко-легированная быстро- быстрорежущая сталь – Центр продуктов – Antai Technology Co., Ltd.
V. Инструментальная сталь: не для структурной поддержки, а для стойкости к износу
Название «инструментальная сталь» простое: это сталь, используемая для изготовления инструментов, форм и режущих инструментов.
В области инструментальной стали наиболее распространенные вопросы касаются не устойчивости к ржавчине, а: «Может ли она достичь высокой твердости?» «Насколько хорошо он сопротивляется износу?» и «Может ли он сохранять целостность при высоких температурах?» Инструментальные стали подразделяются на три типа в зависимости от применения:
Штамповая сталь для холодной-обработки – Jiebao (Tianjin) Die & Mold Technology Co., Ltd.
Сталь для штампов холодной-обработки используется для форм, работающих при температуре окружающей среды. Cr12MoV — типичный пример; он имеет высокое содержание углерода (2,0–2,3%) и хрома 11–12,5%. Обладая высокой твердостью и превосходной износостойкостью, он подходит для прецизионного изготовления сложных штампов для штамповки и штампов для холодной экструзии.
Сталь для горячей-обработки штампов
Сталь для горячей-формовки используется для форм, работающих при высоких температурах. H13 — типичный пример. Он сохраняет свою твердость и прочность даже при высоких температурах, что делает его пригодным для горячей экструзии, литейных форм и форм для литья под давлением. Процессы термообработки H13 и Cr12MoV различаются: H13 обычно подвергается закалке с последующим высокотемпературным отпуском, тогда как Cr12MoV обычно подвергается закалке с последующим низкотемпературным отпуском.
Быстрорежущая-сталь используется для изготовления режущих инструментов. Такие марки, как W18Cr4V и W6Mo5Cr4V2, могут сохранять твердость режущей кромки даже при высоких температурах во время-скоростной резки-свойство, известное как «красная твердость».
Конечно, вы *можете* использовать инструментальную сталь для изготовления обычного кронштейна, но обычно это не-рентабельно. Его истинная ценность заключается в более требовательных приложениях, включая резку кромок, вырубку,-литье под давлением, горячую штамповку и механическую обработку.
VI. Выбирая материалы, не спрашивайте просто «что лучше?»
Распространенная ошибка при разработке продукта — позволить одной метрике преобладать над всеми остальными соображениями. Люди часто предполагают, что 316 автоматически лучше, чем 304, что легированная сталь по своей сути превосходит углеродистую сталь или что более высокая твердость гарантирует большую долговечность.
Опытные инженеры редко делают выбор таким образом. Вместо этого они сначала рассматривают условия, с которыми столкнется продукт.
Для обычных кронштейнов или рам машин: инженеры обычно сначала рассматривают Q235 или Q355, уделяя особое внимание конструкции, сварке и защите от коррозии.
Для кухонных моек, термосов или столовой посуды: 304 — распространенный и сбалансированный выбор; 316 или 316L рассматриваются только в том случае, если условия эксплуатации более требовательны. Для перил на берегу моря или уличных креплений: не указывайте просто «нержавеющая сталь»; различайте такие оценки, как 304, 316 и 2205.
Для шестерен, валов и сверхпрочных-соединителей: рассмотрите такие марки, как 40Cr, 20CrMnTi и 42CrMo, но уделите еще больше внимания термообработке.
Для режущих инструментов, ножниц или лезвий: варианты включают сталь 420, 440C, высоко-углеродистую или инструментальную сталь; Ключом является баланс между твердостью и прочностью.
Для форм: сначала различайте формы для холодной-обработки, горячей-обработки и пластиковые формы, прежде чем обсуждать конкретные марки, такие как Cr12MoV, H13 или P20.
VII. Несколько напоминаний по закупкам и проектированию
Не пишите просто «сталь». По крайней мере, укажите марку, состояние материала, обработку поверхности и применимые стандарты.
Не пишите просто «нержавеющая сталь». Цена и коррозионная стойкость таких марок, как 201, 304, 316 и 430, существенно различаются.
Не используйте магнетизм как единственный критерий. Такие марки, как 430, 410 и 420, являются естественными магнитными, тогда как 304 может проявлять слабый магнетизм после холодной обработки.
Не пренебрегайте термической обработкой. Для таких сталей, как 45, 40Cr, 42CrMo и инструментальных сталей, эксплуатационные характеристики сильно различаются в зависимости от состояния материала.
Не рассматривайте материальные и структурные проблемы изолированно. Такие проблемы, как скопление воды в щелях, концентрация напряжений в острых углах или плохая обработка сварных швов, могут привести к преждевременному выходу из строя даже самых лучших материалов.
Последнее слово
Когда дело касается стали, менталитет «достаточно близко» опасен. Материалы могут выглядеть одинаково (серебристо--белый) и иметь одно и то же название («сталь»), однако на практике один может прослужить десять лет, а другой ржавеет за шесть месяцев; один может подходить для шестерен, а другой подходит только для базового кронштейна.
Поэтому, оценивая сталь, не начинайте с вопросов типа «Она дорогая?», «Она блестящая?» или «Она нержавеющая?». Начните со сценария применения: требуется ли устойчивость к ржавчине,-несущая способность, износостойкость, термообработка или свариваемость?
Не существует одной «лучшей» стали; наиболее подходящий выбор может определяться только конкретной средой, в которой он будет использоваться.
