Что такое углеродистая сталь где она используется

Углеродная (углеродистая) сталь: виды, производство и применение

Благодаря своим прочностным характеристикам и доступной цене углеродистая сталь является весьма распространенным сплавом. Его главные элементы — это железо и углерод с минимумом присесей. Из углеродной стали производят различную машиностроительную продукцию, детали трубопроводов и котлов, инструменты. В строительстве сплавы тоже нашли широкое применение.

Основные характеристики

В зависимости от основного своего назначения углеродистые стали делятся на инструментальные и конструкционные, легирующих элементов в их составе практически нет. От обыкновенных стальных сплавов они отличаются еще и тем, что имеют в составе значительно меньше базовых примесей: марганца, магния, кремния. Содержание главного элемента — углерода — варьируется в довольно широких пределах. В составе высокоуглеродистой стали содержится 0,6−2% C, среднеуглеродистой — 0,3−0,6%, низкоуглеродистой — до 0,25%.

Основной элемент определяет свойства и структуру. Во внутренней структуре сплавов с менее чем 0,8% C (сталь доэвтектоидная) — преимущественно перлит и феррит, а при увеличении концентрации главного элемента формируется вторичный цементит.

Представленные стали с преобладанием ферритной структурой высоко пластичны и имеют низкую прочность. Если в структуре преобладает цементит, металл характеризуется высокой прочностью, однако и большой хрупкостью. При повышении содержания C до 0,8−1% растет прочность и твердость, но сильно ухудшается вязкость и пластичность.

Количественное содержание углерода сказывается на технологических характеристиках, в частности, на свариваемости, легкости обработки резанием и давлением.

  • Из низкоуглеродистых сталей изготавливают детали и конструкции, не предназначенные для значительных нагрузок.
  • Характеристики среднеуглеродистых сталей делают их основным конструкционным материалом, который используется в производстве конструкций и деталей для транспортного и общего машиностроения.
  • Высокоуглеродистые сплавы оптимальны для изготовления деталей, которые должны иметь повышенную износостойкость, в производстве измерительного и ударно-штампового инструмента.

Металл, как и иные стальные сплавы, в составе содержат примеси:

Кремний и марганец — это полезные примеси, которые вводятся в состав на стадии выплавки для раскисления. Фосфор и сера — вредные примеси, ухудшающие качественные характеристики сплава.

Считается, что легирование и углеродистые виды несовместимы, тем не менее с целью улучшения их технологических и физико-механических характеристик может выполняться микролегирование с помощью добавления различных добавок:

С их помощью не удастся превратить металл в нержавейку, но значительно улучшить свойства получится.

Классификация по степени раскисления

На разделение на типы влияет, в частности, степень раскисления. В зависимости от этого параметра наши сплавы делят на полуспокойные, спокойные и кипящие.

Более однородную внутреннюю структуру имеют спокойные стали, чье раскисление достигается путем добавления в расплавленный металл алюминия, ферросилиция и ферромарганца. Благодаря тому, что сплавы нашей категории полностью раскислились в печи, в их составе отсутствует закись железа. Остаточный алюминий, препятствующий росту зерна, обеспечивает мелкозернистую структуру. Она и практически абсолютное отсутствие растворенных газов позволяет получить качественный металл для изготовления из него самых ответственных деталей и конструкций. Наряду с плюсами у спокойных сплавов есть большой минус — достаточно дорогая выплавка.

Есть более дешевые, хотя и менее качественные, углеродистые сплавы, при выплавке которых используют минимум специальных добавок. В структуре такого металла из-за того, что процесс раскисления в печи не довели до конца, есть растворенные газы, негативно отражающиеся на характеристиках. Азот, например, плохо влияет на свариваемость и провоцирует образование трещин в области шва. Развитая ликвация в структуре сплавов приводит к тому, что металлопрокат, сделанный из них, отличается неоднородностью по структуре и механическим характеристикам.

У полуспокойных сталей промежуточное положение по свойствам и степени раскисления. Перед заливкой в изложницы в состав их вводится немного раскислитилей, благодаря которым затвердеванием металла происходит практически без кипения, но выделение газов в нем продолжается. В результате получается отливка, в структуре которой меньше газовых пузырей, чем в кипящих сталях. Эти внутренние поры при последующей прокатке металла завариваются практически полностью.

Большая часть полуспокойных углеродистых сталей используется как конструкционные материалы.

Производство и деление по качеству

Углеродистые стали получают путем использования разных технологий. Различают:

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

Сплавы обыкновенного качества получают в мартеновских печах, а из них формируются большие слитки. К плавильному оборудованию, использующемуся для получения таких сталей, относятся, в частности, кислородные конвертеры. В сравнении с качественными стальными сплавами, в металле может содержаться много вредных примесей, что отражается на характеристиках и стоимости производства.

Сформированные и застывшие слитки прокатывают горячими или холодными. Горячей прокаткой получают сортовые и фасонные изделия, тонколистовой и толстолистовой металл, широкие металлические полосы. Холодной прокаткой получают тонколистовой металл.

Для производства качественной и высококачественной стали используются мартеновские печи и конвертеры, а также плавильные печи, которые работают на электричестве.

К составу, а именно к наличию в структуре вредных и неметаллических примесей, ГОСТ предъявляет жесткие требования. В высококачественных сталях должно быть не более 0,04% серы и не более 0,035% фосфора. Высококачественные и качественные стальные сплавы благодаря строгим требованиям к способу выплавки и характеристикам имеют повышенную чистоту структуры.

Применение и маркировка

Инструментальные сплавы, в которых 0,65−1,32% C, используются для изготовления различного инструмента. Для улучшения механических свойств инструментов делают закалку материала изготовления.

Из конструкционных сплавов делают детали для разного оборудования, элементы конструкций строительного и машиностроительного назначения, крепежные детали и прочее. Из конструкционной стали делается проволока углеродистая, которая используется в быту, в производстве крепежа, в строительстве, для изготовления пружин. После цементации конструкционные сплавы успешно используются в производстве деталей, подвергающихся при эксплуатации серьезному поверхностному износу и испытывающих большие динамические нагрузки.

Маркировка говорит о химическом составе сплава и о его категории. В обозначении углеродистой стали обыкновенного качества есть буквы «ст». ГОСТ оговаривает семь условных номеров марок (0−6), также указывающихся в обозначении. Степень раскисления обозначают буквы «кп», «пс», «сп», проставленные в конце маркировки. Марки высококачественных и качественных сталей обозначаются цифрами, которые указывают на содержание в сплаве C в сотых долях процента.

Читать еще:  Воронение нержавеющей стали в домашних условиях

О том, что сплав инструментальный, можно понять по букве «У» в начале маркировки. Цифра, следующая за этой буквой, говорит о содержании C в десятых долях процента. Литера «А», если таковая присутствует в обозначении инструментальной стали, указывает на улучшенные качественные характеристики сплава.

Стали с повышенным содержанием углерода могут быть менее склонными к образованию структур малой пластичности. При воздействии структурных и сварочных напряжений металл малой пластичности может разрушиться. Этому способствует наличие в нем и его сварочном шве диффузионного водорода. Для предупреждения появления холодных трещин применяются способы, позволяющие устранить факторы, способствующие появлению таких недостатков.

Углеродистая сталь

Углеродистая сталь — это инструментальная сталь, содержащая 0,04- 2% углерода и всегда присутствующие примеси, не содержащая легирующих легируемых элементов. Углеродистая сталь в зависимости от процентного содержания углерода, разделяется на три основных типа:

  • низкоуглеродистая;
  • среднеуглеродистая;
  • высокоуглеродистая.

Данный материал нуждается в термообработке, после которой становится достаточно твердым и прочным чтобы выдерживать достаточные нагрузки в ответственных узлах. Спав применяется в производстве инструмента. Углеродистая сталь классифицируется как:

  • качественная, содержит до 0,035% фосфора и серы;
  • высококачественная, содержит до 0,025% фосфора и серы.

Углеродистая сталь марки

Углеродистая сталь марки которой имеют большое разнообразие. Согласно ГОСТ 1435-99 металлургическая промышленность выпускает следующие марки инструментальной углеродистой стали:

Буква У обращает внимание что сталь углеродистая. Обозначение буквы А, в конце марки, означает группу высококачественной стали с более чистым наличием серы и фосфора. Цифры в обозначении показывают процентное содержание углерода в сплаве, численное выражение которого для удобства умножено на 10. Отсутствие буквы А означает качественную сталь. Цифра указывает содержание углерода, среднее, Г- показывает на высокое наличие марганца. Углеродистая сталь марки имеют малую стоимость и большую твердость и этим отличается от других инструментальных сталей. Износостойкость этих марок и теплостойкость низкая. Углеродистая сталь марки У7, У7А успешно используют для деревообрабатывающих инструментов — топоров, стамесок, долот, также инструментов по металлу — зубила, кузнечные штампы, слесарные инструменты, молотки, кувалды, отвертки, кусачки и др. Марки У8, У8А, У8Г, У8ГА используют для изготовления таких инструментов, которые очень стойкие к разогреву при работе и выдерживают нагрузки вращения- фрезы по дереву, зенковки, пилы продольные, дисковые, накатные ролики и др. Углеродистая сталь марки У10, У10А служит для изготовления игольной проволоки, также инструмента, который не вызывает нагрева режущей кромки. У13, У13А используют для инструментов, где необходима повышенная износостойкость, лезвия бритвы, хирургические инструменты, инструментов для гравировки металла, камня.

Свойства углеродистой стали

Свойства углеродистой стали значительно улучшаются, когда она подвергается термообработке. После данного процесса сплав приобретает высокую твердость, прочность, способность реагировать на большие нагрузки, выдерживать высокую температуру при работе режущей кромки. Свойства углеродистой стали позволяют ей быть одним из самых востребованных видов стали. Характеристики и свойства материала регулируют при выплавке, соблюдая необходимые нормы процентного содержания элементов сплава. Свойства углеродистой стали позволяют успешно сваривать ее, обрабатывать резанием, введенные в нее легирующие элементы изменяют свойства, повышаются механические способности, снижается хладноломкость.

Типы углеродистой стали

Типы углеродистой стали разделяют на:

  • А- поставляемую по своим механическим свойствам, которые можно изменить;
  • Б- по своим химическим свойствам, при этом механические свойства меняются, а уровень определяется химическим составом;
  • В- поставляют по химическому содержанию и по своим механическим свойствам для деталей.

Типы углеродистой стали по виду обработки выделяют:

  • горячекатаная;
  • кованая;
  • калиброванная;
  • круглую со специальной отделкой поверхности.

Углеродистая сталь – марки и их отличия простыми словами

Чтобы определить состав, свойства и характеристики углеродистых сталей, необходимо разбираться в их маркировке. Разберем все на конкретных примерах, чтобы справиться с поставленной задачей смог даже неопытный работник.

1 Что характерно для углеродистой стали и почему?

В этой статье речь пойдет о сплаве железа и углерода (С). Конечно, не обходится и без других примесей, но углеродистая сталь содержит до 2% С, а процентное содержание иных добавок незначительно. Такой материал нашел свое широкое применение во многих промышленных цехах. Из него изготавливают инструменты, оборудование, детали котлов, различные элементы. Этот дешевый сплав пользуется невероятной популярностью в строительной индустрии, особенно при изготовлении несущих конструкций. Среднеуглеродистые сплавы часто используются в машиностроении.

Огромный спрос обоснован не только приемлемой стоимостью материала, но и его свойствами. Он достаточно пластичен, легко подвергается обработке и превосходно сваривается. Также углеродистые сплавы не боятся динамических нагрузок. Но во многом характеристики металла зависят от его химического состава. С увеличением процентного содержания С изменяется структура сплава и его свойства. С возрастанием количества углерода до 1% увеличивается предел прочности и твердость, зато такое изменение негативно сказывается на пластичности и пределе текучести.

Дальнейшее увеличение С только ухудшит прочностные характеристики, именно поэтому в высокоуглеродистых сталях содержание этого элемента обычно не превышает 1,3%.

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

Скажем еще пару слов о примесях, их влияние может принести как пользу, так и вред. К первым относятся марганец и кремний, которые способствуют раскислению. А такие добавки как сера и фосфор отрицательно скажутся на характеристиках. Первая способствует красноломкости, т. е. материал плохо поддается обработке в нагретом состоянии. А вот фосфор вызывает хладноломкость – металл боится холодной обработки.

Читать еще:  Модуль деформации стали

2 Классификация углеродистых сталей

Если углеродистая сталь содержит менее 0,8% С, то она будет иметь доэвтектоидную структуру. При увеличении этого элемента до 0,8% и более, структура материала изменяется на эвтектоидную и заэвтектоидную соответственно. В первом случае структура ферритно-перлитная, в эвтектоидных уже преобладает перлит, а при дальнейшем увеличении С в составе материала появляется вторичный цементит.

Также сплавы делятся согласно степени раскисления на спокойные, кипящие и полуспокойные. Если металл был полностью раскислен в печи и, соответственно, не содержит закиси железа, то такой сплав называется спокойным. К его достоинствам следует отнести отсутствие газов, а главный недостаток – относительно дорогая выплавка. В основном такой материал пользуется спросом для изготовления ответственных конструкций. Более дешевое производство у кипящей углеродистой стали, но в этом случае она будет содержать растворенные газы. Они негативно скажутся на свариваемости материала. Например, азот может спровоцировать появление трещин при проведении сварочных работ. Кипящие сплавы содержат некоторое количество закиси железа, вызванное неполным раскислением в печи.

Существуют еще полуспокойные марки сталей. Они выступают по степени раскисления чем-то средним между кипящими и спокойными. Металл затвердевает в изложнице без кипения, однако процесс сопровождается выделением газов. Но стоит отметить, что количество газовых пузырей значительно меньше, чем в случае с кипящими сталями, а в процессе прокатки они завариваются полностью. Этот сплав чаще всего используется как конструкционный материал.

Делятся сплавы также в зависимости от способа создания и имеющихся на выходе качеств. Углеродистая сталь обыкновенного качества в основном выплавляется в мартеновских печах, а затем разливается в большие слитки. Такой металл имеет довольно большое содержание неметаллических включений. В прокатанном виде наблюдается полосатость вдоль направления течения.

Качественный сплав также производится с помощью мартеновских печей, но в этом случае к технологии предъявляются более строгие требования, за счет чего количество неметаллических включений значительно снижается. Высококачественные сплавы изготавливаются в электропечах. Такая технология гарантирует повышенную чистоту материала, а значит, и превосходные механические свойства.

Знакомое даже непрофессионалу разделение – по назначению, сплавы делятся на инструментальные и конструкционные. Первые используются для изготовления различных инструментов. Содержание углерода в них колеблется в пределах от 0,65 до 1, 32%. Конструкционные марки нашли свое применение при изготовлении различных деталей и узлов. Например, для производства элементов, работающих в условиях поверхностного износа и испытывающие динамические нагрузки, лучше всего зарекомендовали себя цементуемые марки сталей. Они делятся на 3 группы: сплавы с неупрочняемой, слабоупрочняемой и сильноупрочняемой сердцевиной. Все цементуемые сплавы подвергаются цементации.

По химическому составу такие сплавы делятся на мало-, средне- и высокоуглеродистые стали. Содержание С в последнем случае превышает 0,7%, а в первом менее 0,3%. Если в составе присутствует С в пределах от 0,3 до 0,7%, то это среднеуглеродистые стали.

3 Читаем маркировку без затруднений

Если вам предстоит работать с таким материалом, то важно не тушеваться при виде маркировки. Сплавы обыкновенного качества обозначаются сочетанием букв Ст с цифрами от 0 до 6 и делятся на 3 категории. Если материал поставляется с гарантией механических свойств, при этом его химический состав не оговаривается, то он относится к группе А. Причем в этом случае категория в маркировке никак не обозначается. А определить свойства сплава можно по его номеру, чем он выше, тем больше прочность.

А вот сплав с гарантированным составом, но не регламентируемыми свойствами будет обозначаться буквой “Б”. Символ находится в самом начале шифра. У этих сталей в соответствии с номером изменяется содержание С. Если же на первой позиции увидите “В”, то речь идет о сплавах, в которых регламентируется и состав, и механические свойства. Первый соответствует сталям группы Б с аналогичным номером, а механические свойства – сплавам категории А. Более подробно ознакомиться с характеристиками можно, изучив сопроводительные документы.

В конце маркировки указывается степень раскисления. Полуспокойные и кипящие обозначаются сочетанием букв “пс” и “кп”, соответственно. Если в конце шифра нет никаких символов, значит, сплав относится к спокойному типу. Сейчас попробуем разобрать все на конкретных примерах. Ст5 – углеродистая сталь с номером 5, относится к группе А, спокойная. Шифр БСт2кп означает, что сплав с номером 2 относится к категории Б, кипящий.

Качественные углеродистые сплавы маркируют цифрами, показывающими среднее содержание С в сотых долях. Если после цифирного обозначения увидите букву “Г”, то речь идет о сталях с повышенным содержанием марганца. Как и в предыдущем случае степень раскисления указывается в конце. Пример: Сталь 20 – качественная углеродистая, содержание С 0,2%. Отсутствие каких-либо символов после цифр свидетельствует, что в составе металла менее 0,8% марганца, и он относится к спокойному типу. Сталь 40Гкп – углеродистая (0,4% С) с повышенным содержанием марганца, кипящая.

Маркировка инструментальных сплавов начинается с символа “У”, за которым следуют числа, показывающие количество углерода в составе сплава. Только в этом случае С указывается в десятых долях. В конце шифра можно увидеть букву “А”, так обозначаются сплавы повышенного качества. У4 – инструментальная углеродистая сталь (0,4% С). У8А – сплав (0,8%С) повышенного качества.

Что такое углеродистая сталь и как ее сварить

Очень много в интернете самой разной информации по поводу того что такое углеродистая сталь, но мне кажется вопрос раскрыт не полностью и по этой причине я попытаюсь осветить тему простыми словами без употребления различных терминов не понятных обычному пользователю.

Рассмотрим сразу что к чему.

  • Железо + железо = Железо
  • Железо + углерод = Сталь

Вот теперь вы понимаете разницу и знаете чем отличается железо от стали.

Сталь насыщенная углеродом становится прочней износоустойчивой и приобретает ряд других положительных характеристик.

Читать еще:  Твердость стали р6м5 по роквеллу

Железо как известно добывают из руды, а как же добывают углерод?

Углерод может быть разный, но он все же остаётся углеродом. Например алмаз это чистый углерод и графит который добывают это тоже чистый углерод, но как же так вещества разные, а оба углерод?! Все дело в том что они имеют разную кристаллическую решетку как например автомобиль он может быть как грузовым так и легковым, но он все же остаётся автомобилем.

Углерод есть и в человеческом организме и в газах и вообще в самых разнообразных местах на нашей планете, но он все же остаётся углеродом.

Его можно получить и химическим путем, но добыча как оказалось менее затратна и поэтому его просто добывают в виде например угля или графита.

Например из графита можно получить алмаз изменив его кристаллическую решётку как у алмаза, но это уже будет называться искусственный алмаз. Так же можно и наоборот из алмаза получить графит. Контролируют этот процесс с помощью температуры и других технических приёмов.

Как получают углеродистую сталь. Для этого берут например железо и смешивают его с углеродом в итоге получаем углеродистую сталь.

После смешивания у железа появилась прочность и другие полезные характеристики. Чтоб сделать нашу сталь ещё лучше туда начинают понемногу добавлять и другие металлы и это называют легировать то есть сталь становится легированной.

Но не будем далеко отходить от темы и поговорим ещё о углеродистой стали. Стали могут быть не просто углеродистыми, а низко углеродистыми , средне углеродистыми и высоко углеродистыми. От этого будет зависеть то на что эта сталь сгодится.

Сразу скажу что если в стали содержится больше чем 2.14% углерода это уже не углеродистая сталь, а чугун. У чугуна тоже есть свои виды и так далее.

Если сталь содержит определённое количество углерода она может быть конструкционной или инструментальной.

Инструментальная углеродистая сталь применяется как можно понять из названия для изготовления различных инструментов. Изготавливают из этой стали: отвертки, топоры, зубила, сверла, пилы дисковые, фрезы, метчики, плоскогубцы и другие инструменты. (содержит углерода больше чем 0.7%)

Конструкционная углеродистая сталь применяется в самых разных областях. начиная с гвоздей, оси, рессоры и заканчивая разнообразными деталями машин, все зависит от качества углерода в стали и других параметров.

Если вам стало интересно как сталь смешивают с углеродом или правильно сказать вводят его в сталь смотрим видео ниже.

Так же думаю вам будет интересно почитать как выполнить сварку углеродистой стали и Какие свойства придает стали углерод.

И еще даю ссылки ниже, скопировав которые и вставив в новой вкладке в адресную строку вы можете узнать другую полезную информацию касающиеся именно углеродистой стали и не только.

Если у вас остались вопросы прошу не оставляйте этот вопрос открытым и напишите что здесь нужно добавить через форму обратной связи на странице вопросов ответов.

Тут описано подробно о том как выглядит через микроскоп железо. http://steel-guide.ru/metallografiya-stali/chistoe-zhelezo-mikrostruktura-i-kristallicheskaya-reshetka.html

Госты которые могут помочь в решении ряда задач.

  • ГОСТ 380-94 Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки
  • ГОСТ 16523-97 Прокат тонколистовой из углеродистой стали качественной и обыкновенного качества общего назначения.
  • ГОСТ 1050-88 Прокат сортовой, калиброванный, со специальной отделкой поверхности из углеродистой качественной конструкционной стали.

А теперь можно поговорить как сваривать углеродистые стали.

От обычной стали углеродистая отличается меньшим содержанием примесей и небольшим содержанием марганца, магния и кремния. Углеродистые стали отличаются повышенной прочностью и высокой твердостью. По качеству углеродистая сталь различается на обыкновенную и качественную.

Сталь обыкновенного качества может быть горячекатаной, толстолистовой и холоднокатаной. Конструкционная сталь высокого качества применяется очень широко, потому что из нее изготавливаться прутки и заготовки. Качественная сталь выпускается в таких марках, как 05кп, 08кп, 08пс, 08, 10кп, 10пс, 10, 11кп, 15пс и другие.

Углеродистая сталь может быть разного назначения, например, она может предназначаться статически нагруженного инструмента или для нагрузок, в которых приходится переносить удары.

Для производства инструмента, который подвергается серьезным нагрузкам и выполняет ломовую работу, используется углеродистая сталь. В таком случае используется сталь сорта У7-У9. Материал, изготовленный из такого вида стали, можно спокойно подвергать термической обработке.

Технология сваривания стали предполагает общий или местный или общий подогрев свариваемого изделия и проведение сварочных работ. Термическая обработка деталей позволяет обеспечить отсутствие трещин в сварочном шве, а также исключить диффузию в случае неоднородности сталей.

Нередко сваривание является единственным способом произвести ремонт деталей или кузова автомобиля и любого другого технологического оборудования. Сваривание таких деталей может быть затруднено низкой стойкостью швов к образованию горячих трещин и высокой вероятностью образования холодных трещин, которые разрушают металл шва и всю сваренную деталь.

Углерод, который есть в составе сталей, позволяет уменьшить стойкость швов к образованию горячих трещин, а также усиливает вредное влияние серы и фосфора. Критическое содержание углерода в сварочном шве может зависеть от конструкции узла, а также его формы и содержания в нем элементов и предварительного подогрева.

Существующие способы для повышения стойкости образованию горячих трещин направляются на ограничение содержания в металле шва составляющих, которые послабляют свариваемый металл и понижает его пластические свойства.

Стали, у которых повышено содержание углерода, могут быть менее склонными к образованию структур с малой пластичностью. При воздействии сварочных и структурных напряжений возможно разрушение металла с малой пластичностью. Этому способствует наличие в металле и сварочном шве металла диффузионный водород. Для того чтобы предупредить образование холодных трещин в металле и сварочном шве, применяются способы, которые позволяют устранить факторы, которые способствуют возникновению таких неисправностей.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector