Характеристики стали D2 — плюсы и минусы для ножей

• Разновидности и особенности раскислителей
• Марки спокойной стали
• Достоинства спокойных сплавов
• Области применения спокойной стали
• Отличия спокойных и полуспокойных сталей

Спокойная сталь содержит минимальное количество кислорода. В классификации по степени раскисления она занимает первое место после кипящих и полуспокойных сталей. Спокойная сталь получается путем обогащения первоначального сплава раскислителями. Они удаляют кислород из расплавленного сплава, тем самым улучшают его механические свойства. Металл становится плотнее, устойчивее к нагреву и коррозии.

Разновидности и особенности раскислителей

Когда раскислители вводятся в жидкий металл, они соединяются с кислородом и удаляются до затвердевания слитка. В процессе образуются жидкие, твердые и газообразные продукты раскисления, от количества которых зависит качество стали.

Сплав раскисляют введением добавок в строго отведенном количестве. К ним относятся:

• ферросисцилий — добавляют 0,12-0,3 % от общей массы;
• алюминий — до 0,1 %;
• ферромарганец — до 0,1 %;
• кремний — до 0,05 %;
• титан.

Алюминий, кремний, марганец и комплексные раскислители чаще всего используются в осаждающем методе раскисления. Реже кислород из стали удаляют диффузионным, вакуумным или электрошлаковым раскислением. После обработки образуется большая усадочная раковина, из-за чего вырастает цена спокойной стали. Усадочную раковину, как дефект разливки сплава, нельзя использовать, поэтому она отрезается от основной части. В среднем литой слиток теряет до 16 % от массы заготовки.

Химический состав сталей обыкновенного качества

Существует типизация по характеру застывания в изложнице и геометрической форме слитка (форма изложницы). Выделяют спокойную, полуспокойную и кипящую.

Углеродистая сталь

Углеродистая сталь выплавляется без добавления каких-либо легирующих элементов и бывает обычной и качественной.

Стали обычного качества принято делить на следующие группы:

• группа А — обеспечивается по механическим свойствам. Изделия из сталей этой группы применяются для последующей сварки, ковки и т.д. Причем, заявляемые мех. свойства могут изменяться. (Ст3, Ст5кп.).
• группа Б – сталь обеспечивается по хим. составу. Применяется для изготовления деталей, при обработке которых, могут изменяться механические характеристики определяемые составом.

Сталь из группы Б подразделяется на 2 категории:

• 1я- установлено содержание С, Si, Mn; ограничено содержание: S, P, N, As,
• 2я — дополнительно ограничено количесво Cr, Ni, Cu.
• группа В — обеспечивается по механическим характеристикам и содержанию химических элементов. Применяется при производстве свариваемых деталей.

Подразделяется на шесть категорий.

Обозначается группа В следующим образом: марка стали, степень раскисления, номер категории. Имеют одинаковый состав со сталью 2 категории группы Б.

Маркировка стали

Рассматривая, на примере, маркировку стали Ст5пс (конструкционная углеродистая сталь обычного качества).

1. эта сталь относится к группе А, (поскольку категория указывается перед буквами Ст (ВСт1, ВСт2), а не указывается только группа А).
2. цифра 5 — определяет условный номер марки исходя из хим. состава и мех.свойств.
3. пс- степень раскисления.

Если после цифры определяющей марку стали стоит буква Г- значит сталь содержит повешенное количество марганца.(Ст25Г2С)

Степени раскисления стали

Существует 3 степени раскисления стали.

Процесс раскисления позволяет восстановить окись железа и связать растворенный кислород, уменьшив, таким образом, его вредное влияние.

Кипящая сталь

Кипящая сталь является не полностью раскисленой. Во время разливки в изложницы она кипит из-за обильного выделения газа, поэтому она является наиболее загрязнена газами и неоднородной. Т.е механические свойства по слитку могут отличаться, поскольку распределение химических элементов по слитку не равномерно. В головной части слитка находится наибольшее количество углерода и различных плохих примесей (таких , как сера или фосфор), из-за чего требуется удаление части слитка ( 5% от общей массы).

Марки спокойной стали

Если хотите знать, какую сталь обыкновенного качества относят к спокойной, прочтите маркировку. У спокойной стали марки обозначаются условными номерами в зависимости от химического состава. В обозначение входят буквы и цифры. К примеру, марка Ст1сп подразумевает:

• конструкционную углеродистую сталь обыкновенного качества — Ст;
• условный номер марки — 1;
• степень раскисления — СП (спокойная).

Требования к качеству металла изложены в ГОСТ 380-2005.

Типы сталей и их горячее цинкование

Металлургическая промышленность в состоянии производить стали самого разнообразного состава, все их условно по типам примесей можно разделить на шесть типов по характеру основной примеси, которая и определяет основное назначение стали.Основными примесями являются углерод, фосфор, сера, кремний, марганец, а также совокупность примесей ряда тугоплавких металлов, включающих хром, никель и некоторые другие.

Вот эти шесть типов:

1. Углеродистые стали, то есть стали, основным легирующим элементом в которых является углерод — это стали с содержанием углерода менее 2,14%. Его наличие не исключает существования в сталях некоторых элементов в даже больших количествах (марганец, кремний), но эти элементы играют в данном случае скорее подчиненную роль – при некоторой концентрации улучшая механические и некоторые другие свойства, в других случаях несколько ухудшая их.
2. Стали с высоким содержанием кремния. Элемент кремний в концентрации до 0,4% является полезным элементом, потому что он влияет на качество сталей (в основном, на их прочностные свойства). Но есть стали и с более высоким его содержанием — до 2%. Это так называемые пружинные стали, используемые для изготовления рессор и пружин.
3. Стали с высоким содержанием марганца (свыше 1%). Это так называемые «вязкие» стали. Обычное содержание марганца в «углеродистых» сталях составляет 0,4-0,6%, но данные стали с повышенным содержанием марганца имеют свой ареал использования.
4. Автоматные стали – эти стали содержат высокий процент серы. Сера в стали является вредным элементом, потому что приводит к повышению хрупкости при повышенных температурах, но ее содержание порядка 0,2% улучшает обработку сталей на фрезерных станках, поэтому такие стали используются для изготовления крепежных материалов неответственного назначения.
5. Электрические стали, содержащие высокий уровень фосфора. Эти стали имеют низкий коэффициент термического расширения или особые магнитные свойства, поэтому используются в электротехнической промышленности.
6. Нержавеющие стали. Как правило, содержат высокий уровень никеля и хрома. Используются в качестве материалов, используемых в сильно коррозионной среде.

Углеродистая сталь

Основными материалами, выпускаемыми металлургической промышленностью, являются углеродистые стали. В зависимости от содержания углерода стали подразделяются на доэвтектоидные, эвтектоидные и заэвтектоидные.

Доэвтектоидные стали, в свою очередь, в зависимости от содержания углерода делятся на три типа: низкоуглеродистые, среднеуглеродистые и высокоуглеродистые (более 0,65%). Последние являются инструментальными сталями, из которых изготовляют режущий, мерительный, штамповый и прочий инструмент.

В качестве материалов для цинкования погружением используются только низкоуглеродистые стали. 99% сталей, подвергаемых горячему цинкованию – это низкоуглеродистые стали.

Эти стали содержат все указанные выше примесные элементы, в основном, из-за ограничений в технологиях, но в относительно малом количестве, и их доля обусловлена как составом руд, из которых готовятся металлы, так и использованием различных технологических приемов с введением некоторых элементов. Кроме того, имеются и ограничения по концентрации углерода.

Условно принято считать, что стали, содержащие менее 0,25% углерода, до 0,4% кремния, менее 0,8% марганца и менее 0,3% суммы хрома и никеля, являются цинкуемыми. При этом фосфор и сера являются вредными примесями, их количество в стали должно быть как можно меньшим, кремний и частично марганец являются полезными элементами, поскольку оба они используются в качестве раскислителей в технологии производства сталей.

https://www.youtube.com/watch?v=Oy3KOx_32Lw

Углеродистые стали относятся к группе конструкционных сталей, куда входят также нержавеющие, но последние мы далее рассматривать не будем.

Конструкционные углеродистые стали характеризуются как по химическому составу (по ГОСТ 380), так и по механическим свойствам (ГОСТ 1050).

Цели этих ГОСТов разные – для ряда технологий (в том числе для горячего цинкования) важен именно химический состав, в то время как для конструкционных расчетов важно знать механические свойства сталей, а эти характеристики регламентируются именно ГОСТ 1050.

Углеродистые стали также подразделятся по способам раскисления перед разливкой в изложницы. По способу раскисления различают кипящие, полуспокойные и спокойные стали.

Кипящая сталь

Кипящая сталь наиболее дешевая, так как при ее выплавке расходуется минимальное количество специальных добавок и обеспечивается максимальный выход годного продукта. Пониженное содержание кремния и марганца обусловливает меньшую прочность и большую пластичность, чем у спокойной стали.

Недостатками кипящей стали являются развитая ликвация, в головной части слитка неоднородность содержания углерода достигает 400%, серы — 900% от их среднего содержания. В спокойной стали неоднородность содержания углерода лишь на 60%, а по сере на 110% превышает их среднее содержание в стали.

Прокат из кипящей стали более неоднороден по химическому составу, чем прокат из спокойной стали. Листы и профили, изготовленные из разных частей слитка, различаются по содержанию углерода, серы и фосфора.

Поэтому прокат из кипящей стали характеризуется неоднородностью структуры и механических свойств даже для металла одной плавки. В среднем кипящая сталь содержит около 0,02 % кислорода, что в несколько раз больше, чем у спокойной стали.

Хладостойкость кипящей стали понижена, в среднем Т50 у нее на 10–20°С выше по сравнению с Т50 для спокойной стали. Пониженное сопротивление хрупкому разрушению особенно характерно для проката значительной толщины (14–20 мм и более) из кипящей стали.

Спокойная сталь

Спокойная сталь гораздо однороднее по химическому составу, чем кипящая сталь. Благодаря присутствию в спокойной стали остаточного (кислоторастворимого) алюминия у нее ниже склонность к росту зерна, чем у кипящей стали. Поэтому прочность и хладостойкость более однородного и мелкозернистого проката из спокойной стали выше, чем проката из кипящей стали.

Но при затвердевании спокойной стали в изложницах образуется большая усадочная раковина, для удаления которой прибегают к обрезанию слитка (12–16% по массе). Вследствие этих потерь, а также дополнительных расходов, в том числе на ферросплавы и алюминий для раскисления, спокойная сталь дороже кипящей.

Существует сталь с промежуточной степенью раскисления — полуспокойная. В отличие от кипящей она обрабатывается перед разливкой небольшим количеством раскислителей.

По однородности химического состава, микроструктуры и механических свойств, по сопротивлению хрупкому разрушению и прочностным показателям прокат из полуспокойной стали уступает прокату из спокойной стали и занимает между ним и прокатом из кипящей стали промежуточное положение.

Основным преимуществом кипящей стали является высокий (более 95 %) выход годного. У полуспокойной стали, раскисляемой марганцем и в ковше кремнием, выход годного составляет около 90%.

Спокойная сталь раскисляется кремнием, марганцем и алюминием. Выход годного у слитков спокойной стали около 85%, но металл значительно более плотен и имеет более однородный химический состав.

В зависимости от содержания вредных примесей: серы и фосфора — стали подразделяют на:

• стали обыкновенного качества, содержание до 0.05% серы и до 0,04% фосфора;
• качественные — до 0,035% серы и фосфора каждого отдельно, они менее загрязнены неметаллическими включениями и газами. В особо ответственных случаях эти стали содержат менее 0,02% S и 0,03% Р. Поэтому при одинаковом содержании углерода качественные стали имеют более высокие пластичность и вязкость, особенно при низких температурах. Качественные стали являются более предпочтительными для изготовления изделий, эксплуатируемых при низких температурах, в частности, в условиях Севера и Сибири.
• высококачественные — до 0,025% серы и фосфора;
• особовысококачественные — до 0,025% фосфора и до 0,015% серы.

Cтали обыкновенного качества

Cтали обыкновенного качества изготавливают по ГОСТ 380–2005.Выплавка их обычно производится в крупных мартеновских печах и кислородных конвертерах. Обозначают их буквами «Ст» и цифрами от 0 до 6, например: Ст0, Ст1, Ст6.

Буквы «Ст» обозначают «Сталь», цифры — условный номер марки стали в зависимости от ее химического состава.

В конце обозначения марки стоят буквы «кп», «пс», «сп», которые указывают на способ раскисления: «кп» — кипящая, «пс» — полуспокойная, «сп» — спокойная.

https://www.youtube.com/watch?v=gWRIXjiIlGo

Углеродистые стали обыкновенного качества содержат С ≤ 0,49% и выпускаются трех разновидностей в зависимости от технологии раскисления: кипящие с С ≤ 0,27% (Ст1кп, Ст2кп, Ст3кп и Ст4кп); полуспокойные (Ст1пс, Ст2пс, Ст3пс, Ст4пс, Ст5пс и Ст6пс); спокойные (Ст1сп, Ст2сп, Ст3сп, Ст4сп, Ст5сп и Ст6сп).

К этим сталям относятся также стали Ст3Гпс, Ст3Гсп, Ст5Гпс с Mn = 0,8–1,10% (в стали Ст5Гпс допускается Mn = 0,8–1,20%). Эти стали имеют повышенную прочность по сравнению с прочностью сталей Ст3пс, Ст3сп и Ст5пс.

В стали Ст0 ограничивают только содержание углерода (не более 0,23%), серы, фосфора, не предъявляют специальных требований к технологии ее выплавки, нормируют только временное сопротивление (σв ≥ 300 МПа).

Таблица 5.1. Химический состав углеродистых сталей обыкновенного качества по ГОСТ 380-2005

В сталях обыкновенного качества нормируют содержание примесей на более высоком уровне, чем у сталей других групп: S ≤ 0,05%, P ≤ 0,04%, As ≤ 0,08%. В сталях, выплавленных на керченской руде, допускается As ≤ 0,15%, N ≤ 0,010%; в сталях, выплавленных в дуговых печах, N ≤ 0,012%.

У горячекатаных сталей скорость охлаждения уменьшается при увеличении диаметра (толщины) проката от 10 до 100 мм. Уменьшение скорости охлаждения приводит к образованию более грубых ферритно-перлитных структур и уменьшению σт и δ.

Качественные углеродистые стали

Качественные углеродистые стали выплавляются в электропечах, кислородных конвертерах и мартеновских печах по ГОСТ 1050–88. К ним предъявляются более жесткие требования по содержанию вредных примесей (серы — не более 0,04%, фосфора — не более 0,035%). Для стали марок 11кп и 18кп, применяемой для плакирования, содержание серы и фосфора должно быть не более 0,035 %.

Качественные углеродистые стали маркируют двузначными цифрами 05, 10, 15, …, 60, указывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента.

При обозначении кипящей или полуспокойной стали в конце марки указывается степень раскисленности: кп, пс. В случае спокойной стали степень раскисленности не указывается.

По содержанию углерода качественные углеродистые стали подразделяются на низкоуглеродистые (до 0,25% С), среднеуглеродистые (0,3–0,5 %С) и высокоуглеродистые конструкционные (до 0,65% С).

Для изделий ответственного назначения применяют высококачественные стали с еще более низким содержанием серы и фосфора.

Низкое содержание вредных примесей в высококачественных сталях дополнительно удорожает и усложняет их производство. Поэтому обычно высококачественными сталями бывают не углеродистые, а легированные стали.

При обозначении высококачественных сталей в конце марки добавляется буква А, например сталь У10А.

Углеродистые стали, содержащие 0,7–1,3% С, используют для изготовления ударного и режущего инструмента. Их маркируют У7, У13, где «У» означает углеродистую сталь, а цифра — содержание углерода в десятых долях процента.

Возможно Вас так же заинтересуют следующие статьи:

by HyperComments

Достоинства спокойных сплавов

Металлу характерна:

• однородная структура;
• низкая хрупкость;
• пригодность к сварке;
• устойчивость к динамическим нагрузкам;
• меньшее содержание примесей по сравнению со сталями, которые могут кипеть.

Минус спокойных сплавов — высокая цена, обоснованная добавлением раскислителей и удалением усадочной раковины.

Благодаря приобретенным качествам спокойная сталь относится к конструкционным углеродистым сплавам, используемым на ответственных участках.

Спокойная сталь

По-английски спокойную сталь называют слегка «устрашающе» — killed
steel
. Cпокойная сталь – это сталь, у которой практически не происходит выделения газов при затвердевании слитка после его разливки. Это обеспечивается полным раскислением стали — полным удалением из нее кислорода и образованием усадочной раковины в верхней части слитка. Эта часть слитка затем отрезается и отправляется в лом.

Все легированные стали, большинство низколегированных сталей и многие углеродистые стали обычно применяют в виде спокойных сталей. При непрерывной разливке сталь также «успокаивают» полностью. Спокойная сталь характеризуется гомогенной структурой и равномерным распределением химического состава и свойств.

Для получения спокойной стали ее раскисляют алюминием, а также марганцевыми или кремнистыми ферросплавами. Кроме того, иногда применяют силицид кальция и другие специальные раскислители.

Сталь d2 для ножей

Прежде чем охарактеризовать эту сталь с промышленной точки зрения, рассмотрим особенности охотничьих ножей. Почему именно эта сталь востребована при их производстве, и для каких именно ножей она применяется.

Такое сочетание как охотничий нож у профессионалов вызывает интерес, в то время как человек не заинтересованный пропустит это мимо. Дело в том, что ножи носят особый статус. У них своя форма, наличие деталей, конструкция каждый элемент которых имеет свое значение и определение.

Для охотничьего ножа первое правило — клинок должен долго держать хорошую заточку. Считается нормальным, если ее хватает на разделку одной большой туши, например кабана, лося или оленя. Форма такого ножа обязана иметь упор для устойчивости. — Все эти свойства и плюсы обеспечивает сталь D2 при невысокой стоимости.

Свойства сплава

Хотя сталь D2 обладает высокими антикоррозийными свойствами, однако не считается полностью нержавеющей. Устойчивость к коррозии во многом зависит от условий эксплуатации и хранения. При длительном нахождении изделий во влажной среде на них могут появиться пятна ржавчины.

Физические и технические характеристики стали D2 позволяют использовать ее после соответствующей термообработки для производства инструментов, обладающих высокой износоустойчивостью и стойкостью к ударным нагрузкам:

• плотность – 7700 кг/м3; показатель термальной проводимости – 20 Вт/м2*град;
• коэффициент эластичности – 21*104 МПа;
• компрессионная прочность увеличивается от 1750 до 2200 МПа с повышением твердости в диапазоне от 52 до 62 HRC.

Преимущества и недостатки

Как и любой сплав, сталь D2 обладает своими плюсами и минусами. Ее достоинства проявляются:

• в высокой твердости резца, способности долго держать заточку;
• стойкости к деформации;
• устойчивости к коррозии, хотя сталь и не относится к нержавеющим;
• стойкости к действию высоких температур;
• однородности внутренней структуры после закалки;
• значительной износоустойчивости;
• способности выдерживать динамические нагрузки;
• вполне доступной стоимости.

Очевидные преимущества ножей из стали D2 сделали их востребованными среди охотников и туристов. Большой популярностью пользуются и бытовые ножи для применения на кухне.

Недостатки сплава, в основном, связаны с его достоинствами, в частности:

• из-за высокой твердости заточка ножей требует специальных приспособлений, что в походных условиях трудно выполнить;
• несмотря на высокую устойчивость к коррозии, ножи требуют внимательного ухода и исключения контакта с агрессивными средами.

Ножи, изготовленные из стали D2, считаются лучшим вариантом для использования в любых условиях. При правильном хранении и соблюдении правил ухода они прослужат долго, эффективно выполняя свои функции.

Сталь D2 плюсы и минусы

Сталь обладает весьма высокой прочностью по Роквеллу, на нашем производстве – это 63-64 единицы. Технологически данная характеристика может варьироваться от 55 до 69! единиц, но мы остановились на именно 63-64, как на золотой середине при малой прочности ножи быстро тупятся, а при слишком высокой трудно правятся.

Сталь изначально задумывалась как ножевая. Соответственно плюсов будет весьма немало количество, но без ложки дёгтя тоже не обойдётся.

Плюсы:

• высокая механическая прочность,
• острая режущая кромка, благодаря содержанию углерода выходит весьма агрессивный рез,
• высокая степень защиты от коррозии,
• режущую кромку можно заточить до бритвенной остроты. Заточку она будет держать чрезвычайно долго.

Небольшие минусы тоже найдутся.

Минусы:

• Сталь хоть и полунержавеющая, но минимальный уход за ней необходим,
• плохо выносит боковые нагрузки, выдёргивать им гвозди, например, лучше не стоит,
• высокая прочность делает заточку в «полевых» условиях проблематичной.

Итоги:

• хорошее соотношение цены и качества,
• долго держит заточку, но требует время на правку,
• нуждается в минимальном уходе, не предназначен для рубки и метания, не любит боковые нагрузки.