Сталь

Сталь (польск. stal, от нем. Stahl), сплав железа (Fe) как основы с углеродом (С) и другими химическими элементами. Содержание железа в стали выше, чем содержание любого другого элемента [например, металла – марганец (Mn), хром (Cr), никель (Ni), вольфрам (W), молибден (Mo) или неметалла – C, кремний (Si), сера (S) и фосфор (P)], а содержание углерода не превышает 2,14 % по массе. Получают стали главным образом из смеси чугуна со стальным ломом в кислородных конвертерах и электропечах с использованием технологий сталеплавильного производства). Стали – основной продукт чёрной металлургии, являющийся материальной основой современной цивилизации. В 2021 г. в мире выплавлено 1950,5 млн.т стали.

К стали предъявляются разнообразные требования, что обусловливает большое число марок стали, отличающихся по химическому составу, структуре, свойствам. Характерный для железа полиморфизм присущ и стали. Полиморфные превращения положены в основу термической обработки, а также химико-термической обработки, термомеханической обработки стали для получения желаемых кристаллической структуры и свойств изделий из неё. Диапазон свойств стали расширяется с помощью легирования. В зависимости от содержания углерода и других элементов кристаллической структуры стали могут быть на основе феррита, аустенита, перлита, мартенсита, которые обладают различной пластичностью, прочностью, твёрдостью и износостойкостью.

Классификация сталей

По типу сталеплавильного агрегата (кислородный конвертер, электрическая дуговая печь) сталь называется кислородно-конвертерной или электросталью.

По химическому составу стали различают углеродистые стали и легированные стали, по назначению – конструкционные стали, инструментальные стали и стали с особыми свойствами, например электротехнические стали, нержавеющие стали. По качеству стали обычно подразделяют на обыкновенные (рядовые), качественные, высококачественные и особо высококачественные. Различие между ними заключается в количестве вредных примесей (S и Р) и неметаллических включений. В стали обыкновенного качества допускается содержание серы до 0,055–0,06 % и фосфора до 0,05–0,0 7 % (исключение составляет автоматная сталь, содержащая до 0,3 % S и до 0,16 % Р), в качественных – не более 0,035 % каждого из этих элементов, в высококачественных – не более 0,025 %, в особо высококачественных – менее 0,015 % S. Сера снижает механические свойства стали, является причиной красноломкости (образование трещин при обработке давлением), фосфор усиливает хладноломкость (снижение пластичности).

По характеру застывания металла в изложнице различают спокойную, полуспокойную и кипящую сталь. Поведение металла при кристаллизации обусловлено степенью его раскисленности: чем полнее удалён кислород из стали, тем спокойнее протекает процесс затвердевания. При разливке малораскисленной стали в изложнице происходит бурное выделение пузырьков оксида углерода – сталь как бы «кипит». Полуспокойная сталь занимает промежуточное положение между спокойной и кипящей сталью.

Маркировка сталей

Единой мировой системы маркировки стали не существует. В стандартах и технических условиях РФ марки углеродистой стали обыкновенного качества обозначаются буквами Ст и номером (Ст0, Ст1, Ст2 и т. д.). Качественные углеродистые стали маркируются двузначными числами, показывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента: 05, 08, 10, 25, 40 и т. д. Спокойную сталь иногда дополнительно обозначают буквами сп, полуспокойную – пс, кипящую – кп (например, Ст3сп, Ст5пс, 08кп). Автоматные стали маркируются буквой А (А12, А30 и т. д.), углеродистые инструментальные стали – буквой У (У8, У10, У12 и т. д. – здесь цифры означают содержание углерода в десятых долях процента).

Обозначение марки легированной стали состоит из букв, указывающих, какие компоненты входят в её состав, и цифр, характеризующих их среднее содержание. Буквенные обозначения элементов: алюминий – Ю, бор – Р, ванадий – Ф, вольфрам – В, кобальт – К, кремний – С, марганец – Г, медь – Д, молибден – М, никель – Н, ниобий – Б, титан – Т, углерод – У, фосфор – П, хром – Х, цирконий – Ц. Первые цифры марки обозначают среднее содержание углерода (в сотых долях процента для конструкционных сталей и в десятых долях процента для инструментальных и коррозионностойких сталей), затем буквой указан легирующий элемент и цифрами, следующими за буквой, его среднее содержание. Например, сталь марки 3Х13 содержит 0,3 % С и 13% Cr, сталь марки 2X17H2 – 0,2% С, 17%  Cr и 2 % Ni. При содержании легирующего элемента менее 1,5 % цифры за соответствующей буквой не ставятся. Например, сталь марки 12ХН3А содержит менее 1,5 % Cr. Буква А в конце обозначения марки указывает на то, что сталь является высококачественной, буква Ш – особо высококачественной. Обозначение марки некоторых легированных сталей включает букву, указывающую на назначение стали (например, ШХ9 – шарикоподшипниковая сталь с 0,9–1,2 % Cr; Э3 – электротехническая сталь с 3 % Si). Стали, проходящие промышленные испытания, часто маркируют буквами ЭИ или ЭП (завод «Электросталь»), ЗИ (Златоустовский завод) с соответствующим очередным номером (ЭИ268).