Stal jest wszędzie. Przyjrzyj się niektórym przedmiotom w pokoju, w którym teraz siedzisz, a stal na pewno będzie obecna w kilku przedmiotach wokół ciebie. Trudno wyobrazić sobie świat bez stali.
Pomyśleliśmy, że warto pomóc ludziom dowiedzieć się nieco więcej o stali: skąd pochodzi, jak jest wytwarzana, jakie są rodzaje stali i oczywiście wszystkie jej zastosowania. Niezależnie od tego, czy jest to rura stalowa, pręt stalowy, czy blacha stalowa, ufamy producentom, że dostarczą nam prawie niemożliwie mocny produkt.
Czym jest stal?
Żelazo jest najpowszechniej dostępnym minerałem w jądrze i płaszczu Ziemi, chociaż w czystej postaci jest niezwykle miękkie i wymaga utlenienia do tlenku żelaza. Słaba wytrzymałość i trwałość tej formy sprawiają, że użycie żelaza jest niezwykle trudne. Aby poprawić te właściwości, do czystego żelaza dodaje się do 2 procent węgla, tworząc bardzo trwałą i twardą substancję zwaną stalą.
Ze względu na wysoką wytrzymałość i wytrzymałość na rozciąganie, stal jest używana do produkcji wszystkiego, od igieł do szycia po tankowce, a także narzędzi potrzebnych do ich produkcji. Jednak do stali często dodaje się inne rodzaje metali, aby uzyskać różne właściwości w zależności od zamierzonego zastosowania.
Te dodatki metaliczne dały do tej pory 3500 różnych odmian stali, z których każda ma inne właściwości i właściwości strukturalne, chemiczne i fizyczne. Jeszcze bardziej zaskakujący jest fakt, że ponad 75 procent tych odmian zostało wprowadzonych w ciągu ostatnich dwóch dekad, aby zaspokoić szybko zmieniający się popyt przemysłowy.
różne rodzaje stali
Przyjrzyjmy się najczęściej używanym rodzajom stali, ich charakterystycznym właściwościom i ich zastosowaniom. Istnieje 14 głównych rodzajów stali, z różnymi podkategoriami w ramach kategorii.
1. Stal węglowa
Większość światowej stali jest formą stali węglowej. Składa się z żelaza, węgla i określonych ilości innych pierwiastków stopowych. Jako główny pierwiastek stopowy stali węglowych, węgiel stanowi około 90 procent całej produkcji stali.
Pomaga stworzyć mocniejszy i znacznie sztywniejszy metal. Dzieje się tak dlatego, że atomy obecne w węglu pozwalają mu przechodzić przez sieć krystaliczną żelaza, nieznacznie zniekształcając sieć i wypełniając szczeliny między atomami metalu.
Biorąc pod uwagę tę cechę, powstałe produkty ze stali węglowej są niezwykle twarde. To, co decyduje o tej odporności, to ilość obecnego węgla, dalej klasyfikując go na trzy kategorie:
A) Stal wysokowęglowa
Stal wysokowęglowa zazwyczaj zawiera od 0,61 procent do 1,5 procent węgla, co daje mocną, kruchą i twardą stal. Aby poprawić jego odporność na zużycie, poddaje się go odpowiedniej obróbce cieplnej. Oprócz zastosowania do drutów i sprężyn o dużej wytrzymałości, jest to przydatny materiał do produkcji maszyn amortyzujących.
B) Stal średniowęglowa
Ten wariant zawiera zawartość węgla od {{0}},31% do 0,6%, co daje lekko ciągliwą stal o wyższej wytrzymałości na rozciąganie niż stal niskowęglowa. W celu utwardzenia zwykle poddaje się go hartowaniu, które jest formą obróbki cieplnej.
Ponieważ jest bardzo plastyczny i można go formować w szeroką gamę kształtów i rozmiarów, ten typ jest najczęściej używany z trzech. Od drapaczy chmur po billboardy, mosty i domy — zobaczysz, że jest używany wszędzie.
C) Stal niskowęglowa
Stal niskowęglowa (lub stal miękka) zawiera do 0,3 procent węgla. Stal niskowęglowa, mimo że oferuje dużą ciągliwość i ciągliwość, charakteryzuje się niską wytrzymałością na rozciąganie, którą można poprawić w procesie walcowania na zimno.
Polega to na walcowaniu stali pomiędzy dwoma polerowanymi wałkami w warunkach wysokiego ciśnienia. Do jego najczęstszych zastosowań należy produkcja płyt, pudełek, rurek, łańcuchów, drutów, pudełek, nitów, ram pojazdów itp.
2. Stal stopowa
Stal stopowa składa się z różnych ilości różnych metali oprócz żelaza. Te dodatki pomagają manipulować właściwościami stali, aby służyć do określonych zastosowań. W pewnym stopniu wykorzystywane są metale takie jak aluminium, nikiel, krzem, chrom, mangan, tytan i miedź.
Zastosowanie tych metali powoduje powstanie cech niespotykanych w stali węglowej. Pożądane zmiany zachodzą w wytrzymałości stali, odkształcalności, odporności na korozję, ciągliwości i hartowności. Stal stopowa jest często używana do produkcji rur, części samochodowych, generatorów prądu, transformatorów i silników elektrycznych.
Stal stopowa generalnie lepiej reaguje na różne rodzaje obróbki i jest stosowana w bardziej wyspecjalizowanych gałęziach przemysłu, takich jak AGD, stoczniowy i motoryzacyjny. Może występować w mocniejszych lub bardziej dotykowych formach, takich, które mają wysoką odporność na utlenianie lub bardziej nadają się do spawania.
A) Stal niskostopowa
Stal niskostopowa to grupa metali żelaznych, które są włączane w celu poprawy ogólnych właściwości mechanicznych materiału, często znacznie mocniejszego niż zwykła stal węglowa.
Pierwiastki takie jak molibden, nikiel i chrom są dodawane w celu poprawy plastyczności i twardości materiału, który w innym przypadku byłby znacznie słabszy i bardziej miękki. Stal niskostopowa jest często używana do produkcji blach, części samochodowych i kształtowników konstrukcyjnych.
B) Stal wysokostopowa
Stal wysokostopowa składa się z różnych metali żelaznych, które łączy się w pierwiastki stopowe w celu utworzenia określonych faz i ich stabilizacji. Stopy stali nierdzewnej to stale wysokostopowe.
Dzięki pierwiastkom takim jak nikiel i molibden stal wysokostopowa może być nieskazitelnie wytrzymała i wysoce odporna na korozję.
W zależności od kombinacji pierwiastków stopowych, stale stopowe obejmują wiele różnych odmian. Zebraliśmy najczęściej używane typy:
3. Stal wolframowa
Wolfram, znany również jako wolfram, jest w zasadzie matowym srebrnym metalem, który ma najwyższą temperaturę topnienia ze wszystkich metali w najczystszej postaci. To, co wyróżnia go spośród innych rodzajów metalu, to jego wytrzymałość i odporność na wysokie temperatury. Ze względu na te cechy, różne stopy stali wykorzystują ten metal, aby poprawić odporność na korozję i zużycie.
Ponadto dysze silników rakietowych wykorzystują stal wolframową, zapewniającą wysoką odporność na ciepło. W połączeniu z kobaltem, niklem i żelazem stal wolframowa może być używana do wytwarzania łopatek turbin do wielu typów samolotów. Ponadto wiele innych maszyn i narzędzi wymaga wysokiej odporności na ciepło, dlatego wykorzystuje się w nich stal wolframową.
4. Stal niklowa
Stal stopowa niklowa jest jednym z najczęściej stosowanych stopów stali na świecie. Oprócz wysokiej zawartości niklu, około 3,5 procent, zawiera około 00,35 procent węgla. Jego specjalnością jest to, że dodatek niklu wzmacnia stal konstrukcyjną bez proporcjonalnego spadku ciągliwości. Ta zwiększona wytrzymałość pomaga zapobiegać pęknięciom, które mogą być spowodowane uderzeniami, wstrząsami i dużymi obciążeniami.
Ponadto w czasie chłodzenia nikiel zmniejsza wartość odkształcenia stali. Stal niklowa zapewnia niesamowitą reakcję na obróbkę cieplną, ponieważ dodatek niklu obniża temperaturę stali, co czyni ją idealną do obróbki cieplnej.
5. Stal manganowa
Stal manganowa to stal utwardzana przez zgniot o zawartości manganu od 11% do 14%. Ze względu na doskonałe właściwości hartowania i odporności na ścieranie, stal manganowa jest wykorzystywana do produkcji skomplikowanych torów kolejowych. Inne obecne zastosowania to łyżki łopatowe, komory do piaskowania, skrobaki, płyty zabezpieczające przed przewierceniem itp.
6. Stal wanadowa
Stal wanadowa znana jest ze swoich właściwości antykorozyjnych, a także zdolności do pochłaniania wstrząsów. Oprócz zastosowania w rurach i rurkach, które przenoszą chemikalia, stal wanadowa jest stosowana w postaci cienkiej folii do łączenia tytanu ze stalą w zastosowaniach lotniczych.
Zaledwie 1 procent wanadu i chromu wystarcza, aby osiągnąć odporność na wstrząsy i wibracje, dzięki czemu idealnie nadaje się do zastosowań motoryzacyjnych.
7. Stal chromowana
Dodatek chromu obniża krytyczną szybkość chłodzenia i zwiększa odporność na skaling, odporność na zużycie i odporność stali na wysoką temperaturę. Stosowany jest głównie w celu zwiększenia odporności na korozję. Stal chromowa o wysokiej elastyczności i wytrzymałości na rozciąganie jest często używana do produkcji maszyn i części samochodowych, kruszarek skał i sejfów.
8. Stal chromowo-wanadowa
Stal chromowo-wanadowa wykorzystuje zarówno chrom, jak i wanad, łącząc cechy każdego z nich. Dzięki wyjątkowo wysokiej wytrzymałości na rozciąganie stal można łatwo ciąć, ale nie jest krucha. Jego najczęstsze zastosowania to koła zębate, osie, korbowody, ramy pojazdów itp.
9. Stal krzemowa
Jeśli chodzi o siłę magnetyczną, stal krzemowa jest obecnie najważniejszym materiałem. Podczas gdy małe ilości stali krzemowej są używane w transformatorach impulsowych i małych przekaźnikach, aplikacje takie jak duże silniki i generatory wykorzystują tony stali krzemowej.
Wśród jego właściwości wysoko cenione są: redukcja nasycenia, rezystywność, magnetostrykcja i anizotropia magnetokrystaliczna. Z dodatkiem krzemu wynoszącym zaledwie 1 do 2 procent, stal ta jest najczęściej używana do produkcji magnesów trwałych.
10. Stal molibdenowa
Jako cenny składnik stopowy do stali, molibden pomaga poprawić wytrzymałość stali, spawalność i odporność na korozję. Dzięki temu idealnie nadaje się do stosowania w stalach konstrukcyjnych i dlatego jest szeroko stosowany w zastosowaniach w środowisku morskim. Rurociągi naftowe i gazowe oraz łożyska kulkowe również wykorzystują stal molibdenową.
11. Stal kobaltowa
Stopy kobaltu oferują ogromną odporność na korozję, zużycie, wysokie temperatury i właściwości magnetyczne. Niektóre z najtrudniejszych zastosowań kobaltu to łopatki i kadzie turbin gazowych. Jednak ten rodzaj stali jest częściej używany do produkcji narzędzi skrawających.
12. Stal aluminiowa
Dodatek aluminium pomaga uwzględnić zdolność odbijania ciepła. Dzięki gęstości około jednej trzeciej gęstości stali aluminiowej, jest on używany w zastosowaniach, w których istotna jest niska waga i wysoka wytrzymałość.
Tak więc stale aluminiowe są szeroko stosowane do produkcji układów wydechowych motocykli i samochodów. Oprócz przemysłu samochodowego, stal aluminiowa jest wykorzystywana w różny sposób w energetyce, architekturze, przygotowaniu żywności, pakowaniu, przenoszeniu mocy itp.
13. Stal narzędziowa
Stale narzędziowe są rodzajem stali, które są używane do produkcji różnego rodzaju narzędzi używanych do szerokiego zakresu celów, w tym narzędzi udarowych, narzędzi tnących, takich jak narzędzia do wyrobu noży i innych. Składają się one ze stopów metali takich jak wolfram, kobalt, molibden i wanad w różnych ilościach. Są nie tylko twarde i trwałe, ale również bardzo odporne na ciepło.
W zależności od rodzaju produkowanego narzędzia, jakość stali narzędziowej jest różna, co skutkuje licznymi wariantami w ramach kategorii stali narzędziowych:
A) Odporna na wstrząsy stal narzędziowa
Jak sama nazwa wskazuje, ten wariant stali narzędziowej został zaprojektowany z myślą o zapewnieniu wysokiej odporności na wstrząsy w różnych temperaturach. Dzięki niskiej zawartości węgla, krzemu i molibdenu jest ścierny i średnio odporny. Stal ta wykorzystywana jest głównie do wyrobu narzędzi takich jak śrubokręty, przebijaki, dłuta oraz narzędzia do nitowania.
B) Stal narzędziowa specjalnego przeznaczenia
Ta stal narzędziowa została specjalnie zaprojektowana, aby uzyskać umiarkowaną twardość i ciągliwość, przy użyciu stali niskostopowej. Często używa się ich do wyrobu kluczy, śrub i kranów.
C) Stal narzędziowa na gorąco
Stal narzędziowa do pracy na gorąco jest używana do produkcji narzędzi, które wymagają wysokiej odporności na wysoką temperaturę przez długi czas, takich jak te stosowane do kucia na gorąco, wyciskania, wykrawania, odlewania i ostrzy tnących.
D) Stal narzędziowa do hartowania w wodzie
Jako najtańsza stal narzędziowa do hartowania w wodzie jest najczęściej stosowana w produkcji narzędzi. Aby dodać twardości przedmiotom lub narzędziom, stal ta jest hartowana wodą. Wysoce odporna na zużycie powierzchni, stal ta jest często używana do produkcji pilników, obcinaków, młotków, ostrzy i podobnych przedmiotów.
E) Stal narzędziowa szybkotnąca
Stal narzędziowa szybkotnąca składa się ze stopów stali wolframowej, molibdenowej i wanadowej. Elementy te są twarde i zachowują swoją twardość pod wpływem wysokich temperatur, pomagając w produkcji doskonałej stali do maszyn szybkoobrotowych, takich jak wiertarki, rozwiertaki, piły, stemple, gwintowniki itp.
F) Stal narzędziowa na zimno
Ten wariant stali narzędziowej zawiera wysoką zawartość chromu, co zapewnia niskie zniekształcenia podczas hartowania, które można wykonać za pomocą powietrza lub oleju. Ta cecha sprawia, że produkowane narzędzia nie są łatwe do złamania. Będąc bardzo wytrzymałą stalą, zimna stal narzędziowa jest idealna do produkcji ostrzy noży, tłoczników, narzędzi do wybijania monet itp.
G) Stal na formy
Stal na formy wykorzystuje stal węglową do wytwarzania form wtryskowych i tłocznych do tworzyw sztucznych. Innym powszechnym zastosowaniem jest odlewanie ciśnieniowe cynku.
14. Stal nierdzewna
Chociaż stal nierdzewna składa się z różnych stopów metali, chrom jest głównym pierwiastkiem i stanowi od 10 do 20 procent całkowitego składu stali. Dawniej znana jako stal „nierdzewna”, stal nierdzewna jest popularna ze względu na swój wygląd i wysoką odporność na rdzę. Dokładniej mówiąc, jest około 200 razy bardziej odporny na utlenianie niż inne gatunki stali, zwłaszcza gdy ilość chromu jest większa niż 11%.
Ze względu na wysoką odporność na korozję stal nierdzewna jest najdroższym rodzajem stali. Będąc bardzo trwałym typem, stale nierdzewne są w stanie wytrzymać zużycie, które występuje podczas codziennego użytkowania. Aby dodatkowo zwiększyć jego odporność na zarysowania i korozję, niewidoczna warstwa chromu zapobiega rdzewieniu. Inne metalowe składniki stali nierdzewnej to molibden i nikiel.
W zależności od zastosowania, rozmiary i gatunki stali nierdzewnej mogą być różne i mogą występować w postaci blach, prętów, rur, płyt i drutów. W zależności od struktury krystalicznej i właściwości mechanicznych stali nierdzewnej można ją podzielić na kilka typów:
A) Ferrytyczna stal nierdzewna
Stal ferrytyczna zawiera około {{0}} procent chromu, do 0,1 procent węgla, śladowe ilości niklu i innych metali stopowych w niewielkich ilościach, takich jak aluminium, molibden i tytan. Stale ferrytyczne są twarde, mocne i magnetyczne i mogą być dodatkowo wzmacniane przez obróbkę na zimno. Nie reagują jednak na obróbkę cieplną, co oznacza, że nie można ich utwardzić tą techniką.
B) Austenityczna stal nierdzewna
Stale austenityczne mają znacznie wyższą zawartość chromu niż ich nierdzewne odpowiedniki. Zawartość chromu w tego rodzaju stali może sięgać 18 proc., pozostałe pierwiastki to nikiel, który stanowi 8 proc., a węgiel – 0,8 proc. Chociaż stal austenityczna nie reaguje na obróbkę cieplną, jest popularna ze względu na swoje właściwości niemagnetyczne, co czyni ją jedną z najczęściej stosowanych stali na świecie. Niektóre z powszechnych zastosowań to produkcja rur, sprzętu do przetwarzania żywności i przyborów kuchennych.
C) Martenzytyczna stal nierdzewna
Złożona z 11 do 17 procent chromu stal martenzytyczna zawiera około 1,2 procent węgla i mniej niż 0,4 procent niklu. Stale martenzytyczne nie tylko reagują na obróbkę cieplną, ale również mają właściwości magnetyczne. Narzędzia dentystyczne i chirurgiczne, noże, ostrza i inne narzędzia tnące wykorzystują martenzytyczną stal nierdzewną.
D) Duplex stal nierdzewna
Stal dupleks to po prostu połączenie stali ferrytycznej i austenitycznej, co skutkuje znacznie mocniejszą stalą niż pojedyncza. Jest nie tylko spawalny, ale także odporny na korozję. Nie jest jednak silny magnetycznie.
E) Stal nierdzewna utwardzana wydzieleniowo
Ta stal składa się z 17 procent chromu i 4% niklu, co daje różnorodne gatunki stali hartowanej. Ponadto w różnych ilościach dodawane są inne metale, takie jak aluminium, miedź i niob. Ten typ można formować w różne kształty, dzięki czemu idealnie nadaje się do stosowania w elementach silników i pojemnikach na odpady jądrowe. Oferuje również umiarkowaną odporność na korozję.