Максимальное содержание углерода в стали

Виды и марки стали

Сталь. Виды и марки стали. Их применение.

Сталь – это сплав железа и углерода с другими элементами, содержание углерода в нём не более 2,14%.

Наиболее общая характеристика – по химическому составу сталь различают:

углеродистую сталь (Fe – железо, C – углерод, Mn – марганец, Si — кремний, S – сера, P – фосфор). По содержанию углерода делится на низкоуглеродистую, среднеуглеродистую и высокоуглеродистую. Углеродистая сталь предназначена для статически нагруженного инструмента.

легированную сталь – добавляются легирующие элементы: азот, бор, алюминий, углерод, фосфор, кобальт, кремний, ванадий, медь, молибден, марганец, титан, цирконий, хром, вольфрам, никель, ниобий.

По способу производства и содержанию примесей сталь различается:

сталь обыкновенного качества ( углерода менее 0,6%) – соответствует ГОСТ 14637, ГОСТ 380-94. Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5,Ст6. Буквы «Ст» обозначают сталь обыкновенного качества, цифры указывают на номер маркировки в зависимости от механических свойств. Является наиболее дешёвой сталью, но уступает по другим качествам.

качественная сталь ( углеродистая или легированная ) – ГОСТ 1577, содержание углерода обозначается в сотых долях % – 08, 10, 25, 40, дополнительно может указываться степень раскисления и характер затвердевания. Качественная углеродистая сталь обладает высокой пластичностью и повышенной свариваемостью.

Низкоуглеродистые качественные конструкционные стали характеризуются невысокой прочностью и высокой пластичностью. Из листового проката стали 08, 10, 08кп изготавливают детали для холодной штамповки. Из сталей 15, 20 делают болты, винты, гайки, оси, крюки,шпильки и другие детали неответственного назначения.

Среднеуглеродистые качественные стали (ст 30, 35, 40, 45, 50, 55) используют после нормализации и поверхностной закалки для изготовления таких деталей, которые обладают высокой прочностью и вязкостью сердцевины (оси, винты, втулки и т. д.)

Стали 60 — стали 85 обладают высокой прочностью, износостойкостью, упругими свойствами. Из них изготавливают крановые колёса, прокатные валки, клапаны компрессоров, пружины, рессоры и т.д.

высококачественная — сложный химический состав с пониженным содержанием фосфора и серы — по ГОСТу 19281.

Также сталь делится по применению :

а) строительная сталь — углеродистая обыкновенного качества. Обладает отличной свариваемостью. Цифра обозначает условный номер состава стали по ГОСТу. Чем больше условный номер, тем больше содержание углерода, тем выше прочность стали и ниже пластичность.

Ст0-3 — для вторичных элементов конструкций и неответственных деталей (настилы, перила, подкладка,шайбы)

Ст3 используют для несущих и ненесущих элементов сварных и несварных конструкций и деталей, которые работают при положительных температурах. ГОСТ 380-88.

Стандартом качества предусмотрена сталь с повышенным количеством марганца (Ст3Гсп/пс, ст5Гсп/пс).

б) конструкционная сталь — ГОСТ 1050

Углеродистые качественные конструкционные стали используются в машиностроении, для сварных, болтовых конструкций, для кровельных работ, для изготовления рельсов, железнодорожных колёс, валов, шестерен и других деталей грузоподъёмников.Ц ифры в маркировке означают содержание углерода в десятых долях процента.

Ст20 — малонагруженные детали, такие как валики, копиры, упоры,

Ст35 — испытывающие небольшие напряжения (оси, тяги, рычаги, диски, траверсы, валы),

Ст45 (ст40Х) — требующие повышенной прочности (валы, муфты, оси, зубчатые рейки)

Конструкционные легированные стали используют для гусениц тракторов, изготовления пружин, рессор, осей, валов, автомобильных деталей, деталей турбин и др.

в) инструментальная сталь — применяется для режущего инструмента, быстрорежущая сталь для холодного и горячего деформирования материла, для измерительных инструментов, на производство молотков, долот, стамесок, резцов, свёрлов, напильников, бритв, рашпилей.

У7, У8А (цифра- десятые доли процента по содержанию углерода). Углеродистые стали выпускают качественными и высококачественными. Буква «А» означает высококачественную углеродистую инструментальную сталь.

г) легированная сталь — универсальная сталь, содержащая специальную примесь. Содержание кремния более 0,5%, марганца более 1%. ГОСТ 19281-89. Если содержание легирующего элемента превышает 1 – 1,5%, то оно указывается цифрой после соответствующей буквы.

низколегированная сталь — где легирующих элементов до 2,5% (09Г2С, 10ХСНД, 18ХГТ). Низколегированную сталь можно использовать в условиях крайнего севера, от -70 град С. Низколегированную сталь отличает большая прочность за счёт более высокого предела текучести,что важно для ответственных конструкций.

среднелегированная (2,5 -10%),

высоколегированная (от 10 до 50%)

Сталь 09Г2С применяется для паровых котлов, аппаратов и ёмкостей, работающих под давлением и температурой от минус 70, до плюс 450град; её используют для ответственных листовых сварных конструкций в химическом и нефтяном машиностроении, судостроении.

Сталь 10ХСНД используют для сварных конструкций химического машиностроения, фасонных профилей в сдостроении, вагоностроении.

18ХГТ применяют для деталей, работающих на больших скоростях при высоком давлении и ударных нагрузках.

д) сталь особого назначения — сталь с особыми физическими свойствами. Она применяется в электротехничсеской промышленности и точном судостроении.

На свариваемость стали влияет степень её раскисления. По степени раскисления сталь классифицируется:

спокойная сталь (ст3сп) — полностью раскисляется с минимальным содержанием шлаком и неметаллических примесей,

полуспокойная сталь (ст3пс) — по характеристикам качества схожа со спокойной сталью,

кипящая сталь (08кп) — неокисленная сталь с высоким содержанием неметаллических примесей. ГОСТ 1577.

В зависимости от нормируемых характеристик , сталь подразделяют на категории: 1, 2, 3, 4, 5. Категории обозначают химический состав, механические свойства при растяжении, ударную вязкость)

Например, категория 1 — химический состав не нормируемый, категория 3 — нормируется ударная вязкость при температуре +20. Для марки ст0 не нормируется ни химический состав, ни предел текучести.

Углеродистая сталь – высокая прочность

Углеродистая сталь – высокая прочность

Углеродистой сталью называют конструкционную или инструментальную сталь, в состав которой входит железо (до 99%) и углерод (до 2%), при этом в сплаве нет или почти нет легирующих добавок.

Нормы содержания различных химических элементов в сплавах углеродистой стали указаны на изображении ниже:

Виды сплавов углеродистой стали подразделяются по содержанию углерода, качеству и степени раскисления.

Виды углеродистых сталей по содержанию углерода

Углерод – основной элемент углеродистой стали, и его содержание в сплаве может варьироваться в достаточно широких пределах: от 0,25% до 2%.

Читайте также:
Маски хамелеоны отечественного производства

Низкоуглеродистые стали с содержанием углерода до 0,25%

Большая часть такого типа стали выпускается в виде холоднокатаных и отожжённых полос и листов. Её свойства варьируются в зависимости от содержания основных химических элементов:

  • C до 0,1%, Mn менее 0,4%. Материал обладает высокой способностью к горячей деформации и холодному волочению. Используется при производстве проволоки, очень тонких листов, тары и корпусов автомобилей.
  • C от 0,1% до 0,25%. Такой материал более прочен и твёрд, чем описанный выше, а его способность к деформации ниже. Часто применяется для производства деталей с цементируемым поверхностным слоем.
  • C около 0,25%, Mn и Al до 1,5%. Материал с высокой вязкостью. Подходит для металлов, предназначенных для ковки, штамповки, производства бесшовного трубного проката и листа для котлов.
  • C около 0,15%, Mn менее 1,2%, Pb до 0,3% (или без него), минимальное количество Si. Применяется в массовом производстве на автоматических линиях деталей, которые не предназначены для восприятия серьёзных механических и температурных нагрузок.

Среднеуглеродистые стали с содержанием углерода от 0,2% до 0,6%

Обычно в таких видах стали содержание марганца находится на уровне 0,6-1,65%. Они подходят для производства продукции, которая будет эксплуатироваться при высоких нагрузках. Могут подвергаться ковке. Подходят для машиностроения.

Высокоуглеродистые стали с содержанием углерода от 0,6% до 2%

С повышением количества углерода до 1% сталь становится более прочной и твёрдой, одновременно снижаются пределы её текучести и пластичности. Дальнейшее увеличение углерода более 1% приводит к началу формирования грубой сетки из вторичного мартенсита, что снижает прочность материала.

Высокоуглеродистая сталь отличается высокой себестоимостью, низкой пластичностью и плохой свариваемостью. Такой материал имеет ограниченную область применения – его применяют для производства режущего инструмента, высокопрочной проволоки.

Виды углеродистой стали по виду и качеству

Углеродистая сталь производится по различным технологиям, что ведёт к их разделению по качественным характеристикам. Различают два вида стали:

  • конструкционная;
  • инструментальная.

Конструкционная углеродистая сталь содержит до 0,65-0,70% углерода (в виде исключения также выпускается конструкционная сталь с содержанием 0,85% углерода). Она достаточно прочная, хорошо сопротивляется удару, а также хорошо обрабатывается.

Конструкционные углеродистые стали широко применяются в промышленности: их применяются для изготовления элементов конструкций машиностроительного и строительного назначения, детали для оборудования, крепёжные детали и многое другое.

Её также делят по качеству на 3 вида:

  1. Обыкновенного качества – сталь широкого применения, которая подходит для производства крепёжных деталей, труб, строительных конструкций, листового проката и т.д.
  2. Повышенного качества – применяется для изготовления котлов, паровозных и вагонных осей, проволоки и т.д.
  3. Качественная – подходит для деталей, требующих высокой пластичности и сопротивления удару, применяемых при повышенном давлении, например, труб, болтов, винтов, зубчатых колёс и т.д.

Инструментальная углеродистая сталь отличается содержание углерода от 0,7% и выше. Такой тип стали твёрдый и прочный, что делает его подходящим для производства инструмента. Подразделяется на качественную (сера 0,03%, фосфор 0,035%) и высококачественную (сера 0,02%, фосфор 0,03%).

Сферы применения инструментальной стали

Тип стали Применение
У7, У7А Для обработки дерева: топоров, колунов, стамесок, долот; пневматических инструментов небольших размеров: зубил, обжимок, бойков; кузнечных штампов; игольной проволоки; слесарно-монтажных инструментов: молотков, кувалд, бородок, отверток, комбинированных плоскогубцев, острогубцев, боковых кусачек и др.
У8, У8А, У8Г, У8ГА, У9, У9А Для изготовления инструментов, работающих в условиях, не вызывающих разогрева режущей кромки; обработки дерева: фрез, зенковок, поковок, топоров, стамесок, долот, пил продольных и дисковых; накатных роликов, плит и стержней для форм литья под давлением оловянно-свинцовистых сплавов. Для слесарно-монтажных инструментов: обжимок для заклепок, кернеров, бородок, отверток, комбинированных плоскогубцев, острогубцев, боковых кусачек. Для калибров простой формы и пониженных классов точности; холоднокатаной термообработанной ленты толщиной от 2,5 до 0,02 мм, предназначенной для изготовления плоских и витых пружин и пружинящих деталей сложной конфигурации, клапанов, щупов, берд, ламелей двоильных ножей, конструкционных мелких деталей, в т. ч. для часов и т. д.
У10А, У12А Для сердечников
У10, У10А Для игольной проволоки
У10, У10А, У11, У11А Для изготовления инструментов, работающих в условиях, не вызывающих разогрева режущей кромки; обработки дерева: пил ручных поперечных и столярных, пил машинных столярных, сверл спиральных; штампов холодной штамповки (вытяжных, высадочных, обрезных и вырубных) небольших размеров и без резких переходов по сечению; калибров простой формы и пониженных классов точности; накатных роликов, напильников, шаберов слесарных и др. Для напильников, шаберов холоднокатаной термообработанной ленты толщиной от 2,5 до 0,02 мм, предназначенной для изготовления плоских и витых пружин и пружинящих деталей сложной конфигурации, клапанов, щупов, берд, ламелей двоильных ножей, конструкционных мелких деталей, в т. ч. для часов и т. д.
У12, У12А Для метчиков ручных, напильников, шаберов слесарных; штампов для холодной штамповки обрезных и вырубных небольших размеров и без переходов по сечению, холодновысадочных пуансонов и штемпелей мелких размеров, калибров простой формы и пониженных классов точности.
У13, У13А Для инструментов с пониженной износостойкостью при умеренных и значительных удельных давлениях (без разогрева режущей кромки); напильников, бритвенных лезвий и ножей, острых хирургических инструментов, шаберов, гравировальных инструментов.

Виды углеродистой стали по степени раскисления

Степень раскисления – это ещё один фактор, влияющий на разделение углеродистых сталей по типам. Всего их 3 типа: спокойные, полуспокойные и кипящие.

Спокойные стали отличаются более однородной внутренней структурой – их расклисление осуществляется добавлением в расплавленный металл ферросилиция, ферромарганца и алюминия. В составе практически нет закиси железа. Структура мелкозернистая за счёт остаточного алюминия. В итоге получается качественный металл, подходящий для изготовления наиболее ответственных деталей и конструкций. Однако у сплавов этого типа есть существенный недостаток – их выплавка обходится достаточно дорого.

Читайте также:
Ленточный шлифовальный станок по металлу своими руками

Кипящие углеродистые стали – более дешёвая, но и менее качественная альтернатива спокойным сплавам. При их выплавке используется минимальное количество специальных добавок, а процесс раскисления в печи не доводится до конца, в результате чего в структуре кипящей углеродистой стали присутствуют растворённые газы, негативно влияющие на её характеристики.

Полуспокойные стали занимают промежуточное положение и по свойствам, и по степени раскисления. Перед заливкой в изложницы в состав добавляется небольшое количество раскислителей – благодаря этому металл затвердевает практически без кипения, при этом в нём продолжается процесс выделения газов. В итоге, в структуре полуспокойной углеродистой стали меньше газовых пузырей, чем в кипящей стали. Чаще всего полуспокойные углеродистые стали применяют в качестве конструкционных материалов.

Сколько углерода содержится в стали. 2. Чем отличаются углеродистые стали от легированных? 3. Где применяют инструментальную углеродистую сталь? Как она обозначается? 4. Где используют легированные ко

Какой бывает углеродистая сталь по степени раскисления

В основе классификации этого сплава лежат различные параметры, одним из которых является степень раскисления. Любой способ производства стали сопровождается непрерывным возрастанием кислорода, количество которого зависит преимущественно от концентрации углерода. Во избежание вредного влияния кислорода на металл, проводят процедуру раскисления. С учетом этого параметра углеродистую сталь подразделяют на:

  • Спокойную — для таких сплавов характерна более равномерная, однородная структура. Раскисление осуществляют при помощи веществ, лишенных закисей железа (например, алюминий). За счет остаточного алюминия останавливается рост зерна, благодаря чему сталь получает мелкозернистую структуру. В итоге получается качественный материал, полностью лишенный газов, из которого можно производить высокопрочные, износоустойчивые детали, конструкции. К минусам спокойных сталей относится дороговизна их выплавки.
  • Кипящую — этот вид отличается более дешевым производством, поскольку во время выплавки используют минимум раскислителей. Внутренняя структура такой стали содержит большое количество растворенных газов — одна из причин снижения качества металла. К примеру, наличие азота мешает осуществлению нормальной сварки углеродистой стали (в районе сварного шва появляется много трещин). За счет развитой ликвации в кипящих сплавах производится прокат с неоднородной структурой и неустойчивыми механическими свойствами.
  • Полуспокойную — до момента заливки состав обогащается небольшим количеством раскислителей. После этого происходит затвердение металла без кипения, но газы в нем продолжают выделяться. В отливке из полуспокойной стали газовые пузыри содержатся в меньшем количестве, а последующая прокатка металла позволяет практически полностью избавиться от микропор.

Производственные методы и варианты деления по качеству

Получение углеродистых сталей основано на переработке чугуна и черного лома с уменьшением серы, фосфора и углерода до нужной концентрации. При этом используют различные технологии, которые отражаются на качестве производимого металла. В результате получают стальные сплавы следующих видов:

  • высококачественные;
  • качественные;
  • обыкновенного качества.

Первые два типа углеродистых сталей производят с применением конвертеров, мартеновских и более современных электрических плавильных печей. Химический состав таких сталей, концентрация содержащихся примесей строго регулируется ГОСТами 1435–99 и 1050–88. Так, для качественных стальных сплавов можно использовать серу в количестве не более 0,04%, фосфор — не больше 0,035%, для высококачественных соответственно — менее 0,018 % и не больше 0,025 %. Углеродистые стали этих категорий имеют структуру повышенной чистоты.

Выплавку стальных сплавов обыкновенного качества осуществляют на базе кислородных конвертеров и мартенов, затем из них формируют большие слитки. В сравнении с предыдущими двумя категориями, углеродистые стали, обладающие обыкновенным качеством, характеризуются содержанием большого количества вредных примесей. Согласно ГОСТу 380–2005 серы в них содержится до 0,05%, фосфора — до 0,04%. Такой материал подвергают горячей, холодной прокатке с целью выпуска тонко-, толстолистового материала, широких металлических полос.

Углеродистые стали

По химическому составу различают
углеродистые
и
легированные
стали

Углеродистые стали — это сплавы железа с углеродом, содержащие до 2,14 % углерода (С) при малом содержании других элементов. Они обладают высокой пластичностью и хорошо деформируются. Углерод сильно влияет на свойства стали даже при незначительном изменении его содержания. Углеродистые стали можно классифицировать по нескольким параметрам:

  • По качеству
  • По способу раскисления (см. ниже)

По качеству

Стали обыкновенного качества

Изготавливаются по ГОСТ 380-71. Обозначают буквами Ст и условными номерами от 0 до 6, например: Ст 0, Ст 1, …, Ст 6. Степень раскисления обозначают буквами сп (спокойная сталь), пс (полу­спокойная), кп (кипящая), которые ставят в конце обозначения марки стали.

В зависимости от назначения различают три группы сталей обыкновенного качества: А, Б и В. В марках указывают только группы Б и В, группу А не указывают.

  • Группа А поставляются только по механическим свой­ствам, химический состав сталей этой группы не регламентируется, он только указывается в сертификатах завода-изготовителя. Стали этой группы обычно используются в изделиях в состоянии поставки без обработки давлением и сварки. Чем больше цифра условного номера стали, тем выше ее прочность и меньше пла­стичность.
  • Группа Б поставляется только с гарантируемым химическим составом. Чем больше цифра условного номера стали, тем выше содержание углерода. Эти стали в дальнейшем могут подвергаться деформации (ковке, штамповке и др.), а в отдельных случаях и термической обработке. При этом их первоначальная структура и механические свойства не сохраняются. Знание химического состава стали позволяет определить температурный режим горячей обработки давлением и термообработки.
  • Группа В могут подвергаться сварке. Их поставляют с гарантированным химическим составом и гарантированными свойствами. Стали этой группы маркируются буквой В и цифрой, например — В СтЗпс. Эта сталь имеет механические свойства, соответствующие ее номеру по группе А, а химический состав — номеру по группе Б с коррекцией по способу раскисления.

Качественные углеродистые стали

Этот класс углеродистых сталей изготавливается по ГОСТ 1050—74. Качественные стали поставляют и по химическому составу, и по механическим свойствам.. К ним предъявляются более жесткие требования по содержанию вредных примесей (серы не более 0,04 %, фосфора не более 0,035 %), неметаллических вклю­чений и газов, макро- и микроструктуры.

Читайте также:
Крутая паяльная станция своими руками

Качественные углеро­дистые стали маркируют двузначными цифрами 08, 10, 15, …, 85, указывающими среднее содержание углерода в сотых долях про­цента с указанием степени раскисленности (кп, пс).

Качественные стали делят на две группы: с обычным содержанием марганца (до 0,8 %) и с повышенным содержанием (до 1,2 %). При обозна­чении последних в конце марки ставится буква Г, например 60 Г. Марганец повышает прокаливаемость и прочностные свойства, но несколько снижает пластичность и вязкость стали.

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:

  • низкоуглеродистые (до 0,25 % С),
  • среднеуглеродистые (0,3—0,55 % С)
  • высокоуглеродистые (0,6—0,85 % 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.

По способу раскисления

КипящиеСодержат до 0,05% кремния, раскисляются марганцем. Имеют резко выраженную химическую неоднородность в слитке. Их преимущества – высокий выход годного продукта (более 95%), хорошая способность к штамповке в холодном состоянии. Недостатки –повышенный порог хладноломкости и невозможность широкого использования для территорий с холодным климатом.

Полуспокойные Содержат 0,05- 0,15% кремния, раскисляются марганцем и алюминием, выход годного продукта –90-95%.

СпокойныеСодержит 0,15-0,35% кремния, раскисляется кремнием, марганцем и алюминием. Выход годного – около 85%, однако, металл имеет более плотную структуры и однородный химический состав.

В каких сферах используют углеродистую сталь

Благодаря высокой прочности, хорошей обрабатываемости, долговечности и сравнительной дешевизне углеродистые стали нашли свое применение во многих отраслях народного хозяйства.

Особенно они популярны в машиностроении, что связано со способностью металла сопротивляться активным нагрузкам, а также с высокими пределами усталости. Так, углеродистая сталь выступает в качестве основного материала для производства:

  • маховиков;
  • зубчатых передач редукторов;
  • корпусов шатунов;
  • коленчатых валов;
  • поршней плунжерных насосов.

Из углеродистых сплавов производят технологическую оснастку для легкой, деревообрабатывающей промышленности. Во всех этих случаях используют конструкционные углеродистые стали. После цементации этот тип металла используется в создании износоустойчивых деталей, эксплуатация которых будет сопровождаться значительными динамическими нагрузками.

На основе низко и среднеуглеродистой стали осуществляют выпуск:

  • уголков;
  • швеллеров;
  • труб;
  • двутавров и других профилей

Начальные свойства конструкционных углеродистых сталей подлежат повышению путем проведения термообработки (закалки).

Выпуск инструментов различного назначения базируется на применении инструментальных стальных сплавов, которые содержат 0,65–1,32% углерода:

  • молотки, керны, отвертки, зубила, кузнечный инструмент, косы (марка инструментальной углеродистой стали У7 и У7А);
  • ножницы, ножи рубильных машин, ручной столярный инструмент, рамные пилы (марка У8, У8А);
  • сверла, фрезы малого диаметра, ленточные пилы, развертки (марка У10, У10А);
  • токарные резцы по дереву, ножовочные полотна по металлу, напильники, граверный инструмент (марка У12, У13).

Инструментальные углеродистые стали применяют для производства измерительных приборов. Чтобы получить небольшую деталь с точностью линейных размеров в несколько сот миллиметров, нельзя допускать нагрева или деформации заготовки в результате оказываемого давления режущим инструментом.

Востребовано использование углеродистых сталей обыкновенного качества в строительстве, некоторые марки применяются в машино-, судостроении.

Как маркируется углеродистая сталь

Маркировку осуществляют в соответствии с ГОСТом. С ее помощью можно узнать химический состав и категорию сплава. Материал обыкновенного качества обозначают буквами «СТ»,а также цифрами — условными номерами марок (от 0 до 6). В конце маркировки содержится информация о степени раскисления стали, которая обозначается «кп» — кипящая, «пс» — полуспокойная, «сп» — спокойная. При этом нанесение маркировки осуществляется с применением определенного цвета:

  • красного, зеленого — сталь Ст0;
  • желтого и черного — Ст1;
  • желтого — Ст2;
  • красного — Ст3;
  • красного и коричневого — Ст3Гпс;
  • синего и коричневого — Ст3Гсп;
  • черного — Ст4;
  • зеленого —Ст5;
  • зеленого и коричневого — Ст5Гпс;
  • синего — Ст6.


Для обозначения марок качественной, высококачественной углеродистой стали используют цифры — они означают углерода в сотых долях процента. При обозначении качественной углеродистой стали есть ряд некоторых исключений:

  • 15К, 20К, 22К — используют для производства котлов;
  • 20-ПВ — металл содержит 1,2% углерода, а также медно-хромовую смесь, применяется в производстве труб для систем отопления;
  • ОсВ — свидетельствует о наличии в составе никелевой, хромовой и медной добавки, поэтому служит для изготовления железнодорожных вагонов;
  • А75, АСУ10Е, АУ10Е — углеродистая сталь с такой маркировкой используется в создании часовых механизмов.

Инструментальную сталь обозначают буквой «У» в начале маркировки. За ней следует цифра, обозначающая количество углерода в десятых долях процента.

Также в маркировке могут указываться буквы:

  • «Б» — химический состав углеродистой стали, соответствующий нормативам. Такой материал может штамповаться, подвергаться ковке, термическому воздействию (некоторые сорта), но при этом не исключается ухудшение механических характеристик.
  • «И» — обозначают самые качественные стали, которые могут свариваться между собой.

Такой подвид углеродистой стали как «А» характеризуется нерегламентированным химическим составом. Этот материал не подвергается предварительной обработке давлением, не предназначается для сварки. Данный подвид не указывается в маркировке.

Железоуглеродистые сплавы — сталь и чугун

Наиболее широкое применение в современном машиностроении имеют железоуглеродистые сплавы

— это сплав железа с углеродом; содержание углерода в стали
не превышает
2%.

К сталям относятся:

  • техническое железо,
  • конструкционная и
  • инструментальная сталь.
Читайте также:
Металлическая труба прямоугольного сечения

— сплавы железа с углеродом, в которых содержание углерода
превышает
2%. Среднее содержание углерода в чугуне 2,5—3,5%.

Кроме железа и углерода, в сталях и чугунах присутствуют примеси:

    кремний и марганец

в десятых долях процента (0,15— 0,60%)

сера и фосфор

в сотых долях процента (0,05—0,03%) каждого элемента.

Сталь

Сталь с содержанием углерода
до0,7%
применяется для изготовления:

  • листов,
  • ленты,
  • проволоки,
  • рельсов,
  • таврового и уголкового железа,
  • различного фасонного профиля,
  • а также для многочисленных деталей в машиностроении

: шестерни, оси, валы, шатуны, болты, молотки, кувалды и т.п.

Сталь с содержанием углерода
свыше0,7%
применяется для изготовления различного
режущего инструмента
:

  • резцы,
  • сверла,
  • метчики,
  • бородки,
  • зубила и др.

Свойства стали зависят от содержания углерода.

Чем больше углерода, тем сталь прочнее и тверже.

Чугун

Машиностроительный чугун

применяют для производства отливок всевозможных деталей машин.

По составу и строению чугуны делятся

  • белый,
  • серый,
  • ковкий.
Ковкий чугун

Ковкий чугун

получается в результате специальной обработки белого чугуна. В белом чугуне весь углерод находится в химически связанном состоянии с железом
(Fe3C— цементит),
что придает этому чугуну большую твердость и хрупкость и плохую обрабатываемость.

Белый чугун

В машиностроении белый чугун

применяют для изготовления отливок, отжигаемых на так называемый
ковкий чугун.
При отжиге цементит разлагается па железо и свободный углерод, и отливки приобретают невысокую твердость и хорошую обрабатываемость.

Серый чугун

Наиболее широкое применение в технике имеет серый чугун

, в котором большая часть углерода находится в свободном состоянии, в виде графита. Этому способствует высокое содержание
кремния.
Такой чугун обладает хорошими литейными качествами и применяется для производства чугунных отливок. Детали из этого чугуна получаются путем отливки в земляные или металлические формы (станины, шестерни, цилиндры, блоки и т.п.).

Благодаря наличию свободного углерода (графита)

серый чугун имеет небольшую твердость и хорошо обрабатывается резанием.

Углеродистая сталь

Углеродистая сталь – это сталь с содержанием углерода от 0,05% до 3,8% по весу. Определение углеродистой стали Американского института чугуна и стали (AISI) гласит:

  • не указано и не требуется минимальное содержание хрома , кобальта , молибдена , никеля , ниобия , титана , вольфрама , ванадия , циркония или любого другого элемента, добавляемого для получения желаемого эффекта легирования;
  • указанный минимум для меди не превышает 0,860%;
  • или максимальное содержание, указанное для любого из следующих элементов, не превышает указанных процентов: марганец 1,65%; кремний 0,60%; медь 0,60%. [1]

Термин углеродистая сталь может также использоваться в отношении стали, не являющейся нержавеющей сталью ; в этом случае углеродистая сталь может включать легированные стали . Высокоуглеродистая сталь находит множество различных применений, таких как фрезерные станки, режущие инструменты (например, долота) и высокопрочная проволока. Эти применения требуют более мелкой микроструктуры, что улучшает ударную вязкость.

По мере увеличения процентного содержания углерода сталь становится тверже и прочнее в результате термической обработки ; однако он становится менее пластичным . Независимо от термической обработки более высокое содержание углерода снижает свариваемость . В углеродистых сталях более высокое содержание углерода снижает температуру плавления. [2]

СОДЕРЖАНИЕ

  • 1 Тип
    • 1.1 Низкоуглеродистая или низкоуглеродистая сталь
      • 1.1.1 Высокопрочная сталь
    • 1.2 Высокоуглеродистые стали
  • 2 классификация AISI
    • 2.1 Низкоуглеродистая сталь
    • 2.2 Среднеуглеродистая сталь
    • 2.3 Высокоуглеродистая сталь
    • 2.4 Ультра-высокоуглеродистая сталь
  • 3 Термическая обработка
  • 4 Поверхностное упрочнение
  • 5 Температура ковки стали
  • 6 См. Также
  • 7 ссылки
  • 8 Библиография

Тип [ редактировать ]

Мягкая или низкоуглеродистая сталь [ править ]

Низкоуглеродистая сталь (железо, содержащее небольшой процент углерода, прочное и вязкое, но не подлежащее отпуску), также известная как углеродистая сталь и низкоуглеродистая сталь, в настоящее время является наиболее распространенной формой стали, поскольку ее цена относительно невысока, хотя она обеспечивает свойства материала, приемлемые для многих приложений. Мягкая сталь содержит примерно 0,05–0,30% углерода [1], что делает ее ковкой и пластичной. Низкоуглеродистая сталь имеет относительно низкую прочность на разрыв, но она дешевая и ее легко формовать; твердость поверхности можно повысить за счет науглероживания . [3]

В приложениях, где для минимизации прогиба используются большие поперечные сечения, отказ от текучести не представляет риска, поэтому лучше всего подходят низкоуглеродистые стали, например, в качестве конструкционной стали . Плотность низкоуглеродистой стали составляет примерно 7,85 г / см 3 (7850 кг / м 3 или 0,284 фунта / дюйм 3 ) [4], а модуль Юнга составляет 200 ГПа (29 000 фунтов на квадратный дюйм). [5]

Низкоуглеродистые стали демонстрируют предел текучести, когда материал имеет два предела текучести . Первый предел текучести (или верхний предел текучести) выше, чем второй, и урожайность резко падает после достижения верхнего предела текучести. Если низкоуглеродистая сталь подвергается напряжению только до некоторой точки между верхним и нижним пределом текучести, на поверхности появляются полосы Людера . [6] Низкоуглеродистые стали содержат меньше углерода, чем другие стали, и их легче деформировать в холодном состоянии, что упрощает обращение с ними. [7] Обычно низкоуглеродистая сталь применяется в автомобильных деталях, трубах, строительстве и пищевых банках. [8]

Высокопрочная сталь [ править ]

Высокопрочные стали – это низкоуглеродистые стали или стали нижнего предела среднеуглеродистого диапазона [ необходима цитата ], которые содержат дополнительные легирующие ингредиенты для повышения их прочности, износостойкости или, в частности, предела прочности на растяжение . Эти легирующие ингредиенты включают хром , молибден , кремний , марганец , никель и ванадий . Максимально допустимое содержание примесей, таких как фосфор или сера , ограничено.

  • 41xx сталь
    • 4140 сталь
    • 4145 сталь
  • 4340 сталь
    • Сталь 300М
  • Сталь EN25 – никель-хром-молибденовая сталь 2,521%
  • Сталь EN26

Высокоуглеродистые стали [ править ]

Углеродистые стали, которые могут успешно подвергаться термообработке, имеют содержание углерода в диапазоне 0,30–1,70% по весу. Следы примесей различных других элементов могут существенно повлиять на качество получаемой стали. В частности, следы серы делают сталь короткокрасной , то есть хрупкой и рассыпчатой ​​при рабочих температурах. Низколегированная углеродистая сталь, такая как марка A36 , содержит около 0,05% серы и плавится при температуре около 1426–1 538 ° C (2599–2 800 ° F). [9] Марганец часто добавляют для улучшения закаливаемости низкоуглеродистых сталей. Эти добавки превращают материал в низколегированную сталь по некоторым определениям, но AISIОпределение углеродистой стали допускает содержание марганца до 1,65% по весу.

Классификация AISI [ править ]

Углеродистая сталь делится на четыре класса в зависимости от содержания углерода: [1]

Низкоуглеродистая сталь [ править ]

Содержание углерода от 0,05 до 0,25% (обычная углеродистая сталь). [1]

Среднеуглеродистая сталь [ править ]

Примерно 0,3–0,5% углерода. [1] Уравновешивает пластичность и прочность, обладает хорошей износостойкостью; используется для изготовления крупногабаритных деталей, поковок и автомобильных компонентов. [10] [11]

Высокоуглеродистая сталь [ править ]

Примерно от 0,6 до 1,0% углерода. [1] Очень прочный, используется для пружин, режущих инструментов и высокопрочной проволоки. [12]

Ультра-высокоуглеродистая сталь [ править ]

Примерно 1,25–2,0% содержания углерода. [1] Стали, которые можно улучшать до высокой твердости. Используется для специальных целей, таких как (непромышленные) ножи, оси или пробойники . Большинство сталей с содержанием углерода более 2,5% производится методом порошковой металлургии .

Термическая обработка [ править ]

Целью термической обработки углеродистой стали является изменение механических свойств стали, обычно пластичности, твердости, предела текучести или ударопрочности. Обратите внимание, что электрическая и теплопроводность изменяются незначительно. Как и в случае с большинством методов упрочнения стали, модуль Юнга (эластичность) не изменяется. Все виды обработки стали изменяют пластичность для повышения прочности и наоборот. Железо имеет более высокую растворимость углерода в аустените.фаза; поэтому все термические обработки, кроме сфероидизации и технологического отжига, начинаются с нагрева стали до температуры, при которой может существовать аустенитная фаза. Затем сталь закаливают (отвод тепла) со средней или низкой скоростью, позволяя углероду диффундировать из аустенита, образуя карбид железа (цементит) и оставляя феррит, или с высокой скоростью, захватывая углерод в железе, образуя мартенсит. . Скорость, с которой сталь охлаждается до температуры эвтектоида (около 727 ° C), влияет на скорость, с которой углерод диффундирует из аустенита и образует цементит. Вообще говоря, быстрое охлаждение оставляет карбид железа мелкодисперсным и дает мелкозернистый перлит.а при медленном охлаждении образуется более крупнозернистый перлит. Охлаждение доэвтектоидной стали (менее 0,77 мас.% C) приводит к пластинчато-перлитной структуре слоев карбида железа с α- ферритом (почти чистое железо) между ними. Если это заэвтектоидная сталь (более 0,77 мас.% С), то структура представляет собой сплошной перлит с небольшими зернами (больше, чем перлитная пластинка) цементита, образованными на границах зерен. Эвтектоидная сталь (0,77% углерода) будет иметь перлитную структуру по всем зернам без цементита по границам. Относительные количества компонентов находятся с помощью правила рычага . Ниже приводится список возможных видов термообработки:

Сфероидизирующий Сфероидит образуется, когда углеродистая сталь нагревается примерно до 700 ° C в течение более 30 часов. Сфероидит может образовываться при более низких температурах, но необходимое время резко увеличивается, так как это процесс, контролируемый диффузией. В результате получается структура из стержней или сфер цементита внутри первичной структуры (феррита или перлита, в зависимости от того, на какой стороне эвтектоида вы находитесь). Цель состоит в том, чтобы смягчить стали с более высоким содержанием углерода и улучшить формуемость. Это самая мягкая и пластичная сталь. [13] Полный отжиг Углеродистая сталь нагревается примерно до 40 ° C выше Ac3 ? или Акм ? за 1 час; это гарантирует, что весь феррит превращается в аустенит (хотя цементит все еще может существовать, если содержание углерода больше, чем в эвтектоиде). Затем сталь необходимо охладить медленно, примерно до 20 ° C (36 ° F) в час. Обычно это просто охлаждение печи, при этом печь выключают со сталью внутри. Это приводит к крупнозернистой перлитной структуре, что означает большую толщину «полос» перлита . [14] Полностью отожженная сталь мягкая и пластичная., без внутренних напряжений, что часто необходимо для рентабельной формовки. Только сфероидизированная сталь мягче и пластичнее. [15] Процесс отжига Процесс, используемый для снятия напряжений в холоднодеформированной углеродистой стали с содержанием менее 0,3% C. Сталь обычно нагревается до 550–650 ° C в течение 1 часа, но иногда до температуры до 700 ° C. Изображение справа [ требуется пояснение ] показывает область, где происходит технологический отжиг. Изотермический отжиг Это процесс, при котором доэвтектоидная сталь нагревается выше верхней критической температуры. Эта температура поддерживается в течение некоторого времени, а затем снижается до уровня ниже нижней критической температуры и снова поддерживается. Затем его охлаждают до комнатной температуры. Этот метод исключает любой температурный градиент. Нормализация Углеродистая сталь нагревается примерно до 55 ° C выше Ac3 или Acm в течение 1 часа; это обеспечивает полное превращение стали в аустенит. Затем сталь охлаждают на воздухе со скоростью примерно 38 ° C (100 ° F) в минуту. В результате получается тонкая перлитная структура и более однородная структура. Нормализованная сталь имеет более высокую прочность, чем отожженная сталь; он обладает относительно высокой прочностью и твердостью. [16] Тушение Углеродистую сталь с содержанием углерода не менее 0,4 мас.% Нагревают до нормальных температур, а затем быстро охлаждают (закаливают) в воде, рассоле или масле до критической температуры. Критическая температура зависит от содержания углерода, но, как правило, ниже по мере увеличения содержания углерода. Это приводит к мартенситной структуре; форма стали, которая обладает сверхнасыщенным содержанием углерода в деформированной объемно-центрированной кубической (ОЦК) кристаллической структуре, правильно называемой объемно-центрированной тетрагональной (BCT), с большим внутренним напряжением. Таким образом, закаленная сталь чрезвычайно твердая, но хрупкая , обычно слишком хрупкая для практических целей. Эти внутренние напряжения могут вызвать появление трещин на поверхности. Закаленная сталь примерно в три раза тверже (в четыре раза больше углерода), чем нормализованная сталь. [17] Martempering (закалка) Закалка на самом деле не является процедурой закалки, отсюда и термин закалка.. Это форма изотермической термообработки, применяемая после начальной закалки, обычно в ванне с расплавленной солью, при температуре чуть выше «начальной температуры мартенсита». При этой температуре остаточные напряжения внутри материала снимаются, и из остаточного аустенита может образоваться некоторый бейнит, который не успел превратиться во что-либо еще. В промышленности это процесс, используемый для контроля пластичности и твердости материала. При более длительной закалке пластичность увеличивается с минимальной потерей прочности; сталь выдерживают в этом растворе до тех пор, пока внутренняя и внешняя температуры детали не сравняются. Затем сталь охлаждают с умеренной скоростью, чтобы температурный градиент оставался минимальным. Этот процесс не только снижает внутренние напряжения и трещины под напряжением, но также увеличивает ударопрочность. [18] Темперирование Это наиболее часто встречающаяся термическая обработка, поскольку конечные свойства могут быть точно определены температурой и временем отпуска. Закалка включает повторный нагрев закаленной стали до температуры ниже температуры эвтектоида с последующим охлаждением. Повышенная температура позволяет образовывать очень небольшое количество сфероидита, который восстанавливает пластичность, но снижает твердость. Фактическая температура и время тщательно подбираются для каждого состава. [19] Аустемперирование Процесс закалки такой же, как и закалка, за исключением того, что закалка прерывается, и сталь выдерживается в ванне с расплавом соли при температуре от 205 ° C до 540 ° C, а затем охлаждается с умеренной скоростью. Получающаяся в результате сталь, называемая бейнитом, создает игольчатую микроструктуру в стали, которая имеет большую прочность (но меньшую, чем у мартенсита), большую пластичность, более высокую ударопрочность и меньшую деформацию, чем мартенситная сталь. Недостатком аустемпинга является то, что его можно использовать только для нескольких сталей, и для этого требуется специальная соляная ванна. [20]

Упрочнение [ править ]

Процессы поверхностного упрочнения упрочняют только внешнюю часть стальной детали, создавая твердую износостойкую оболочку («корпус»), но сохраняя жесткую и пластичную внутреннюю часть. Углеродистые стали не очень упрочняемый означает , что они не могут быть закалены в течение толстых секций. Легированные стали обладают лучшей способностью к закалке, поэтому они могут подвергаться сквозной закалке и не требуют упрочнения. Это свойство углеродистой стали может быть полезным, поскольку оно придает поверхности хорошие характеристики износостойкости, но оставляет сердечник гибким и амортизирующим.

Марки стали

Доброго времени суток, дорогие друзья! Мы часто говорим, что нам нужна сталь углеродная сталь или легированная. Многие из вас знают только, что такое лист стали, но в подробности никогда не вдавались. Давайте сегодня рассмотрим, что такое сталь, какие виды ее бывают, как ее маркируют. Эта информация поможет вам в приобретении нужной стали при постройке загородного дома.

Что такое сталь и какой бывает

Сталь – это деформируемый ковкий сплав железа с содержанием углерода до 2,14% с примесями других элементов. Углерод придает прочность.

В зависимости от химического состава различают стали углеродистые (ГОСТ 380-71, ГОСТ 1050-75) и легированные (ГОСТ 4543-71, ГОСТ 5632-72, ГОСТ 14959-79).

Углеродистая сталь – это сплав железа с углеродом с примесями кремния, серы, марганца и фосфора.
К недостаткам углеродистой стали я отношу:

  • при нагревании свыше 200 о С утрачивание прочности, твердости и режущей способности;
  • низкую коррозионную устойчивость в среде электролита, в агрессивных средах, в атмосфере и при высоких температурах;
  • низкие показатели электротехнических свойств;
  • высокий коэффициент теплового расширения.

Легированная сталь – это сплав железа, в который наряду с обычными примесями добавляют легирующие элементы, резко улучшающие ее свойства и в значительной степени меняющие ряд ее механических и физических свойств. Так, в процессе плавки в сплав добавляют следующие легирующие элементы: азот, бор, алюминий, фосфор, кобальт, ванадий, медь, молибден, титан, цирконий, хром, вольфрам, никель и ниобий. А также кремний и марганец в большом количестве. По химическому составу (ГОСТ 5200) легированная сталь делят на три группы:

  • низколегированная сталь – не более 2,5% примесей;
  • среднелегированная – 2,5-10%;
  • высоколегированная – свыше 10%.

Основное отличие легированной стали от углеродистой состоит в том, что легированная обладает ценнейшими свойствами и не имеет недостатков. Так изделия из легированной стали обладают следующими преимуществами:

  • долгий срок службы;
  • увеличение производительности;
  • экономия металла и, следовательно, снижение стоимости изделия;
  • упрощение процесса проектирования и монтажа.

Следующая картинка показывает, как классифицирует сталь производитель.

1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image001.png” />
По химическому составу углеродистые стали делят на:

  • малоуглеродистые (менее 0,3% С);
  • среднеуглеродистые (0,3 – 0,7% С);
  • высокоуглеродистые (более 0,7% С).

Свойства стали можно изменять, применяя различные виды обработки:

  • термическая – закалка, отжиг;
  • химико-термическая – цементация, азотирование;
  • термомеханическая – прокатка, ковка.

Качество стали определяет содержание примесей. Производитель делит ее на 4 группы:

Обыкновенное качество. Сюда относят углеродистые стали с содержанием углерода до 0,6%. Выплавляют их в больших мартеновских печах либо в конвертерах с применением кислорода. Такой тип стали уступает по механическим свойствам сплавам других классов и является более дешевым.

Качественные стали. К ним относят углеродистые и легированные сплавы, выплавленные в конвертерах или в мартеновских печах, но с соблюдением более строгих условий в процессе плавки и разливки, с более высоким требованием к исходному составу шихты. Содержание углерода в пределах марки не должно превышать 0,08%, а содержание серы и фосфора должно быть не более 0,035%. Качественные стали широко используют в различных отраслях машиностроения, строительстве, автомобилестроении, судостроении, изготовлении медицинской техники и т.д.

Высококачественные стали. Они обладают улучшенными механическими свойствами, так как выплавляются преимущественно в электродуговых печах, что гарантирует повышенную чистоту по содержанию газов и неметаллическим включениям, все легирующие элементы строго регламентированы. Высококачественные стали обладают лучшей вязкостью и поэтому их чаще используют для инструментов с более тонкой режущей кромкой, а также применяют для изготовления труб, арматуры, фланцев и других деталей трубопроводов. При маркировке обозначаются буковой «А» после цифр, например, 20А, 15Х2МА.

Особые высококачественные стали представляют собой легированные стали, произведенные в электропечах методом специальной электрометаллургии. Применение электрошлакового или вакуумно-дугового переплава обеспечивает эффективную очистку от сульфидов и оксидов. Такие сплавы содержат не более 0,01% серы и 0,025% фосфора, что дает материалу максимальную прочность. Такие стали широко применяют в машиностроении, самолетостроении и ракетостроении.

Назначение стали

Конструкционные углеродистые стали используют в машиностроении для сварных, болтовых конструкций, для изготовления рельс, колесных пар поездов, для деталей грузоподъемников, а также для кровельных работ. Маркируют цифрами, означающими содержание углерода в десятых долях:

  • Ст20 – малонагруженные детали (упоры, валики, копиры и т.п.);
  • Ст35 – выдерживающие небольшие напряжения (тяги, валы, рычаги, оси, диски);
  • Ст45 – требующие повышенной прочности (Муфты, оси, зубчатые рейки, валы).

Конструкционные легированные стали эксплуатируют в изготовлении пружин, рессор, автомобильных деталей, гусениц трактора, деталей турбин и т.д.

Конструкционные стали делят на следующие группы:

  • строительные – это низколегированные стали с низким содержанием углерода. Такое содержание углерода обеспечивает хорошую свариваемость, высокую прочность, устойчивость к низким температурам. Используют ее для изготовления металлоконструкций различных сооружений, армирования железобетонных конструкций, трубопроводов и т.д. Выпускают в виде листового, фасонного и сортового проката, поковок и штамповок;
  • цементируемые стали применяют для изготовления деталей, работающих на износ и подвергающихся действию переменных и ударных нагрузок;
  • улучшаемые стали подвергают термообработке и закалке при температуре 820 о -880 о С, после чего они принимают структуру сорбита и хорошо воспринимают ударные нагрузки;
  • жаростойкие и жаропрочные сплавы обладают высокой стойкостью к химическому разрушению в газовых средах при температуре эксплуатации +950 о . Их применяют при изготовлении деталей газовых турбин реактивной авиации, при перекачке нефти и нефтепродуктов, в нагревательных металлургических печах, в судовых газотурбинных установках;
  • автоматные стали используют для изготовления малонагруженных деталей массового производства (гайки, болты, винты и т.п.) Автоматные стали содержат повышенное количество серы и фосфора, поэтому лучше обрабатываются резанием, что в итоге обеспечивает ровную и чистую поверхность детали;
  • износостойкие сплавы предназначены для изготовления деталей, работающих в экстремально тяжелых условиях (ковши экскаваторов, траки гусеничных машин, крестовины железнодорожных путей и т.д.). Они обладают повышенной твердостью благодаря легирующим элементам, таким как марганец, и способны выдержать высокое давление и удары, и воздействия абразивного трения;
  • коррозийно-стойкие или нержавеющие стали содержат большое количество никеля и хрома (не менее 12%). Чем больше процент содержания хрома, тем выше коррозийная стойкость, так как хром образует защитную оксидную пленку. Применяют их для изготовления клапанов гидравлических прессов, лопаток турбин, пружин, дисков, труб.

Инструментальные стали используют при производстве режущих инструментов (зубил, молотков, отверток, ножей, ножниц, сверл), а также для изготовления деталей измерительных приборов и хирургических инструментов. Такую сталь используют при изготовлении штампов горячего и холодного деформирования и деталей машин, которые испытывают повышенный износ в процессе умеренной динамической нагрузки (шариковые или роликовые подшипники, ходовые винты и зубчатые колеса, которые используются в аппаратах высокой точности и т.п.). Инструментальная сталь отличается высокой прочностью и твердостью, производится по технологии горячего проката и классифицируется по категориям:

  • углеродистая (пониженной прокаливаемости);
  • легированная (повышенной прокаливаемости);
  • быстрорежущая.

Рассмотрим самый лучший вид инструментальной стали подробнее.

Инструментальная легированная сталь относится к среднелегированным сталям. Высокую прочность, износоустойчивость, способность выдерживать высокие температуры и при этом не терять твердость и другие ценные свойства придет инструментальным сталям введение марганца, кремния, никеля, хрома, вольфрама, ванадия и молибдена. Углеродистые стали более хрупкие, особенно после закалки, поэтому инструменты из такой стали теряют свою твердость при нагреве до 2000 о С. Инструментальную легированную сталь используют для производства разнообразного ударно-штампованного, измерительного, режущего и прочего инструмента.

Инструментальная легированная сталь делится на две группы:

  • для режущего и измерительного инструмента марок 7XФ, 8ХФ, 11Х, 13Х, ХВ5, В1, 9ХС, ХВГ, 9ХВГ, ХВГС, 9Х5Ф, 9Х5ВФ,8Х4ВФ1. Из них изготавливают пилы, резцы, фрезы, метчики, развертки, сверла, клейма;
  • для штампованного инструмента марок 9Х, Х6ВФ, Х12, 5ХНМ, 5ХГМ, 6ХВТ. Ее применяют для изготовления горячих и холодных штампов, молотовых штампов, пресс-форм.

Быстрорежущая сталь отличается высокой твердостью и теплостойкостью. Она входит в группу высоколегированных сталей. Марки быстрорежущей стали: Р18, Р12, Р9, Р6М3, Р9Ф5, Р9К10, Р18Ф2 и др. Эти стали применяют при обработке широкого круга конструкционных материалов, для резьбонарезных инструментов, работающих с ударными нагрузками, для отделки материалов с абразивными свойствами (пластмасс, эбонита) и т.д. Быстрорежущую сталь отличается крайне высокой твердостью и красностойкостью до температуры 600 о С. Такая сталь способна выдерживать нагрев при высокой скорости резьбы, что позволяет увеличить скорость работы металлообрабатывающего оборудования и продлить срок его службы.

Есть еще стали с особыми химическими свойствами. Это легированные стали, с определенными характеристиками, которые обусловлены свойствами легирующего элемента. К особым химическим и физическим свойствам стали относятся:

  • магнитные и немагнитные;
  • электротехническая стал;
  • нержавеющие жаропрочные;
  • окалийные;
  • с особыми температурными свойствами.

Отличия по способу раскисления

Раскисление стали – это процесс удаления оксидов кислорода из жидкого металла, путем добавления веществ, способных соединяться с кислородом. Так, хорошими раскислителеми являются С – углерод, Si-кремний, Mn-марганец. Продукты раскисления удаляются в виде газа либо всплывают в шлак. Выделяют три способа раскисления:

  • кп – кипящая сталь. Это малораскисленная сталь, которая интенсивно выделяет газы во время застывания. Структура такой стали неоднородная, хрупкая, имеет плохие показатели свариваемости и наиболее подвержена коррозии. Но так как производство кипящей стали обходится дешевле, то ее широко применяют для изготовления наименее ответственных изделий, таких как катанка, полоса, уголок, метизы;
  • сп – спокойная сталь. Раскисленная сталь с минимальным количеством неметаллических включений и шлаков, с содержанием кремний не менее 0,12%. Имеет однородную плотную структуру. Отлично подходит для сваривания и обладает отличной сопротивляемостью к ударам и механическим нагрузкам. Спокойная сталь используется для возведения опорных металлоконструкций;
  • пс- полуспокойная сталь. Полураскисленная сталь, кристаллизируется без кипения при этом выделяя достаточное количество газа и имеет средние показатели по механическим свойствам максимально приближенные к свойствам спокойной стали. Они находят широкое применение при производстве сортового проката, штрипса и труб.

Маркировка сталей

1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image004.png” />
Маркировку сталей в России производят по ГОСТам путем сочетания букв и цифр в зависимости от химических элементов, входящих в состав сплава, процент их содержания, типа самой стали. Чтобы разобраться в марке стали, вам нужно понять принцип маркировки металла. Прежде всего, марка стали зависит от ее типа.

Давайте посмотрим на типы:

Конструкционные нелигированные стали обычного качества (ГОСТ 380) обозначают буквами Ст и однозначным или двузначным числом, которое указывает на содержание углерода. Например, «Cт.10».

Конструкционная сталь, которая используется для котлов высокого давления и прочего высокопрочного оборудования маркируют цифрой и буквой. Например, «К» и «20К».

Легированную сталь маркируют буквами, которыми обозначают элементы, входящие в состав сплава, и цифрами, которые указывают процент их содержания. В зависимости от разновидности в конце добавляют дополнительные буквы, обозначающие дополнительные характеристики. Например, “10Х17Н13М2Т”. Если за буквой отсутствует цифра – значит содержание данного элемента не более 1,5%.

Строительную сталь маркируют буквой «С». Цифра обозначает предел текучести, а буква после цифры – тип стали. Например, С345Т (строительная сталь термоупрочненная) или С390К (строительная сталь с высокой коррозийной стойкостью). Буква А в конце марки, как и в углеродистой, так и в легированной стали, обозначает высококачественную сталь, т.е. сталь, содержащую меньше серы и фосфора.

Для улучшения химических и физических свойств стали добавляют следующие легирующие элементы:

  • Х – хром повышает прочность и твердость;
  • Н – никель обеспечивает коррозийную стойкость и увеличивает прокаливаемость;
  • Г – марганец увеличивает прочность и твердость;
  • С – кремний улучшаются упругие свойства, магнитопроницаемость, сопротивление коррозии и стойкость к окислению при высоких температурах;
  • М – молибден увеличивает упругость, предел прочности на растяжение, улучшает антикоррозийные свойства и повышает устойчивость к окислению;
  • В – вольфрам увеличивает твердость и изменениям при высоких и низких температурах;
  • Т – титан повышает прочность и плотность, улучшает обрабатываемость и обеспечивает стойкость к коррозии;
  • К – кобальт повышает жаропрочность, магнитные свойства и увеличивает сопротивляемость ударам;
  • Д – медь улучшает антикоррозийные свойства;
  • Ф – ванадий повышает прочность и твердость стали, увеличивает плотность и является хорошим раскислителем;
  • Р – бор обеспечивает твердость, износостойкость, горячую пластичность, улучшает свариваемость жаростойких аустентных сталей;
  • Б – ниобий улучшает стойкость к кислотам и уменьшает коррозию в сварных конструкциях;
  • Е – селен снижает ломкость, тем самым обеспечивая хорошую механическую обработку;
  • Ц – цирконий обеспечивает стойкость к коррозии за счет снижения кислорода, азота и серы и повышает механические свойства листовой углеродистой стали;
  • Ю – алюминий (повышает жаростойкость и окалийность);
  • Ч – указывает на наличие редкоземельных металлов такие как: церий, лантан, неодим и прочие.

Теперь немного о том, как расшифровывать марикровку.

Расшифровка марки стали 12Х18Н10Т показывает, что в сплаве: 12 – 0,12% углерода, Х18 – 18% хрома, Н10 – 10% никеля, Т – процент титана не превышает 1,5%. Классифицируют ее как легированную, коррозийно-стойкую, жаростойкую и жаропрочную.

25Г2С – содержание углерода 0,25%, Г2 – 2% марганца и С – кремния менее 1%.. Такой сплав классифицируют как низголегированный для сварных конструкций.

Буква «А» в конце марки обозначает высококачественную сталь (30ХГСА), в середине марки – азот (25Х2ГНМБАЮ-Ш), в начале марки – сталь автоматная (А35Г2).

Особо высококачественная сталь обозначается буквами Ш, ВД, ВИ, ПД и т.д. в конце наименования марки, где ВД означает, что сталь или сплав получен вакуумно-дуговым переплавом, Ш – электрошлаковым переплавом, ВИ – методом вакуумно-индукционной выплавки, ПД – плазменно-дуговым.

Высоколегированные стали сложного состава иногда обозначают по порядковому номеру разработки и освоения на заводе (например, ЭИ, ЭП – «Электоросталь»).

Компания «УралСибМет» уже более 15 лет поставляет только высококачественный металлопрокат и строительные материалы, в том числе стальную продукцию, по доступным ценам и с возможностью доставки по Иркутской области, Бурятии и Забайкальскому краю.

С материалами от «УралСибМет» Ваше строительство будет гарантировано надежным.

Сталь: состав, свойства, применение

Сталь – это сплав железа с углеродом с добавлением различных примесей, оказывающих влияние на основные характеристики продукта. При заказе материала нужно учитывать, какими свойствами должна обладать сталь, так как механические и химические свойства стали напрямую влияют на то, где ее можно использовать.

Сталь – это один из основных промышленных материалов, используемых в разных отраслях, от машиностроения до медицины. Сырье представляет собой сплав, в котором соединяется железо с углеродом. Также добавляются и другие примеси, оказывающие значительное влияние на основные характеристики конечного продукта.

Состав стали

Основа состава – железо и углерод. В сплаве обычно содержится не более 2,14%.

Основной критерий классификации – химический состав. Вся представленная на рынке продукция разделена на два основных вида сырья:

  • Углеродистая сталь. В ее составе кроме железа и углерода также есть фосфор, сера, марганец и кремний. В зависимости от процентного содержания углерода сырье разделено на высоко-, средне- и низколегированные марки. Этот материал можно применять, даже если перед вами стоит задача создать инструмент, использующийся под постоянным напряжением и высокими нагрузками.
  • Легированная сталь. К основным компонентам добавлены дополнительные легирующие элементы. Среди них – множество типов веществ, от кремния, бора и азота до хрома, циркония, ниобия, вольфрама и титана. Это влияет не только на стоимость, но и на качество продукции, область использования и характеристики. В продаже вы найдете множество типов продукции – жаропрочные, цементуемые, улучшаемые стали. В зависимости от структуры сырье может быть доэвтектоидного, ледебуритного, эвтектоидного и заэвтектоидного типа.

Свойства и применение стали можно определить по ее марке.

В состав стали могут добавляться различные примеси. В зависимости от того, в каком количестве они представлены в рецептуре, выделяются два основных типа продукции:

  • Обыкновенного качества. В составе такого сплава углерода не более 0,6%. Основные стандарты, используемые в изготовлении –ГОСТ 14637 и ГОСТ 380-94. Многие виды продукции в маркировке указываются как «Ст», что означает стандартное качество. На рынке этот тип сырья –один из наиболее доступных по стоимости.
  • Качественный. К этой категории относятся легированная и углеродистая разновидности. Уже в маркировке указывается особенность состава, количество углерода в сотых долях. Основной стандарт, которого придерживаются изготовители, – ГОСТ 1577. Стоит такая сталь дороже, чем продукт обыкновенного качества. При этом материал намного более пластичен, хорошо сваривается и отлично защищен от механического воздействия.

Основные свойства стали

При заказе материала нужно учитывать, какими свойствами должна обладать сталь, чтобы подойти под конкретную область применения. Если не понимать такой особенности, есть риск покупки сырья, не соответствующего прочности, уровню защиты от коррозии, качеству свариваемости и другим характеристикам.

Рассмотрим основные характеристики материала.

Механические

Показывают, какие варианты обработки можно выбирать и где использовать. Есть несколько основных параметров:

  • Прочность. Показывает, какую нагрузку можно прикладывать к детали, пока не появятся первые признаки разрушения. Для каждой марки материала указывается этот параметр, а также предел текучести.
  • Предел прочности. Указывает на защищенность материала от механического напряжения.
  • Предел текучести. Дает представление о растягиваемости материала. Это помогает понимать, насколько сильно можно растянуть материал до момента, пока процесс будет продолжаться, даже когда нагрузка перестанет прикладываться.
  • Пластичность. Чтобы материал можно было использовать в изготовлении различных типов деталей и заготовок. Такая характеристика помогает сырью менять форму, прописывается, чтобы определить параметры относительного угла изгиба и удлинения.
  • Ударная вязкость. Напрямую связана с пределами динамических нагрузок. Характеристика указывает, насколько сильный удар сможет выдержать готовое изделие или заготовка, прежде чем начнет окончательно разрушаться.
  • Твердость. Показывает предельную нагрузку по площади до момента возникновения вдавливания. Может определяться разными методами, как Бринелля, так и Виккерса.

Физические

Параметры дают понять, возможно ли применение стали в строительстве или различных областях промышленности. Есть три значимых центральных показателя:

  • Плотность. В характеристике зашифровано, какая масса стали содержится в указанном объеме. Чем выше прочность, тем больше защищенность от деформации, сильного давления и других потенциальных угроз.
  • Теплопроводность. Параметр дает представление, насколько быстро тепло передается по заготовке. Параметр очень важен для промышленности, к примеру, при изготовлении радиаторов или труб для теплотрасс.
  • Электропроводность. Позволяет оценить безопасность применения материала в местах, где есть риск удара током. Также сплав можно выбрать и для установки в сферах, где имеют значение его проводниковые характеристики.

Химические

Весь набор параметров дает представление о том, как поведет себя материал в разных температурах или средах с разной степенью агрессивности. Есть четыре основных параметра:

  • Окисляемость. Процесс окисления вызывается контактом металла с кислородом, может стимулироваться увеличением температуры. На уровень окисляемости влияет содержание углерода и среда, в которой используются изделия. Чем больше подверженность окислению, тем быстрее на поверхности появится ржавчина.
  • Защищенность от коррозии. Указывается для разных сред. Может меняться при использовании на открытом воздухе, а также при контакте с водой или почвой.
  • Жаростойкость. Помогает понять, при каком нагреве на металле начинает постепенно развиваться коррозия. Характеристика напрямую связана с окисляемостью.
  • Жаропрочность. От жаростойкости отличается тем, что затрагивает не коррозийную стойкость и защиту от окалины, а саму прочность. Знание параметров поможет вам понять, до какой температуры нагреется заготовка, прежде чем ее можно будет сломать или деформировать.

Технологические

Показывают возможность обработки с применением различных технологий. Центральные параметры:

  • Ковкость. Чем она выше, тем быстрее можно будет придать форму постоянным внешним механическим воздействием.
  • Жидкотекучесть. Если этот параметр находится на высоком уровне, расплавленный материал сможет лучше заполнять пустоты.
  • Свариваемость. Помогает соединять различные заготовки между собой. Отличается как в зависимости от типа использованной сварки, так и самого сплава.
  • Обрабатываемость резанием. Сталь можно обрабатывать разными видами режущих инструментов для создания металлопроката и деталей с разными параметрами и областью применения.

Применение стали

Механические и химические свойства стали напрямую влияют на то, где ее можно использовать. Проще всего определиться со сферой по марке, указанной на сырье. Так продукцию с хорошей жаропрочностью можно использовать в средах, где есть риск воздействия постоянных высоких температур. То же относится к маркам, отличающимся хорошей свариваемостью и коррозийной стойкостью.

По сферам производства можно выделить несколько основных категорий:

  • Строительные. Применяются при создании металлоконструкций различного масштаба, арматуры, обшивки стен. Необходимые характеристики отличаются в зависимости от области применения. Так для одних видов сплава важна стойкость к коррозии во влажных средах, для других – защита от окисления при контакте с почвой. Но все используемые типы сырья должны хорошо свариваться, иметь повышенную прочность при постоянном или периодическом сильном механическом давлении. В сочетании с важной для строителей доступностью стоимости такими параметрами обладают низколегированные сплавы и варианты обычного качества.
  • Инструментальные. Применяются для изготовления инструментов различного назначения. Все сплавы разделены на три категории. Первая используется для создания штампованных деталей. Вторая – при производстве режущего инструмента, третья – измерительного с высокой точностью. Лучшим решением станет заказ высоколегированных и высокоуглеродистых материалов. Они не только хорошо защищены от износа, но и отличаются твердостью, хорошей теплопроводностью.
  • Конструкционные. Разнообразны по сфере использования: применяются для металлоконструкций, а также для деталей, крупных механических узлов. Лучшее решение – применение сплава с малой долей марганца. Легирование позволяет расширить список полезных характеристик. Эксперты рекомендуют обратить внимание на высокопрочные, автоматные, износостойкие и другие марки.

Также всегда можно заказать материалы со специальными характеристиками для конкретной зоны применения. Это могут быть как сплавы с повышенной жаропрочностью, так и защищенные от окисления при контакте с кислородом, хорошо плавящиеся, электропроводные и многие другие.

Углеродистая сталь – классификация, маркировка и применение

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 соотношения компонентов:

  • До 0,1% C, Mn менее 0,4%. Высокая способность к горячей деформации и холодному волочению. Материалы востребованы при производстве проволоки, очень тонкого листа, используемого при изготовлении тары, а также для изготовления корпусов автомобилей.
  • C 0,1-0,25%. Способность к деформированию ниже, чем у вышеописанной группы, но твердость и прочность выше. Часто эти марки востребованы для производства деталей с цементуемым поверхностным слоем. Процесс цементации позволяет получить износостойкий поверхностный слой в сочетании с вязкой сердцевиной. Это актуально для валов и шестерен.
  • C на уровне 0,25%, Mn и Al – до 1,5%. Обладают высокой вязкостью. В металлы, предназначенные для штамповки, ковки, производства бесшовного трубного проката и листа для котлов, алюминий не добавляют.
  • C на уровне 0,15%, Mn – до 1,2%, Pb до 0,3% или без него, минимальное количество Si. Эту группу применяют в массовом производстве на автоматических линиях деталей, не предназначенных для восприятия серьезных механических и температурных нагрузок. Для изделий с высокими требованиями по пластичности, вязкости, коррозионной стойкости сплавы не применяются.

Среднеуглеродистые с C0,2-0,6%

Содержание марганца обычно находится в пределах 0,6-1,65%. Применяются при производстве продукции, запланированной для эксплуатации при высоких нагрузках. Обычно их производят спокойными. Упрочняются нагартовкой или термообработкой. Все стали этой группы могут подвергаться ковке. Данная металлопродукция широко применяется в машиностроении. Марки с высоким содержанием углерода (0,4-0,6%) востребованы при производстве железнодорожных рельсов, колес и осей вагонов.

Высокоуглеродистые – 0,6-2,0%

Повышение количества углерода до 1% приводит к росту прочности и твердости при постепенном снижении предела текучести и пластичности. При росте процентного соотношения C выше 1% начинается формирование грубой сетки из вторичного мартенсита, приводящей к понижению прочности материала. Поэтому стали с содержанием C более 1,3% практически не изготавливают.

Высокоуглеродистые марки имеют высокую себестоимость изготовления, обладают низкой пластичностью, плохо свариваются. Область применения этой группы достаточно ограничена – производство режущего инструмента, в том числе предназначенного для землеройной и сельскохозяйственной техники, изготовление высокопрочной проволоки.

Классификация конструкционных углеродистых сталей по качеству, их маркировка и применение

Конструкционные стали обыкновенного качества

Их производят в соответствии с ГОСТом 380-2005, в продажу поставляют в виде листового, сортового и фасонного проката. ГОСТ подразумевает выпуск следующих марок:

  • Ст0;
  • Ст1пс, Ст1сп, Ст1кп;
  • Ст2пс, Ст2сп, Ст2кп;
  • Ст3пс, Ст3сп, Ст3кп, Ст3Гсп, Ст3Гпс;
  • Ст4пс, Ст4сп, Ст4кп;
  • Ст5пс, Ст5сп, Ст5Гпс;
  • Ст6пс, Ст6сп.

Буквенно-цифровая маркировка этой группы сплавов:

  • Ст – сталь;
  • цифры 0-6 обозначают номер марки;
  • наличие в обозначении буквы «Г» указывает на присутствие марганца в количестве 0,8% и более;
  • последние две буквы характеризуют степень раскисления, сп – спокойная, пс – полуспокойная, кп – кипящая.

Сталь качественная конструкционная

Изготавливается в соответствии с ГОСТом 1050-2-13 следующих марок – 05, 08, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 58, 60, а также марки 55ПП, 60ПП, 60ПП «селект» – пониженной прокаливаемости. В маркировке таких сплавов указывают степени раскисления, если они относятся к кипящим или полуспокойным, например 10 кп или 10 пс. Индекс сп в обозначении качественных конструкционных марок не указывается.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
gmnu-nazarovo.ru
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: