Сталь: состав, свойства, сферы применения

Сталь – это сплав железа с углеродом с добавлением различных примесей, оказывающих влияние на основные характеристики продукта. При заказе материала нужно учитывать, какими свойствами должна обладать сталь, так как механические и химические свойства стали напрямую влияют на то, где ее можно использовать.

Сталь – это один из основных промышленных материалов, используемых в разных отраслях, от машиностроения до медицины. Сырье представляет собой сплав, в котором соединяется железо с углеродом. Также добавляются и другие примеси, оказывающие значительное влияние на основные характеристики конечного продукта.

Состав стали

Основа состава – железо и углерод. В сплаве обычно содержится не более 2,14%.

Основной критерий классификации – химический состав. Вся представленная на рынке продукция разделена на два основных вида сырья:

• Углеродистая сталь. В ее составе кроме железа и углерода также есть фосфор, сера, марганец и кремний. В зависимости от процентного содержания углерода сырье разделено на высоко-, средне- и низколегированные марки. Этот материал можно применять, даже если перед вами стоит задача создать инструмент, использующийся под постоянным напряжением и высокими нагрузками.
• Легированная сталь. К основным компонентам добавлены дополнительные легирующие элементы. Среди них – множество типов веществ, от кремния, бора и азота до хрома, циркония, ниобия, вольфрама и титана. Это влияет не только на стоимость, но и на качество продукции, область использования и характеристики. В продаже вы найдете множество типов продукции – жаропрочные, цементуемые, улучшаемые стали. В зависимости от структуры сырье может быть доэвтектоидного, ледебуритного, эвтектоидного и заэвтектоидного типа.

Свойства и применение стали можно определить по ее марке.

В состав стали могут добавляться различные примеси. В зависимости от того, в каком количестве они представлены в рецептуре, выделяются два основных типа продукции:

• Обыкновенного качества. В составе такого сплава углерода не более 0,6%. Основные стандарты, используемые в изготовлении –ГОСТ 14637 и ГОСТ 380-94. Многие виды продукции в маркировке указываются как «Ст», что означает стандартное качество. На рынке этот тип сырья –один из наиболее доступных по стоимости.
• Качественный. К этой категории относятся легированная и углеродистая разновидности. Уже в маркировке указывается особенность состава, количество углерода в сотых долях. Основной стандарт, которого придерживаются изготовители, – ГОСТ 1577. Стоит такая сталь дороже, чем продукт обыкновенного качества. При этом материал намного более пластичен, хорошо сваривается и отлично защищен от механического воздействия.

Основные свойства стали

При заказе материала нужно учитывать, какими свойствами должна обладать сталь, чтобы подойти под конкретную область применения. Если не понимать такой особенности, есть риск покупки сырья, не соответствующего прочности, уровню защиты от коррозии, качеству свариваемости и другим характеристикам.

Рассмотрим основные характеристики материала.

Механические

Показывают, какие варианты обработки можно выбирать и где использовать. Есть несколько основных параметров:

• Прочность. Показывает, какую нагрузку можно прикладывать к детали, пока не появятся первые признаки разрушения. Для каждой марки материала указывается этот параметр, а также предел текучести.
• Предел прочности. Указывает на защищенность материала от механического напряжения.
• Предел текучести. Дает представление о растягиваемости материала. Это помогает понимать, насколько сильно можно растянуть материал до момента, пока процесс будет продолжаться, даже когда нагрузка перестанет прикладываться.
• Пластичность. Чтобы материал можно было использовать в изготовлении различных типов деталей и заготовок. Такая характеристика помогает сырью менять форму, прописывается, чтобы определить параметры относительного угла изгиба и удлинения.
• Ударная вязкость. Напрямую связана с пределами динамических нагрузок. Характеристика указывает, насколько сильный удар сможет выдержать готовое изделие или заготовка, прежде чем начнет окончательно разрушаться.
• Твердость. Показывает предельную нагрузку по площади до момента возникновения вдавливания. Может определяться разными методами, как Бринелля, так и Виккерса.

Физические

Параметры дают понять, возможно ли применение стали в строительстве или различных областях промышленности. Есть три значимых центральных показателя:

• Плотность. В характеристике зашифровано, какая масса стали содержится в указанном объеме. Чем выше прочность, тем больше защищенность от деформации, сильного давления и других потенциальных угроз.
• Теплопроводность. Параметр дает представление, насколько быстро тепло передается по заготовке. Параметр очень важен для промышленности, к примеру, при изготовлении радиаторов или труб для теплотрасс.
• Электропроводность. Позволяет оценить безопасность применения материала в местах, где есть риск удара током. Также сплав можно выбрать и для установки в сферах, где имеют значение его проводниковые характеристики.

Химические

Весь набор параметров дает представление о том, как поведет себя материал в разных температурах или средах с разной степенью агрессивности. Есть четыре основных параметра:

• Окисляемость. Процесс окисления вызывается контактом металла с кислородом, может стимулироваться увеличением температуры. На уровень окисляемости влияет содержание углерода и среда, в которой используются изделия. Чем больше подверженность окислению, тем быстрее на поверхности появится ржавчина.
• Защищенность от коррозии. Указывается для разных сред. Может меняться при использовании на открытом воздухе, а также при контакте с водой или почвой.
• Жаростойкость. Помогает понять, при каком нагреве на металле начинает постепенно развиваться коррозия. Характеристика напрямую связана с окисляемостью.
• Жаропрочность. От жаростойкости отличается тем, что затрагивает не коррозийную стойкость и защиту от окалины, а саму прочность. Знание параметров поможет вам понять, до какой температуры нагреется заготовка, прежде чем ее можно будет сломать или деформировать.

Технологические

Показывают возможность обработки с применением различных технологий. Центральные параметры:

• Ковкость. Чем она выше, тем быстрее можно будет придать форму постоянным внешним механическим воздействием.
• Жидкотекучесть. Если этот параметр находится на высоком уровне, расплавленный материал сможет лучше заполнять пустоты.
• Свариваемость. Помогает соединять различные заготовки между собой. Отличается как в зависимости от типа использованной сварки, так и самого сплава.
• Обрабатываемость резанием. Сталь можно обрабатывать разными видами режущих инструментов для создания металлопроката и деталей с разными параметрами и областью применения.

Применение стали

Механические и химические свойства стали напрямую влияют на то, где ее можно использовать. Проще всего определиться со сферой по марке, указанной на сырье. Так продукцию с хорошей жаропрочностью можно использовать в средах, где есть риск воздействия постоянных высоких температур. То же относится к маркам, отличающимся хорошей свариваемостью и коррозийной стойкостью.

По сферам производства можно выделить несколько основных категорий:

• Строительные. Применяются при создании металлоконструкций различного масштаба, арматуры, обшивки стен. Необходимые характеристики отличаются в зависимости от области применения. Так для одних видов сплава важна стойкость к коррозии во влажных средах, для других – защита от окисления при контакте с почвой. Но все используемые типы сырья должны хорошо свариваться, иметь повышенную прочность при постоянном или периодическом сильном механическом давлении. В сочетании с важной для строителей доступностью стоимости такими параметрами обладают низколегированные сплавы и варианты обычного качества.
• Инструментальные. Применяются для изготовления инструментов различного назначения. Все сплавы разделены на три категории. Первая используется для создания штампованных деталей. Вторая – при производстве режущего инструмента, третья – измерительного с высокой точностью. Лучшим решением станет заказ высоколегированных и высокоуглеродистых материалов. Они не только хорошо защищены от износа, но и отличаются твердостью, хорошей теплопроводностью.
• Конструкционные. Разнообразны по сфере использования: применяются для металлоконструкций, а также для деталей, крупных механических узлов. Лучшее решение – применение сплава с малой долей марганца. Легирование позволяет расширить список полезных характеристик. Эксперты рекомендуют обратить внимание на высокопрочные, автоматные, износостойкие и другие марки.

Также всегда можно заказать материалы со специальными характеристиками для конкретной зоны применения. Это могут быть как сплавы с повышенной жаропрочностью, так и защищенные от окисления при контакте с кислородом, хорошо плавящиеся, электропроводные и многие другие.

Другие статьи: 

Закалка стали
Отпуск стали

Свойства и области применения сталей от поставщика Электровек-сталь / Evek

О трубах из нержавеющей стали, методах их производства и сфере применения уже было рассказано много, но все, же еще несколько слов об эстетической стороне изделий. Сегодня к эстетическим достоинствам любого материала предъявляются повышенные требования. На практике, далеко не каждый потребитель может правильно выбрать нужный тип трубы, из-за чего могут быть недоразумения. Как можно избежать ненужных затрат, получив в итоге оптимальный результат, поговорим ниже.

Общая характеристика

Качество поверхности напрямую зависит от способа финишной обработки материала. Отметим два важных момента: первый — сварные трубы из нержавеющей стали, в последнее время весьма успешно конкурируют с цельнотянутыми (бесшовными) трубами. Применение последних, с точки зрения экономической целесообразности более предпочтительно. И второй — возросшее качество финишной обработки поверхностей. Напомним еще раз, что помимо шлифовки (она в последнее время используется как подготовительная операция), это могут быть полировка, электрополировка, и электрогидрообработка. При использовании данных методов достигается минимально возможный показатель шероховатости. Поверхность становится по сути зеркальной. Кроме того, финишная обработка нередко позволяет обнаружить скрытые дефекты сварного соединения, что, в интерьерном дизайне может быть и не так страшно, а вот в промышленности, где труба работает в агрессивной среде, да еще под высоким давлением — это очень важно. Специальные технологии ленточной шлифовки (применение поточной линии ленточных станков) позволяет существенно снизить затраты, что делает изделия в глазах потребителей ещё более привлекательными. Оптимизация технологических процессов позволяет получать заданную чистоту поверхности с минимальными затратами. Традиционно в строительстве применялся черный металлопрокат из низкоуглеродистых сталей, иногда с покрытием. В последнее время ситуация меняется, и все больше и больше нержавеющих сталей находит свое место на площадках новостроек. Какие качества делают сталь более привлекательной и какие у нее преимущества, поговорим ниже.

Основные качества нержавеющей сталей и области применения

Во-первых, срок службы изделий из нержавейки — не менее 25 лет. В течение этого, достаточно длинного периода эксплуатации сталь практически не теряет своих достоинств. Нет необходимости в покраске, текущем ремонте и т. п. Конечно, можно использовать низкоуглеродистые сплавы с гальваническим покрытием. Но хотя они намного дешевле, покрытие, под действием внешних факторов разрушается на протяжении ближайших лет. Во-вторых, коррозионная стойкость. Высоколегированные аустенитные стали имеют специальные области применения. Но даже достаточно недорогие низколегированные стали хорошо противостоят неблагоприятным воздействиям внешней среды, таким как дождь, снег, действие загрязняющих факторов, и могут быть легко применимы при создании интерьеров и наружного дизайна. В-третьих, — соответствие требованиям гигиены. Санитарные нормы являются решающими в пищевой промышленности. А нержавеющая сталь, химически инертна, что делает ее незаменимой при контакте с продуктами питания. Также не стоит забывать о средствах личной гигиены, например, таких как маникюрные ножницы. В-четвертых, эстетическая привлекательность. Как правило, поверхность стали может быть обработана различными способами — шлифовкой, полировкой, матированием, электрополировкой, что в сочетании с высокими прочностными характеристиками, и высокой коррозионной стойкостью позволяет надолго сохранить привлекательный внешний вид изделий. Твердая поверхность нержавеющей стали устойчива к появлению царапин. Её цвет не изменяется на изгибах. На специально обработанных декоративных листах и панелях из нержавейки практически не остаётся отпечатков пальцев и жировых следов — в данном случае речь идет о матированных поверхностях без зеркального блеска. В-пятых, — легированные нержавеющие стали обладают повышенной жаропрочностью в сравнению с обычными углеродистыми марками. Их тугоплавкость значительно расширяет сферу применения. В-шестых, высокая прочность, позволяет создавать антивандальные конструкции в общественных местах, что особо актуально в наше неспокойное время.

Расширяет сферу применения нержавеющей стали

Широкий ассортимент и разнообразие поверхностей. Сейчас производятся практически любые изделия из нержавейки, как стандартные, так и нестандартные по специальному заказу. Многообразие марок, позволяет выбрать наиболее оптимальное соотношение стоимость — качество. В первую очередь речь идет о механической и химической стойкости. Высокая пластичность ряда марок позволяет широко применять в массовом производстве плоскую и объемную штамповку.

Недостатки

Большинство марок нержавеющей стали достаточно сложны в механической обработке — в частности при обработке со снятием стружки — требуется специальный инструмент, подбор режимов резания и СОЖ, в основном сложности при обработке резанием создает такое свойство материала, как высокая вязкость. Второе — высокая стоимость. Цена легированной стали по сравнению с углеродистой может отличаться почти в пять раз. Естественно, что нержавейка дороже, однако, если принять во внимание срок службы не менее 25 лет и подсчитать, сколько средств будет тратиться для замены или реставрации более дешевых деталей из обычных сталей — получится, что нержавейка все же более рентабельна. Однако на первоначальном этапе затраты на нее будут все равно выше. И последнее — это реалии нашего времени. Из-за высокой стоимости легированных сталей, они нередко становятся объектом преступных посягательств. Известны случаи, когда детали из нержавейки отламывались, отпиливались, отвинчивались — в общем, снимались любым доступным способом. Нередки случаи, когда ценные конструкции сдавались в пункты приема металла.

Применение

Нержавейка используется практически везде, где есть контакт с агрессивными средами, там, где требуется химическая стойкость деталей и механизмов. Это прежде всего — пищевая промышленность — изготовление различных емкостей, лопаток, перемешивателей, бункеров, транспортеров, шнеков, стенок печей и т. п. Требования санитарных норм и правил — однозначны, и не позволяют использовать какие-либо другие сплавы. Лучше всего, в пищевой промышленности зарекомендовали себя аустенитные стали, с повышенной коррозионной стойкостью. Как правило, в пищевой отрасли технологические процессы протекают с избыточным давлением и высокой температурой. А нержавейка хорошо сваривается, достаточно прочная и устойчива к появлению трещин. Кроме того, перевозка пищевых продуктов, также требует её использования — в частности — транспортировка молока, или муки. Электроэнергетика. Во всех атомных станциях, используются легированные стали, в том числе жаропрочные и со специальными свойствами, которые могут работать в условиях высоких температур, экстремальных давлений, ионизирующего излучения. На традиционных электростанциях, которые получают электроэнергию путём сжигания топлива, также применяются стали, работающие при высоких температурах, чаще всего — жаропрочные нержавеющие стали. Ну, а на ГЭС — тут уж как говориться, сам бог велел — речь идет о гидротурбинах, лопасти которых полностью изготовлены из нержавеющей стали. Химическая промышленность — вот уж где истинное царство нержавейки. Различные емкости, трубопроводы, резервуары, реакторы — везде нержавейка. Поскольку видов химических производств очень много, то выбор конкретной марки стали зависит от конкретных условий производства, На практике, металлу чаше всего приходится работать в кислотной или щелочной среде, нередко в присутствии серы, например, при производстве стиральных порошков. Целлюлозно-бумажная промышленность использует не только оборудование из нержавеющей стали. Основная масса данного металла приходится на трубопроводы. В среднем, расход нержавейки только на эту статью затрат составляет от 3 до 5 тысяч тонн ежегодно. Транспортное машиностроение. В данном случае речь идет о различных контейнерах для перевозки химически активных веществ, а также веществ, опасных для жизни и здоровья окружающих, и представляющие экологическую опасность. Военная и космическая промышленность — это область особых, специальных сталей, часто сделанных по специальному заказу, которые и купить-то невозможно. Данная область закрыта для обычных фирм, однако, в связи с ростом производства с секторе ВПК в нашей стране, нередки случаи, когда, оборонные заводы отдают заказы на изготовление деталей из особых сплавов гражданским предприятиям. Как правило, вместе со сталью предприятиям передают и технологию обработки. Бытовой сектор. Большинство декоративных элементов, на кухне, различная посуда — ложки, вилки, кастрюли и тарелки могут быть изготовлены из пищевой нержавеющей стали.

Купить. Цена

На складе ООО «Электровек-сталь» в наличии широкий ассортимент нержавеющего проката по оптимальным ценам. Выбор удовлетворит любого заказчика. Заказать и приобрести изделия любых параметров можно через наше представительство или через Интернет-сайт компании. Качество гарантируется строгим соблюдением технологических норм производства. Сроки выполнения заказов минимальны. Цена зависит от объема заказа и дополнительных условий поставок. При оптовых заказах действует система скидок.

10 неожиданных применений стали

Каковы области применения стали? Сталь представляет собой многоцелевой сплав с многочисленными традиционными применениями. Применяется в строительстве, автомобилестроении и авиастроении, тяжелом промышленном оборудовании, транспортной инфраструктуре, бытовой технике, оружии и так далее.

Все эти вещи формировали мир, каким мы его знаем, на протяжении нескольких столетий. Тем не менее, некоторые области применения стали все еще могут быть ошеломляющими.

1

Начало массового производства стали считается одним из главных факторов мощной цивилизационной трансформации, получившей название промышленной революции.

Сталь также сформировала эстетику стимпанка . В мирах стимпанка, вместо того, чтобы уступить место двигателям внутреннего сгорания, паровые двигатели достигли пика своего развития. Этот жанр и субкультура популярной научной фантастики черпает вдохновение в 19Реальность ХХ века с ее паровыми машинами, книгами Жюля Верна и Герберта Уэллса, заводными шестернями, викторианским стилем, индустриальными пейзажами и, конечно же, сталью.

Примером может служить произведение искусства, выставленное в Австралийском национальном научно-техническом центре в Квестаконе. Среди множества интерактивных экспонатов, призванных побудить публику к научной деятельности, есть стальная скульптура «Заводная вселенная» художника Тима Уэтерелла. В инсталляции представлены движущиеся часовые механизмы и трехмерный фильм о Луне.

Между прочим, ошеломляющий коммерческий успех другой иконы стимпанка, игры-стрелялки с боковой прокруткой Steel Empire (выпущенной в 1992 году в Японии), представил концепцию стимпанка и на рынке видеоигр.

2

На первый взгляд Dynasphere — стальное колесо диаметром около трех метров — кажется очередной инсталляцией в стиле стимпанк. Однако это настоящее моноколесное транспортное средство, конструкция которого была запатентована доктором Джоном Арчибальдом Первесом из Великобритании в 1930. Идея моноколеса изобретателя была вдохновлена ​​эскизами Леонардо да Винчи.

Несмотря на крайне причудливый внешний вид автомобиля, его рыночные перспективы изначально оценивались весьма положительно. Пурвес даже модифицировал модель, чтобы она могла перевозить до восьми человек. Но шансы Dynasphere, а не Cybertruck Илона Маска, стать стальным автомобилем будущего оказались крайне низкими. В то время как моноколесо могло развивать довольно хорошую скорость, им было чрезвычайно трудно управлять, управлять им и тормозить. Так моноколеса так и не стали настоящим транспортным средством, хотя реплики Dynasphere до сих пор появляются в развлекательных шоу и используются в качестве аттракционов.

3

Согласно анализу применения стали, проведенному Всемирной ассоциацией производителей стали, строительная отрасль является одним из крупнейших потребителей сплава. Здесь используется более половины производственных объемов материала. Заводские здания со стальным каркасом стали привычной частью современного промышленного ландшафта. Тем не менее, возможности стальной рамы выходят далеко за рамки одноэтажных заводских зданий.

Расширяя спектр архитектурных решений, некоторые производители теперь предлагают сборные металлоконструкции для использования в качестве молитвенных домов. Это храмы в полном смысле этого слова, со всеми необходимыми помещениями и внешними особенностями. Относительно низкая стоимость строительства такого здания позволяет профинансировать проект даже небольшой общине, а прочность стальных каркасов обеспечит десятилетия, если не столетия, использования прихожанами.

4

Продолжая религиозную тему, нельзя не упомянуть самую большую в мире ханукальную менору . Огромный 10-метровый канделябр находится на Манхэттене, недалеко от Центрального парка. Проект разработал израильский скульптор и художник-экспериментатор Яаков Агам, также известный как отец кинетического искусства. Для создания меноры Агам использовал стальные балки весом около 1,8 тонны. Из-за высоты конструкции невозможно зажечь свечи меноры обычным способом.

Именно поэтому Con Edison, одна из крупнейших энергетических компаний США, ежегодно предоставляет кран, чтобы поднять всех участников церемонии зажжения на вершину. Любавичская молодежная организация, которая финансировала проект, объяснила символический характер стального светильника с девятью ветвями следующим образом: «Самая большая в мире ханукальная менора стоит как символ демократии. Он несёт послание света над тьмой и свободы над угнетением».

5

Другая металлическая конструкция также может оказаться религиозной, хотя ее истинное предназначение остается загадкой.

Прошлой осенью, пролетая над пустыней в американском штате Юта, экипаж патрульного вертолета заметил большой блестящий объект, торчащий из песка. Когда вертолет приземлился, экипаж увидел металлический монолит, возвышающийся над поверхностью на 3,7 метра. Оказалось, что это был стержень из нержавеющей стали с неизвестным назначением. Дорожно-патрульная служба штата Юта разместила фотографию объекта на своей странице в Facebook, но не раскрыла его точное местонахождение. Власти также не дали никаких предположений относительно того, откуда он взялся и кому он может принадлежать. Примерно через 24 часа после инцидента пилоты и их друзья организовали частную поездку к месту загадочного памятника. Но, увы, оно исчезло. Официальные лица штата Юта отрицают свою причастность к удалению.

Наиболее распространенная версия заключается в том, что металлический предмет был инсталляцией современного художника. Многие вспомнили, что сооружение напоминало монолиты из фильма Стэнли Кубрика «Космическая одиссея 2001 года», снятого по мотивам произведений писателя-фантаста Артура Кларка. Власти подчеркнули, что установка памятника на общественных землях незаконна, «независимо от того, с какой вы планеты».

6

Тем временем в Азии из стали делают… деревья. The Supertree Grove является частью амбициозного проекта Gardens by the Bay, реализуемого властями Сингапура. Он состоит из 18 стальных и бетонных конструкций высотой от 25 до 50 метров, напоминающих гигантские деревья. По сути, это вертикальные сады с редкими видами растений, такими как папоротники, экзотический виноград, орхидеи и так далее.

Помимо того, что стальные супердеревья являются домом для вьющихся растений и естественным источником тени, они аккумулируют солнечную энергию, которая используется для освещения парка и сбора дождевой воды. Supertree Grove также помогает охлаждать систему зимнего сада, расположенную поблизости.

7

Туфли на высоком стальном каблуке : созданы для яркой Леди Гаги, они не кажутся особенно удобными, но, несомненно, являются последней модой. Эта пара была произведена шведской сталелитейной и машиностроительной компанией Sandvik в сотрудничестве с известным модельером Наимом Йозефи. Для дизайнеров проекта ключевой особенностью обуви является не сырье, из которого она изготовлена, а то, как она сделана.

На самом деле обувь была изготовлена ​​с помощью 3D-принтера. Они стремились продемонстрировать широкие возможности технологии, а также популяризировать 3D-печать среди широкой публики. Благодаря уникальным свойствам стали эта пара прослужит долгие годы и в конечном итоге будет почти на 100% пригодна для вторичной переработки!

8

Шведский модельер Наим Йозефи был приглашен для сотрудничества с Sandvik не случайно. Одним из главных увлечений дизайнера является создание модных коллекций из стали. Четыре года назад Жозефи представил свою знаменитую девятку.0013 Коллекция Women of Steel на Неделе моды в Стокгольме. Платья, созданные из высококачественной стальной полосы, поразили публику своим ослепительным блеском и футуристическим стилем. Безусловно, коллекцию окрестили революцией в мире моды. Хосефи эффективно организовал своего рода рекламную кампанию для продукции местной компании, производящей тонкую сталь, используемую в бритвенных лезвиях и скальпелях. Проект оказался очень трудоемким и сложным; конструктор использовал сталь толщиной 0,022 миллиметра (четверть толщины человеческого волоса) для изготовления более 100 000 штук. Они включали 18 000 стальных пайеток разных оттенков, которые были вручную пришиты к шелковой ткани.

9

Если знаменитости носят обувь и одежду из стали, то обычные люди тоже могли бы использовать кусочек металла… в качестве десерта . Возможно, так думали жители японских городов Цубаме и Сандзё, когда решили добавить в меню местных кафе мороженое из железных хлопьев. Нетрудно догадаться, что эти города славятся не только своими предприимчивыми рестораторами, но и металлургическими заводами. Местный технолог создал мороженое стоимостью почти 4 доллара за 100 граммов с металлической посыпкой и неожиданным вкусом. Хотя десерт, безусловно, кажется необычным, туристы, которым довелось попробовать новинку, говорят, что на вкус он лучше, чем на вид.

10

Правильно, синяя собака из стального шарика: это произведение искусства считается одним из лучших образцов жанра поп-арт. Его дизайнер, художник Джефф Кунс, прославился созданием стальных скульптур, напоминающих примитивные формы животных из воздушных шаров. Несмотря на скептицизм некоторых искусствоведов, называющих скульптуры «китчем», «Синяя собака» была продана с аукциона почти за 60 миллионов долларов, а его стальной Кролик — более чем за 9 долларов.0 миллионов. «Кролик» в настоящее время возглавляет список самых дорогих произведений искусства, проданных живым художником. Кунс взял существующую надувную игрушку, отлил ее из стали и разбогател на этой идее.

Обувь, одежда, еда, деревья, церкви и культурные ориентиры: универсальность стали захватывает воображение. Несмотря на века активного использования, человечество находит все новые и новые применения этому удивительному материалу.

сталь

| Состав, свойства, типы, сорта и факты

производство

Посмотреть все СМИ

Ключевые люди:

Эндрю Карнеги
Генри Бессемер
Сэр Уильям Сименс
Джон Огастес Роблинг
Чарльз М. Шваб

Похожие темы:

Дамасская сталь
углеродистая сталь
литая сталь
стальная промышленность
мартенситная сталь

Просмотреть весь связанный контент →

Сводка

Прочтите краткий обзор этой темы

сталь , 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. Как показатель относительной важности этого материала, в 2013 году мировое производство необработанной стали составило около 1,6 миллиарда тонн, а производство следующего по важности технического металла, алюминия, составило около 47 миллионов тонн. (Для списка производства стали по странам, см. ниже Мировое производство стали.) Основными причинами популярности стали являются относительно низкая стоимость ее производства, формовки и обработки, изобилие двух сырьевых материалов (железная руда и лом) и беспрецедентный ассортимент механические свойства.

Свойства стали

Основной металл: железо

Изучение производства и структурных форм железа от феррита и аустенита до легированной стали

Посмотреть все видео к этой статье

Основным компонентом стали является железо, металл, который в его чистое состояние ненамного тверже меди. За исключением самых крайних случаев, железо в твердом состоянии, как и все другие металлы, поликристаллично, т. е. состоит из многих кристаллов, смыкающихся друг с другом на своих границах. Кристалл — это хорошо упорядоченное расположение атомов, которые лучше всего можно представить в виде сфер, соприкасающихся друг с другом. Они упорядочены в плоскостях, называемых решетками, которые особым образом проникают друг в друга. Для железа расположение решетки лучше всего представить единичным кубом с восемью атомами железа в углах. Важным для уникальности стали является аллотропность железа, то есть его существование в двух кристаллических формах. В объемно-центрированной кубической (ОЦК) конфигурации в центре каждого куба находится дополнительный атом железа. В гранецентрированной кубической (ГЦК) конфигурации в центре каждой из шести граней единичного куба находится один дополнительный атом железа. Существенно, что стороны гранецентрированного куба или расстояния между соседними решетками в ГЦК конфигурации примерно на 25 процентов больше, чем в ОЦК компоновке; это означает, что в ГЦК-структуре больше места, чем в ОЦК-структуре, для удержания инородных ( , т. е. сплавов) атомов в твердом растворе.

Железо имеет аллотропию ОЦК ниже 912°C (1674°F) и от 1394°C (2541°F) до температуры плавления 1538°C (2800°F). Называемое ферритом, железо в его ОЦК-образовании также называется альфа-железом в диапазоне более низких температур и дельта-железом в зоне более высоких температур. Между 912° и 1394°С железо находится в ГЦК-порядке, который называется аустенитным или гамма-железом. Аллотропное поведение железа сохраняется, за немногими исключениями, в стали, даже когда сплав содержит значительное количество других элементов.

Существует также термин бета-железо, который относится не к механическим свойствам, а скорее к сильным магнитным характеристикам железа. Ниже 770 ° C (1420 ° F) железо является ферромагнитным; температуру, выше которой он теряет это свойство, часто называют точкой Кюри.

Викторина «Британника»

Строительные блоки предметов повседневного обихода

Из чего сделаны сигары? К какому материалу относится стекло? Посмотрите, на что вы действительно способны, ответив на вопросы этого теста.

В чистом виде железо мягкое и обычно непригодно для использования в качестве конструкционного материала; основной метод его упрочнения и превращения в сталь — добавление небольшого количества углерода. В твердой стали углерод обычно встречается в двух формах. Либо он находится в твердом растворе в аустените и феррите, либо находится в виде карбида. Форма карбида может быть карбидом железа (Fe ₃ C, известным как цементит) или карбидом легирующего элемента, такого как титан. (С другой стороны, в сером чугуне углерод проявляется в виде чешуек или скоплений графита из-за присутствия кремния, подавляющего образование карбидов.)

Воздействие углерода лучше всего иллюстрируется диаграммой равновесия железа и углерода. Линия A-B-C представляет точки ликвидуса (, т. е. температуры, при которых расплавленное железо начинает затвердевать), а линия H-J-E-C представляет точки солидуса (при которых затвердевание завершается). Линия A-B-C показывает, что температура затвердевания снижается по мере увеличения содержания углерода в расплаве железа. (Это объясняет, почему серый чугун, содержащий более 2 процентов углерода, обрабатывается при гораздо более низких температурах, чем сталь.) Расплавленная сталь, содержащая, например, 0,77 процента углерода (показана вертикальной пунктирной линией на рисунке), начинает затвердевает при температуре около 1475 ° C (2660 ° F) и полностью затвердевает при температуре около 1400 ° C (2550 ° F). С этой точки и ниже все кристаллы железа находятся в аустенитной — , т. е. ГЦК — компоновка и содержат весь углерод в твердом растворе. При дальнейшем охлаждении резкое изменение происходит примерно при 727 ° C (1341 ° F), когда кристаллы аустенита превращаются в тонкую пластинчатую структуру, состоящую из чередующихся пластинок феррита и карбида железа. Эта микроструктура называется перлитом, а изменение называется эвтектоидным превращением. Перлит имеет твердость алмазной пирамиды (DPH) примерно 200 кгс на квадратный миллиметр (285 000 фунтов на квадратный дюйм), по сравнению с DPH 70 кгс на квадратный миллиметр для чистого железа.