Стомана

Професионалистите от бранша често говорят за стомана, като тя се намира в определен етап от производството (тогава става въпрос за циментация, ледебурит, перлит, аустенит, фeрит α), които са описани във фазовия бинарен диаграм на желязо-въглерод с редица структури (жмирин, троостит, сорбит, мартензит, байнит), описвани от т.нар. диаграми IRA (или ARA).

Обикновено в техническата и химическата практика изразът „желязо“ се използва само за спецификация на химическия елемент, респективно химически чисто желязо като такова. Но ако говорим за технически сплави, те винаги се наричат „стомани“ или „чугуни“ (тези понятия са много добре познати и на лаиците и потребителите).

Как се произвежда стоманата?

Когато не броим древността и средновековието, модерната епоха донесе значителни промени дори в този процес. Днес това е отново металургичен процес, в рамките на който от т.нар. „сурово желязо“ (което, както е известно, се произвежда в доменна пещ) се извлича в крайния резултат сплав от въглерод, желязо и други химически елементи. По време на процеса съдържанието на въглерод и примеси се намалява (най-вече сяра и фосфор) до определено ниво + добавят се и други легиращи елементи, които допълнително подобряват свойствата на стоманата (никел, хром, алуминий, манган, силиций, …).

Какво е химическа термична обработка на стомана?

Този процес на химическа термична обработка включва множество стилове за по-нататъшна обработка, в които повърхността на стоманата се насища с допълнителни елементи. Това променя химическия състав на горните слоеве на стоманената част (обикновено с повишаване на температурата и с помощта на допълнителни елементи като въглерод или азот – или дори тяхната комбинация). Логичната цел е за постигане на желаните от производителя параметри за конкретния тип стомана: основно увеличение на устойчивостта на умора и износване, увеличаване на устойчивостта на корозия, увеличаване на жило- и твърдост, …

Днес най-често срещаните методи за химическа термична обработка са следните:

• Карбонитридация
• Бориране
• Сулфонитридация – това е повърхностно насищане на стоманата както с азот, така и със сяра едновременно.
• Нитридация – включва повърхностно насищане на стоманата, но изключително с азот.
• Нитроцементация – тук отново става въпрос за повърхностно насищане на стоманата едновременно с азот и въглерод.
• Шерадиране – в този случай това е повърхностно насищане на стоманените части с цинк.
• Сулфинизация – изключително повърхностно насищане на стоманата със сяра.
• Цементация – това е насищане на повърхността на ниско въглеродни стомани с въглерод (но само до 0,25 %).

Какви са свойствата на стоманата?

Всеки знае, че стоманата (и съответно и желязото) е най-често използваният метален материал в нашата цивилизация. Когато легираме с въглерод, съответно с някои допълнителни материали (и приложим термично-механичен и термичен процес), веднага получаваме различни стоманени свойства. А това дори в неочаквано голям диапазон. Това, разбира се, дава широки възможности на отделните производители да усъвършенстват своите стоманени продукти до истинско съвършенство (с други думи, всеки тип и подтип стомана може да се използва само там, където наистина превъзхожда).

Какви са физичните свойства на стоманите (средно)?

Когато първо мислим за структурните компоненти на стоманата, те традиционно са описани в бинарния диаграм с елементите желязо-въглерод. Стандартната специфична плътност на стоманата е 7850 кг/м³. Нейната специфична топлинна капацитивност (това е количеството топлина, необходимо за загряване на 1 килограм от даденото вещество с 1 градус) достига приблизително около 469 J·kg-1·K-1 (до голяма степен зависи от съдържанието на допълнителни примеси). Точката на топене за стоманите отново е около 1539 °C.

Физични свойства на стоманата

Те отново в голяма степен зависят от това каква е плътността на стоманата и също така от съдържанието на въглерод, така че предоставените по-долу стойности не са винаги и навсякъде валидни – това са само ориентировъчни стойности.

• Числото на Поасон – v = 0,3
• Модул на еластичност – E = 210 000 МРа
• Модул на срязване – G = 81 000 МРа

Какви видове стомани се произвеждат и използват днес?

Към днешна дата броят на произведените стомани е много висок (в общия случай около 2500 типа и варианти!). Те са допълнително специфицирани и разделени в рамките на различните норми (DIN, ČSN, …) според техния тип (т.е. химически състав), също според структурата, но и по техните физични и механични свойства.

Според по-нататъшния химически състав стоманите се разделят на следните групи:

Нелегирани стомани

Понякога се наричат и „въглеродни стомани“. При тях съдържанието на определени легиращи елементи е по-ниско от максималната таблична стойност, определена за даден елемент. За по-голямата част от елементите, това е до 2%. Механичните свойства на всички въглеродни стомани могат, разбира се, да бъдат допълнително променяни чрез обработка: термична (отпускане, закаляване, отгряване), термомеханична и термохимична (нитридация и цементация).

Нисколепирани стомани

При тях важи, че след като отнемем съдържанието на въглерод, тяхното въглеродно съдържание е по-малко от 5%. Те са по свойства много подобни на нелегираните стомани, но са подходящи и за по-нататъшна термична обработка (чрез термична обработка могат допълнително да се променят техните механични свойства). С нарастването на съдържанието на въглерод, нараства и тяхната твърдост след закаляване (до съдържание от 0,85% масова част въглерод). По-нататъшното каляване е недопустимо, защото твърдостта вече не се увеличава. Но съдържанието на въглерод също влияе на здравината на стоманата (тук е валидна пряка връзка = колкото повече въглеродно съдържание, толкова е по-здрава стоманата).

За пример – преди се произвеждали плугови дискове от стомана тип 11700, в които производителят уверявал, че не е необходимо да се закаляват, защото стоманата с този обем въглерод е достатъчно твърда сама по себе си.

Високолегирани стомани

Когато съдържанието на легираните елементи надвиши общата граница от 5%, съответната стомана се счита за високолегирана. Пак тук всеки един влияе на свойствата на крайния продукт.

Как се разделят стоманите по област на използване?

• Дамаска стомана – това е стомана, предназначена предимно за производство на остриета от всякакъв вид (мечове, саби, ножове, ...), която е гъвкава и здрава. Парадоксално е, че този тип не е изграден от един вид стомана, а от няколко, които са заварени на огъня чрез ковачество (технически това е горещо съединяване).
• Инструментални стомани – високо и средно легирани въглеродни. Обикновено имат предзнаменател „19“.
• Антикорозионни, жило- и жароустойчиви стомани – това винаги са високолегирани стомани с много никел (осигурява устойчивост на киселини) и хром (когато има поне 8%, предотвратява корозията).
• Стомани за обогатяване – това са типове с умерено съдържание на въглерод, които се отпускат допълнително, за да се постигнат желаните свойства при запазване на настоящите добри свойства.
• Дълбоко издърпващи стомани – използват се изключително за производство на така наречените дълбоко издърпващи листове.
• Стомани за електротехнически листове – за да могат да бъдат преработени и използвани като ядра на трансформатори (и ротационни машини), те трябва да предоставят определени магнитни параметри и свойства. Съдържат 1-4,5% силиций и малко въглерод.
• Стомани за циментация – ниско съдържание на въглерод, но дори след закалка с отлични механични параметри. Повърхността им се обогатява с въглерод при по-нататъшна закалка.
• Стомани за пружини – добре позната стомана за пружини, която е отделна или съвместна. При тях е възможно да се използват добри статични и механични свойства и супер дълготрайна умора.
• Бетонни стомани – намират се в арматурни пръти в строителната промишленост или в армирания проводник.
• Автоматични стомани – въглеродни стомани с повишен дял сяра и манган или дори олово. Те имат добра обрабоваемост и техните стружки лесно се чупят.
• Конструкционни стомани – типично нелегирани и за строителната и машиностроителната индустрия.

Къде се използва стоманата днес?

Вероятно знаете – достатъчно е да минете покрай строеж и ще забележите, че той се строи с помощта на стоманени колони. Обикновено стоманата се използва за създаване на носещи конструкции. Стоманата е сравнително много здрава и гъвкава в сравнение с други материали и не е с голяма тежест. За силно натоварени (и дългочерпателни) конструкции просто няма друга опция. Стоманата е отлична за много натоварени конструкции и хали. Днес често се използва и покрай реки под формата на мостове, стълбища, мостове и други подобни черти. Разбира се, трябва да се напомни, че тя също така оказва голямо влияние върху естетиката (и за това често се използва и от скулптори и домашни и градински архитекти).

Днес стоманени части много често се използват и като връзки / укрепвания за други постройки (особено стъклени, дървени и бетонни). Те намират приложение и при различни специализирани и сложно оформени уникални постройки (архитектите трябва да имат предвид, че когато нисколегирано парче стомана се нагрява, неговата граница на пластичност и якост намалява приблизително наполовина). Стоманите днес често се използват и като устойчиви резервоари / силози / тръбопроводи, където това има смисъл или е необходимо (индустрия, енергетика, …). Без стомана няма да мине нито една част на машинната промишленост.

И още нещо важно – стоманата е лесна за рециклиране (намалява енергийната консумация при обработката с 75%!) и много лесно се укрепва и модифицира структурата й.

На предоставените връзки можете да разгледате различните видове стомана, с които можете да се срещнете в нашия интернет магазин, предимно сред ножове, но също и сред мачете и мултифункционални инструменти, при някои инструменти или дори при кутии от неръждаема стомана и други съдове за ястия:

• 440A
• 440B
• 440C
• 8CrMoV
• AUS 8
• CrNi 1810
• D2
• Niolox
• PGK
• Sleipner

Бележка в края: при някои ножове може да се срещне и керамично острие.