Сталь является одним из наиболее широко используемых и перерабатываемых металлических материалов на земле. В прежние времена использование и применение стали были ограничены из-за небольшого количества разновидностей.
Однако сегодня сталь, наряду со сплавами, обладает различными свойствами для широкого спектра применений — от нержавеющих и жаропрочных сталей до плоских углеродистых изделий.
Кроме того, относительно низкая стоимость производства и высокая прочность делают ее пригодной для изготовления множества изделий.
Что такое сталь?
Вопреки распространенному мнению, сталь — это не металл, а сплав. Она состоит из металлического элемента железа, который используется не только для строительства, но и для образования красных кровяных телец в нашем организме.
При нагревании железа при очень высоких температурах структура решетки, созданная соседними атомами, меняет форму и позволяет другим элементам, таким как углерод, проникать в решетку и пробиваться сквозь трещины.
Пока решетка остывает, другие элементы обжигаются внутри решетки, становясь частью решетки и в конечном итоге изменяя свойства материала.
Свойства
Предел текучести
Когда дело доходит до обсуждения свойств стали, предел текучести является наиболее важным. Предел текучести — это точка, в которой сталь начинает изменять форму или деформироваться при значительном увеличении скорости деформации из-за напряжения.
На этом этапе пластичные материалы, такие как низкоуглеродистая сталь, начинают деформироваться.
Применение стали во многом зависит от предела текучести. Причина в том, что как только материал превышает предел текучести, срок его службы значительно сокращается.
В результате такие материалы используются в ограниченных целях, и для обеспечения максимальной прочности и срока службы производителям приходится использовать передовые механические технологии для своих клиентов.
Относительное удлинение
Относительное удлинение — еще одно важное свойство стали в различных областях применения. Это процесс, который измеряет, как долго материал будет растягиваться, прежде чем он разрушится. Это число определяется путем деления процента общего удлинения на начальную длину.
Например, резиновая лента толщиной 2,5 см, которая растягивается до 5 см перед разрывом, будет иметь удлинение 100% при разрыве. Это означает, что чем хрупче материал, тем меньше он будет удлиняться перед разрушением.
Такие материалы, как стекло или бетон, относятся к числу наиболее хрупких материалов и разрушаются при любом типе удлинения. Поэтому металлы отличаются по проценту удлинения. Низкоуглеродистые стали и сплавы имеют тенденцию к удлинению сравнительно большему, чем высокоуглеродистые.
Твердость
Твердость измеряет, насколько материал сопротивляется локальной пластической деформации из-за механического истирания или вдавливания. Твердость играет огромную роль в производственном процессе.
Причина в том, что материалы с высокой твердостью не могут быть легко сформованы аналогично материалам с меньшей твердостью или подвергнуты механической обработке.
Как правило, процесс термической обработки используется для упрочнения металлов после их формования или механической обработки в соответствии со спецификациями заказчика без увеличения производственных затрат.
С учетом сказанного, металлы также различаются в зависимости от уровня твердости и типов. Несмотря на то, что их много, самой популярной является шкала Роквелла.
Тест Роквелла при большой нагрузке измеряет глубину проникновения индентора и сравнивает ее с предварительным натягом. В то время как другие тесты на твердость считаются разрушающими, тест Роквелла — нет.
Существует три типа шкал твердости по Роквеллу: HRA, HRB и HRC. Выбор шкалы зависит от того, какая из них наилучшим образом отражает твердость материала.
Типы стали и их свойства
Углеродистая сталь
Углеродистая сталь предлагается трех типов. Низкоуглеродистая, среднеуглеродистая и высокоуглеродистая сталь. Каждый тип отличается в зависимости от свойств. Низкоуглеродистая сталь, как следует из названия, отличается самым низким содержанием углерода.
Она обладает высокой свариваемостью, низкой прокаливаемостью, низкой обрабатываемостью, высокой обрабатываемостью и низкой износостойкостью. Однако себестоимость производства низкая, и ее применение распространяется на суда, кузова автомобилей, гражданские сооружения и т.д.
Среднеуглеродистая сталь, с другой стороны, содержит относительно больше углерода и обладает от средней до низкой свариваемостью, от высокой до средней прокаливаемостью, от высокой до средней или низкой обрабатываемостью, от высокой до средней или низкой обрабатываемостью и средней износостойкостью.
Она используется при изготовлении коленчатых валов, муфт и деталей с холодной головкой.
Наконец, высокоуглеродистая сталь содержит наибольшее количество углерода. Однако ее свариваемость очень низкая.
Прокаливаемость высокоуглеродистой стали очень высока, в то время как обрабатываемость довольно низкая, в дополнение к высокой износостойкости. Она используется в производстве пружин, музыкальной проволоки и режущих инструментов.
Обычное применение стали
Здания и инфраструктура
Сталь используется для создания арматурных стержней, внутренних стен, крыш и потолков в дополнение к другим конструктивным элементам.
Кроме того, нержавеющая сталь также используется для производства высококачественного кухонного оборудования и систем кондиционирования. Однако тип используемой стали и ее применение зависят от проекта.
Для различных инфраструктурных проектов требуются различные типы стали, разработанные с учетом уникальных требований. Например, если инфраструктурный проект осуществляется в месте с высоким уровнем ржавления, то наиболее предпочтительным вариантом будет нержавеющая сталь.
Помимо мостов и других подобных проектов, сталь также используется на заправочных станциях, железнодорожных путях, в портах и т.д. Это гарантирует длительный срок службы объектов, способных выдерживать экстремальные погодные условия.
Автомобильная промышленность
Хотя производители транспортных средств постепенно переходят на использование алюминия при производстве автомобилей, сталь по-прежнему используется для изготовления экстерьера, а также конструкции кузова. Более того, она также используется в подвеске и трансмиссии.
Однако тип стали, используемой в транспортных средствах, значительно отличается от традиционной стали из-за коэффициента снижения веса. Производители используют и внедряют новейшие технологии для производства высокопрочных сталей, которые выдерживают удары и в то же время снижают вес.
Последнее слово
С развитием технологий и производственных процессов применение стали будет только увеличиваться. Хотя производители постоянно ищут альтернативы, но, учитывая разнообразие доступной сегодня стали, это один из наиболее предпочтительных вариантов для инфраструктурных и других сопутствующих проектов.