1.3.5. Поняття сталь, її класифікації та застосування

Залізо та його сплави є основою сучасної технології і техніки. У ряді конструкційних металів залізо стоїть на першому місці, незважаючи на те, що кольорові метали, полімерні і керамічні матеріали знаходять все більше застосування. Залізо та його сплави становлять більше 90% всіх металів, що застосовуються в сучасному виробництві.

Найважливішим із сплавів заліза є його сплав з вуглецем. Вуглець додає міцності сплавам заліза. Ці сплави утворюють велику групу чавунів і сталей.

Сталь – це сплав заліза з вуглецем, вміст якого не перевищує 2,14%. Сталь – найважливіший конструкційний матеріал для машинобудування, транспорту і багатьох інших галузей народного господарства.

Сталеплавильне виробництво – це отримання сталі з чавуну і сталевого брухту в сталеплавильних агрегатах металургійних заводів. Сталеплавильне виробництво є другим ланкою в загальному виробничому циклі чорної металургії. У сучасній металургії основними способами виплавки сталі є киснево-конвертерний, мартенівський і електросталеплавильний процеси. Співвідношення між цими видами сталеплавильного виробництва змінюється.

Сталеплавильний процес є окислювальним процесом, тому що сталь виходить внаслідок окислення і видалення більшої частини домішки чавуну - вуглецю, кремнію, марганцю і фосфору. Відмінною особливістю сталеплавильних процесів є наявність окисної атмосфери. Окислювання домішок чавуну та інших шихтових матеріалів здійснюється киснем, що міститься в газах, оксидах заліза та марганцю. Після окислення домішок, з металевого сплаву видаляють розчинений у ньому кисень, вводять легуючі елементи і отримують сталь заданого хімічного складу.

Єдиної світової класифікації сталей немає. Залежно від способу виробництва, хімічного складу, структури, призначення та якості сталі класифікують:

1. За призначенням: топкові і котельні сталі, для залізничного транспорту (рейкову, для бандажів залізничних коліс і т.п.), конструкційну (застосовується при виготовленні різних металоконструкцій для будівництва будинків, мостів, різних машин і т.п.), шарикопідшипникову, інструментальну ( для виготовлення різних інструментів, різців, валків прокатних верстатів, деталей ковальсько-штампувального обладнання тощо), ресорно-пружинну, трансформаторну, нержавіючу, гарматну, трубну і ін.

2. За якістю: звичайної якості, якісна, і високоякісна. Відмінності між цими групами полягають у допустимому вмісті шкідливих домішок (в першу чергу сірки і фосфору), а також в особливих вимогах за змістом неметалічних включень і т.п. Наприклад, в сталях звичайної якості вміст сірки і фосфору допускається до 0,055-0,060%, в якісних сталях - не більше 0,040-0,045%, у високоякісних - не більше 0,020-0,030%.

3. За хімічним складом: вуглецеві (низьковуглецеві містять до 0.3% вуглецю; середньо вуглецеві - від 0,3 до 0,6%; високовуглецеві - більше 0,6%), леговані (низьколеговані - до2,5% легуючих добавок; середньолеговані – 2,5-10%, високолеговані - більше 10%), у тому числі хромисті, марганцевисті, хромонікелеві і т. п.

4. За характером застигання сталі у виливницях: спокійні, киплячі і напівспокійні. Поведінка металу при кристалізації у виливницях залежить від ступеня його розкислення - чим повністю безкисневі сталь, тим спокійніше кристалізується злиток.

5. За способом виробництва: 1) за типом агрегату - конвертерна (у тому числі киснево-конверторна, бесемерівська, томасівська), мартенівська, електросталь, сталь електрошлакового переплаву і т.д.; 2) за технологією - основна і кисла мартенівська, основна і кисла електросталь, оброблена вакуумом, синтетичними шлаками, продувкою інертними газами тощо; 3) за станом - у твердому стані (губчате залізо - продукт прямого відновлення), у електролітичному - (продукт електролізу залізовмісних матеріалів), в порошкоподібному (продукт процесів розпилення на дрібні краплі рідкої сталі), в тістоподібному (продукт сиродутного, кричного, пудлінгового процесів , продукт процесу «Астон-Байєрс»), в рідкому, литому (продукт конверторного, мартенівського і т.п. процесів).