Химический состав сталей. Сколько углерода в стали

2.4. Определение содержания углерода и марки стали по её структуре

Количественное соотношение феррита и перлита в структуре сталей зависит от содержания углерода. С увеличением содержания углерода в структуре увеличивается доля перлита, соответственно уменьшается доля феррита.

В доэвтектоидных сталях массовая доля углерода определяется по формуле:

(8.1)

где Fп – площадь, занятая в структуре перлитом, %; 0,8 – процентное содержание углерода в перлите.

При определении содержания углерода в заэвтектоидной стали необходимо учитывать содержание углерода не только в перлите, но и в цементите. Содержание углерода в заэвтектоидной стали определяется по формуле:

(8.2)

где (100–Fп) – площадь, занятая цементитом, %.

Рассчитав массовую долю углерода по формулам (8.1) и (8.2), можно установить марку доэвтектоидной стали. Для ориентировоч-ного определения содержания углерода доля этих площадей могут оцениваться визуально.

2.5. Влияние содержания углерода на свойства стали

С увеличением содержания углерода в структуре стали возрастает количество твёрдого и хрупкого цементита, а количество мягкого, пластичного феррита уменьшается. Твёрдые частицы цементита приводят к увеличению прочности σв, твёрдости НВ (рис.8.6), и одновременному снижению пластичности (δ, ψ) и ударной вязкости (КСV). В случае заэвтектоидных сталей грубые выделения цементита вокруг зерен перлита в виде непрерывной сетки (см. рис. 8.5) приводят к снижению прочности и к ещё большему снижению пластичности стали. Низко- и средне углеродистые стали имеют оптимальное сочетание прочности, твёрдости, пластичности и ударной вязкости. Они широко применяются для изготовления деталей машин, используются в различных конструкциях и такие стали получили название конструкционных. Они содержат ≤ 0,7 % С и широко применяются для изготовления деталей машин благодаря дешевизне и удовлетворительных механических свойств.

Рис. 8.6. Зависи-мость механи-ческих свойств стали от содер-жания углерода:

НВ – твёрдость;

σв–предел проч-ности;

δ–относительное удлинение;

ψ–относитель-ное сужение;

КСV – ударная вязкость

По качеству они делятся на стали: 1) обыкновенного качества с содержанием не более 0,05 % S и не более 0,04 % P; 2) качественные с содержанием не более 0,04 % S и не более 0,035 % P.

Стали конструкционные углеродистые обыкновенного качества маркируются сочетанием букв Ст, цифрами от 0 до 6, показывающей номер марки, и индексами, указывающими степень раскисленности стали (кп, пс, сп).

Содержание углерода в них изменяется от 0,1 % до 0,5 %. Это наиболее дешевые стали, изготавливаемые в виде проката (прутки, листы, швеллеры, трубы и др.) и поковок. Предназначены для изготовления различных металлоконструкций, а также слабонагруженных деталей машин и приборов. Состав и свойства сталей определяются ГОСТ 380-94.

Качественные конструкционные стали марок сталь 08, 10, 15, 20, 25,…, 60 по ГОСТ 1050-88 используются для изготовления деталей ответственного назначения. Цифры показывают содержание углерода в сталях в сотых долях процента. По содержанию углерода качественные углеродистые стали подразделяются на низкоугле-родистые (до 0,25 % С), среднеуглеродистые (0,3…0,5 % С) и высокоуглеродистые конструкционные (0,5…0,65 % С)

studfiles.net

классификация по количеству углерода, качеству и назначению

Углеродистыми сталями называют сплавы железа с углеродом с процентным содержанием C менее 2%. Изменением содержания углерода можно в значительной мере управлять свойствами сплава. Углеродистые стали классифицируют по количеству углерода, технологии раскисления, назначению и качеству.

Классификация углеродистых сталей по количеству углерода

Низкоуглеродистые. Содержат C в диапазоне 0,05-0,3%. Эти сплавы мягкие, пластичные, что очень затрудняет механическую обработку резанием. Основное применение углеродистых сталей с малым содержанием C – производство лент, проволоки, листов.
Среднеуглеродистые. С ростом содержания углерода (до 0,6%) увеличиваются твердость и прочность, но снижаются показатели пластичности, свариваемости, повышается хрупкость. Для марок углеродистой стали с содержанием C 0,3-0,6% характерна хорошая обрабатываемость механическими способами. Для ее дополнительного улучшения в сплав добавляют марганец и кремний.

Высокоуглеродистые. Эти сплавы содержат углерод в пределах 0,6-1,0% и повышенное количество марганца для роста закаливаемости. Упрочняются различными видами термообработки. Применяются в производстве инструмента, режущих лезвий, проволоки, пружин.
Ледебуритные. Содержание углерода – до 2%. Из-за высокой хрупкости не подвергаются холодной обработке. Основные свойства ледебуритной углеродистой стали: чувствительность к термообработке, высокая износостойкость, хорошая обрабатываемость резанием.

Другие классификационные признаки

По способу раскисления

Различают три вида сталей: кипящие, полуспокойные, спокойные. При равном содержании углерода эти сплавы имеют одинаковые характеристики прочности и разные – пластичности.

Для раскисления кипящих сталей (кп) применяют марганец. Для них характерны: значительная химическая и структурная неоднородность слитка. Благодаря малому содержанию кремния, стали поддаются холодной штамповке. Не применяются для создания изделий для эксплуатации в холодных климатических условиях.

Полуспокойные (пс). Раскисляются марганцем, в ковше – алюминием.
Спокойные (сп). Для раскисления применяются кремний, марганец, алюминий. Выход годного составляет примерно 85%. Для слитка характерна плотная однородная структура.

По качеству

Углеродистые стали обыкновенного качества – их маркировка осуществляется по ГОСТу 380-2005. Они обозначаются индексом Ст и цифрой – номером марки. Чем больше номер, тем выше содержание углерода, больше твердость и меньше пластичность. В конце ставится обозначение способа раскисления: кп, пс, сп. Используются в изготовлении неответственных строительных конструкций, крепежных элементов, труб, листов, фланцев.
Качественные углеродистые конструкционные стали обозначают двузначными числами, равными количеству углерода в сотых долях процента. В конце указывается индекс раскисления (кроме спокойных сталей).

По назначению

В зависимости от того, какие функции будут выполнять углеродистые стали, их разделяют на конструкционные и инструментальные. Инструментальные сплавы используются в производстве режущего и ударного инструмента. По качеству их разделяют на качественные (У8, У10, У12, У13) и высококачественные (У8А, У10А, У12А), где буква «У» означает углеродистая, число – сотые доли процента.

metallz.ru

Что же добавляют в сталь?

Сегодня хочу осветить химические элементы, входящие в состав стали и придающие ей какие-либо полезные качества.

ОБНОВЛЕНО! Внизу статьи представлены пробные варианты таблицы по составу и маркам стали. Остальные в процессе сборки и будут добавлены позже.

Итак, вот перечень часто используемых химических элементов (после скобок указано обозначение элемента в маркировке стали):

азот ( N ) — А алюминий ( Аl ) — Ю бериллий ( Be ) — Л бор ( B ) — Р ванадий ( V ) — Ф висмут ( Вi ) — Ви вольфрам ( W ) — В галлий ( Ga ) — Гл иридий ( Ir ) — И кадмий ( Cd ) — Кд кобальт ( Co ) — К кремний ( Si ) — C магний ( Mg ) — Ш

марганец ( Mn ) — Г свинец ( Pb ) — АС медь ( Cu ) — Д молибден ( Mo ) — М никель ( Ni ) — Н ниобий ( Nb) — Б селен ( Se ) — Е титан ( Ti ) — Т углерод ( C ) — У фосфор ( P ) — П хром ( Cr ) — Х цирконий ( Zr ) – Ц

Теперь разберем подробнее влияние тех или иных элементов на вещество, в нашем случае сталь. Химический состав сталей (таблица).

Углерод — главный элемент, определяющий свойства стали. Именно благодаря углероду сталь способна принимать закалку. От количества углерода зависит твёрдость и прочность стали для ножей, хотя он же повышает склонность стали к коррозии. Относительно стали для ножей, нас интересуют стали с количеством углерода не меньше 0.6%. Именно с этой отметки сталь может принимать закалку на нормальную твёрдость. Правда производители часто используют стали и с количеством углерода 0.4%-0.6%, как правило, на недорогих простеньких ножах, на кухонных ножах.

Хром — следующий по распространённости в сталях элемент. Хром помогает сплаву сопротивляться коррозии и делает её нержавеющей. Официально сталь считается «нержавеющей» если хрома в ней не меньше 14%. Помимо своего главного свойства Хром негативно влияет на прочность стали.

Молибден — используется как легирующая добавка, повышающая жаропрочность и коррозионную стойкость стали. Молибден усиливает действие хрома в сплаве, улучшает прокаливаемость, делает состав более равномерным. По сути, улучшает почти все свойства сплава. Молибден обязательный элемент в быстрорежущих сталях. Стали с добавкой молибдена используются для изготовления деталей работающих в агрессивных средах и при высокой температуре. То есть в химической промышленности, в деталях реактивных двигателей. Нож из лопатки самолётной турбины уже стал притчей. Те стали, из применяемых в производстве ножей, в составе которых имеется этот элемент, зарекомендовали себя с наилучшей стороны. Пример-сталь 154CM она же ATS-34 с содержанием молибдена 4% по идее она и предназначалась для тех самых лопаток турбин.

Ванадий — замечательный элемент, способный улучшать свойства многих сплавов. Улучшает прочность и значительно повышает износостойкость стали. Его добавляют во всё те же быстрорежущие и инструментальные стали. Для нас это означает, что сталь для ножа будет дольше держать заточку при резе картона, войлока, канатов и других подобных материалов. Но нож будет тяжелее точиться. Пример-стали CPM S30V, CPM S90V и подобные им.

Вольфрам — металл с самой высокой температурой плавления из всех металлов. Используется во множестве всевозможных приборов и отраслей, от лампочек до ядерных реакторов. Вольфрам, неотъемлемый элемент в составе быстрорежущих сталей. Помимо устойчивости к температурам, сталь для ножа получает свойства, положительно влияющие на твёрдость и износостойкость.

Кобальт — ещё один металл с множеством применений, от корма для коров до космических кораблей. В некоторых количествах кобальт добавляется в быстрорежущие стали и твёрдые сплавы. Из сталей, применяемых в ножах, кобальт содержат стали VG-10 и N690 в количестве около 1.5%.

Азот — применяют в сталях как заменитель углерода и никеля. Азот повышает стойкость к коррозии и износостойкость стали для ножа. И позволяет стали с очень низким содержанием углерода принимать закалку. Например японская сталь Н1 в которой всего лишь 0.15% углерода, но 0.1% Азота позволяют закалять её на 58HRC и делают её практически абсолютно нержавеющей.

Никель — так же повышает коррозионную стойкость стали и способен несколько повысить прочность. Много никеля присутствует во всё той же стали Н1.

Кремний — необходимый в производстве сталей элемент. Он удаляет из металла кислород. Ну и заодно несколько повышает прочность и коррозионную стойкость.

Сера – это совсем не полезный элемент, она снижает механические свойства стали и уменьшает стойкость стали к коррозии. Поэтому серы в сталях обычно очень мало, лишь то, что не удалось удалить из стали в процессе её производства. Однако сера может быть добавлена, чтобы повысить обрабатываемость каких-нибудь жутко износостойких сталей.

Фосфор — вредная примесь, в стали ему не место, а особенно в стали для ножа, ибо он повышает хрупкость и снижает механические свойства стали. Фосфор стараются удалить из стали.

Марганец — как полезный и нужный элемент применяется на стадии выплавки стали, способен повышать твёрдость стали. Из сталей со значительным содержанием марганца делают всякие брутальные и монстрообразные вещи — рельсы, танки, сейфы.

Титан — может добавляться в сплавы для повышения прочности, стойкости к коррозии и температурам. В ножевых сталях титан, как добавка в принципе не актуален, так как количества его там ничтожные.

Ниобий — повышает коррозионную стойкость и износостойкость стали. Ниобий в сталях (или стали с ниобием) жуткая экзотика, но его можно найти в сплаве CPM S110V.

Алюминий — повышает жаростойкость и стойкость к окалине.

Медь — увеличивает антикоррозионные свойства, она вводится главным образом в строительную сталь.

Церий — повышает прочность и особенно пластичность.

Цирконий — оказывает особое влияние на величину и рост зерна в стали , измельчает зерно и позволяет получать сталь с заранее заданной зернистостью.

Лантан — уменьшают пористость, способствуют уменьшению содержания серы в стали, улучшают качество поверхности, измельчают зерно.

Цезий — способствуют уменьшению содержания серы в стали , улучшают качество поверхности, измельчают зерно.

Неодим — уменьшают пористость, способствуют уменьшению содержания серы в стали.

Кстати, вот интересная информация по применению никелевых катодов и анодов при никелировании никелевые аноды

Далее приведу наиболее удобную форму представления подробного химического состава основных марок отечественной и зарубежной стали. Нажимаем на картинку и получаем увеличенное изображение. Картинки пронумерованы в соответствии с очередностью представления в общей таблице.

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

Таблица 4

Обновлено! По Вашим просьбам я начал формирование сводной таблицы по маркам стали. На данный момент представляю Вам несколько образцов штамповой инструментальной стали. Для удобного использования данных таблиц — скачиваем их. В последствии обязательно сделаю один общий архив.