Углеродистая сталь - классификация, маркировка и применение. Свойства углеродистая сталь
Углеродистая сталь - свойства, марки, классификация и применение сталей
Сталь – это сплав, состоящий из двух обязательных компонентов, – железа и углерода. Дополнительные элементы – кремний менее 1%, марганец менее 1%, сера – менее 0,05%, фосфор менее 0,06%. Содержание углерода не более 2,14%. Сплавы с процентным соотношением C, превышающим 2,14%, относятся к чугунам. По химическому составу марки стали разделяют на углеродистые и легированные, которые содержат дополнительные добавки, придающие материалу желаемые характеристики. Углеродистые стальные сплавы классифицируют по степени раскисления, содержанию углерода, качеству.
Классификация углеродистых сталей по степени раскисления
Спокойные
Такие сплавы обладают наиболее однородной структурой. Для раскисления используют алюминий, ферросилиций и ферромарганец, которые практически полностью удаляют находящие в расплаве газы. Сочетание практически полного отсутствия газов с мелкозернистой структурой, обусловленной наличием остаточного алюминия, обеспечивает хорошее качество металла. Эти марки подходят для изготовления деталей, изделий и конструкций ответственного назначения. Основной недостаток – высокая стоимость.
Кипящие
Это наиболее дешевая и наименее качественная группа. Из-за использования минимального количества добавок для раскисления в материале присутствуют растворенные газы, которые являются причиной неоднородности структуры, химического состава, а следовательно механических свойств. Такие металлы обладают плохой свариваемостью, поскольку из-за присутствия газов высока вероятность образования трещин на швах.
Полуспокойные
Группа занимает промежуточное положение по стоимости и характеристикам. В отливке образуется гораздо меньше газовых пузырьков, по сравнению с кипящими сталями. При прокатке внутренние дефекты в основной массе устраняются. Такие материалы часто применяются в качестве конструкционных сплавов.
Виды нелегированных углеродистых сталей по содержанию углерода
Низкоуглеродистые с содержанием C не более 0,25%
Большая часть этой продукции выпускается в виде холоднокатаных или отожженных листов и полос. Свойства, а следовательно области ее применения, зависят от процентного соотнош
treydmetall.ru
Углеродистая сталь
Кроме углерода обычные углеродистые стали содержат и другие элементы: до 1,65 % марганца; до 005 % серы; до 0,04 % фосфора; до 0,60 % кремния и до 0,60 % меди.См. Влияние марганца и кремния на свойства сталей иВлияние фосфора, серы и меди на свойства сталей.
Углеродистые стали можно классифицировать с различных точек зрения, например, по способу раскисления. Конечно, способ раскисления оказывает влияние на характеристики и свойства стали. Однако изменение содержания углерода оказывает самое большое вляиние на механические свойства стали – с увеличением содержания углерода возрастает ее твердость и прочность. Поэтому обычно стали группируют по содержанию в них углерода. Обычно углеродистые стали содержат в сумме до 2 % всех легирующих элементов и в свою очередь подразделяются на:
- низкоуглеродистые стали;
- среднеуглеродистые стали и
- высокоуглеродистые стали.
Углеродистые стали являются основной продукцией черной металлургии – они составляют более 80 % ее продукции. Основным металлическим материалом промышленности является именно углеродистая сталь.
Для углеродистых сталей наиболее чаще других применяют следующие стандарты:
- ГОСТ 380-2005. Сталь углеродистая обыкновенного качества
- ГОСТ 1050-88. Сталь углеродистая качественная конструкционная
Низкоуглеродистые стали
Низкоуглеродистые стали содержат углерода до 0,25 %. Самой большой категорией этого класса сталей является плоский прокат – листы и полосы, обычно в холоднокатаном или отожженном состоянии. Содержание углерода для повышения способности к горячему деформированию и холодному волочению этих сталей обычно очень низкое (менее 0,10 %) с содержанием марганца до 0,40 %. Эти низкоуглеродистые стали применяют для изготовления корпусов автомобилей, жести и проволочной продукции.
Низкоуглеродистые стали с содержанием углерода от 0,10 до 0,25 % имеют повышенную прочность и твердость, но более низкую способность к пластическому деформированию по сравнению с низкоуглеродистыми сталями с самым низким содержанием углерода.
Эти стали часто применяют в сочетании с процессом их цементации. Типичное применение цементованных сталей – детали с высокими требованиями по износостойкости, но без необходимости увеличивать прочность сердцевины детали, например, небольших валов или шестерен.
Катаные профили из конструкционной стали с содержанием углерода около 0,25 % и до 1,5 % марганца и алюминия применяют в условиях, когда требуется повышенная вязкость материала. Когда сталь применяют для штамповки, ковки, бесшовных труб или листа для изготовления котлов добавки алюминия не производят.
Важной категорией этих сталей являются низколегированные автоматные стали с содержанием углерода до 0,15 % и марганца – до 1,2 % с минимумом кремния и с содержанием серы до 0,35 %, а также со свинцом до 0,30 % или без него. Эти стали предназначены для автоматического массового производства из них деталей, которые не подвергаются тяжелым механическим и климатическим воздействиям. Если же изделию нужны высокая пластичность и вязкость, а также коррозионная стойкость, то эти стали для него не подходят.
Среднеуглеродистые стали
Среднеуглеродистые стали содержат 0,30-0,55 % углерода и 0,60-1,65 % марганца. Они применяются там, где требуются высокие механические свойства. Эти стали обычно упрочняются путем термической обработки или нагартовкой. Стали из этой группы с пониженным содержанием углерода и марганца находят широкое применение для некоторых типов деталей, получаемых путем холодной пластической деформации. Это требует предварительного применения отжига, нормализации или закалки с отпуском. Стали с более высоким содержанием углерода часто подвергаются волочению до заданных механических свойств для применения без термической обработки.
Все эти стали могут подвергаться ковке. Выбор стали зависит от размеров изделия и механических свойств, которые она должна обеспечивать после термической обработки. Эти стали обычно производят как спокойные и они очень широко применяются в машиностроении. К этим сталям также добавляют при необходимости их массовой механической обработки свинец и серу, а также алюминий для измельчения зерна и повышения вязкости. Стали с содержанием углерода 0,40-0,60 % применяют для изготовления железнодорожных рельсов, вагонных колес и осей, бандажей для локомотивов.
Высокоуглеродистые стали
Высокоуглеродистые стали, содержащие 0,55 -1,00 % углерода и 0,30-0,90 % марганца имеют более ограниченное применение, чем среднеуглеродистые стали. Дело в том, что эти стали более дорогие в производстве, имеют низкую пластичность и, следовательно, с большим трудом подвергаются горячей обработке, а также плохо свариваются. Высокоуглеродистые стали находят применение в производстве пружин, при изготовлении различных режущих инструментов, включая элементы землеройных машин и машин для обработки сельскохозяйственных земель, а также высокопрочной проволоки – везде, где требуется более высокая износостойкость и более высокая прочность, чем могут обеспечить стали с более низким содержанием углерода.
steel-guide.ru
Высокоуглеродистая сталь – узнаем главные свойства по марке + видео
Высокоуглеродистая сталь нашла свое применение во многих областях, потому что обладает рядом достоинств. Однако далеко не всегда ее использование целесообразно, поэтому очень важно знать свойства и особенности данного сплава. Именно о них и пойдет речь ниже.
1 Какие стали называются высокоуглеродистыми?
Сначала стоит вообще разобраться с тем, что такое сталь. Итак, это сплав углерода и железа, а также иных легирующих элементов. Причем содержание первого колеблется в пределах от 0,02% до 2,14%, и в зависимости от его количества стали делятся на мало-, средне- и высокоуглеродистые. Что же насчет последних, так в этом случае, как уже становится понятно из названия, в сплаве повышенное количество углерода, это более 0,6 %. Такой состав влияет на эксплуатационные характеристики.
Высокоуглеродистая сталь, механические свойства которой мы подробнее рассмотрим чуть ниже, сваривается достаточно проблематично, а все из-за склонности материла к таким дефектам, как закаленные зоны и трещины в области термического влияния. В связи с этим необходимо использовать наконечники с малой тепловой мощностью. Что же насчет пламени, так оно должно быть восстановительным, ведь окислительное приведет к чрезмерному выгоранию углерода, а это поспособствует повышенной пористости шва.
Рекомендуем ознакомиться
Дабы предотвратить вышеописанные дефекты, следует подогреть материал до температуры 200–250 °С.
2 Свойства и область применения высокоуглеродистой стали
Рассмотрим, как же содержание углерода влияет на свойства сталей. Итак, с возрастанием этого элемента в структуре увеличивается доля цементита, при этом количество феррита, напротив, снижается. В связи с этим материал становится менее пластичным. Что же насчет таких характеристик, как твердость и прочность, то на них подобное изменение влияет положительным образом. Но и тут не все так просто, максимальные прочностные характеристики будут достигнуты при значении углерода 1%, если же его количество еще возрастет, то в структуре возникнет сетка вторичного цементита, и прочность начнет снижаться.
Теперь остановимся на ударной вязкости таких сталей, она снижается, а вот электросопротивление и температурный интервал перехода материала от вязкого разрушения к хрупкому становится выше. Кроме того, стоит отметить ухудшение литейного свойства, свариваемости, да и более проблематичными станут такие операции, как резание и обработка материала давлением. В связи с этим данные марки сталей не совсем пригодны для сваривания, хотя этой операции и не избежать, особенно когда речь идет о ремонтных работах. Их намного чаще используют для штамповки деталей. Кроме того, широкое распространение нашла и проволока, сделанная именно из этого типа материала. Также они применяются и в литейной отрасли.
3 Маркировка для высокоуглеродистых сталей
Безусловно, знать каково влияние тех либо иных химических элементов на свойства сплавов весьма важно, однако как же определить его состав? Ведь именно он играет существенную роль и влияет на свойство, качество, а также предел прочности материала, и если его неправильно подобрать, то иногда последствия могут быть необратимыми. Так, например, в случае превышения предела прочности какого-либо элемента конструкции, она разрушается.
Именно для этого существует маркировка, которая имеет буквенные и цифирные обозначения и наносится специальной несмывающейся краской. Причем по данному коду можно не только прочитать количество легирующих элементов, но и узнать еще дополнительную информацию, такую как качество металла, его степень раскисления и т. д. Об этом и пойдет речь в данном пункте.
Итак, кроме углерода на свойства стали влияет также и наличие марганца. Он способствует прокаливаемости, улучшению прочностных характеристик материала и его износостойкости. В связи с этим он присутствует почти в каждом типе стали, и если его содержание более 0,8%, то в маркировке такого материала сразу после цифрового обозначения, указывающего количество углерода, будет следовать буква "Г". Если речь идет об инструментальных сталях с содержанием углерода более 0,75%, то их код начинается с заглавной буквы "У", после которой следует процентное содержание С в десятых долях. Так, У9 означает, что говорят об углеродистой инструментальной стали, в которой около 0,9% углерода.
Кроме того, высокоуглеродистые стали разных марок имеют и еще некоторые обозначения. Например, если сплав будет высокого качества, то в конце шифра обязательно ставится буква "А", а вот особо высококачественные обозначаются как "Ш". По степени раскисления эти материалы делятся на кипящие, полуспокойные и спокойные их обозначение в маркировке "кп", "пс" и "сп", соответственно.
tutmet.ru
