Что делают из углеродистой стали?

Содержание

Особенности изготовления металлоизделий из различных металлов

Что делают из углеродистой стали?

Доступный и прочный металл производится как в виде самостоятельных элементов, так и в виде сплавов. В зависимости от типа стали при изготовлении металлических изделий применяют различные способы производства.

Особенности изготовления изделий из углеродистых сталей

Углеродистая сталь – одна из самых популярных в промышленности из-за своей универсальности

Углеродистые стали составляют около 90 % продукции современного производства в черной металлургии. Главными причинами их популярности являются:

  • невысокая стоимость производства;
  • удобство в обработке;
  • высокие показатели в эксплуатации.

На сегодняшний день известно около 2 000 марок таких сталей.

Состав углеродистых сталей

По составу углеродистые стали представляют сложные сочетания элементов, главный из которых железо. Его процентное соотношение колеблется до 97 до 99,5 %.

Также в составе:

  • медь, никель и хром (специально добавляют при производстве);
  • сера, кислород, азот, водород, фосфор (остаются в сплаве в процессе производства);
  • марганец и кремний (добавляют для раскисления стали и удаления соединений, снижающих качество сплава).

Чтобы изменить структуру стали, в нее в определенных количествах добавляют углерод. В зависимости от содержания углерода, стали делятся на:

  • перлитные и ферритные – содержание углерода менее 0,8 %;
  • полностью перлитные – ровно 0,8 %;
  • цементитные и перлитные – более 0,8 %.

Чем выше процентное содержание углерода в стали, тем прочнее она становится, улучшается ее холодостойкость и вязкость. С другой стороны, снижается пластичность сплава.

По содержанию примесей в стали готовую продукцию разделяют на три категории:

  • высококачественная сталь с примесью серы и фосфора до 0,03 %;
  • качественная сталь с содержанием серы до 0,04 % и фосфора 0,035 %;
  • сталь обычного качества – до 0,05 % серы, до 0,04 % фосфора.

Изготовление изделий из углеродистых сталей

Углеродистую сталь разделяют на два типа:

  1. Инструментальную. Обладает повышенной твердостью, но достаточно хрупкая, особенно после процесса закалки. Бывает качественной и высококачественной.
  2. Конструкционную. Пластичнее чем инструментальная. Из этой стали обычного качества изготавливают балки, бруски, швеллеры или листы для производства металлоконструкций.

Изделия из инструментальной стали

Инструментальную сталь используют для изготовления инструментов по обработке металла и древесины, токарных и фрезерных деталей, измерительных приборов. Маркируют сталь буквой «У» с цифрой, указывающей на процентное содержание углерода. Дополнительно может ставится буква «А», которая обозначает высококачественный прокат.

Изделия из конструкционной стали

Свойства этого типа стали позволяют применять ее в машиностроении и строительстве для производства опорных конструкций. Конструкционную сталь маркируют буквами «Ст» и цифрой от 0 до 6, которая указывает на прочность стали – чем больше цифра, тем прочнее сталь.

Конструкционная сталь делится на 3 группы:

Группа А. Ключевым показателем являются механические свойства, химический состав не регламентирован. Изделия из стали группы А не подходят для сваривания.

Группа Б. Строгий химический состав, но с изменением механических свойств. Изделия можно термически обрабатывать, ковать и сваривать.

Группа В. Самые дорогие и качественные металлоизделия. Четкий химический состав и регламентированные механические свойства. Разрешается сваривание любыми методами.

Особенности изготовления изделий из легированных сталей

Легированная сталь содержит специальные легирующие добавки, которые делают материал прочнее и повышают стойкость к коррозиям – улучшают физические и механическая свойства стали.

По техническим характеристикам различают сталь:

  • коррозиеустойчивую и жаропрочную;
  • быстрорежущую и хромистую;
  • конструкционную с преобладанием магния или хрома.

Ключевыми преимуществами легированной стали являются:

  • долговечность и надежность;
  • устойчивость к температурным перепадам;
  • устойчивость к негативным воздействиям кислот и щелочей;
  • повышенная твердость и прочность;
  • экономичность производства и применения.

За счет высоких технологических качеств легированную сталь используют во всех отраслях промышленности, автомобилестроении и медицине.

Состав легированных сталей

В процесс выплавки в сталь добавляют следующие элементы:

  • никель;
  • марганец;
  • хром;
  • кремний,
  • ванадий,
  • кобальт;
  • азот;
  • вольфрам;
  • медь;
  • титан.

В зависимости от содержания легирующих элементов легированная сталь делится на:

  • низколегированную (менее 3 % добавок);
  • среднелегированную (3–10 %);
  • высоколегированную (более 10 %).

Изделия, сваренные из легированной стали, используют в любом климате, даже с самой агрессивной внешней средой.

Производство изделий из легированных сталей

Металлоизделия из легированных сталей активно используют в автомобилестроении, строительстве; нефтегазовой отрасли и химической промышленности. Для медицины из высоколегированной стали изготавливают хирургические инструменты

Низколегированная сталь за счет повышенной прочности позволяет сэкономить средства для строительства крупногабаритной техники, так как при производстве значительно сокращается толщина металла.

Из стали, легированной хромом, изготавливают изделия, устойчивые к воздействию кислот и выдерживающие сильное давление, например поршни и узлы карданного вала, шестерни КПП и кулачковые муфты.

Высоколегированная сталь отличается высокой устойчивостью к воздействию коррозии и повышенным температурам, поэтому из нее изготавливают металлоизделия для агрессивной среды. Например, из ВЛ-стали делают глубоководные аппараты и измерительные приборы для вулканологов.

Можно выделить 3 сплава, которые отличаются специфическими тепловыми свойствами:

  1. ЭН42 – сталь с коэффициентом расширения сходным со стеклом. Применяется для изготовления электродов в лампах накаливания.
  2. Х8Н36 – сталь с постоянной упругостью при температурах от −50 до +100 °С. Применяется для изготовления калибровочных приборов и часовых механизмов.
  3. И36 – сталь с коэффициентом температурного расширения равным 0. Используют для эталонных изделий.

Особенности изготовления изделий из меди и медных сплавов

Медь и ее сплавы начали использовать около 7 тысяч лет назад и до середины 20 века этот металл преобладал в цветной металлургии, пока его не вытеснил алюминий. Добывают медь в месторождениях, где она входит в состав медного колчедана, копеллина, бронзита и халькозина.

Категории и применение меди и ее сплавов

Медные сплавы делятся на несколько категорий:

  • специальные;
  • медноникельцинковые;
  • медноникелевые;
  • сплавы с высоким содержанием меди;
  • латуни;
  • бронзы.

Последние два сплава являются самыми распространенными в производстве металлоизделий.

Производство изделий из меди и ее сплавов

Медь уже несколько тысячелетий пользуется большой популярностью в промышленном производстве. Она пластична и удобна в обработке

Медь удобна в обработке, медленно окисляется кислородом и обладает высокой электропроводностью. Сферы ее применения можно посмотреть на диаграмме:

Сфера применения меди

Медь очень пластична, но сохраняет прочность только при низких температурах. Высоко ценится медь за устойчивость к коррозии.

Из меди и медных сплавов изготавливают электротехнические изделия, сантехнические трубы, кровлю и оборудование для химической промышленности. Используют ее при производстве деталей автомобилей и артиллерийского оружия.

На производстве мастера по чертежам, готовым моделям вытачивают или фрезеруют медные заготовки, придавая им нужную форму. При этом сделать можно и серийную деталь, и уникальную. Также в станки закладывают листовую медь для штамповки, сверления и лазерной обработки.

Особенности изготовления изделий из алюминия и алюминиевых сплавов

Легкий и пластичный алюминий используют в производстве автомобилей, самолетов, поездов, кораблей, электроприборов и бытовых предметов. Покрывающая алюминий оксидная пленка защищает его от ржавчины и обеспечивает долгий срок службы алюминиевого изделия. Кроме того, алюминий абсолютно нетоксичен и легко перерабатывается.

Производство алюминия и его сплавов

В чистом виде алюминия в природе не существует. Его производство начинается с добычи бокситов – руды, содержащей 50–75 % оксида алюминия

Производство алюминия состоит из трех этапов:

  1. Получение глинозема. Бокситную руду дробят, перемалывают с добавлением воды и высушивают. Полученную массу обрабатывают паром для вывода кремния.
  2. Обработка щелочью. Раствор помещают в щелочную среду для выделения из массы оксида алюминия.
  3. Электролиз. При температуре 950 °С раствор плавят в криолитовой ванне и пропускают электрический ток до 400 кА. Электролиз разрывает связь атомов кислорода и алюминия, так что на дне ванны собирается чистый алюминий.
Читайте также  Чем вырезать круг в металле?

Полученный таким образом первичный алюминий отливается в слитки и либо отправляется в таком виде на производство, либо используется для получения сплавов. Чаще всего алюминий плавят вместе с медью, марганцем, цинком, магнием и кремнием, реже – литием, титаном, бериллием и цирконием.

В цветной металлургии различают две большие группы сплавов:

  1. Литейные. Алюминий с легирующими добавками заливают в форму, в зависимости от конфигурации требуемого изделия.
  2. Деформируемые. Из алюминиевых сплавов делают слитки, которым придают необходимую форму с помощью прокатки, прессования, формовки или ковки.

Производство изделий из алюминия и его сплавов

В России алюминий производится по ГОСТу 21631-76. Для изготовления изделий из алюминия и его сплавов применяют термическую деформацию, холодное волочение или прокатку.

Типы заготовок и изделия из них перечислены в таблице:

Тип Изделия
Кислостойкие Сварочные емкости, топливные баки, радиаторы, рамы и заклепки. Ключевым свойством является стойкость к коррозиям и пластичность при обработке.
Технические Изоляция и отделочные материалы. Отличаются малым весом и гибкостью.
Перфорированные с гладкой поверхностью Декоративные элементы, усилители хрупких конструкций, вентиляционные решетки.
Пищевые Посуда, кухонные приборы, детали для бытовой техники. Здесь основной характеристикой является гигиеничность из-за отсутствия вредных примесей
Анодированный и гофрированный алюминий Самая долговечная и качественная кровля, которая выдерживает значительные нагрузки
Алюминий с глянцевой или матовой поверхностью Жалюзи, бытовые и осветительные приборы, солнечные батареи, декоративные изделия

Особенности изготовления титана и титановых сплавов

Титан – 4-й по распространенности в природе металл после алюминия, железа и магния. При этом активно в промышленности его стали применять лишь со второй половины 20 века. Чаще всего он встречается в составе таких руд, как рутил и ильменит.

Особенности титана и его сплавов

Ключевыми характеристиками титана являются:

  1. Устойчивость к коррозии.
  2. Хладостойкость.
  3. Легкость из-за низкой плотности.
  4. Высокая прочность.
  5. Легкость в обработке.
  6. Отсутствие взаимодействий с магнитными полями.

За счет этих особенностей титан находит широкое применение в автостроительной, аэрокосмической промышленности и медицине.

Титановые сплавы делят на 2 большие группы:

  • конструкционные высокопрочные;
  • жаропрочные с низкой плотностью.

Титан – сложным металл в производстве и обработке. Температура его плавления достигает почти 1 700 °С, но при нагреве до 400 °С титан активно взаимодействует с кислородом и становится взрывоопасным.

Производство изделий из титана и его сплавов

Титан и его сплавы считаются материалом №1 в медицине. Из него делают легкие и прочные протезы

Изготовление металлоизделий включает несколько ключевых особенностей. Плавка, разливка, сварка титана и его сплавов делают в вакууме или с подачей инертных газов. При нагреве стали до температуры более 600 °С необходимо защищать титан от окисления и насыщения газами.

Лучше всего обрабатывать этот металл давлением в нагретом состоянии. Титан и его сплавы отлично свариваются, обеспечивая высокую прочность сварного шва. Но металл сложно резать из-за налипания стружки на фрезу.

Самые распространенные сплавы титана производят через легирование оловом, ванадием, алюминием и хромом. Чистый титан и его сплавы отличаются легкостью, удельной прочностью и стойкостью к коррозии.

Тем не менее изготовление металлоизделий из него сопряжено с высокими затратами –на выделение титана из руды, его обогащение и очистку уходит много времени и средств.

Титан активно используют в аэрокосмической и химической промышленности, гидрометаллургии. Из титана и его сплава изготавливают высокопрочные медицинские протезы, стержни, вставки и хирургические инструменты.

Источник: https://zmkmsk.ru/blog/osobennosti-izgotovleniya-izdelij-iz-razlichnyh-metallov-vse-ot-stali-do-titana/

Свойства и состав углеродистой стали, применение и расшифровка маркировки

Что делают из углеродистой стали?

Область применения углеродистой стали широка – она используется для создания инструментов, из нее изготавливаются несущие конструкции и элементы для машиностроения. В настоящее время это один из самых востребованных видов стали, так как она обладает уникальными свойствами. Ее эксплуатационные и технические свойства определяются компонентами и их соотношением в составе.

Состав

Для плавки стали используется углерод и дополнительные элементы. В зависимости от будущего назначения к материалу предъявляются определенные требования: твердость, пластичность, текучесть и т.д. Корректировку этих параметров можно осуществлять с помощью изменения % содержания углерода.

Его соотношение к общему объему является одним из основных условий разделения стали на виды.

Их отличительные качества и особенности описаны в нормативных документах:

  • Обыкновенного качества – ГОСТ 380-85.
  • Конструкционная – ГОСТ 380-88.
  • Инструментальная – ГОСТ 1435-54 и ГОСТ 5952-51.

углерода определяет показатель твердости. Чем его больше – тем прочее будет изделие. Однако нужно учитывать, что одновременно с этим возрастает хрупкость.

В зависимости от этого показателя сталь разделяют на несколько видов:

  • Низкоуглеродистая – до 0,25%. Отличается хорошей пластичностью, относительно легко поддается деформации, как в холодном состоянии (годна для холодной ковки), так и под воздействием высоких температур.
  • Среднеуглеродистые – от 0,3% до 0,6%. Обладает достаточной прочностью, но также имеет хорошие показатели пластичности и текучести, что важно для обработки. Область применения – элементы конструкций, эксплуатация которых подразумевает нормальные условия.
  • Высокоуглеродистые – от 0,6% до 1,4%. Из нее изготавливают высокопрочный инструмент, приборы для измерения.

Каждый из этих видов стали имеет определенную область применения.

Обыкновенного качества

Это самый востребованный вид стали в настоящее время. Она производится в виде проката – листов, прутьев, швеллеров и балок. Благодаря своим свойствам может использоваться в качестве опорных конструкций, элементов машиностроения.

Для того чтобы узнать свойства определенного вида углеродистой стали обыкновенного качества. нужно знать принцип ее маркирования.

Обозначение всегда должно соответствовать ГОСТу. В названии указывается вид металла – СТ. Затем идет цифровой номер, определяющий содержание перлита и углерода. Чем больше номер – тем прочнее изделие. Нумерация может варьироваться от 0 до 6. Затем в названии указывается способ раскисления — СП – спокойная; ПС – полуспокойная; КП – кипящая.

Помимо этого углеродистая сталь имеет разделение на три подвида.

  • А – ее химический состав не регламентируется. Главным показателем являются механические свойства. Она не проходит предварительную стадию обработки давлением. Не предназначена для сварки.
  • Б – ее химический состав должен соответствовать нормативной документации. Изделия из этого материала могут подвергаться обработке – штамповке, ковке и т.д. Но при этом возможно изменение механических свойств. Некоторые сорта можно подвергать термическому воздействию.
  • И – наиболее качественный вид материала. Для этих марок характерны механические свойства группы «А» и гарантированный химический состав группы «Б». Конструкции могут свариваться между собой.

В маркировке группа «А» не указывается. Если же сорт материала соответствует группам «Б» или «В» — эти буквы указывают в начале маркировки. При использовании в составе марганца с повышенным содержанием в названии марки используют букву «Г». Пример: БСт3Гпс – сталь группы «Б», с содержанием углерода, соответствующего обозначению «6», с добавлением марганца в полуспокойном состоянии.

Качественная

При изготовлении этих сортов стали предъявляются повышенные требования, как к химическому составу, так и к механическим свойствам. Помимо этого регламентируется содержание вредных компонентов.

  • Сера – не более 0,04%.
  • Фосфор – не более 0,035%.

Данные сорта обозначаются буквой «У». Следующие за ней цифры указывают % содержание углерода (в сотых долях процента). Такие марки стали используются для изготовления инструмента, ответственных элементов в машиностроении, а также при производстве точных измерительных приборов.

  • У7 – применяется для производства зубил, штампов, кузнечного инструмента, молотов.
  • У8 и У8Г (с содержанием марганца) – пробойники, ножи по металлу, инструмент, предназначенный для обработки камня.
  • У9 – инструмент для деревообработки, кернеры, штемпеля.
  • У10 и У11 – метчики, развертки, плашки, полотна для ножовок.
  • У12 и У13 – резцы для обработки твердого металла, сверла.

На что еще нужно обращать внимание при выборе углеродистой стали? Важно помнить, что чем лучше показатель твердости, тем более хрупким будет изделие. Так, для инструментальных сортов качественной стали характерна хорошая механическая прочность, низкая текучесть и пластичность.

Источник: https://ismith.ru/metal/uglerodistaya-stal/

Углеродистая сталь — классификация, маркировка и применение

Что делают из углеродистой стали?

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%. 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.

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.

Читайте также  Как соединить провода из разных металлов?

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.

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%

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.

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.

Источник: https://treydmetall.ru/info/uglerodistaya-stal-klassifikikaciya

Сталь углеродистая: состав, классификация, ГОСТ

Что делают из углеродистой стали?

Углеродистая сталь благодаря доступной стоимости и высоким прочностным характеристикам относится к широко распространенным сплавам. Из таких сталей, состоящих из железа и углерода и минимума других примесей, изготавливают различную машиностроительную продукцию, детали колов и трубопроводов, инструменты. Широкое применение эти сплавы находят и в строительной сфере.

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

Что собой представляют углеродистые стали

Углеродистые стали, которые в зависимости от основной сферы применения подразделяются на конструкционные и инструментальные, практически не содержат в своем составе легирующих добавок. От обычных стальных сплавов эти стали также отличает и то, что в их составе содержится значительно меньшее количество таких базовых примесей, как марганец, магний и кремний.

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

Нормы содержания химических элементов в углеродистых сталях

Углеродистые стали с преобладающей ферритной структурой отличаются высокой пластичностью и низкой прочностью. Если же в структуре стали преобладает цементит, то она характеризуется высокой прочностью, но вместе с этим является и очень хрупкой. При увеличении количества углерода до 0,8–1% прочностные характеристики и твердость углеродистой стали возрастают, но значительно ухудшаются ее пластичность и вязкость.

Количественное содержание углерода также оказывает серьезное влияние на технологические характеристики металла, в частности на его свариваемость, легкость обработки давлением и резанием. Из сталей, относящихся к категории низкоуглеродистых, изготавливают детали и конструкции, которые не будут подвергаться значительным нагрузкам в процессе эксплуатации.

 Характеристики, которыми обладают среднеуглеродистые стали, делают их основным конструкционным материалом, используемым в производстве конструкций и деталей для нужд общего и транспортного машиностроения.

 Высокоуглеродистые стальные сплавы благодаря своим характеристикам оптимально подходят для изготовления деталей, к которым предъявляются повышенные требования по износостойкости, для производства ударно-штампового и измерительного инструмента.

Химический состав углеродистых сталей обыкновенного качества

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

Хотя считается, что углеродистые и легированные стали несовместимы, для улучшения их физико-механических и технологических характеристик может выполняться микролегирование. Для этого в углеродистую сталь вводятся различные добавки: бор, титан, цирконий, редкоземельные элементы. Конечно, при помощи таких добавок не получится сделать из углеродистой стали нержавейку, но заметно улучшить свойства металла они вполне могут.

Классификация по степени раскисления

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

Более однородной внутренней структурой отличаются спокойные стали, раскисление которых осуществляют, добавляя в расплавленный металл ферросилиций, ферромарганец и алюминий. За счет того, что сплавы данной категории были полностью раскислены в печи, в их составе не содержится закиси железа.

Остаточный алюминий, который препятствует росту зерна, наделяет такие стали мелкозернистой структурой. Сочетание мелкозернистой структуры и практически полное отсутствие растворенных газов позволяет формировать качественный металл, из которого можно изготавливать наиболее ответственные детали и конструкции.

Наряду со всеми своими достоинствами углеродистые стальные сплавы спокойной категории имеют и один существенный недостаток – их выплавка обходится достаточно дорого.

Строение стального слитка зависит от степени раскисленности стали

Более дешевыми, но и менее качественными являются кипящие углеродистые сплавы, при выплавке которых используется минимальное количество специальных добавок.

Во внутренней структуре такой стали из-за того, что процесс ее раскисления в печи не был доведен до конца, присутствуют растворенные газы, которые негативно отражаются на характеристиках металла. Так, азот, содержащийся в составе таких сталей, плохо влияет на их свариваемость, провоцируя образование трещин в области сварного шва.

Развитая ликвация в структуре этих стальных сплавов приводит к тому, что металлический прокат, который из них изготовлен, имеет неоднородность как по своей структуре, так и по механическим характеристикам.

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

Читайте также  Как отличить латунь от золота?

Ознакомиться со всеми требованиями ГОСТ к углеродистой стали можно, скачав данный документ в формате pdf по ссылке ниже. Скачать ГОСТ 380-2005 Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки
Скачать

Методы производства и разделение по качеству

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

Классификация углеродистых сталей

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

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

На современных предприятиях для производства высококачественных сплавов используются электрические дуговые печи

Для производства углеродистых сталей качественной и высококачественной категорий могут использоваться как конвертеры и мартеновские печи, так и более современное оборудование – плавильные печи, работающие на электричестве.

К химическому составу таких сталей, наличию в их структуре вредных и неметаллических примесей соответствующий ГОСТ предъявляет очень жесткие требования. Например, в сталях, которые относятся к категории высококачественных, должно содержаться не более 0,04% серы и не больше 0,035% фосфора.

Качественные и высококачественные стальные сплавы благодаря строгим требованиям к способу их производства и к характеристикам отличаются повышенной чистотой структуры.

Область применения

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

Сферы применения углеродистых инструментальных сталей

Конструкционные стальные сплавы применяются в современной промышленности очень широко. Из них делают детали для оборудования различного назначения, элементы конструкций машиностроительного и строительного назначения, крепежные детали и многое другое. В частности, такое популярное изделие, как проволока углеродистая, производится именно из стали конструкционного типа.

Используется проволока углеродистая не только в бытовых целях, для производства крепежа и в строительной сфере, но и для изготовления таких ответственных деталей, как пружины. После выполнения цементации конструкционные углеродистые сплавы можно успешно использовать для производства деталей, которые в процессе эксплуатации подвергаются серьезному поверхностному износу и испытывают значительные динамические нагрузки.

Конечно, углеродистые стальные сплавы не обладают многими свойствами легированных сталей (в частности, той же нержавейки), но их характеристик вполне хватает для того, чтобы обеспечить качество и надежность деталей и конструкций, которые из них изготавливаются.

Особенности маркировки

Маркировка углеродистых сталей, правила составления которой строго оговорены пунктами соответствующего ГОСТа, позволяет узнать не только химический состав представленного сплава, но и то, к какой категории он относится. В обозначении углеродистой стали, обладающей обыкновенным качеством, присутствуют буквы «СТ». Пунктами ГОСТа оговаривается семь условных номеров марок таких сталей (от 0 до 6), которые также указываются в их обозначении. Узнать, какой степени раскисления соответствует та или иная марка, можно по буквам «кп», «пс», «сп», которые проставляются в самом конце маркировки.

Цветовая маркировка наносится по требованию потребителя несмываемой краской

Марки углеродистых сталей по ГОСТу и по международным стандартам ИСО

Марки качественных и высококачественных углеродистых сталей обозначаются просто цифрами, указывающими на содержание в сплаве углерода в сотых долях процента. В конце обозначения некоторых марок можно встретить букву «А». Это значит, что сталь обладает улучшенным металлургическим качеством.

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

Источник: http://met-all.org/stal/stal-uglerodistaya-sostav-klassifikatsiya-gost.html

Что такое углеродистая сталь, ее производство, маркировка и способы применения

Что делают из углеродистой стали?

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.

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. 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;
  • фосфор;
  • марганец;
  • азот;
  • серу;
  • водород;
  • кислород.

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:

  • бора;
  • титана;
  • циркония;
  • редкоземельных элементов.

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

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.

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.

Источник: https://tokar.guru/metally/stal/uglerodnaya-uglerodistaya-stal-vidy-proizvodstvo-i-primenenie.html