Максимальное содержание углерода в стали

Содержание

Структура стали. Химические, механические и физические свойства

Максимальное содержание углерода в стали

«Железо не только основа всего мира, самый главный металл окружающей нас природы, оно основа культуры и промышленности, оно орудие войны и мирного труда».

 А.Е.Ферсман

Все знаю, что сталь является важнейшим инструментальным и конструкционным материалом для всех отраслей промышленности.

Металлургическая промышленность Украины насчитывает более 50 металлургических заводов и является стратегически важной для страны.

В Украине производится широкий ассортимент металлопроката, таких, как: арматура, круги, квадрат, катанка, проволока, полоса, уголок, балка, швеллер, листы, трубы и метизы.

Сталь

Рассматривая данный вопрос, начнем с химического состава.

Сталь – это соединение железо (Fe) + углерод (С) + другие элементы растворенные в железе.

Железо в чистом виде имеет очень низкую прочность, а углерод ее повышает.

Углерод улучшает и некоторые другие показатели:

  • твердость,
  • упругость,
  • устойчивость к износу,
  • выносливость.

 «Fe» в стали  должно быть — не менее 45%, «С»- не более 2,14% — теоретически,  однако на практике % концентрации углерода имеет следующий диапазон значений:

  • Низкоуглеродистые стали —  0,1-0,13 %
  • Углеродистые стали 0,14-0,5%
  • Высокоуглеродистые – от 0,6%

 Чем выше процент содержания углерода в стали , тем выше ее прочность и меньше пластичность.

УГЛЕРОД — является неметаллическим элементом. Его плотность равна 2,22 г/см3, а плавится при t -3500 °С.

  В природе он присутствует 2х полиморфных модификаций – графит  (стабильная модификация) и алмаз (метастабильная модификация), а  в  сплаве с железом:

  • в свободном  — графит (в серых чугунах),
  • в связанном  — твердое состояние -цементит.

Углерод в соединении с железом находится в состоянии цементита, т.е в химической связи с железом (Fe3C).

Структура цементита может быть очень разной, а зависит она от процесса образования, содержания углерода и методов термообработок.

Углерод в свободном состоянии присутствует в сером чугуне  (СЧ), в виде графита. Серый чугун имеет пористую металлическую структуру и является весьма хрупким; на нем легко появляются трещины (особенно в процессе сварки).

Химический состав углеродистых сталей обыкновенного качества (ГОСТ 380-71)

 Система железо- углерод

Структура стали изучается по диаграмме состояния системы железо- углерод. Она характеризует структурные превращения стали и выражает зависимость структурного состояния от температурных режимов и химического состава.

Диаграмма состояния системы железо- углерод

Диаграмма состояния содержит критические точи, которые очень важны теоретически и практически для процессов термообработки стали и их анализа.

С помощью диаграммы Fe-C — можно определить вид термообработки, температурный интервал изменения структуры и прогнозировать микроструктуру.

 Структуры стали

Сплавы железа с углеродом при различных температурах и различном содержании «С» имеют различную структуру, а соответственно и физические и химические свойства. Одним из таких состояний и является описанный выше цементит. А теперь о них:

Аустенит  – твердая структура  углерода в  гамма-железе — содержит «С» до 1,7% (t >  723° С). При снижении температуры аустенит распадается на феррит и цементит и возникает пластинчатая структура — перлит.

Феррит  — твердый раствор «C» в  α-железа- при t> 723-768° С , концентрация «С» составляет — 0,02%, а при t 20°С около 0,006% «С». Он очень пластичен, не тверд и имеет низкие магнитные свойства.

Цементит — карбид железа Fe3C. Концентрация «С»  6,63% . Цементит является хрупким , а его твердость — НВ760-800.

(на рисунке структура: цементит + перлит)

Перлит —  механическая смесь феррита и цементита, образуемая при постепенном охлаждении в процессе распада аустенита. Исходя из размера частиц цементита перлит имеет различные механические свойства. «С» -0,8%.

(на рисунке структура: феррит + перлит)

Ледебурит (структура чугуна) — смесь образующаяся из кристаллизация жидкого сплава цементита и аустенита. Ледебурит очень твердый, но хрупкий. Концентрация «С»-4,3%

Свойства стали

Конечно, не только углерод  влияет на свойства стали. Состав дополнительных элементов и их количество придают стали определенные свойства. Примеси бывают полезными и вредными.

Хорошие примеси влияют исключительно на сами кристаллы, а вредные негативно воздействуют на связь кристаллов между собой. К хорошим примесям относят : марганец (Mn), кремний (Si).

К плохим: фосфор (Р), серу (S), азот, кислород и другие.

Физические и механические свойства стали

Основными физическими свойствами стали являются:

  • теплоемкость;
  • теплопроводность;
  • модуль упругости.

Понятие модуля упругости стали (Е) заключается в соотношении твердого вещества упруго деформироваться при воздействии силы.

Данная характеристика на прямую зависит от напряжения, а точнее, является производной соотношения напряжения к упругой деформации.

  •  модуль сдвига (упругость при сдвиге) (G )– величина измеряемая в Паскалях (Па), определяющая упругие свойства тела или материала и их способность сопротивляться сдвигающим деформациям. Он применяется для расчета на сдвиг, срез, кручение.
  •  коэффициент линейного и коэффициент объемного расширения при изменении температуры – это величина показывающая относительное изменение линейных размеров или объема материала или тела при увеличении температуры при неизменном давлении.

Основными механическими свойствами стали являются:

  • — прочность
  • — твердость
  • — пластичность
  • — упругость
  • — выносливость
  • — вязкость

Показатели механических свойств углеродистых сталей обыкновенного качества ( ГОСТ 380-71)

Основными химическими свойствами стали являются:

  •  степень окисления
  •  устойчивость к коррозии
  •  жаростойкость
  •  жаропрочность

Качество стали определяется различными показателями всех ее свойств и структуры. Учитываются и свойства и изделий из этой стали.

По качеству стали разделяют на:

  • обыкновенного качества,
  • качественная сталь,
  • высококачественная сталь.

В данной статье мы рассматриваем только структуру стали и связанные с ней понятия. Качество стали, состав дополнительных примесей и их свойства будут  рассмотрены в следующей публикации.

: 24.12.2015

Источник: https://vikant.com.ua/news/chto_takoe_stal

Классификация и маркировка сталей — ОВК-Снаб

Сталями принято называть сплавы железа с углеродом, содержащие до 2,14% углерода.

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

В свою очередь углеродистые стали могут быть:

  • малоуглеродистыми, т. е. содержащими углерода менее 0,25%;
  • среднеуглеродистыми, содержание углерода составляет 0,25-0,60%;
  • высокоуглеродистыми, в которых концентрация углерода превышает 0,60%.

Легированные стали подразделяют на:

Таблица элементов MS Word, 40Kb
  • низколегированные содержание легирующих элементов до 2,5%;
  • среднелегированные, в их состав входят от 2,5 до 10% легирующих элементов;
  • высоколегированные, которые содержат свыше 10% легирующих элементов.

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.

Качество

В зависимости от содержания вредных примесей: серы и фосфора-стали подразделяют на:

  • Стали обыкновенного качества, содержание до 0.06% серы и до 0,07% фосфора.
  • Качественные — до 0,035% серы и фосфора каждого отдельно.
  • Высококачественные — до 0.025% серы и фосфора.
  • Особовысококачественные, до 0,025% фосфора и до 0,015% серы.

Степень раскисления

По степени удаления кислорода из стали, т. е. По степени её раскисления, существуют:

  • спокойные стали, т. е., полностью раскисленные; такие стали обозначаются буквами «сп» в конце марки (иногда буквы опускаются);
  • кипящие стали — слабо раскисленные; маркируются буквами «кп»;
  • полуспокойные стали, занимающие промежуточное положение между двумя предыдущими; обозначаются буквами «пс».

Сталь обыкновенного качества подразделяется еще и по поставкам на 3 группы:

  • сталь группы А поставляется потребителям по механическим свойствам (такая сталь может иметь повышенное содержание серы или фосфора);
  • сталь группы Б — по химическому составу;
  • сталь группы В — с гарантированными механическими свойствами и химическим составом.

В зависимости от нормируемых показателей (предел прочности, относительное удлинение, предел текучести, изгиб в холодном состоянии) сталь каждой группы делится на категории, которые обозначаются арабскими цифрами.

Конструкционные стали

Обозначают по ГОСТ 380-94 буквами «Ст» и условным номером марки (от 0 до 6) в зависимости от химического состава и механических свойств.

Чем выше содержание углерода и прочностные свойства стали, тем больше её номер. Буква «Г» после номера марки указывает на повышенное содержание марганца в стали.

Перед маркой указывают группу стали, причем группа «А» в обозначении марки стали не ставится.

Для указания категории стали к обозначению марки добавляют номер в конце соответствующий категории, первую категорию обычно не указывают.

Например:

  • Ст1кп2 — углеродистая сталь обыкновенного качества, кипящая, № марки 1, второй категории, поставляется потребителям по механическим свойствам (группа А);
  • ВСт5Г — углеродистая сталь обыкновенного качества с повышенным содержанием марганца, спокойная, № марки 5, первой категории с гарантированными механическими свойствами и химическим составом (группа В);
  • Вст0 — углеродистая сталь обыкновенного качества, номер марки 0, группы Б, первой категории (стали марок Ст0 и Бст0 по степени раскисления не разделяют).
Читайте также  Предел пропорциональности стали
Обозначение стали углерода
Ст0 < 0,23%
Ст1 0,06-0,12%
Ст2 0,09-0,15%
Ст3 0,14-0,22%
Ст4 0,18-0,27%
Ст5 0,28-0,37%
Ст6 0,38-0,49%

Нелегированные конструкционные качественные стали

В соответствии с ГОСТ 1050-88 эти стали маркируются двухзначными числами, показывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента: 05; 08; 10; 25; 40 и т.д. Так сталь с содержанием углерода 0,07-0,14% обозначается 10, сталь с содержанием углерода 0,42-0,50% — 45, а сталь с углеродом 0,57-0,65% — 60. 

При этом для сталей с C < 0,2%, не подвергнутых полному раскислению, в обозначение добавляются буквы кп (для кипящей стали) и пс (для полуспокойной).

Для спокойных сталей буквы в конце их наименований не добавляются. Например, 08кп, 10пс, 15, 18кп, 20 и т.д.

Буква Г в марке стали указывает на повышенное содержание марганца. Например: 14Г, 18Г и т.д.

Качественные стали с повышенными свойствами, используемые для производства котлов и сосудов высокого давления, обозначают по ГОСТ 5520-79 добавлением буквы К в конце наименования стали: 15К, 18К, 22К.

Конструкционные легированные стали

В соответствии с ГОСТ 4543-71 наименования таких сталей состоят из цифр и букв. Первые цифры марки обозначают среднее содержание углерода в стали в сотых долях процента.

Буквы указывают на основные легирующие элементы, включенные в сталь.

Цифры после каждой буквы обозначают примерное процентное содержание соответствующего элемента, округленное до целого числа, при содержании легирующего элемента до 1.5% цифра за соответствующей буквой не указывается.

Например, сталь состава C 0,09-0,15%, Cr 0,4-0,7%, Ni 0,5-0,8% называется 12ХН, а сталь состава C 0,27-0,34%, Cr 2,3-2,7%, Mo 0,2-0,3%, V 0,06-0,12% — 30×3МФ.

Для того, чтобы показать, что в стали ограничено содержание серы и фосфора (S < 0,03%, P < 0,03%) и сталь относится к группе высококачественных в конце ее обозначения ставят букву А. 

Особовысококачественные стали, подвергнутые электрошлаковому переплаву, обеспечивающему эффективную очистку от сульфидов и оксидов, обозначают добавлением через тире в конце наименования стали буквы Ш. Например: 12×2Н4А, 15×2МА, 18ХГ-Ш, 20ХГНТР-Ш и др.

Литейные конструкционные стали

В соответствии с ГОСТ 977-88 обозначаются по тем же правилам, что и качественные и легированные стали.

Отличие заключается лишь в том, что в конце наименований литейных сталей приводится буква Л, например, 15Л, 20Г1ФЛ, 35 ХГЛ и др.

Строительные стали

Строительные стали по ГОСТ 27772-88 обозначаются буквой С (строительная) и цифрами, соответствующими минимальному пределу текучести стали.

Буква К в конце наименования указывает на стали с повышенной коррозионной стойкостью, буква Т — на термоупрочненный прокат, а буква Д — на повышенное содержание меди.

Например: С255, С345Т, С 390К, С440Д и т.д.

Шарикоподшипниковые стали

ГОСТ 801-78 маркируют буквами «ШХ», после которых указывают содержание хрома в десятых долях процента.

Для сталей, подвергнутых электрошлаковому переплаву, буква Ш добавляется также и в конце их наименований через тире.

Например: ШХ15, ШХ20СГ, ШХ4-Ш.

Автоматные стали

ГОСТ 1414-75 начинаются с буквы А (автоматная). Если сталь при этом легирована свинцом, то ее наименование начинается с букв АС.

 Для отражения содержания в сталях остальных элементов используются те же правила, что и для легированных конструкционных сталей.

Например: А20, А40Г, АС14, АС38ХГМ

Инструментальные стали

Данные стали в соответствии с ГОСТ 1435-90 делятся на качественные и высококачественные.

Качественные стали обозначаются буквой У (углеродистая) и цифрой, указывающей среднее содержание углерода в стали, в десятых долях процента. Так сталь У7 содержит 0,65-0,74% углерода, сталь У10 — 0,95-1,04%, а сталь У13 — 1,25-1,35%.

В обозначения высококачественных сталей добавляется буква А (У8А, У12А и т.д.).

Кроме того, в обозначениях как качественных, так и высококачественных углеродистых инструментальных сталей может присутствовать буква Г, указывающая на повышенное содержание в стали марганца. Например: У8Г, У8ГА.

Инструментальные легированные стали

Правила обозначения инструментальных легированных сталей по ГОСТ 5950-73 в основном те же, что и для конструкционных легированных.

Различие заключается лишь в цифрах, указывающих на массовую долю углерода в стали.

Процентное содержание углерода также указывается в начале наименования стали, в десятых долях процента, а не в сотых, как для конструкционных легированных сталей.

Если же в инструментальной легированной стали содержание углерода составляет около 1,0%, то соответствующую цифру в начале ее наименования обычно не указывают.

Приведем примеры: сталь 4×2В5МФ имеет содержание C 0,3-0,4%, Cr 2,2-3,0%, W 4,5-5,5%, Mo 0,6-0,9%, V 0,6-0,9%, а сталь ХВГ — C 0,9-1,05%, Cr 0,9-1,2%, W 1,2-1,6%, Mn 0,8-1,1%.

Быстрорежущие стали

Обозначают буквой «Р», следующая за ней цифра указывает на процентное содержание в ней вольфрама.

В отличие от легированных сталей в наименованиях быстрорежущих сталей не указывается процентное содержание хрома, т.к. оно составляет около 4% во всех сталях, и углерода (оно пропорционально содержанию ванадия).

Буква Ф, показывающая наличие ванадия, указывается только в том случае, если содержание ванадия составляет более 2,5%.

В соответствии с вышесказанным сталь Р6М5 имеет состав С 0,82-0,9%, Cr 3,8-4,4%, Mo 4,8-5,3%, V 1,7-2,1%, W 5,5-6,5%, а сталь состава С 0,95-1,05%, Cr 3,8-4,3%, Mo 4,8-5,3%, V 2,3-2,7%, N 0,05-0,1%, W 5,7-6,7% называется Р6АМ5Ф3

Нержавеющие стали

Обозначения стандартных нержавеющих сталей согласно ГОСТ 5632-72 состоят из букв и цифр и строятся по тем же принципам, что и обозначения конструкционных легированных сталей. В обозначения литейных нержавеющих сталей добавляется буква Л.

Приведем примеры: нержавеющая сталь состава C < 0,08%, Cr 17,0-19,0%, Ni 9,0-11,0%, Ti 5*C-0,7% обозначается 08×18Н10Т, а литейная сталь 16×18Н12С4ТЮЛ имеет состав C 0,13-0,19%, Cr 17,0-19,0%, Ni 11,0-13,0%, Si 3,8-4,5%, Ti 0,4-0,7%, Al 0,13-0,35%.

В том случае, если стали получены методом электрошлакового переплава, к их наименованиям (также как и для легированных сталей) добавляется через тире буква Ш (06×16Н15М3Б-Ш).

Помимо этого к наименованиям указанных сталей через тире могут добавляться буквы, означающие следующее:

  • ВД — вакуумно-дуговой переплав (09×16Н4Б-ВД),
  • ВИ — вакуумно-индукционная выплавка (03×18Н10-ВИ),
  • ЭЛ — электронно-лучевой переплав (03Н18К9М5Т-ЭЛ),
  • ГР — газокислородное рафинирование (04×15СТ-ГР),
  • ИД — ваккумно-индукционная выплавка с последующим вакуумно-дуговым переплавом (ЭП14-ИД),
  • ПД — плазменная выплавка с последующим вакуумно-дуговым переплавом (ХН45НВТЮБР-ПД),
  • ИЛ — вакуумно-индукционная выплавка с последующим электронно-лучевым переплавом (ЭП989-ИЛ)
  • и т.д.

Источник: https://www.lazar.ru/spravka/steel_pipes/steel

Сталь углеродистая: состав, свойства, ГОСТ, назначение, применение :

В наше время просто невозможно представить себе деятельность человека без использования продукции металлургической отрасли. Различные металлы и сплавы буквально заполонили нашу жизнь.

Не стала исключением и сталь углеродистая, которая нашла свое активное применение практически во всех отраслях и сферах народного хозяйства.

О ее свойствах, назначении и составе пойдет речь в данной статье.

Определение

Итак, в первую очередь укажем, что сталь углеродистая – сплав железа с углеродом.

При этом содержание последнего элемента должно быть не более 2,14% . Отдельно стоит рассмотреть классификацию.

Такая сталь может быть разделена по:

  • структуре;
  • способу получения;
  • степени раскисления;
  • качеству;
  • назначению.

Обо всем этом будет сказано ниже.

Структура сплава

Сталь углеродистая бывает:

  • доэвтектоидная (содержание углерода составляет менее 0,8%);
  • эвтектоидная (углерод имеет концентрацию 0,8%);
  • заэвтектоидная (углерода более 0,8%).

Такая градация позволяет определять свойства углеродистой стали.

Способы производства

Абсолютно любая сталь изначально в своей основе имеет чугун, который впоследствии перерабатывают по особой технологии. Сталь углеродистая может быть создана тремя основными методами:

  • конверторной плавкой;
  • мартеновской плавкой;
  • электротермической обработкой.

Получение стали в конвертере происходит благодаря продуванию расплавленного чугуна кислородом под давлением.

Сам по себе конвертер – печь грушевидной формы, футерованная изнутри специальным огнеупорным кирпичом.

В зависимости от того, какая кладка (динас SiO2 или доломитная масса CaO и MgO) находится внутри конвертера, идет разделение этого способа на бессемеровский и томасовский.

Приготовление стали в мартеновской печи сводится к выжиганию углерода из чугуна кислородом, находящимся не только в воздухе, но и в оксидах железа, которые попадают в печь в виде металлолома и железной руды.

Мартеновский способ, в отличие от конверторного, предусматривает регулирование химического состава готового продукта на выходе путем внедрения металлических компонентов в требуемой пропорции.

К сожалению, несмотря на свои достоинства, мартеновский способ получения стали сегодня уже неактуален по причине своей технологической отсталости и слишком большого количества вредных выбросов в окружающую среду.

В электротермических печах производится сталь самого высокого качества. Это возможно благодаря тому, что воздух в печь извне практически не поступает.

За счет этого вредоносный монооксид железа почти не образуется, а именно он снижает свойства стали и загрязняет ее.

Кроме того, температура в печи не опускается ниже 1650 °C, что, в свою очередь, позволяет удалять нежелательные примеси в виде фосфора и серы.

Шихта для таких печей бывает различной: чугун может преобладать по количеству, но иногда большую часть составляет металлический лом.

Также есть возможность легирования стали очень тугоплавкими материалами – вольфрамом и молибденом.

Пожалуй, единственным существенным недостатком такого метода производства стали можно считать его энергоемкость, поскольку на одну тонну выплавляемой массы может приходиться до 800 кВт/ч.

Химические компоненты

Состав углеродистой стали стоит рассмотреть более детально. Первоочередно укажем на углерод.

Именно этот элемент оказывает прямое влияние на прочность и твердость стали: чем его больше, тем выше названные характеристики, пластичность же при этом снижается.

Марганец и кремний не являются теми составляющими, которые оказывают существенное влияние на свойства стали. В процессе плавки они вводятся с целью раскиления.

Крайне вредной примесью считается сера. Из-за нее сталь становится ломкой во время ее обработки давлением с предварительным подогревом. Также сера снижает прочность, стойкость к износу и коррозии.

Фосфор приводит к возникновению хладноломкости – хрупкости при низких температурах.

Феррит привносит в сталь мягкую и пластичную микроструктуру. Его антиподом является цементит – карбид железа, наращивающий твердость.

Виды термической обработки

Углеродистые стали, применение которых возможно почти везде, где человек осуществляет свою жизнедеятельность, способны существенно изменять свои механические свойства.

Для этого следует выполнить термическую обработку, смысл которой заключается в изменении структуры стали во время нагрева, выдержке и последующем охлаждении на основании специального режима.

Существуют такие виды температурной обработки:

  • Отжиг – снижает твердость и измельчает зерна, повышает обрабатываемость, вязкость и пластичность, снижает внутренние напряжения, устраняет структурные неоднородности.
  • Нормализация – исправляет структуру перегретой и литой стали, устраняет сетку вторичного цементита в заэвтектоидной стали.
  • Закалка – позволяет получить высочайшую твердость и прочность.
  • Отпуск.
Читайте также  Закалка нержавеющей стали

Дифференциация по назначению

Сталь углеродистая делится на две большие группы:

  • инструментальная;
  • конструкционная (выделяют обыкновенные, качественные и автоматные разновидности).

Обыкновенные стали маркируются буквами «Ст» и номером от 0 до 6.

Все стали с номером марки от 1 до 4 производят кипящими, полуспокойными и спокойными.

Номера 5 и 6 могут быть только спокойными или полуспокойными. Кроме того, эти стали делятся на три большие группы: А, Б, В.

  • Группа А. Чем выше номер в маркировке стали, тем больше прочность.
  • Группа Б. С увеличением номера повышается содержание углерода.
  • Группа В. Механические свойства соответствуют группе А, химический состав – группе Б аналогичного номера.

Наиболее часто в строительстве применяются типы Ст1 и Ст2. Именно эти марки задействованы при создании резервуаров, трубопроводов, колонн.

Ст3 и Ст 4 актуальны для возведения конструкций, а также из них производится арматура для железобетона.

Углеродистая сталь ГОСТ 380-2005 является основой для листового, круглого, двутаврового и швеллерного проката.

Качественные стали характеризуются дешевизной и качественностью.

Маркируют их следующим образом: от 08 до 85 с приставкой в конце «ПС» (полуспокойная), «СП» (спокойная), «КП» (кипящая).

Цифра показывают концентрацию углерода в сотых долях процента.

Инструментальные стали применяют для изготовления трех основных групп инструмента: режущего, измерительного, штампованного. Цифры в маркировке сигнализируют о содержании углерода в десятых долях процента.

Химикотермическое воздействие

Углеродистые и легированные стали могут быть подвержены специальным видам обработки.

Одним из них является цементация – процесс, представляющий собой диффузионное насыщение поверхностного слоя стали углеродом при нагреве в соответствующей среде.

Конечной целью операции является получение высокой поверхностной твердости и износостойкости при вязкой сердцевине.

Цементация также может происходить в твердом карбюрюзаторе, который является смесью древесного угля и углекислых солей.

Азотирование стали – процесс, заключающийся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали азотом.

Данную процедуру проводят в атмосфере аммиака при температуре в пределах 500-700 градусов Цельсия.

Азотирование проводят для получения поверхности детали, устойчивой к износу и коррозии и обладающей большой твердостью.

Борирование – верхний слой стали насыщают бором. Делается это для повышения износостойкости, жаростойкости и твердости.

Также для получения жаростойких поверхностей применяют алитирование – насыщение стали алюминием.

Легированные марки углеродистой стали

Эта большая группа делится на конструкционные, инструментальные и стали с особыми качествами.

Первые применяются для изготовления зубчатых колес, втулок, шпилек и деталей, работающих в крайне сложных напряженных условиях.

Кроме того, в эту группу входят пружинно-рессорные и шарикоподшипниковые стали.

Из инструментальных сталей производят режущий и измерительный инструмент.

Особые качества описанного материала проявляются в его окалино- и жаростойкости. Сюда же можно причислить и нержавеющие марки.

Заключение

Как вы уже, очевидно, поняли из всего вышесказанного, один из самых востребованных на сегодня материалов – углеродистая сталь (назначение ее имеет широкий спектр). Она является относительно недорогой основой для создания многих машин, механизмов, деталей, конструкций, зданий, сооружений и вообще многого из того, что нас с вами окружает. Мировыми лидерами по производству стали сейчас называют Китай, Японию, Германию, США. Именно эти страны задают тон в металлургии на планете.

Источник: https://BusinessMan.ru/new-stal-uglerodistaya-sostav-svojstva-gost-naznachenie-primenenie.html

Сталь углеродистая: состав, классификация, ГОСТ

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.

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.

Читайте также  Твердость стали для ножей

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

Сталь: железо + углерод +

«Бытовое» определение стали звучит примерно так: «Твердый и прочный металл на основе железа с легированием небольшим количеством углерода, а также часто другими металлами, такими  как никель, хром, марганец».  Хотя и нельзя сказать, что это определение полностью неправильное, но оно вряд ли адекватно отражает понятие «сталь».

Более точное определение стали может быть таким: «Сплав на основе железа, хорошо деформируемый в определенном интервале температур и содержащий углерод, и часто другие легирующие элементы.

В углеродистых и низколегированных сталях максимальное содержание углерода около 2 %, в высоколегированных сталях – до 2,5 %.

Разделительная линия между низколегированными и высоколегированными сталями обычно проходит по 5 % металлических легирующих элементов.  

Три фазы стали – феррит, цементит и аустенит

В принципе, все стали являются смесями, а точнее, сплавами железа и углерода.

Однако даже самые обычные стали, так называемые стали общего назначения, имеют небольшие, но контролируемые количества марганца и кремния, а также малое и обычно неизбежное количество фосфора и серы. углерода в сталях общего назначения обычно составляет от 0,05 до 1,0 %. 

Механизм легирования железа углеродом отличается от других систем сплавов тем, что является двухступенчатым. На первом этапе железо соединяется с 6,67 % углерода, образуя карбид железа, который чаще называют цементитом.

Поэтому при комнатной температуре обычная сталь содержит смесь цементита и феррита. Оба они являются фазами. Фазой называют физически гомогенный и выделенную  часть материальной системы.

Когда сталь нагревают до 725 ºС цементит цементит растворяется в железе и образуется новая фаза – аустенит. Заметим, что не надо путать «фазы стали» и «структуры стали».

Любая сталь может иметь только три фазы, тогда как может быть несколько структур, а также их смесей.        

Классификация сталей

Невозможно определить точное число составов сталей, которые существует в настоящее время. Их насчитается, по крайней мере, за тысячу.

  Жесткой классификации сталей не существует.

Однако чаще всего стали разбивают на пять групп, что вполне устраивает большинство специалистов, которые работаю со сталью.

К этим пяти классам относятся:

углеродистые стали;легированные стали, иногда их называют низколегированными сталями;нержавеющие стали – стандарты называют их «коррозионно-стойкими»;инструментальные стали;

специальные стали,

К специальным сталям относят стали со специальными свойствами, которые нужны для применения их в специфических условиях работы.

Кроме того, это могут быть стали, которые очень похожи на стали из первых четырех групп, но все таки настолько отличаются от них, что требуют отдельного обозначения сплава.   

Почему сталь главная?

Было бы несправедливо заявлять, что какой-то один металл является более важным, чем другой. Например, без алюминия и титана не было бы современных самолетов и космических кораблей.

Сталь, тем не менее, значительно более широко применяется, чем любой другой металл.

Обычно бытует мнение, что причина доминирования стали заключается в избытке железной руды, а также легкости, с которой железо можно извлекать из руды. И то, и другое ошибочно.

Железо не является самым распространенным элементом. Извлекать его из руды не так-то просто, а вот, медь, например, в некоторых районах мира встречается в почти чистом виде. 

Сталь является таким важным материалом благодаря ее невероятной гибкости в ее обработке и применении. Эту гибкость ей дает разнообразие вариантов ее структуры и методов деформационной и термической обработки для их достижения.

Широкие возможности для применения стали дают два ее важных металлургических феномена:

1) железо является аллотропическим элементом, то есть может существовать в более чем одной кристаллических форм;
2) размер атом углерода составляет только 1/30 от размера атома железа.

Железо – основа стали

Все чистые металлы, а также сплавы имеют индивидуальные фазовые диаграммы, которые чаще называют диаграммами состояния.

Как правило, по горизонтальной оси откладывают процентное содержание в сплаве легирующего элемента. Температуру откладывают по вертикали. Диаграмма чистого железа является прямой линией.

При охлаждении чистого железа оно изменяется от одной фазы в другую при постоянной температуре.   

Чистое железо затвердевает при 1538 ºС с образованием кристаллической структуры, которая называют ферритом или дельта-железом.

Эта фаза имеет объемноцентрированную кубическую атомную решетку .

При дальнейшем охлаждении с достижением температуры 1395 ºС атомы перестраиваются в 14-ти атомную решетку, которая называется гамма-железо.

При продолжении охлаждения ниже температуры 910 °С структура железа возвращается 9-ти атомной решетке или альфа-железу.

Изменение в точке 770 °С просто обозначает изменение от немагнитного железа к магнитному и не является сменой фаз.

Все поле ниже 910 °С является ферритом вплоть до комнатной температуры и ниже.

Феррит, который образуется выше аустенита, часто называют «дельта-феррит», а то феррит, которые образуется ниже точки А3 – альфа-феррит, хотя структурно оба они совершенно одинаковые.

Механизм аллотропии является наиважнейшим свойством железа, которое и обеспечивает ему разнообразие его структуры и гибкость термической обработки сталей.

  • Метастабильная диаграмма состояния железо-углерод
  • Превращение аустенита

 Loading …

Рубрики Выберите рубрику Info ГОСТы Железнодорожные колеса Зарубежные стандарты Защита от коррозии Классификация Контроль качества стали Легированные стали Макро- и микроструктура стали Металловедение Механические свойства Нержавеющие стали Обработка металлов давлением Обработка сталей Обыкновенные стали Оцинкованная сталь ПРАКТИКА Применение Производство чугуна и стали Специальные стали Стальные ножи ТЕОРИЯ Термическая обработка Углеродистые стали Химический состав стали Чугуны

Источник: http://steel-guide.ru/metallografiya-stali/stal-zhelezo-uglerod.html

Понравилась статья? Поделить с друзьями: