Углеродистая сталь: состав и классификация. - DieselPower

Углеродистая сталь: состав и классификация.

трубы из углеродистой стали

Углеродистая сталь на сегодняшний день нашла огромное применение во всех отраслях и сферах народного хозяйства. И это неудивительно. Сравнительно небольшая цена и высокие прочностные характеристики делают углеродистую сталь незаменимой для населения и промышленности. Из данной стали изготавливают детали котлов и трубопроводов, машиностроительную продукцию, инструменты и многое другое.

сталь углеродистая

Калиброванный круг из углеродистой стали чаще всего используется в судостроении и машиностроении

Углеродистая сталь – что это?

Углеродистая сталь – сплав железа с углеродом. Легирующие добавки почти полностью отсутствуют. В зависимости от основной сферы применения подразделяются на конструкционные и инструментальные.

Содержание основного элемента – углерода – в сталях данной категории может варьироваться в достаточно широких диапазонах. Так, высокоуглеродистая сталь содержит в своем составе 0,6–2% углерода, среднеуглеродистые стали – 0,3–0,6%, низкоуглеродистые – до 0,25%. Углерод определяет не только свойства данных сталей, но и их структуру. Так, внутренняя структура стальных сплавов, содержащих в своем составе менее 0,8% углерода, состоит преимущественно из феррита и перлита, при увеличении концентрации углерода начинает формироваться вторичный цементит.

нормы содержания угелерода

Углеродистые стали, в которых преобладает ферритная структура отличаются высокой пластичностью и низкой прочностью. Стали с преобладающим содержанием цементита отмечаются высокой прочностью, но вместе с тем и большой хрупкостью. При увеличение содержания углерода в стали до 0,8–1% прочностные характеристики и твердость углеродистой стали возрастают, но значительно ухудшаются ее пластичность и вязкость.

Количественное содержание углерода также оказывает серьезное влияние на технологические характеристики металла, в частности, на его свариваемость, легкость обработки давлением и резанием. Из сталей, которые относятся к категории низкоуглеродистых, изготавливают детали и конструкции не рассчитанные на серьезные нагрузки в процессе эксплуатации. Свойства, которыми обладают среднеуглеродистые стали, делают их доминирующим конструкционным материалом, который используется в производстве конструкций и деталей для нужд общего пользования и транспортного машиностроения. Высокоуглеродистые стальные сплавы идеально подходят для производства деталей, к которым предъявляются повышенные требования по износостойкости, для производства ударно-штампового и измерительного инструмента.

углеродистые стали обыкновенного качества

Химический состав углеродистых сталей обыкновенного качества

Углеродистая сталь, как и стальной сплав любой другой категории, содержит в своем составе различные примеси: кремний, марганец, фосфор, серу, азот, кислород и водород. Часть этих примесей, такие как марганец и кремний, являются полезными, их вводят в состав стали на стадии ее выплавки для того, чтобы обеспечить ее раскисление. Сера и фосфор – это вредные примеси, которые негативно сказываются на качестве стального сплава.

Классификация углеродистой стали по степени раскисления

На разделение углеродистых сталей на различные типы оказывает влияние в том числе такой параметр, как степень раскисления. В зависимости от данного параметра углеродистые стальные сплавы делятся на спокойные, полуспокойные и кипящие.

Более однородной внутренней структурой отличаются спокойные стали, раскисление которых осуществляют, добавляя в расплавленный металл ферросилиций, ферромарганец и алюминий. За счет того, что сплавы данной категории были полностью раскислены в печи, в их составе не содержится закиси железа. Остаточный алюминий, который препятствует росту зерна, наделяет такие стали мелкозернистой структурой. Сочетание мелкозернистой структуры и практически полное отсутствие растворенных газов позволяет формировать качественный металл, из которого можно изготавливать наиболее ответственные детали и конструкции. Наряду со всеми своими достоинствами углеродистые стальные сплавы спокойной категории имеют и один существенный недостаток – их выплавка обходится достаточно дорого.

Строение стального слитка зависит от степени раскисленности стали

Строение стального слитка зависит от степени раскисленности стали

Экономичными, но и менее качественными являются кипящие углеродистые сплавы, при выплавке которых используется минимальное количество специальных добавок. Во внутренней структуре такой стали из-за того, что процесс ее раскисления в печи не был доведен до конца, присутствуют растворенные газы, которые негативно отражаются на характеристиках металла. Так, азот, содержащийся в составе таких сталей, плохо влияет на их свариваемость, провоцируя образование трещин в области сварного шва. Развитая ликвация в структуре этих стальных сплавов приводит к тому, что металлический прокат, который из них изготовлен, имеет неоднородность как по своей структуре, так и по механическим характеристикам.

Промежуточное положение и по своим свойствам, и по степени раскисления занимают полуспокойные стали. Перед заливкой в изложницы в их состав вводят небольшое количество раскислителей, благодаря чему металл затвердевает практически без кипения, но процесс выделения газов в нем продолжается. В итоге формируется отливка, в структуре которой содержится меньше газовых пузырей, чем в кипящих сталях. Такие внутренние поры в процессе последующей прокатки металла практически полностью завариваются. Большая часть полуспокойных углеродистых сталей используется в качестве конструкционных материалов.

Методы производства и разделение по качеству

Для производства углеродистых сталей используются различные технологии, что сказывается на их разделении не только по способу производства, но и по качественным характеристикам. Так, различают:

  • высококачественные стальные сплавы;
  • качественные углеродистые стали;
  • углеродистые стальные сплавы обыкновенного качества.

Углеродистая сталь. Классификация

Классификация углеродистых сталей

Стальные сплавы, обладающие обыкновенным качеством, выплавляются в мартеновских печах, после чего из них формируют слитки больших размеров. К плавильному оборудованию, которое используется для получения таких сталей, относятся также кислородные конвертеры. По сравнению с качественными стальными сплавами, рассматриваемые стали могут иметь большее содержание вредных примесей, что сказывается на стоимости их производства, а также на их характеристиках.

Сформированные и полностью застывшие слитки металла подвергают дальнейшей прокатке, которая может выполняться в горячем или холодном состоянии. Методом горячей прокатки производят фасонные и сортовые изделия, толстолистовой и тонколистовой металл, металлические полосы большой ширины. При помощи прокатки, выполняемой в холодном состоянии, получают тонколистовой металл.

электрическая дуговая печь

На современных предприятиях для производства высококачественных сплавов используются электрические дуговые печи

Для производства углеродистых сталей качественной и высококачественной категорий могут применяться как конвертеры и мартеновские печи, так и более технологичное оборудование – плавильные печи, которые работают на электричестве. К химическому составу таких сталей, наличию в их структуре вредных и неметаллических примесей соответствующий ГОСТ предъявляет очень жесткие требования. Например, в сталях, которые относятся к категории высококачественных, должно содержаться не более 0,04% серы и не больше 0,035% фосфора. Качественные и высококачественные стальные сплавы благодаря строгим требованиям к способу их производства и к характеристикам отличаются повышенной чистотой структуры.

Где применяется углеродистая сталь?

Как уже говорилось, углеродистые стали по назначению разделяют на две основные категории: инструментальные и конструкционные. Инструментальные стальные сплавы, которые содержат 0,65–1,32% углерода, применяются в полном соответствии со своим названием – для изготовления инструмента различного назначения. Для того, чтобы улучшить механические свойства инструментов, обращаются к такой технологической операции, как закалка углеродистой стали, которая выполняется без особых сложностей.

 

углеродистая сталь. применение

Сферы применения углеродистых инструментальных сталей

Из конструкционных стальных сплавов выпускаются детали для оборудования различного типа, элементы конструкций машиностроительного и строительного назначения, крепежные детали и т.д.  В частности, такое распространенное изделие, как проволока углеродистая, производится именно из стали конструкционного типа.

Углеродистые стали во многом уступают легированным (например, той же нержавейки), но вместе с тем они способны обеспечить качество и надежность деталей и конструкций.

Ради справедливости стоит отметить и недостатки, которыми обладают такие марки сталей. К ним относятся низкие электротехнические свойства, недостаточная коррозионная устойчивость, которая еще более ухудшается с повышением температуры. Поэтому изделия следует покрывать защитным слоем. Также при нагреве снижаются прочностные характеристики сплавов, а перегрев приводит к короблению и образованию трещин. Негативно сказывается и высокий коэффициент теплового расширения.

Особенности маркировки

Маркировка углеродистых сталей, правила составления которой регламентируются  ГОСТом, дает возможность понять категорию и химический состав сплава.  Углеродистая сталь обыкновенного качества маркируется буквами «СТ». Пунктами ГОСТа оговаривается семь условных номеров марок таких сталей (от 0 до 6), которые также указываются в их обозначении.  Степень раскисления можно узнать благодаря буквам «кп» (кипящая), «пс» (полуспокойная), «сп» (спокойная), которые указываются в самом конце маркировки.маркировка углеродистой стали

Цветовая маркировка наносится по требованию потребителя несмываемой краской

Марки углеродистых сталей по ГОСТу и по международным стандартам ИСО

Марки углеродистых сталей по ГОСТу и по международным стандартам ИСО

Марки качественных и высококачественных углеродистых сталей обозначаются просто цифрами, указывающими на содержание в сплаве углерода в сотых долях процента. В конце обозначения некоторых марок можно встретить букву «А». Это означает, что  углеродистая сталь обладает улучшенными металлургическими качествами.

Узнать о том, что перед вами инструментальная сталь, можно по букве «У», стоящей в самом начале ее маркировки. Цифра, следующая за такой буквой, указывает на содержание углерода, но уже в десятых долях процента. Буква «А», если она есть в обозначении инструментальной стали, говорит о том, что данный сплав отличается улучшенными качественными характеристиками.

Порадуйте статьей других:

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Пролистать наверх