Классификация углеродистых сталей – разбираемся в свойствах сплавов + Видео

Справочная информация: Классификация и маркировка сталей

Отличительные характеристики и основные категории

К углеродистым сталям, основу которых составляют железо и углерод, относят сплавы, содержащие минимум дополнительных примесей. Количественное содержание углерода является основанием для следующей классификации сталей:

  • низкоуглеродистые (содержание углерода в пределах 0,2%);
  • среднеуглеродистые (0,2–0,6%);
  • высокоуглеродистые (до 2%).
Нормы содержания химических элементов в углеродистой стали

Нормы содержания химических элементов в углеродистой стали

Кроме достойных технических характеристик, следует отметить доступную стоимость углеродистых сталей, что немаловажно для материала, широко применяемого для производства самых разнообразных изделий.

К наиболее значимым достоинствам углеродистых сталей различных марок можно отнести:

  • высокую пластичность;
  • хорошую обрабатываемость (вне зависимости от температуры нагрева металла);
  • отличную свариваемость;
  • сохранение высокой прочности даже при значительном нагреве (до 400°);
  • хорошую переносимость динамических нагрузок.

Есть у углеродистых сталей и недостатки, среди которых стоит выделить:

  • снижение пластичности сплава при увеличении в его составе содержания углерода;
  • ухудшение режущей способности и снижение твердости при нагреве до температур, превышающих 200°;
  • высокую склонность к образованию и развитию коррозионных процессов, что налагает дополнительные требования к изделиям из такой стали, на которые должно быть нанесено защитное покрытие;
  • слабые электротехнические характеристики;
  • склонность к тепловому расширению.

Отдельного внимания заслуживает классификация углеродистых сплавов по структуре. Основное влияние на превращения в них оказывает количественное содержание углерода. Так, стали, относящиеся к категории доэвтектоидных, имеют структуру, основу которой составляют зерна феррита и перлита. Содержание углерода в таких сплавах не превышает 0,8%. С увеличением количества углерода уменьшается количество феррита, а объем перлита, соответственно, увеличивается. Стали, в составе которых содержится 0,8% углерода, по данной классификации относят к эвтектоидным, основу их структуры преимущественно составляет перлит. При дальнейшем увеличении количества углерода начинает формироваться вторичный цементит. Стали с такой структурой относятся к заэвтектоидной группе.

Микроструктура сталей формируется в процессе кристаллизации и зависит от содержания в сплаве углерода

Микроструктура сталей формируется в процессе кристаллизации и зависит от содержания в сплаве углерода

Увеличение в составе стали количества углерода до 1% приводит к тому, что такие свойства металла, как прочность и твердость, значительно улучшаются, а предел текучести и пластичность, напротив, ухудшаются. Если количество углерода в стали будет превышать 1%, это может привести к тому, что в ее структуре будет формироваться грубая сетка из вторичного мартенсита, что самым негативным образом сказывается на прочности материала. Именно поэтому в сталях, относящихся к категории высокоуглеродистых, количество углерода, как правило, не превышает 1,3%.

На свойства углеродистых сталей серьезное влияние оказывают и примеси, содержащиеся в их составе. Элементами, которые положительно воздействуют на характеристики сплава (улучшают раскисление металла), являются кремний и марганец, а фосфор и сера – это примеси, ухудшающие его свойства. Фосфор при повышенном содержании в составе углеродистой стали приводит к тому, что изделия из нее покрываются трещинами и даже ломаются при воздействии низких температур. Такое явление носит название хладноломкости. Что характерно, стали с повышенным содержанием фосфора, если они находятся в нагретом состоянии, хорошо поддаются сварке и обработке при помощи ковки, штамповки и др.

Содержание химических элементов в углеродистой стали различных марок

Содержание химических элементов в углеродистой стали различных марок

В изделиях из тех углеродистых сталей, в составе которых в значительном количестве содержится сера, может возникать такое явление, как красноломкость. Суть этого феномена заключается в том, что металл при воздействии высокой температуры начинает плохо поддаваться обработке. Структура углеродистых сталей, в составе которых содержится значительное количество серы, представляет собой зерна с легкоплавкими образованиями на границах. Такие образования при повышении температуры начинают плавиться, что приводит к нарушению связи между зернами и, как следствие, к образованию многочисленных трещин в структуре металла. Между тем параметры сернистых углеродистых сплавов можно улучшить, если выполнить их микролегирование при помощи циркония, титана и бора.

Классификация углеродистых сталей по степени раскисления

Спокойные

Такие сплавы обладают наиболее однородной структурой. Для раскисления используют алюминий, ферросилиций и ферромарганец, которые практически полностью удаляют находящие в расплаве газы. Сочетание практически полного отсутствия газов с мелкозернистой структурой, обусловленной наличием остаточного алюминия, обеспечивает хорошее качество металла. Эти марки подходят для изготовления деталей, изделий и конструкций ответственного назначения. Основной недостаток – высокая стоимость.

Кипящие

Это наиболее дешевая и наименее качественная группа. Из-за использования минимального количества добавок для раскисления в материале присутствуют растворенные газы, которые являются причиной неоднородности структуры, химического состава, а следовательно механических свойств. Такие металлы обладают плохой свариваемостью, поскольку из-за присутствия газов высока вероятность образования трещин на швах.

Полуспокойные

Группа занимает промежуточное положение по стоимости и характеристикам. В отливке образуется гораздо меньше газовых пузырьков, по сравнению с кипящими сталями. При прокатке внутренние дефекты в основной массе устраняются. Такие материалы часто применяются в качестве конструкционных сплавов.

Что собой представляют углеродистые стали

Углеродистые стали представляют собой сплав железа, в котором содержание углерода до 0,6%. Количество серы и фосфора зависит от качества металла. Легирующие элементы присутствуют в незначительном количестве. Качественные характеристики зависят от количества углерода, серы, фосфора, марганца и кремния.

  • твердость;
  • свариваемость;
  • прочность;
  • вязкость;
  • упругость.

Чем больше углерода, тем выше твердость, хрупкость и хуже свариваемость.

Назначение

Конструкционные, предназначенные для изготовления строительных и машиностроительных изделий.

Инструментальные, из которых изготовляют режущий, мерительный, штамповый и прочие инструменты. Эти стали содержат более 0,65% углерода.

С особыми физическими свойствами, например, с определенными магнитными характеристиками или малым коэффициентом линейного расширения: электротехническая сталь, суперинвар.

С особыми химическими свойствами, например, нержавеющие, жаростойкие или жаропрочные стали.

Технологии производства

На сегодняшний день в металлургической промышленности используются три основных технологии производства углеродистой стали. Их основные отличия состоят в типе используемого оборудования. Это:

  • плавильные печи конвертерного типа;
  • мартеновские установки;
  • плавильные печи, работающие на электричестве.

В конвертерных установках расплавке подвергаются все составляющие стального сплава: чугун и стальной лом. Кроме того, расплавленный металл в таких печах дополнительно обрабатывается при помощи технического кислорода. В тех случаях, когда примеси, присутствующие в расплавленном металле, необходимо перевести в шлак, в него добавляют обожженную известь.

Печь для конвертерной выплавки стали

Печь для конвертерной выплавки стали

Процесс получения углеродистой стали по данной технологии сопровождается активным окислением металла и его угаром, величина которого может доходить до 9% от общего объема сплава. К недостатку данного технологического процесса следует отнести и то, что он проходит с образованием значительного количества пыли, а это вызывает необходимость использования специальных пылеочистительных установок. Применение таких дополнительных устройств сказывается на себестоимости получаемой продукции. Однако все недостатки, которыми характеризуется этот технологический процесс, в полной мере компенсируются его высокой производительностью.

Выплавка в мартеновской печи – еще одна популярная технология, которую применяют для получения углеродистых сталей различных марок. В ту часть мартеновской печи, которая называется плавильной камерой, загружается все необходимое сырье (стальной лом, чугун и др.), которое подвергается нагреванию до температуры плавления. В камере происходят сложные физико-химические взаимодействия, в которых принимают участие расплавленные металл, шлак и газовая среда. В результате получается сплав с требуемыми характеристиками, который в жидком состоянии выводится через специальное отверстие в задней стенке печи.

Цех мартеновских печей

Цех мартеновских печей

Сталь, получаемая при выплавке в электрических печах, за счет использования принципиально другого источника нагревания не подвергается воздействию окислительной среды, что позволяет сделать ее более чистой. В различных марках углеродистой стали, полученной при выплавке в электрических печах, присутствует меньшее количество водорода. Этот элемент является основной причиной появления в структуре сплавов флокенов, значительно ухудшающих их характеристики.

Каким бы способом ни выплавлялся углеродистый сплав и к какой бы категории в классификации он ни относился, основным сырьем для его производства являются чугун и металлический лом.

Углеродистая сталь

Под углеродистыми сталями понимают низколегированные сплавы на 99,5% состоящие из железа. Дополнительные добавки определяют физико-механические свойства сплава, поэтому их дозировка строго ограниченна и должна соответствовать нормативам. В настоящее время углеродистые стали составляют порядка 80% от всего выплавляемого объема стальных композиций.

Углеродистые стали насчитывают более 2 тысяч марок, которые представляют собой инструментальные, конструкционные или обычные стали. По качественным характеристикам различаются:

  • обычная сталь холодного или горячего проката;
  • конструкционная сталь высокого качества. Производится в виде заготовок, полученных методом горячего проката, кованных изделий, круглых прутков (серебрянки) и калиброванной стали.

Последняя применяется в разных сферах промышленности, для изготовления особо прочных деталей и механизмов. В числе основных достоинств углеродистой стали:

  • хорошее соотношение цены и качества продукта;
  • высокий показатель упругости. Это позволяет применять ее при изготовлении конструкций, испытывающих повышенные нагрузки и требующих материалов особой жесткости;
  • закаливание стали, которое производится в температурных пределах от 200 до 6000 С в секунду повышает техническую прочность стали. При этом термическая обработки не влияет на упругость материала;
  • хорошо поддается обработке резкой и давлением, показывает неплохие результаты при сваривании.

Все эти преимущества делают углеродистую сталь востребованной в современном производстве при изготовлении продукции массового потребления.

Классификация лигированных сталей

№ п/п Классификация по химическому составу лигированных сталей :
1 низколегированные — менее 2,б%;
2 среднелегироввнные — 2,5-10%;
3 высоколегированные — более 10%.

Структурный состав лигированных сталей

Легированныс стали и сплавы делятся также на классы по структурному составу:

№ п/п Лсгированныс стали и сплавы делятся также на классы по структурному составу:
1 в отожжеином состоянии
  • доэвтектоидный
  • заэвтектоидный
  • ледебуритный (карбидный)
  • ферритный
  • аустенитный
2 в нормализованиом состоянии
  • перлитный
  • мартенситный
  • аустенитный

Как маркируются углеродистые стальные сплавы

Разобраться в принципах маркировки углеродистой стали так же несложно, как и в основаниях ее классификации: они мало чем отличаются от правил обозначения стальных сплавов других категорий. Для того чтобы расшифровать такую маркировку, не нужно даже заглядывать в специальные таблицы.

Примеры расшифровки маркировки

Примеры расшифровки маркировки

Буква «У», стоящая в самом начале обозначения марки сплава, указывает на то, что он относится к категории инструментальных. О том, в какую качественную группу входит углеродистая сталь, говорят буквы «А», «Б» и «В», проставляемые в самом конце маркировки. Количество углерода, содержащееся в сплаве, проставляется в самом начале его маркировки. При этом для сталей, обладающих повышенным качеством (группа «А»), количество данного элемента будет указано в сотых долях процента, а для сплавов групп «Б» и «В» – в десятых.

В маркировке отдельных углеродистых сталей можно встретить букву «Г», стоящую после цифр, указывающих на количественное содержание углерода. Такая буква свидетельствует о том, что в металле содержится повышенное количество такого элемента, как марганец. На то, какой степени раскисления соответствует углеродистая сталь, указывают обозначения «сп», «пс» и «кп».

Углеродистые сплавы благодаря своим характеристикам и невысокой стоимости активно используются для производства элементов строительных конструкций, деталей машин, инструментов и металлических изделий различного назначения.

Применение углеродистых сталей

Сталь используется во многих сферах, особенно активно в производстве автомобилей. Из нее изготавливают надежные и прочные детали, например корпуса автомобильных элементов, поршни насосов, промышленное оснащение и т.д.

Сплавы с повышенной концентрацией марганца применяются для производства пружин, торсионов и узлов, требующих упругости.

Сталь с низким содержанием углерода применяется при строительстве сооружений и коммуникаций из металла.

Вы можете заказать обработку углеродистой стали любого вида в Череповецком заводе металлоконструкций. Мы занимаемся проектированием, изготовлением и доставкой продукции по всей России. Работа выполняется профессионалами с большим опытом. За ходом процедуры вы сможете наблюдать при помощи онлайн-трансляции из наших цехов.

Преимущества работы с нами:

  • гарантия на все изделия от 12 до 24 месяцев;
  • высокое качество продукции;
  • квалифицированная помощь менеджеров.

У нас есть опыт работы с крупными российскими компаниями. По всем вопросам вы можете обратиться к нашим менеджерам.

Микроструктура

В нормализованном состоянии стали бывают:

  • перлитные — характеризуются низким содержанием элементов легирования и имеют после нормализации структуру: перлит, перлит + феррит, перлит + заэвтектоидный карбид;
  • мартенситные — имеют пониженную критическую скорость закалки и достаточно высокое содержание легирующих элементов;
  • аустенитные — повышенное содержание легирующих элементов, под влиянием которых достигается структура: аустенит, аустенит + карбид.

Использование углеродистых инструментальных сталей

Применяются описываемые стали для изготовления всевозможных инструментов: режущих, ударных, вспомогательных.

  • Сталь У7, У7А – молотки, зубила, топоры, стамески, кувалды, долота, рыболовные крючки.
  • Сталь У8, У8А, У8Г – пилы, отвертки, кернеры, зенковки, фрезы, плоскогубцы.
  • Сталь У9, У9А – слесарный инструмент, инструмент для резки по дереву.
  • Сталь У10, сталь У10А, У11, У11А – рашпили, метчики, спиральные сверла, вспомогательный инструмент для штамповки и калибровки.
  • У 12, У12А – развертки, метчики, измерительные инструменты.
  • У13, У13А – напильники, бритвенные и хирургические инструменты, штамповочные пуансоны.
углеродистые качественные стали

Рациональный выбор марки углеродистой стали, технологии ее термообработки, понимание ее свойств и особенностей – залог длительной службы производимых, обрабатываемых или используемых конструкций или инструментов.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...
Лазерные станки