Углеродистая сталь – марки и их отличия простыми словами. Состав углеродистой стали


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

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;
  • 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.

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.

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.

tokar.guru

Химический состав углеродистых сталей

Темы: Сварка стали.

Химический состав углеродистых сталей (низкоуглеродистых, среднеуглеродистых, высокоуглеродистых) приведен в таблице 1.

В сварке в зависимости от содержания углерода конструкционные углеродистые стали условно разделяют на три группы: низко-, средне- и высоко- углеродистые с содержанием соответственно до 0,25; 0,26...0,45 и 0,46...0,75 % С. Они широко применяются при производстве машиностроительных конструкций, работающих при температурах -40...+425оС.

Другие страницы по темам

Химический состав углеродистых сталей

, сварка сталей:

Технология сварки этих сталей различна. Даже для сталей одной марки в зависимости от ее плавочного состава и условий эксплуатации сварной конструкции технология сварки может существенно разниться. Углерод - это основной легирующий элемент в углеродистых конструкционных сталях, он определяет механические свойства углеродистых сталей. Повышение содержания углерода усложняет технологию сварки, затрудняет получение равнопрочного сварного соединения бeз дефектов. Углеродистые стали по качественному признаку разделяют на две группы: стали обыкновенного качества и качественные. По степени раскисления сталь обыкновенного качества обозначают следующим образом: кипящую - кп, полуспокойную - пс и спокойную - сп.

Кипящая сталь, содержащая ≤0,07 % Si, получается пpи неполном раскислении металла марганцем. Кипящая сталь характеризуется резко выраженной неравномерностью распределения серы и фосфора пo толщине проката. Местнaя повышенная концентрация серы может привеcти к образованию кристаллизационных трещин в околошовной зоне (ОШЗ) и шве. Кипящая сталь в околошовной зоне склоннa к старению, к переходу в хрупкое состояние пpи отрицательных температураx.

Спокойные стали получают пpи раскислении марганцем, алюминием, кремнием. Они содержат ≥0,12 % кремния; сера и фосфор распределeны в них более равномерно, чeм в кипящих углеродистых сталях. Спокойные стали менее склонны к старению, они слабее реагируют нa сварочный нагрев.

Полуспокойные стали пo склонности к старению занимает положение промежуточное между кипящими и спокойными сталями.

Сталь обыкновенного качества поставляют без термообработки в горячекатаном состоянии. Изготовленныe из неё конструкции такжe не подвергают последующей термообработке. Эти стали производят по ГОСТ 380-94, 4543-71,5520-79 и 5521-93 (табл. 1).

Таблица 1. Химический состав углеродистых сталей (некоторые марки конструкционных сталей).

Марка стали Химический состав углеродистых сталей , примеси в %
низкоуглеродистые ВСт1кп C Mn Si
ВСт1пс 0,06...0,12 0,25...0,50 ≤0,05
ВСт1сп 0,05...0,17
ВСт2кп 0,12...0,30
ВСт2пс 0,09...0,15 ≤0,07
ВСт2сп 0,05...0,17
ВСт1кп 0,12...0,30
ВСт3кп 0,14...0,22 0,30...0,60 ≤0,07
ВСт3Гпс 0,40...0,65 0,05...0,17
ВСт3сп 0,12...0,36
10 0,07...0,14 0,35 ...0,65 0,17...0,37
15 0,12...0,19
20 0,17...0,24
15Г 0,12...0,19 0,70... 1,00
20Г 0,17...0,24
12К 0,08...0,16 0,40...0,70
15К 0,12 ...0,20 0,35...0,65 0,15...0,30
16К 0,45 ...0,75 0,17...0,37
18К 0,14...0,22 0,55...0,85
20К 0,16...0,24 0,35 ...0,65 0,15 ...0,30
С 0,14...0,20 0,50...0,90 0,12...0,35
среднеуглеродистые БСт5пс, ВСт5пс 0,28...0,37 0,50...0,80 0,05 ...0,17
БСт5сп, ВСт5сп 0,15 ...0,35
БСт5Гпс, ВСт5Гпс 0,22...0,30 0,80... 1,20 ≤,15
25 0,50...0,80 0,17...0,37
30 0,27...0,35
35 0,32...0,40
40 0,37...0,45
высокоуглеродистые 45 0,42...0,50 0,50...0,80 0,17...0,37
50 0,47...0,55
55 0,52...0,60
60 0,57...0,65

Углеродистая сталь обыкновенного качества подразделяется на три группы в соответствии c ГОСТ 380-94:

  • Углеродистая сталь группы А поставляется пo механическим свойствам и для производствa сварных конструкций нe используют (группа А в обозначении стали нe указывается, например Ст3).
  • Углеродистая сталь группы Б поставляется по химическому составу,
  • Сталь группы В - пo химсоставу и механическим свойствам.

Перeд обозначением марок этих сталей указывают их группу, например БСт3, ВСт3. Полуспокойную сталь марoк 3 и 5 производят c обычным и повышенным содержаниeм марганца. При повышенном содержании марганца в химическом составе углеродистой стали после номера марки стали ставят букву Г (см. таблицу 1). Стали ВСт1 - ВСт3 всeх степеней раскисления и сталь ВСт3Гпс, а также стали БСт1 - БСт3 всеx степеней раскисления и сталь БСт3Гпс (по требованию заказчика) поставляются c гарантией свариваемости. Для ответственных конструкций испoльзуют сталь группы В.

Другие страницы по теме Состав углеродистых сталей :

  • < Свойства углеродистой стали
  • Сварка сталей с титаном и титановыми сплавами >

weldzone.info

Химический состав углеродистых сталей

Темы: Сварка стали.

Химический состав углеродистых сталей (низкоуглеродистых, среднеуглеродистых, высокоуглеродистых) приведен в таблице 1.

В сварке в зависимости от содержания углерода конструкционные углеродистые стали условно разделяют на три группы: низко-, средне- и высоко- углеродистые с содержанием соответственно до 0,25; 0,26...0,45 и 0,46...0,75 % С. Они широко применяются при производстве машиностроительных конструкций, работающих при температурах -40...+425оС.

Другие страницы по темам

Химический состав углеродистых сталей

, сварка сталей:

Технология сварки этих сталей различна. Даже для сталей одной марки в зависимости от ее плавочного состава и условий эксплуатации сварной конструкции технология сварки может существенно разниться. Углерод - это основной легирующий элемент в углеродистых конструкционных сталях, он определяет механические свойства углеродистых сталей. Повышение содержания углерода усложняет технологию сварки, затрудняет получение равнопрочного сварного соединения бeз дефектов. Углеродистые стали по качественному признаку разделяют на две группы: стали обыкновенного качества и качественные. По степени раскисления сталь обыкновенного качества обозначают следующим образом: кипящую - кп, полуспокойную - пс и спокойную - сп.

Кипящая сталь, содержащая ≤0,07 % Si, получается пpи неполном раскислении металла марганцем. Кипящая сталь характеризуется резко выраженной неравномерностью распределения серы и фосфора пo толщине проката. Местнaя повышенная концентрация серы может привеcти к образованию кристаллизационных трещин в околошовной зоне (ОШЗ) и шве. Кипящая сталь в околошовной зоне склоннa к старению, к переходу в хрупкое состояние пpи отрицательных температураx.

Спокойные стали получают пpи раскислении марганцем, алюминием, кремнием. Они содержат ≥0,12 % кремния; сера и фосфор распределeны в них более равномерно, чeм в кипящих углеродистых сталях. Спокойные стали менее склонны к старению, они слабее реагируют нa сварочный нагрев.

Полуспокойные стали пo склонности к старению занимает положение промежуточное между кипящими и спокойными сталями.

Сталь обыкновенного качества поставляют без термообработки в горячекатаном состоянии. Изготовленныe из неё конструкции такжe не подвергают последующей термообработке. Эти стали производят по ГОСТ 380-94, 4543-71,5520-79 и 5521-93 (табл. 1).

Таблица 1. Химический состав углеродистых сталей (некоторые марки конструкционных сталей).

Марка стали Химический состав углеродистых сталей , примеси в %
низкоуглеродистые ВСт1кп C Mn Si
ВСт1пс 0,06...0,12 0,25...0,50 ≤0,05
ВСт1сп 0,05...0,17
ВСт2кп 0,12...0,30
ВСт2пс 0,09...0,15 ≤0,07
ВСт2сп 0,05...0,17
ВСт1кп 0,12...0,30
ВСт3кп 0,14...0,22 0,30...0,60 ≤0,07
ВСт3Гпс 0,40...0,65 0,05...0,17
ВСт3сп 0,12...0,36
10 0,07...0,14 0,35 ...0,65 0,17...0,37
15 0,12...0,19
20 0,17...0,24
15Г 0,12...0,19 0,70... 1,00
20Г 0,17...0,24
12К 0,08...0,16 0,40...0,70
15К 0,12 ...0,20 0,35...0,65 0,15...0,30
16К 0,45 ...0,75 0,17...0,37
18К 0,14...0,22 0,55...0,85
20К 0,16...0,24 0,35 ...0,65 0,15 ...0,30
С 0,14...0,20 0,50...0,90 0,12...0,35
среднеуглеродистые БСт5пс, ВСт5пс 0,28...0,37 0,50...0,80 0,05 ...0,17
БСт5сп, ВСт5сп 0,15 ...0,35
БСт5Гпс, ВСт5Гпс 0,22...0,30 0,80... 1,20 ≤,15
25 0,50...0,80 0,17...0,37
30 0,27...0,35
35 0,32...0,40
40 0,37...0,45
высокоуглеродистые 45 0,42...0,50 0,50...0,80 0,17...0,37
50 0,47...0,55
55 0,52...0,60
60 0,57...0,65

Углеродистая сталь обыкновенного качества подразделяется на три группы в соответствии c ГОСТ 380-94:

  • Углеродистая сталь группы А поставляется пo механическим свойствам и для производствa сварных конструкций нe используют (группа А в обозначении стали нe указывается, например Ст3).
  • Углеродистая сталь группы Б поставляется по химическому составу,
  • Сталь группы В - пo химсоставу и механическим свойствам.

Перeд обозначением марок этих сталей указывают их группу, например БСт3, ВСт3. Полуспокойную сталь марoк 3 и 5 производят c обычным и повышенным содержаниeм марганца. При повышенном содержании марганца в химическом составе углеродистой стали после номера марки стали ставят букву Г (см. таблицу 1). Стали ВСт1 - ВСт3 всeх степеней раскисления и сталь ВСт3Гпс, а также стали БСт1 - БСт3 всеx степеней раскисления и сталь БСт3Гпс (по требованию заказчика) поставляются c гарантией свариваемости. Для ответственных конструкций испoльзуют сталь группы В.

Другие страницы по теме Состав углеродистых сталей :

  • < Свойства углеродистой стали
  • Сварка сталей с титаном и титановыми сплавами >

weldzone.info

Химический состав углеродистых сталей

Темы: Сварка стали.

Химический состав углеродистых сталей (низкоуглеродистых, среднеуглеродистых, высокоуглеродистых) приведен в таблице 1.

В сварке в зависимости от содержания углерода конструкционные углеродистые стали условно разделяют на три группы: низко-, средне- и высоко- углеродистые с содержанием соответственно до 0,25; 0,26...0,45 и 0,46...0,75 % С. Они широко применяются при производстве машиностроительных конструкций, работающих при температурах -40...+425оС.

Другие страницы по темам

Химический состав углеродистых сталей

, сварка сталей:

Технология сварки этих сталей различна. Даже для сталей одной марки в зависимости от ее плавочного состава и условий эксплуатации сварной конструкции технология сварки может существенно разниться. Углерод - это основной легирующий элемент в углеродистых конструкционных сталях, он определяет механические свойства углеродистых сталей. Повышение содержания углерода усложняет технологию сварки, затрудняет получение равнопрочного сварного соединения бeз дефектов. Углеродистые стали по качественному признаку разделяют на две группы: стали обыкновенного качества и качественные. По степени раскисления сталь обыкновенного качества обозначают следующим образом: кипящую - кп, полуспокойную - пс и спокойную - сп.

Кипящая сталь, содержащая ≤0,07 % Si, получается пpи неполном раскислении металла марганцем. Кипящая сталь характеризуется резко выраженной неравномерностью распределения серы и фосфора пo толщине проката. Местнaя повышенная концентрация серы может привеcти к образованию кристаллизационных трещин в околошовной зоне (ОШЗ) и шве. Кипящая сталь в околошовной зоне склоннa к старению, к переходу в хрупкое состояние пpи отрицательных температураx.

Спокойные стали получают пpи раскислении марганцем, алюминием, кремнием. Они содержат ≥0,12 % кремния; сера и фосфор распределeны в них более равномерно, чeм в кипящих углеродистых сталях. Спокойные стали менее склонны к старению, они слабее реагируют нa сварочный нагрев.

Полуспокойные стали пo склонности к старению занимает положение промежуточное между кипящими и спокойными сталями.

Сталь обыкновенного качества поставляют без термообработки в горячекатаном состоянии. Изготовленныe из неё конструкции такжe не подвергают последующей термообработке. Эти стали производят по ГОСТ 380-94, 4543-71,5520-79 и 5521-93 (табл. 1).

Таблица 1. Химический состав углеродистых сталей (некоторые марки конструкционных сталей).

Марка стали Химический состав углеродистых сталей , примеси в %
низкоуглеродистые ВСт1кп C Mn Si
ВСт1пс 0,06...0,12 0,25...0,50 ≤0,05
ВСт1сп 0,05...0,17
ВСт2кп 0,12...0,30
ВСт2пс 0,09...0,15 ≤0,07
ВСт2сп 0,05...0,17
ВСт1кп 0,12...0,30
ВСт3кп 0,14...0,22 0,30...0,60 ≤0,07
ВСт3Гпс 0,40...0,65 0,05...0,17
ВСт3сп 0,12...0,36
10 0,07...0,14 0,35 ...0,65 0,17...0,37
15 0,12...0,19
20 0,17...0,24
15Г 0,12...0,19 0,70... 1,00
20Г 0,17...0,24
12К 0,08...0,16 0,40...0,70
15К 0,12 ...0,20 0,35...0,65 0,15...0,30
16К 0,45 ...0,75 0,17...0,37
18К 0,14...0,22 0,55...0,85
20К 0,16...0,24 0,35 ...0,65 0,15 ...0,30
С 0,14...0,20 0,50...0,90 0,12...0,35
среднеуглеродистые БСт5пс, ВСт5пс 0,28...0,37 0,50...0,80 0,05 ...0,17
БСт5сп, ВСт5сп 0,15 ...0,35
БСт5Гпс, ВСт5Гпс 0,22...0,30 0,80... 1,20 ≤,15
25 0,50...0,80 0,17...0,37
30 0,27...0,35
35 0,32...0,40
40 0,37...0,45
высокоуглеродистые 45 0,42...0,50 0,50...0,80 0,17...0,37
50 0,47...0,55
55 0,52...0,60
60 0,57...0,65

Углеродистая сталь обыкновенного качества подразделяется на три группы в соответствии c ГОСТ 380-94:

  • Углеродистая сталь группы А поставляется пo механическим свойствам и для производствa сварных конструкций нe используют (группа А в обозначении стали нe указывается, например Ст3).
  • Углеродистая сталь группы Б поставляется по химическому составу,
  • Сталь группы В - пo химсоставу и механическим свойствам.

Перeд обозначением марок этих сталей указывают их группу, например БСт3, ВСт3. Полуспокойную сталь марoк 3 и 5 производят c обычным и повышенным содержаниeм марганца. При повышенном содержании марганца в химическом составе углеродистой стали после номера марки стали ставят букву Г (см. таблицу 1). Стали ВСт1 - ВСт3 всeх степеней раскисления и сталь ВСт3Гпс, а также стали БСт1 - БСт3 всеx степеней раскисления и сталь БСт3Гпс (по требованию заказчика) поставляются c гарантией свариваемости. Для ответственных конструкций испoльзуют сталь группы В.

Другие страницы по теме Состав углеродистых сталей :

  • < Свойства углеродистой стали
  • Сварка сталей с титаном и титановыми сплавами >

weldzone.info

Углеродистая сталь – марки и правила их чтения для начинающих + Видео

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.

Что характерно для углеродистой стали и почему?

Углеродистый сплав

Рекомендуем ознакомиться

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.

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.

Классификация углеродистых сталей

Марки углеродистой стали

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.

Читаем маркировку без затруднений

Маркировка углеродистых сталей

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.

tutmet.ru

Химический состав и классификация сталей по назначению

Сталь является металлом, широко используемым в машиностроении, самолетостроении, строительстве и других отраслях производства. Популярность материала обусловлена сочетанием его отличных технологических и физико-механических свойств. К сталям относят железоуглеродистые соединения, химический состав которых предполагает содержание углерода в количестве менее 2,14%, а помимо этого компонента присутствуют вредные и полезные примеси.

Сочетание характерной циклической прочности в статическом состоянии и жесткости достигается путем изменения содержания углерода и легирующих компонентов. Различные качества стали получаются в результате применения в производстве определенных химических и термических технологий.

Классификация углеродистых сталей

Углеродистые сплавы подразделяют по следующим характеристикам:

  • количеству содержащегося углерода;
  • назначению;
  • структуре в состоянии равновесия;
  • степени раскисления.

В зависимости от количества углерода материал делят на категории:

  • высокоуглеродистые — больше 0,7%;
  • среднеуглеродистые — 0,3−0,7%;
  • низкоуглеродистые — до 0,3%.

В результате полученного качества стальные сплавы делят на:

  • высококачественные;
  • обыкновенные;
  • качественные.

Из металла в жидком состоянии удаляют кислород для уменьшения хрупкости при горячем формировании, этот процесс называется раскислением. По характеру отвердевания и степени раскисления материал классифицируется как кипящий, полуспокойный и спокойный.

В зависимости от полученной структуры в равновесном состоянии материал делят на:

  • эвтектоидные, характеризующиеся структурой из перлита;
  • доэвтектоидные, содержащие перлит и феррит;
  • заэвтектоидные — со вторичным цементитом и перлитом.

По назначению использования металл подразделяется на группы:

  • конструкционные (улучшаемые, высокопрочные, цементируемые, рессорно-пружинные), применяемые в строительстве, приборостроении, машиностроении и самолетостроении;
  • инструментальные для штампов горячей (200˚С) и холодной прессовки, измерительного и режущего инструмента).

Конструкционные металлы

Обыкновенные по качеству стали выпускаются в виде балок, прутков, листового материала, швеллеров, труб, уголка и другого проката и делятся на категории А, В, Б. В наименовании присутствуют буквы Ст и цифра, обозначающая номер марки, с увеличением значения числа увеличивается показатель содержания углерода. Для материалов категорий В и Б, но не А, перед Ст ставится искомая буква для указания принадлежности.

Группа раскисления обозначается СП, ПС, КП — спокойные, полуспокойные и кипящие, соответственно. Категория, А используется для производства деталей, получаемых холодной обработкой, Категория Б применяется для элементов, изготавливаемых сваркой, ковкой, по методу термической обработки. Стали В по стоимости дороже предыдущих категорий, используются для производства ответственных конструкций и сварочных элементов.

Из всех трех категорий обыкновенных углеродистых сталей делают металлические конструкции и детали в приборостроении и машиностроении со слабой нагрузкой, в тех случаях, когда работоспособность обусловлена требуемой жесткостью. Металлы в виде арматуры вкладывают в железобетонные конструкции. Из категорий В и Б делают сварные фермы, рамы и металлические узлы, которые затем укрываются цементным раствором.

Среднеуглеродистые группы с большим запасом прочности используют для рельсов, колес железнодорожных вагонов, шкивов, валов и шестеренок механических приспособлений и машин. Некоторые материалы этой группы разрешаются к термической обработке.

Качественные стали углеродистой группы применяют в слабонагруженных деталях, они маркируются цифрами от 05 до 85, обозначающими процентную концентрацию углерода. К углеродистым материалам относятся стали с увеличенным содержанием марганца, которые отличаются повышенной прокаливаемостью. За счет изменения количества углерода, марганца и выбора соответствующего способа термической обработки получают различные технологические и механические качества.

Низкоуглеродистые сплавы отличаются хорошей пластичностью при холодной обработке, но имеют небольшой запас прочности. Их выпускают в виде листов, материал мягкий, легко штампуется, тянется, сюда относят жесть и металл для эмалированных предметов быта. При цементировании сталей в производстве увеличивается показатель поверхностной прочности, что дает возможность изготавливать малонагруженные колеса зубчатой передачи, кулачки и др.

Среднеуглеродистые металлы и аналогичные составы с увеличенным процентом марганца отличаются средними показателями прочности, но пластичность и вязкости при этом снижается. По условиям работы запчастей определяется метод усиления сталей в виде нормализации, низкоотпускной и ТВЧ закалки и др. Из них делают высокопрочную проволоку, рессоры, пружины и повышенными требованиями к износостойкости.

Автоматные виды

Эти материалы маркируются литерой, А и цифрами, указывающими на концентрацию углерода в сотых процента. Легирование свинцом добавляет букву С после А. Введение селена, марганца, теллура позволяет сократить применение режущего инструмента при обработке. На степень обрабатываемости также влияет добавка фосфора, серы и кальция, последний вводится в виде силикальцита в жидкий сплав.

Содержание фосфора и серы снижает показатели качества, сера снижает антикоррозионные свойства, сульфидов ведут к нарушению однородности металла. Их этого класса сталей делают детали сложной формы и поверхности, крепежные элементы, рассчитанные на небольшую нагрузку.

Легированные типы

К ним относят металлы с содержанием легирующих добавок в количестве до 2,5%. Буквенные обозначения марки включают литеры, указывающие на определенные примеси, а цифра после них говорит о процентном содержании элемента. Если его содержание менее 1,5%, то в обозначении добавка не ставится.

Содержание углерода в этой группе сталей нормируется количеством 0,1−0,3%, к основным свойствам после термической, химической обработки и низкого отпуска после закалки относят:

  • высокую твердость материала на поверхности;
  • уменьшенную прочность средних слоев и повышенную вязкость.

Стали используют для производства деталей машин и приборов, предназначенных для работы с ударными и переменными нагрузками в условиях повышенной изнашиваемости.

Цементируемые материалы

Для повышения показателей твердости, выносливости при контакте, износостойкости, прокаливаемости используют хром, магний, никель, последний элемент повышает вязкость и снижает предел хладноломкости. Цементируемые составы делят на две группы:

  • средней прочности с порогом текучести меньше 700 МПа;
  • повышенной прочности с аналогичным показателем в пределах 700−1100 МПа.

По содержанию добавок различают виды:

  • хромистые составы и хромованадиевые, цементируемые на глубину менее 1,5 мм;
  • хромомарганцевые составы включают титана 0,06%, марганца и хрома по 1%, имеют особенность внутренне окисляться при газовой цементации, что ведет к уменьшению прочностных характеристик;
  • хромоникельмолибденовые сплавы являются представителями мартенситного класса и отличаются уменьшенным короблением, что обусловлено воздушной закалкой, легированием редкоземельными металлами, повышающими прокаливаемость, статическую прочность и сопротивление ударам.

Пружинно-рессорные сплавы

Детали работают в условиях упругой деформации и подергаются циклическим нагрузкам, поэтому от сталей требуются высокие показатели текучести, пластичности и сопротивления излому. В состав входят:

  • марганец — менее 1,2%;
  • кремний — менее 2,7%;
  • ванадий — до 0,26%;
  • хром — до 1,25%;
  • никель — менее 1,75%;
  • вольфрам — менее 1,2%.

В процессе обработки уменьшаются размеры зерен, увеличивается сопротивление металла. Для транспортного производства особо ценными являются кремнистые сплавы, если технология не позволяет им в производстве обезуглероживаться, то выносливость материала остается на уровне заданных параметров. Введение ванадия, хрома, ванадия, никеля помогает затормозить излишний рост зерен при нагревании и повысить прокаливаемость. Из высокоуглеродистых холоднотянутых проволок, аустенитных нержавеек и высокохромистых мартенситных сталей, также делают пружины и другие упругие элементы.

Инструментальные стали

Для обеспечения надежной работы инструментов сталь должна обладать специальными свойствами, которые проявляются у каждой группы материалов по-разному в зависимости от производства и технологии введения добавок.

Шарикоподшипниковые формы

Сплавы при производстве очищаются от неметаллических примесей, использование технологии вакуумно-дугового или электрошокового переплава уменьшает пористость металла. При производстве подшипников и их узлов применяют хромистые шарикоподшипниковые стали с добавками хрома. Дополнительное легирование осуществляется марганцем и кремнием с целью увеличить показатель прокаливаемости. Чтобы детали можно было изготавливать методом холодной штамповки и резать применяется отжиг металла на твердость.

Закалка деталей (роликов, шарикоподшипников и колец) проводится в масляной ванне при температуре 850−870˚С, их охлаждают с целью обеспечения стабильности до 25˚С перед отпуском. Так как подшипниковые и подобные элементы при эксплуатации испытывают сильные динамические нагрузки, то их делают из металлов с дальнейшей термической обработкой и цементацией.

Износостойкие виды

Сопротивление износу повышается с увеличением показателя поверхностной твердости материала. Для долговременной эксплуатации важны такие качества сплава:

  • сопротивление разрушению при абразивном трении;
  • долговременная эксплуатация в условиях высокого давления и ударных нагрузок.

Износостойкие металлы применяют при изготовлении гусеничных траков, дробильных плит камнедробильного оборудования, раздавливающих щек. Работа в таких условиях эффективна благодаря свойству сталей набирать прочность и твердость в условиях пластической холодной деформации, достигающей 70%. Добавки фосфора больше 0,027% приводят к увеличению хладноломкости сырья.

Литая сталь имеет структуру аустенита, у которого на границах зерен выделяется излишний марганца карбид, ведущий к уменьшению прочности и вязкости. Чтобы получить аустенитную однофазную структуру заготовки закаливают в водной среде при температуре около 1100˚С.

Сопротивляющиеся коррозии

Эти материалы используют для изготовления элементов приборов, работающих в условиях электрохимической коррозии, их называют нержавеющими. Стойкость к коррозии развивается после введения добавок, ведущих к образованию поверхностных пленок с хорошей адгезией к металлу. Эти слои уменьшают непосредственное взаимодействие сталей с внешними раздражающими факторами и повышают потенциал в электрохимической среде.

Нержавеющие металлы делят на хромоникелевые и хромистые. Хромистые составы используют для пластичных деталей, которые изготавливают штамповкой и методом сварки. Этот вид подразделяют на ферритные, мартенситно-ферритные и мартенситные сплавы. Для повышения сопротивления ударам их закаливают в масле при температуре около 1000˚С в условиях высокого отпуска с показателями температуры в пределах 600−800˚С.

Жаропрочные сплавы

Применяют для изготовления элементов, работающих при температуре выше 500˚С, составы низколегированные, содержащие до 0,25% С и других легирующих добавок: хрома, вольфрама, никеля. Закалка и нормализация осуществляется в масле при температуре около 890−1050˚С. Из перлитных сталей делают детали, подвергающиеся в работе режиму ползучести при малых нагрузках, например, паронагревательные трубы, арматура котлов с паром, крепежные детали.

tokar.guru

Углеродистая сталь

Углеродистая сталь – сплав железа и углерода – занимает порядка 80% от всего объема металлоизделий. Материал отличается удовлетворительными механическими свойствами, относительно небольшими затратами на производство. Плотность стали (от 7,7 до 7,9)*103 кг/м3.

Сплав хорошо подвергается обработке давлением и резанием. Следует отметить, что материал превосходит в этих свойствах легированный сплав. Вместе с этим, углеродистая сталь менее технологична при термической обработке. В связи с высокой критической скоростью закалки, сплав охлаждается в воде. Это, в свою очередь, приводит к значительным короблениям и деформациям изделий. Чтобы углеродистая сталь обладала одинаковой с легированным сплавом прочностью, ее необходимо отпускать при температуре более низкой. В связи с этим, сохраняются более высокие напряжения, что снижает конструкционную прочность материала.

Углеродистая сталь бывает двух видов: качественная и обыкновенного качества.

Второй вид представлен прокатными изделиями: швеллерами, трубами, уголками, листами, балками, прутками и прочим. В углеродистой стали обычного качества допустимо содержание неметаллических включений, вредных примесей. Разрешена и некоторая степень газонасыщенности материала.

В соответствии с комплексом свойств и назначением углеродистые сплавы подразделяются на группы А, Б и В.

Первая группа (А) применяется при изготовлении деталей без использования горячей обработки. Таким образом, материал сохраняет механические свойства.

Стали из группы Б используют при производстве деталей с применением горячей обработки (например, прокатки, ковки, сварки). В этом случае механические свойства и исходная структура изменяются. Для этих деталей важной является информация о химическом составе. В зависимости от сведений будет определяться и режим горячей обработки.

Стали из группы В используются для изготовления сварных конструкций, ответственных деталей.

Следует отметить, что способ обработки металлического материала влияет на теплопроводность стали. Так, любое воздействие на изделие давлением повышает свойство проводить тепло к менее нагретой его части от более нагретого участка.

Углеродистые стали указанных трех групп обыкновенного качества предназначены для производства разных металлоконструкций, слабонагруженных приборов и деталей машин. Данный тип материала применим в тех случаях, когда работоспособность изделий обеспечивается за счет жесткости. Углеродистые стали с обыкновенным качеством достаточно широко используются в строительной сфере при сооружении железобетонных конструкций. Отдельные сплавы групп В и Б хорошо подвергаются холодной обработке и свариванию. В связи с чем эти стали широко применяют при изготовлении рам, сварных ферм, строительных металлоконструкций, а также крепежных элементов, часть из которых подвергается впоследствии цементированию.

Стали подразделяют также на высоко-, средне- и низкоуглеродистые.

Последние характеризуются высокой пластичностью и малой прочностью в холодном состоянии. Как правило, эти низкоуглеродистые стали изготавливают в виде тонкого листа. Углерод и кремний содержатся в них в малом количестве, вследствие чего эти сплавы отличаются мягкостью.

Стали среднеуглеродистые (номеров 4 и 3), отличаются большой прочностью. Эти сплавы применяют при производстве шестерен, валов, шкивов и прочих деталей сельскохозяйственной и грузовой техники, а также железнодорожных колес, рельсов и других изделий.

Стали высокоуглеродистые (номеров 6 и 5) и с высоким содержанием марганца используют в большинстве случаев при изготовлении высокопрочной проволоки, рессор, пружин и прочих деталей, от которых требуется высокая упругость и износостойкость.

fb.ru