Низкоуглеродистая сталь: свойства и состав. Большая энциклопедия нефти и газа

Низкоуглеродистая сталь встречается повсеместно. Ее популярность основана на физических, химических свойствах и невысокой стоимости. Этот сплав широко применяется в промышленности и в строительстве. Рассмотрим подробнее этот

Состав

Сталь - железо, обогащенное углеродом в процессе плавки. Для углеродистых выплавок характерно наличие углерода, который определяет основные свойства металла, и примесей: фосфора (до 0,07%), кремния (до 0,35%), серы (до 0,06%), марганца (до 0,8%). Так, низкоуглеродистая сталь содержит не более 0,25% углерода.

Что касается других добавок, марганец и кремний служат раскислению (удалению кислорода из что уменьшает хрупкость при горячей деформации). А вот повышенный процент серы может привести к растрескиванию сплава при термической обработке, фосфора - при холодной.

Способы получения

Производство низкоуглеродистого сплава можно разложить на несколько этапов: загрузку в печь чугуна и лома (шихты), термическое воздействие до состояния плавления, удаление из массы примесей.

Для исполнения таких процессов пользуются тремя способами:

Мартеновские печи. Самое распространенное оборудование. Процесс плавки происходит в течение нескольких часов, что позволяет отслеживать лабораториям качество получаемого состава.
Конвекторные печи. Производится за счет продувки кислородом. Следует отметить, что сплавы, полученные таким способом, не отличаются высоким качеством, так как содержат большее количество примесей.
Индукционные и электропечи. Процесс производства идет с применением шлака. Таким способом получаются высококачественные и специализированные сплавы.

Рассмотрим особенности классификации сплавов.

Виды

Низкоуглеродистая сталь может быть трех видов:

Обычного качества. В таких сплавах содержание серы не превышает 0,06%, фосфора 0,07%.
Качественная . В составе наличие: серы до 0,04%, фосфора до 0,035%.
Высококачественная. Содержание серы до 0,025%, фосфора до 0,025%
Особого качества. Низкое содержание примесей: серы до 0,015%, фосфора - до 0,025%.

Как уже говорилось ранее, чем меньше примесей, тем лучше качество сплава.

Сталь низкоуглеродистая ГОСТ 380-94 обыкновенного качества делится еще на три группы:

А. Определяется своими механическими свойствами. Форма поставки потребителю чаще всего встречается в виде многопрофильного и листового проката.
Б. Основные показатели - химический состав и свойства. Оптимальные для механического воздействия давлением под термическим фактором (ковка, штамповка).
В. Для таких видов сплавов важны такие свойства: технические, технологические, физические, химические и, соответственно, состав.

По процессу раскисления стали делят на:

Спокойные. Процесс затвердевания происходит спокойно. Газы при таком процессе не выделяются. Усадка происходит в середине слитка.
Полуспокойные. Промежуточный вид стали между спокойными и кипящими составами.
Кипящие. Затвердевание происходит с выделением газа. Усадочная раковина скрытого типа.

Основные свойства

Низкоуглеродистая сталь отличается высокой пластичностью, легко деформируется в холодном состоянии и в горячем. Отличительной чертой такого сплава является хорошая свариваемость. В зависимости от добавочных элементов свойства стали могут меняться.

Чаще всего низкоуглеродистые сплавы применяются в строительстве и промышленности. Это обусловлено невысокой ценой и хорошими прочностными качествами. Такой сплав еще называют конструкционным. Свойства низкоуглеродистой стали зашифрованы в маркировке. Ниже мы рассмотрим ее особенности.

Особенности маркировки

Обычная низкоуглеродистая сталь имеет буквенное обозначение СТ и цифровое. Число следует делить на 100, тогда будет понятно процентное содержание углерода. Например, СТ15 (углерод 0,15%).

Рассмотрим маркировку и расшифруем обозначения:

Первые буквы или их отсутствие говорит о принадлежности к той или иной группе качества. Это могут быть Б или В. Если нет буквы, значит сплав принадлежит к категории А.
Ст обозначает слово «сталь».
Цифровое обозначение - зашифрованное процентное содержание углерода.
кп, пс - обозначает кипящий или полуспокойный сплав. Отсутствие обозначения говорит о том, что сталь спокойная (сп).
Буквенное обозначение и цифровое после него раскрывают, какие примеси входят в состав, и их процентное содержание. Например, Г - марганец, Ю - алюминий, Ф - ванадий.

Для качественных низкоуглеродистых сталей в маркировке не ставится буквенное обозначение «Ст».

Также применяется цветовое обозначение. Например, низкоуглеродистая сталь марки 10 имеет белый цвет. Стали специального назначения могут обозначаться дополнительными буквами. Например, «К» - применяется в котлостроении; ОсВ - используется для изготовления вагонных осей и т. д.

Выпускаемые изделия

Можно выделить несколько групп стальной продукции:

Листовая сталь. Подвиды: толстолистовая (ГОСТ 19903-74), тонколистовая (ГОСТ 19904-74), широкополостная (ГОСТ 8200-70), полосовая (ГОСТ 103-76), рифленая (ГОСТ 8568-78)
Уголковые профили. Равнополочные (ГОСТ 8509-93), неравнополочные (ГОСТ 8510-86).
Швеллеры (ГОСТ 8240-93).
Двутавры. обыкновенные (ГОСТ 8239-89), Балки двутавровые широкополочные (ГОСТ 26020—83, СТО АСЧМ 20—93).
Трубы.
Профилированный настил.

К этому перечню добавляют вторичные профили, которые образуются за счет сварных работ и механической обработки.

Сферы применения

Область использования низкоуглеродистой стали достаточна широка и зависит от маркировки:

Ст 0, 1, 3Гсп. Широкое применение в строительстве. Например, проволока арматурная из низкоуглеродистой стали,
05кп, 08, 08кп, 08ю. Хороша для штамповки и холодной вытяжки (высокая пластичность). Применяются в автомобилестроении: кузовные детали, топливные баки, змеевики, части сварных конструкций.
10, 15. Применяются для деталей, не подвергающихся высоким нагрузкам. Трубы для котлов, штамповки, муфты, болты, винты.
18кп. Характерное применение - конструкции, которые производят с помощью сварочных работ.
20, 25. Широко используется для производства крепежных материалов. толкатели клапанов, рамы и другие детали сельскохозяйственных машин.
30, 35. Оси, на которые идет малая нагрузка, звездочки, шестерни и т. д.
40, 45, 50. Детали, испытывающие средние нагрузки. Например, коленчатые валы, фрикционные диски.
60-85. Детали, подвергающиеся высокой нагрузке. Это могут быть рельсы для железной дороги, колеса для кранов, рессоры, шайбы.

Как видно, производимый ассортимент обширен - это не только проволока низкоуглеродистой стали. Также это детали сложных механизмов.

Низколегированная и низкоуглеродистая сталь: отличия

Для улучшения каких-либо характеристик сплава добавляются легирующие элементы.

Стали, которые содержат в чебе низкое количество углерода (до четверти процента) и легирующих добавок (общий процент - до 4 %) называются низколегированными. Такой прокат сохраняет высокие сварные качества, но при этом усиливаются разные свойства. Например, прочность, антикоррозийные характеристики и так далее. Как правило, оба вида применяются в сварных конструкциях, которые должны выдерживать температурный диапазон от минус 40 до плюс 450 градусов Цельсия.

Особенности сварки

Сварка низкоуглеродистых сталей имеет высокие показатели. Тип сварки, электроды и их толщину подбирают на основе следующих технических данных:

Соединение непременно должно быть прочно скреплено.
Не должно быть дефектов швов.
Химический состав шва должен выполняться в соответствии нормативам, указанных в ГОСТе.
Сварные соединения должны соответствовать условиям эксплуатации (устойчивость к вибрациям, механическому воздействию, температурному режиму).

Могут использоваться различные от газовой до сварки в среде углекислого газа плавящимся электродом. При подборе учитывают высокую плавкость низкоуглеродистых и низколегированных сплавов.

Что касается конкретно сферы применения, то низкоуглеродистый прокат используется в строительстве и машиностроении.

Подбирается на основе требуемых на выходе физических и химических свойств. Наличие может улучшить одни свойства (стойкость к коррозии, температурным перепадам), но и ухудшить другие. Хорошая свариваемость - еще одно достоинство таких сплавов.

Итак, мы выяснили, что собой представляют изделия из низкоуглеродистой и низколегированной стали.

Высокоуглеродистая сталь не имеет в своем составе легирующих элементов, среди которых находятся хром, ванадий и никель. Стоит отметить, что данный вид стали имеет в своем составе углерод свыше 0,6%. Содержание углерода определяет свойства сталей. Таким образом, с увеличением процентного содержания углерода в составе стали, возрастает предел ее прочности и повышается твердость, но, в тот же момент, снижаются ее пластические свойства.

Углеродистая сталь более устойчива к высоким температурам и сохраняет свои свойства при подогреве до 450 градусов по Цельсию. Она прекрасно воспринимает динамические нагрузки разной тяжести и способна не поддеваться коррозии. В этом случае углеродистая сталь очень легкая и устойчива к износу. Например углеродистой сталью является чугун и его изделия.

Разные виды углеродистых сталей применяются для производства инструментов, деталей для котлов, труб, турбин и других изделий, которые применяются для эксплуатации при высоких нагрузках.

Средне- и высокоуглеродистые стали имеют характерную особенность – образовывать закалочные структуры в сварочном шве и зоне термического влияния, которые могут создавать опасность хрупкого разрушения. Для получения надежных сварочных швов подбирается марка стали в соответствии возможности получения требуемых стабильных механических свойств сварочных соединений.

Высокоуглеродистые стали склонны к хрупкости после воздействия термического цикла сваривания и выражается значительно сильнее, в чем в среднеуглеродистых сталях. Стали данного вида чувствительны к горячим и холодным трещинам. Из-за этого следует обязательно подогревать свариваемый металл до температуры 350 – 400 градусов по Цельсию. После подогрева требует производить отжиг и проводить его до тех пор, пока свариваемое изделие не остынет до температуры 20 градусов по Цельсию.

Изготовление надежных сварочных соединений может затрудняться из-за нависшей опасности образования холодных трещин и повышенной чувствительности сталей данного вида к концентраторам напряжения при статических и динамических нагрузках.

Сварные конструкции проектируются с наименьшей концентрацией напряжений. Радиусы перехода от одного сечения в свариваемой детали к другой должны быть максимальными исходя из допустимых конструктивны соображений.

Для того чтобы повысить прочность сварочных швов высокоуглеродистой стали, следует создавать плавные переходы от одного до другого свариваемого металла. Для стыкового сварочного соединения стоит удалять усиление сварочного шва.

Особое внимание в этом случае нужно уделять проплаву сварочного шва, который имеет более крутой переход от шва к металлу изделия. В случае, когда механическая обработка внутренней поверхности детали для зачистки и проплавления невозможна, то следует проводить комбинированное сваривание без остающейся подкладки.

Cтраница 1

Высокоуглеродистые стали марок 55, 60 отличаются высокими прочностью и твердостью и предназначены для изготовления валов прокатных станов, штоков, проволоки тросов.

Высокоуглеродистые стали марок 55, 60, 65 и 70 характеризуются высокой прочностью и твердостью и идут на изготовление валков прокатных станов, штоков, для проволоки тросов.

Высокоуглеродистые стали марок 50, 55 и 60 имеют небольшую прокалива-емость.

Высокоуглеродистая сталь марок 55, 60, 65, 70 отличается высокой прочностью и твердостью, она идет на изготовление валков прокатных станов, штоков, для проволоки тросов и др. Сталь с повышенным содержанием марганца отличается более высокой прокаливае-мостью, более высокой износоустойчивостью. Ее назначение примерно такое же, как и стали с нормальным содержанием марганца.

Высокоуглеродистые стали марок 55, 60, 65, 70 характеризуются высокой прочностью и твердостью и идут на изготовление валков прокатных станов, штоков, для проволоки тросов.

Высокоуглеродистые стали марок 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85 отличаются высокими прочностью и твердостью w предназначены для изготовления валов прокатных станов, штоков, проволоки тросов.

Высокоуглеродистые стали марок 55, 60 65 70 характеризуются высокой прочностью и твердостью и идут на изготовление валков прокатных станов, штоков, для проволоки тросов.

Высокоуглеродистая сталь марок 55, 60, 65, 70 отличается высокой прочностью и твердостью и идет на изготовление валков прокатных станков, штоков, для проволоки тросов.

Сварка высокоуглеродистых сталей марок ВСтб, 45, 50 и 60 и литейных углеродистых сталей с содержанием углерода до 0 7 % еще более затруднительна. Эти стали применяют главным образом в литых деталях и при изготовлении инструмента. Сварка их возможна только с предварительным и сопутствующим подогревом до температуры 350 - 400 С и последующей термообработкой в нагревательных печах. При сварке должны соблюдаться правила, предусмотренные для среднеуглеродистой стали. Хорошие результаты достигаются при сварке узкими валиками и небольшими участками с охлаждением каждого слоя. После окончания сварки обязательна термическая обработка.

Матрицы следует изготавливать из инструментальных высокоуглеродистых сталей марки У10А, У12А или инструментальных легированных. В этом случае износ матрицы незначительный, а стойкость ее высокая. Положительно сказывается на процессе штамповки дополнительное хромирование или борирование рабочей поверхности матрицы.

Наиболее простой по составу и дешевой является высокоуглеродистая сталь марок У8 - У10, применяющаяся для изготовления мелких неответственных магнитов. Более качественными являются хромистые стали, содержащие от 1 5 до 3 2 % Сг. Добавки кобальта значительнее повышают магнитные свойства стали. Применяя эти стали, следует учитывать их высокую стоимость и по возможности заменять более дешевыми сталями.

Наиболее простой по составу и дешевой является высокоуглеродистая сталь марок У8 - У10, применяющаяся для изготовления мелких неответственных магнитов. Более качественными являются хромистые стали, содержащие от 1 5 до 3 2 % Ог. Добавки кобальта значительнее повышают магнитные свойства стали. Применяя эти стали, следует учитывать их высокую стоимость и по возможности заменять более дешевыми сталями.

Ведомые диски изготовляются из стального листа толщиной от 1 3 до 2 мм. Обычно применяется средне - и высокоуглеродистая сталь марок 50, 65, 85, позволяющая придать диску необходимые пружинящие свойства.

Малоуглеродистые стали марок 08, 10, 15, 20, 25 применяют для малонагруженных деталей, изготовление которых связано со сваркой и штамповкой. Среднеуглеродистые стали марок 25, 30, 40, 45, 50 служат для изготовления осей, валов, зубчатых колес и других деталей. Высокоуглеродистые стали марок 55, 60 идут на изготовление спиральных пружин, тросов и других ответственных деталей.

Страницы: 1

Кроме углерода обычные углеродистые стали содержат и другие элементы: до 1,65 % марганца; до 005 % серы; до 0,04 % фосфора; до 0,60 % кремния и до 0,60 % меди.
См. и
.

Углеродистые стали можно классифицировать с различных точек зрения, например, по способу раскисления. Конечно, способ раскисления оказывает влияние на характеристики и свойства стали. Однако изменение содержания углерода оказывает самое большое вляиние на механические свойства стали – с увеличением содержания углерода возрастает ее твердость и прочность. Поэтому обычно стали группируют по содержанию в них углерода. Обычно углеродистые стали содержат в сумме до 2 % всех легирующих элементов и в свою очередь подразделяются на:

низкоуглеродистые стали;
среднеуглеродистые стали и
высокоуглеродистые стали.

Углеродистые стали являются основной продукцией черной металлургии – они составляют более 80 % ее продукции. Основным металлическим материалом промышленности является именно углеродистая сталь.

Для углеродистых сталей наиболее чаще других применяют следующие стандарты:

. Сталь углеродистая обыкновенного качества
ГОСТ 1050-88 . Сталь углеродистая качественная конструкционная

Низкоуглеродистые стали

Низкоуглеродистые стали содержат углерода до 0,25 %. Самой большой категорией этого класса сталей является плоский прокат – листы и полосы, обычно в холоднокатаном или отожженном состоянии. Содержание углерода для повышения способности к горячему деформированию и холодному волочению этих сталей обычно очень низкое (менее 0,10 %) с содержанием марганца до 0,40 %. Эти низкоуглеродистые стали применяют для изготовления корпусов автомобилей, жести и проволочной продукции.

Низкоуглеродистые стали с содержанием углерода от 0,10 до 0,25 % имеют повышенную прочность и твердость, но более низкую способность к пластическому деформированию по сравнению с низкоуглеродистыми сталями с самым низким содержанием углерода.

Эти стали часто применяют в сочетании с процессом их цементации. Типичное применение цементованных сталей – детали с высокими требованиями по износостойкости, но без необходимости увеличивать прочность сердцевины детали, например, небольших валов или шестерен.

Катаные профили из конструкционной стали с содержанием углерода около 0,25 % и до 1,5 % марганца и алюминия применяют в условиях, когда требуется повышенная вязкость материала. Когда сталь применяют для штамповки, ковки, бесшовных труб или листа для изготовления котлов добавки алюминия не производят.

Важной категорией этих сталей являются низколегированные автоматные стали с содержанием углерода до 0,15 % и марганца – до 1,2 % с минимумом кремния и с содержанием серы до 0,35 %, а также со свинцом до 0,30 % или без него. Эти стали предназначены для автоматического массового производства из них деталей, которые не подвергаются тяжелым механическим и климатическим воздействиям. Если же изделию нужны высокая пластичность и вязкость, а также коррозионная стойкость, то эти стали для него не подходят.

Среднеуглеродистые стали

Среднеуглеродистые стали содержат 0,30-0,55 % углерода и 0,60-1,65 % марганца. Они применяются там, где требуются высокие механические свойства. Эти стали обычно упрочняются путем термической обработки или нагартовкой. Стали из этой группы с пониженным содержанием углерода и марганца находят широкое применение для некоторых типов деталей, получаемых путем холодной пластической деформации. Это требует предварительного применения отжига, нормализации или закалки с отпуском. Стали с более высоким содержанием углерода часто подвергаются волочению до заданных механических свойств для применения без термической обработки.

Все эти стали могут подвергаться ковке. Выбор стали зависит от размеров изделия и механических свойств, которые она должна обеспечивать после термической обработки. Эти стали обычно производят как спокойные и они очень широко применяются в машиностроении. К этим сталям также добавляют при необходимости их массовой механической обработки свинец и серу, а также алюминий для измельчения зерна и повышения вязкости. Стали с содержанием углерода 0,40-0,60 % применяют для изготовления железнодорожных рельсов, вагонных колес и осей, бандажей для локомотивов.

Высокоуглеродистые стали

Высокоуглеродистые стали, содержащие 0,55 -1,00 % углерода и 0,30-0,90 % марганца имеют более ограниченное применение, чем среднеуглеродистые стали. Дело в том, что эти стали более дорогие в производстве, имеют низкую пластичность и, следовательно, с большим трудом подвергаются горячей обработке, а также плохо свариваются. Высокоуглеродистые стали находят применение в производстве пружин, при изготовлении различных режущих инструментов, включая элементы землеройных машин и машин для обработки сельскохозяйственных земель, а также высокопрочной проволоки – везде, где требуется более высокая износостойкость и более высокая прочность, чем могут обеспечить стали с более низким содержанием углерода.

Углеродистая сталь – это металлургические композиции с низким содержанием добавок и высоким содержанием железа – до 99 ½ %. Этот материал высоко востребован в различных сферах промышленности, чем объясняется его высокая доля в производстве – до 80%. Сегодня разработано около 2 тысяч марок. Структура материала зависит от содержания в нем углерода. Изменяя процентное соотношение можно влиять на такие характеристики, как твердость, текучесть, пластичность и плотность. Критичным является показатель углерода в составе материала в 0,8%.

Относительно этого показателя УС различают:

если С менее 0,8%, в структуре материала присутствует феррит и перлит;
на уровне содержания С (углерода) в 0,8% для материала характерна перлитная структура;
при содержании С более 0,8% в структуре появляется цементит.

Общая тенденция с повышением содержания С выражается в повышении прочности, ударной вязкости и порога хладноломкости, но пластичность проката снижается.

Классификация углеродистых сталей

Кроме классификации по структурным параметрам,их принято различать по технологии получения:

электрические УС;
мартеновские;
кислородно-конвертерные.

По уровню раскисления подразделяют материал:

спокойный;
кипящий;
полуспокойный.

По качеству, в соответствии с наличием и объемам вредных примесей железный сплав бывает:

обычного качества;
качественные стали.

По сфере использования УС бывают:

обычные;
инструментальные;
конструкционные.

По наличию и объемам С в углеродистом железном сплаве материал классифицируют:

высокоуглеродистые стали марки с содержанием С более 0,65%;
среднеуглеродистые – от 0,25 до 0,6%;
низкоуглеродистые стали марки с содержанием С до 0,25%.

Чем выше показатели углерода, тем тверже и прочнее материал, но и выше его хрупкость. Маркировка материала напрямую связана с его назначением:

Обычного качества обозначают условным буквенным обозначением Ст. Далее следуют цифры от 1 до 7, которые показывают содержание С (углерода), кратное 10. Производства железных сплавов этой группы регламентирует ГОСТ380-85. Дополнительно эти материалы принято различать по группе поставок: А, Б и В. Это обозначение указывается перед маркой (группа А не указывается). Для А – стабильны механические свойства, для Б стабильны механический состав, для В стабильны свойства и состав.
Конструкционные УС регламентирует ГОСТ380-88, маркировка осуществляется цифрами: от 08 и до 85. Эти цифры информируют о содержании С (углерода) в материале в сотых долях %. Если железный сплав характеризуется увеличенным содержанием марганца, в конце маркировки указывается Г.
Инструментальные УС регламентирует ГОСТ1435-54 и 5952-51. Этот железный сплав относится к качественным, и маркируется буквой У. Далее следуют цифры, которые показывают объемы углерода в десятых долях %. Существует подгруппа высшего качества, в этом случае обозначение завершается буквой А. Им характерно повышенное содержание углерода.

В обозначении марки принято указывать степень раскисления: пс или кс.

Процент С в составе инструментальной стали обуславливается ее применение. У7 — для изготовления кузнечных молотов, штампов и зубил, У8 идет на изготовления инструментария для работы с камнем и металлом, У9 – оптимален для производства штемпелей и кернеров. Последующие модификации используют для выпуска полотен ножовок, сверл, плашек, резцов.

Отличие углеродистых сталей от легированных

Марки УС различают технологические процессы и использование различных добавок. Так чем отличаются углеродистые стали от легированных, если в эти железные сплавы также добавляются элементы, изменяющие механические, эксплуатационные и технологические параметры:

В состав углеродистых железных сплавов входят железо, углерод и нормальные примеси, которые бывают полезными и вредными. К первым относится марганец и кремний. Вредные примеси – это сера и фосфор.
В состав материала не входят легирующие добавки, которые изменяют свойства, такие как: молибден, титан, вольфрам и другие.
УС не предназначены для специального использования, это общепромышленный материал.
В сравнении с легированными материалами, углеродистые сплавы имеют более низкие технологические и эксплуатационные параметры, в том числе твердость и теплостойкость.

Область применения углеродистых сталей

Сфера применения УС определяется видом. Так, для холодной деформации и горячей ковки используется малоуглеродистая сталь, марки ее отличаются высокой пластичностью. Железные сплавы со средним содержанием углерода немногим отличаются по показателям текучести и пластичности, но его прочность уже выше. Они актуальны для производства элементов конструкций и механизмов, которые будут эксплуатироваться в обычных условиях. УС с высоким содержанием углерода обладают высокой прочностью, из них изготавливают различный инструмент и измерительные приборы. УС обычного качества используется на производстве листового материала, швеллеров, прутьев, балок и других изделий. Из нее выполняют элементы машин и металлические конструкции.

Обработка углеродистых сталей

Основными видами обработки УС являются: отжиг, закалка, нормализация, старение и отпуск.

Углеродистые стали обыкновенного качества. Сплав группы А поставляются для изделий, которые не подвергаются обработке. Группа Б – это материалы, которые предназначены для штамповки, ковке, а иногда и температурной обработке. Группа В – это сплавы, которые могут обрабатываться методом сварки.
Сталь углеродистая качественная. Этот материал можно подвергать химикотермической обработке, нормализации, холодной механической обработке, высадке, штамповке и обработке давлением. Особенности технологического процесса зависят от конкретной марки.

Одним из главных преимуществ этого железного сплава является его невысокая стоимость. Именно этот фактор обуславливает широкую применяемость материала.