Acciaio: definizione, classificazione, composizione chimica e applicazione

2024 Autore: Angel Austin | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-17 05:31

Quante volte sentiamo la parola "acciaio". Ed è pronunciato non solo dai professionisti nel campo della produzione metallurgica, ma anche dai cittadini. Nessuna struttura robusta è completa senza l'acciaio. Quando si parla di metallo, infatti, si intende un prodotto in acciaio. Scopriamo insieme in cosa consiste e come è classificato.

Definizione

L'acciaio è forse la lega più popolare, a base di ferro e carbonio. Inoltre, la quota di questi ultimi va dallo 0,1 al 2,14%, mentre i primi non possono essere inferiori al 45%. La facilità di produzione e la disponibilità delle materie prime sono di importanza decisiva nella distribuzione di questo metallo a tutti i settori dell'attività umana.

Le caratteristiche principali del materiale variano a seconda della sua composizione chimica. La definizione di acciaio come lega composta da due componenti, ferro e carbonio, non può dirsi completa. Può includere, ad esempio, cromo per la resistenza al calore e nichel per la resistenza alla corrosione.

Componenti richiestii materiali forniscono ulteriori vantaggi. Quindi, il ferro rende la lega malleabile e facilmente deformabile in determinate condizioni, e il carbonio rende la forza e la durezza contemporaneamente alla fragilità. Ecco perché la sua quota è così piccola nella massa totale dell'acciaio. La determinazione del metodo di produzione della lega ha portato al contenuto di manganese nella quantità dell'1% e silicio - 0,4%. Ci sono un certo numero di impurità che compaiono durante la fusione del metallo e di cui cercano di sbarazzarsi. Insieme al fosforo e allo zolfo, anche l'ossigeno e l'azoto degradano le proprietà del materiale, rendendolo meno durevole e modificando la duttilità.

Classificazione

La definizione di acciaio come metallo con un certo insieme di caratteristiche, ovviamente, è fuori dubbio. Tuttavia, è proprio la sua composizione che consente di classificare il materiale in più direzioni. Quindi, ad esempio, i metalli si distinguono per le seguenti caratteristiche:

• su prodotti chimici;
• strutturale;
• per qualità;
• come previsto;
• in base al grado di disossidazione;
• per durezza;
• sulla saldabilità dell'acciaio.

La definizione dell'acciaio, la marcatura e tutte le sue caratteristiche saranno descritte di seguito.

Segnalazione

Purtroppo non esiste una designazione globale dell'acciaio, il che complica enormemente il commercio tra i paesi. In Russia è definito un sistema alfanumerico. Le lettere indicano il nome degli elementi e il metodo di disossidazione, ei numeri indicano il loro numero.

Composizione chimica

Ci sono due modidivisione dell'acciaio per composizione chimica. La definizione data dai libri di testo moderni permette di distinguere tra carbonio e materiale legato.

Il primo attributo definisce l'acciaio come a basso tenore di carbonio, medio e alto tenore di carbonio, e il secondo - bassolegato, mediolegato e altolegato. Viene chiamato un metallo a basso tenore di carbonio che, secondo GOST 3080-2005, può includere, oltre al ferro, i seguenti componenti:

• Carbonio - fino allo 0,2%. Promuove il rafforzamento termico, grazie al quale la resistenza alla trazione e la durezza sono raddoppiate.
• Il manganese in una quantità fino allo 0,8% entra attivamente in un legame chimico con l'ossigeno e previene la formazione di ossido di ferro. Il metallo è in grado di sopportare meglio i carichi dinamici ed è più suscettibile all'indurimento termico.
• Silicio – fino allo 0,35%. Migliora le proprietà meccaniche come tenacità, resistenza, saldabilità.

Secondo GOST, la definizione di acciaio come acciaio a basso tenore di carbonio è data a un metallo che contiene, oltre a utili, un numero di impurità nocive nella quantità seguente. Questo è:

• Fosforo - fino allo 0,08% è responsabile della comparsa di fragilità da freddo, compromette la resistenza e la forza. Riduce la tenacità del metallo.
• Zolfo - fino allo 0,06%. Complica la lavorazione del metallo per pressione, aumenta la fragilità del temperamento.
• Azoto. Riduce le proprietà tecnologiche e di resistenza della lega.
• Ossigeno. Riduce la forza e interferisce con gli utensili da taglio.

Va notato che basso ogli acciai a basso tenore di carbonio sono particolarmente morbidi e duttili. Si deformano bene sia a caldo che a freddo.

La definizione di acciaio al carbonio medio così come la sua composizione è ovviamente diversa dal materiale sopra descritto. E la differenza più grande è la quantità di carbonio, che varia dallo 0,2 allo 0,45%. Un tale metallo ha una bassa tenacità e duttilità insieme a eccellenti proprietà di resistenza. L'acciaio al carbonio medio è comunemente usato per le parti che vengono utilizzate con carichi di potenza normali.

Se il contenuto di carbonio è superiore allo 0,5%, tale acciaio viene chiamato acciaio ad alto tenore di carbonio. Ha una maggiore durezza, ridotta viscosità, duttilità e viene utilizzato per lo stampaggio di utensili e parti mediante deformazione a caldo ea freddo.

Oltre ad identificare il carbonio presente nell'acciaio, la determinazione delle caratteristiche del materiale è possibile attraverso la presenza di ulteriori impurità in esso. Se, oltre agli elementi ordinari, nel metallo vengono introdotti di proposito cromo, nichel, rame, vanadio, titanio, azoto in uno stato legato chimicamente, allora viene chiamato drogato. Tali additivi riducono il rischio di frattura fragile, aumentano la resistenza alla corrosione e la forza. Il loro numero indica il grado di lega dell'acciaio:

• bassolegato - contiene fino al 2,5% di additivi leganti;
• legato medio - da 2,5 a 10%;
• altamente legato - fino al 50%.

Cosa significa? Ad esempio, l'aumento di eventuali proprietà ha iniziato a essere previsto come segue:

1. Aggiunta di cromo. positivoinfluisce sulle caratteristiche meccaniche già per il 2% del totale.
2. L'introduzione di nichel dall'1 al 5% aumenta il margine di viscosità della temperatura. E riduce la fragilità da freddo.
3. Il manganese funziona allo stesso modo del nichel, anche se molto più economico. Tuttavia, aiuta ad aumentare la sensibilità del metallo al surriscaldamento.
4. Il tungsteno è un additivo che forma carburo che fornisce un'elevata durezza. Perché previene la crescita del grano quando viene riscaldato.
5. Il molibdeno è un additivo costoso. Che aumenta la resistenza al calore degli acciai ad alta velocità.
6. Silicone. Aumenta la resistenza agli acidi, l'elasticità, la resistenza alle incrostazioni.
7. Titanio. Può favorire la struttura a grana fine se combinato con cromo e manganese.
8. Rame. Aumenta le proprietà anticorrosione.
9. Alluminio. Aumenta la resistenza al calore, il ridimensionamento, la tenacità.

Struttura

Determinare la composizione dell'acciaio sarebbe incompleto senza studiarne la struttura. Tuttavia, questo segno non è costante e può dipendere da una serie di fattori, quali: modalità di trattamento termico, velocità di raffreddamento, grado di lega. Secondo le regole, la struttura in acciaio dovrebbe essere determinata dopo la ricottura o la normalizzazione. Dopo la ricottura, il metallo viene suddiviso in:

• struttura pro-eutettoide - con eccesso di ferrite;
• eutettoide, che consiste di perlite;
• ipereutettoide - con carburi secondari;
• ledeburite - con carburi primari;
• austenitico - con un reticolo cristallino centrato sulla faccia;
• ferritico - con un reticolo cubico centrato sul corpo.

La determinazione della classe di acciaio è possibile dopo la normalizzazione. È inteso come un tipo di trattamento termico, che include riscaldamento, mantenimento e successivo raffreddamento. Qui si distinguono i gradi perlite, austenitico e ferritico.

Qualità

La determinazione dei tipi è diventata possibile in termini di qualità in quattro modi. Questo è:

1. Qualità ordinaria - si tratta di acciai con un contenuto di carbonio fino allo 0,6%, che vengono fusi in forni a focolare aperto o in convertitori che utilizzano ossigeno. Sono considerati i più economici e hanno caratteristiche inferiori ai metalli di altri gruppi. Un esempio di tali acciai sono St0, St3sp, St5kp.
2. Qualità. Rappresentanti di spicco di questo tipo sono gli acciai St08kp, St10ps, St20. Vengono fuse utilizzando gli stessi forni, ma con requisiti più elevati per i processi di carica e produzione.
3. Gli acciai di alta qualità vengono fusi in forni elettrici, il che garantisce un aumento della purezza del materiale per inclusioni non metalliche, ovvero un miglioramento delle proprietà meccaniche. Questi materiali includono St20A, St15X2MA.
4. Particolarmente di alta qualità - sono realizzati secondo il metodo della metallurgia speciale. Sono sottoposti a rifusione elettroscoria, che fornisce purificazione da solfuri e ossidi. Gli acciai di questo tipo includono St18KhG-Sh, St20KhGNTR-Sh.

Acciai strutturali

Questo è forse il segno più semplice e comprensibile per il profano. Esistono acciai strutturali, per utensili e per usi speciali. La struttura è solitamente suddivisa in:

1. Gli acciai da costruzione sono acciai al carbonio di qualità ordinaria e rappresentanti della serie bassolegata. Sono soggetti a diversi requisiti, il principale dei quali è la saldabilità a un livello sufficientemente elevato. Un esempio è StS255, StS345T, StS390K, StS440D.
2. I materiali cementati vengono utilizzati per realizzare prodotti che operano in condizioni di usura superficiale e contemporaneamente subiscono carichi dinamici. Questi includono acciai a basso tenore di carbonio St15, St20, St25 e alcuni legati: St15Kh, St20Kh, St15KhF, St20KhN, St12KhNZA, St18Kh2N4VA, St18Kh2N4MA, St18KhGT, St20KhGR, St30KhGT.
3. Per la stampa a freddo, vengono utilizzate foglie laminate da campioni a basse emissioni di carbonio di alta qualità. Come St08Yu, St08ps, St08kp.
4. Acciai trattabili che vengono migliorati attraverso il processo di tempra e alto rinvenimento. Si tratta di acciai a medio carbonio (St35, St40, St45, St50), al cromo (St40X, St45X, St50X, St30XRA, St40XR), nonché al cromo-silicio-manganese, al cromo-nichel-molibdeno e al cromo-nichel.
5. Le molle a molla hanno proprietà elastiche e le conservano a lungo, poiché hanno un alto grado di resistenza alla fatica e alla distruzione. Questi sono rappresentanti del carbonio di St65, St70 e acciai legati (St60S2, St50KhGS, St60S2KhFA, St55KhGR).
6. I campioni ad alta resistenza sono quelli che hanno il doppio della resistenza di altri acciai strutturali, ottenuti mediante trattamento termico e composizione chimica. Nella maggior parte, si tratta di acciai legati a medio carbonio, ad esempio St30KhGSN2A, St40KhN2MA, St30KhGSA, St38KhN3MA, StOZN18K9M5T, St04KHIN9M2D2TYu.
7. Cuscinetto a sferegli acciai sono caratterizzati da una resistenza speciale, un alto grado di resistenza all'usura e resistenza. Sono tenuti a soddisfare i requisiti per l'assenza di vari tipi di inclusioni. Questi campioni includono acciai ad alto tenore di carbonio con un contenuto di cromo nella composizione (StSHKh9, StSHKh15).
8. Le definizioni automatiche dell'acciaio sono le seguenti. Questi sono campioni da utilizzare nella produzione di prodotti non critici come bulloni, dadi, viti. Tali pezzi di ricambio sono generalmente lavorati. Pertanto, il compito principale è aumentare la lavorabilità delle parti, che si ottiene introducendo tellurio, selenio, zolfo e piombo nel materiale. Tali additivi contribuiscono alla formazione di trucioli fragili e corti durante la lavorazione e riducono l'attrito. I principali rappresentanti degli acciai automatici sono designati come segue: StA12, StA20, StA30, StAS11, StAS40.
9. Gli acciai resistenti alla corrosione sono acciai legati con un contenuto di cromo di circa il 12%, poiché formano un film di ossido sulla superficie che previene la corrosione. Rappresentanti di queste leghe sono St12X13, St20X17N2, St20X13, St30X13, St95X18, St15X28, St12X18NYUT,
10. I campioni resistenti all'usura vengono utilizzati in prodotti che funzionano con attrito abrasivo, urti e forti pressioni. Un esempio sono le parti di binari ferroviari, frantoi e macchine a cingoli, come St110G13L.
11. Gli acciai resistenti al calore possono lavorare a temperature elevate. Sono utilizzati nella produzione di tubi, pezzi di ricambio per turbine a gas e a vapore. Si tratta principalmente di campioni altamente legati a basso tenore di carbonio, che contengono necessariamente nichel, che può contenere additivi nella formamolibdeno, nobio, titanio, tungsteno, boro. Un esempio potrebbe essere St15XM, St25X2M1F, St20XZMVF, St40HUS2M, St12X18N9T, StXN62MVKYU.
12. Resistenti al calore sono particolarmente resistenti ai danni chimici in aria, gas e forni, ambienti ossidanti e di cementazione, ma mostrano scorrimento sotto carichi elevati. Rappresentanti di questo tipo sono St15X5, St15X6SM, St40X9S2, St20X20H14S2.

Acciai per utensili

In questo gruppo, le leghe sono suddivise in filiere, per utensili da taglio e misura. Esistono due tipi di acciai per stampi.

• Il materiale per la formatura a freddo deve avere un alto grado di durezza, resistenza, resistenza all'usura, resistenza al calore. Ma avere una viscosità sufficiente (StX12F1, StX12M, StX6VF, St6X5VMFS).
• Il materiale di formatura a caldo ha una buona resistenza e tenacità. Insieme alla resistenza all'usura e alla resistenza alle incrostazioni (St5KhNM, St5KhNV, St4KhZVMF, St4Kh5V2FS).

Gli acciai per utensili di misura, oltre alla resistenza all'usura e alla durezza, devono essere dimensionalmente stabili e facili da rettificare. Calibri, graffette, sagome, righelli, scale, piastrelle sono realizzati con queste leghe. Un esempio potrebbero essere le leghe StU8, St12Kh1, StKhVG, StKh12F1.

Determinare i gruppi di acciaio per gli utensili da taglio è abbastanza facile. Tali leghe devono avere capacità di taglio ed elevata durezza per lungo tempo, anche se sottoposte a calore. Questi includono strumenti in carbonio e lega, nonchéacciai veloci. Qui puoi nominare i seguenti rappresentanti di spicco: StU7, StU13A, St9XS, StKhVG, StR6M5, Stryuk5F5.

Disossidazione della lega

La determinazione dell'acciaio in base al grado di disossidazione implica i suoi tre tipi: calmo, semicalmo e bollente. Il concetto stesso si riferisce alla rimozione dell'ossigeno dalla lega liquida.

L'acciaio silenzioso quasi non emette gas durante la solidificazione. Ciò è dovuto alla completa rimozione dell'ossigeno e alla formazione di una cavità da ritiro sopra il lingotto, che viene poi tagliato.

Nell'acciaio semicalmo i gas vengono rilasciati parzialmente, cioè più che nell'acciaio calmo, ma meno che in quelli bollenti. Non c'è un guscio qui, come nel caso precedente, ma in alto si formano delle bolle.

Le leghe bollenti rilasciano una grande quantità di gas una volta solidificate, e nella sezione trasversale è sufficiente notare semplicemente la differenza di composizione chimica tra lo strato superiore e quello inferiore.

Durezza

Questo concetto si riferisce alla capacità di un materiale di resistere a una penetrazione più forte al suo interno. La determinazione della durezza è diventata possibile utilizzando tre metodi: L. Brinell, M. Rockwell, O. Vickers.

Secondo il metodo Brinell, una sfera d'acciaio temprato viene premuta sulla superficie rettificata del campione. Studiando il diametro della stampa, determinare la durezza.

Metodo per determinare la durezza dell'acciaio secondo Rockwell. Si basa sul calcolo della profondità di penetrazione di una punta conica di diamante di 120 gradi.

Secondo Vickers nel campione di provaviene premuta una piramide tetraedrica di diamante. Con un angolo di 136 gradi sulle facce opposte.

È possibile determinare il grado di acciaio senza analisi chimiche? Gli specialisti nel campo della metallurgia sono in grado di riconoscere il grado di acciaio da una scintilla. La determinazione dei costituenti del metallo è possibile durante la sua lavorazione. Quindi per esempio:

• L'acciaio CVG ha scintille cremisi scure con punti e ciuffi giallo-rossi. Alle estremità dei fili ramificati, appaiono stelle rosse luminose con grani gialli nel mezzo.
• L'acciaio P18 è anche identificato da scintille cremisi scure con ciuffi gialli e rossi all'inizio, tuttavia, i fili sono diritti e non hanno forcelle. Alle estremità dei fasci ci sono scintille con uno o due granelli giallo chiaro.
• I gradi di acciaio ХГ, Х, ШХ15, ШХ9 hanno scintille gialle con stelle luminose. E granelli rossi sui rami.
• L'acciaio U12F è caratterizzato da scintille giallo chiaro con stelle dense e grandi. Con diversi ciuffi rossi e gialli.
• Gli acciai 15 e 20 hanno scintille giallo chiaro, molte forcelle e stelle. Ma pochi ciuffi.

La determinazione dell'acciaio mediante una scintilla è un metodo abbastanza accurato per gli specialisti. Tuttavia, la gente comune non può caratterizzare il metallo esaminando solo il colore della scintilla.

Saldabilità

La proprietà dei metalli di formare un giunto sotto un certo impatto è chiamata saldabilità degli acciai. La determinazione di questo indicatore è possibile dopo aver rilevato il contenuto di ferro e carbonio.

Si ritiene che siano ben collegati mediante saldaturaacciai a basso tenore di carbonio. Quando il contenuto di carbonio supera lo 0,45%, la saldabilità si deteriora e peggiora quando il contenuto di carbonio è elevato. Ciò accade anche perché la disomogeneità del materiale aumenta e le inclusioni di solfuro ris altano ai bordi del grano, il che porta alla formazione di cricche e ad un aumento delle sollecitazioni interne.

Anche i componenti in lega agiscono, peggiorando la connessione. I più sfavorevoli per la saldatura sono elementi chimici come cromo, molibdeno, manganese, silicio, vanadio, fosforo.

Tuttavia, il rispetto della tecnologia quando si lavora con acciai bassolegati fornisce una buona percentuale di saldabilità senza l'uso di accorgimenti speciali. La determinazione della saldabilità è possibile dopo aver valutato una serie di importanti qualità dei materiali, tra cui:

• Velocità di raffreddamento.
• Composizione chimica.
• Vista della cristallizzazione primaria e dei cambiamenti strutturali durante la saldatura.
• La capacità del metallo di formare crepe.
• Tendenza del materiale a formare indurimenti.