Углеродистая сталь свойства состав применение: Углеродистая сталь – свойства и сферы применения

Углеродистая сталь

 Применение и расшифровка маркировки, состав и свойства углеродистой стали

Основной областью применения углеродистой стали является создание инструмента, из нее изготавливают несущую конструкцию и элементы машиностроения. На сегодняшний день это одна из самых востребованных сталей, по своим свойствам, за счет эксплуатационных и технических свойств, определяющих компонентами и соотношением в составе.                          

Состав

При плавке стали, используют углерод и дополнительные элементы. В зависимости к назначению к материалу, предъявляют определенные требования: твердость. Пластичность, предел текучести и т.д. Корректировать эти параметры возможно с помощью изменения процента содержания углерода. Соотношение углерода к общему объему является основным условием разделения стали на виды. Отличительное качество и особенности, описываются в нормативных документах.

Сталь углеродистая обыкновенного качества — ГОСТ 380-85.

Сталь углеродистая конструкционная – ГОСТ 380-88.
Сталь углеродистая инструментальная – ГОСТ 1435-54 и ГОСТ 5952-51.

Показатель твердости, определяется содержанием углерода. Чем больше процент углерода — тем прочнее изделие, но необходимо еще учитывать, тот факт, что при этом возрастает хрупкость. В зависимости от этого показателя, сталь разделяют на несколько видов:

Низкоуглеродистая сталь – процент углерода в составе стали составляет 0,25. Основным отличием низкоуглеродистой стали является – относительно легкая деформация, как в холодном состоянии, так и под воздействием высоких температур.

Среднеуглеродистые стали – процент углерода от 0,3 до 0,6. Среднеуглеродистая сталь обладает достаточной прочностью, имеет высокие показатели пластичности и текучести, что важно при обработке. Основной областью применения данной стали является элементы конструкций, эксплуатация которых подразумевается нормативными условиями.

Высокоуглеродистая сталь имеет высокий процент углерода – от 0,6 до 1,4. Из данной стали изготавливают высокопрочные инструменты и приборы для измерения.

Каждый из этих видов стали имеет определенную область применения.

 

Обыкновенного качества.

Это самый востребованный вид стали в настоящее время. Она производится в виде проката – листов, прутьев, швеллеров и балок. Благодаря своим свойствам может использоваться в качестве опорных конструкций, элементов машиностроения. Для того чтобы узнать свойства определенного вида углеродистой стали обыкновенного качества, нужно знать принцип ее маркирования. Обозначение всегда должно соответствовать ГОСТу. В названии указывается вид металла – СТ. Затем идет цифровой номер, определяющий содержание перлита и углерода. Чем больше номер – тем прочнее изделие. Нумерация может варьироваться от 0 до 6.

Затем в названии указывается способ раскисления — СП – спокойная; ПС – полуспокойная; КП – кипящая

.

Помимо этого углеродистая сталь имеет разделение на три подвида:

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

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

Качественная

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

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

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

У7 – применяется для производства зубил, штампов, кузнечного инструмента, молотов.
У8 и У8Г (с содержанием марганца) – пробойники, ножи по металлу, инструмент, предназначенный для обработки камня.
У9 – инструмент для деревообработки, кернеры, штемпеля.

У10 и У11 – метчики, развертки, плашки, полотна для ножовок. У12 и У13 – резцы для обработки твердого металла, сверла.

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

Маркировка углеродистых сталей

Главное меню a>| Учебная работа

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Компоненты и фазы в углеродистых сталях в равновесном cостоянии
Влияние массовой доли углерода на структуру и механические свойства стали
Определение массовой доли углерода в стали и марка стали по ее структуре
Влияние примесей на свойства сталей
Маркировка углеродистых сталей

Маркировка углеродистых сталей

По назначению и качеству углеродистые стали классифицируются следующим образом:

1. Стали конструкционные углеродистые обыкновенного качества содержат вредных примесей: серы до 0,05 %, а фосфора до 0,04 % (ГОСТ 380–2005). Эти стали маркируются Ст0, Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп и т.д. до Cт6 (табл. 1). Буквы «Ст» обозначают «Сталь». Цифра – условный номер марки в зависимости от химического состава. Если в конце марки стоят буквы «кп» – это означает, что сталь кипящая, полностью нераскисленная (раскисляют только ферромарганцем).

Если «сп» – сталь спокойная, получаемая полным раскислением (раскисляют ферромарганцем, ферросилицием и алюминием). Если «пс» – сталь полуспокойная промежуточного типа. Стали углеродистые обыкновенного качества широко применяются в строительстве. Из ряда марок изготавливают детали машиностроения, в судостроении могут применять как корпусные.

Таблица 1

Химический состав углеродистых конструкционных сталей обыкновенного качества по ГОСТ 380–2005

2. Стали конструкционные нелегированные (углеродистые) качественные (ГОСТ 1050–2013).

К сталям этой группы предъявляют более высокие требования относительно состава: меньшее содержание серы (менее 0,04 %) и фосфора (менее 0,035 %). Они маркируются двузначными цифрами, обозначающими среднюю массовую долю углерода в стали в сотых долях процента (табл. 2). Например, сталь 30 – углеродистая конструкционная качественная сталь со средней массовой долей углерода 0,3 %. Качественные конструкционные углеродистые стали широко применяются во всех отраслях машиностроения и в судостроении в частности.

Таблица 2

Сводные данные по содержанию углерода и механическим свойствам нелегированных (углеродистых) качественных конструкционных сталей (ГОСТ 1050–2013)

Примечание:

1. Нормы механических свойств указаны для проката диаметром или толщиной до 80 мм в нормализованном состоянии.

2. Ударная вязкость сталей определяется после улучшения (закалки и высокого отпуска).

3. Значения твердости приведены для горячекатаного проката без термической обработки.

Низкоуглеродистые стали (08, 10, 15, 20, 25) обладают высокой пластичностью, но низкой прочностью. Стали 08, 10 используют для изготовления деталей холодной штамповкой и высадкой (трубки, колпачки и т.п.). Стали 15, 20, 25 применяют для цементируемых и цианируемых деталей (втулки, валики, пальцы и т.п.), работающих на износ и не испытывающих высоких нагрузок. Низкоуглеродистые качественные стали используют и для ответственных сварных конструкций.

Среднеуглеродистые стали (30, 35, 40, 45, 50, 55), обладающие после термической обработки хорошим комплексом механических свойств, применяются для изготовления деталей повышенной прочности (распределительных валов, шпинделей, штоков, плунжеров, осей, зубчатых колес и т. п.).

Высокоуглеродистые стали (55, 60) обладают более высокой прочностью, износостойкостью и упругими свойствами; применяются для деталей, работающих в условиях трения при наличии высоких статических и вибрационных нагрузок. Из этих сталей изготавливают прокатные валки, шпиндели, диски сцепления, регулировочные шайбы, пружины и т.п.

3. Стали нелегированные (углеродистые) инструментальные качественные и высококачественные (ГОСТ 1435–99).

Эти стали маркируются буквой У, что означает углеродистая сталь, и следующими за ней цифрами, показывающими среднюю массовую долю углерода в десятых долях процента (табл. 3). Например, сталь У10 – инструментальная углеродистая качественная сталь со средней массовой долей углерода 1 %. Если в конце марки стоит буква «А», это означает, что сталь высококачественная, т.е. содержит меньше вредных примесей (серы менее 0,018 % и фосфора менее 0,025 %). Углеродистые инструментальные стали применяют для изготовления инструментов, работающих в условиях, не вызывающих разогрева режущей кромки. Заэвтектоидные стали (У9, У10, У12) обычно применяют для режущих инструментов (слесарные шаберы, ручные метчики, ножовки, напильники и т.п.) Деревообрабатывающий инструмент, зубила, отвертки, молотки и т. п. изготавливают из сталей У7 и У8.

Таблица 3

Химический состав нелегированных (углеродистых) инструментальных качественных и высококачественных сталей по ГОСТ 1435–99
Начало страницы

Определение, классификация и применение стали

Сталь — материал, в составе которого массовая доля железа составляет наибольший процент, а массовая доля углерода — менее 2%.

Сталь классифицируют по химическому составу, а также по другим ее характеристикам, согласно ГОСТ-стандартам. В зависимости от вида стали, области ее применения могут быть довольно разнообразными.

Основные виды стали

1. Сталь углеродистая обыкновенного качества;
2. Сталь углеродистая повышенного качества;
3. Легированная сталь;
4. Низколегированная сталь.

Посмотреть прайс-лист и узнать цену металлопроката из различных марок стали — оптовый прайс-лист или розничный прайс-лист на металлопрокат.

Особенности углеродистой стали обыкновенного качества

В данном виде материала массовая доля углерода не должна выходить за пределы допустимых стандартов, таких как — 0,06-0,49%. К такому виду стали относятся несколько марок данного материала: Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6. Такая сталь должна соответствовать ГОСТ 380-94.

При изготовлении металлопрокатной продукции при работе с углеродистой сталью обыкновенного качества нужно придерживаться нормам технических условий, указанных по ГОСТ 535-2005.

По показателям данного материала, углеродистую сталь разделяют на пять категорий:

• Не нормированную по химическому составу;
• Ударная вязкость не нормируется при температуре +20 и −20;
• Ударная вязкость нормируется при −20 и +20 градусах;
• Ударная вязкость нормируется только при температуре −20;
• Ударная вязкость стали нормируется только при температуре +20.

Не предусмотрена категория лишь для одной марки данного вида стали — Ст0, так как ее показатели и химический состав не нормируются.

Прокат углеродистой стали обычного качества разделяют на несколько видов, зависимо от назначения: для применения без обработки поверхности, для холодной механической обработки, а также для горячей обработки давлением.

Применение углеродистой стали

обычного качества:

• Стальные профильные трубы;
• Стальные круглые трубы;
• Сортовый прокат;
• Фасонный прокат;
• Горячекатаные листы и рулоны и др.

Особенности качественной углеродистой стали

Классификация данной стали и ее марки:

• Качественная конструкционная сталь — 10, 15, 20, 25;
• Низкоуглеродистая качественная конструкционная сталь — 08, 08кп, 08пс;
• Твердая качественная сталь — 30, 35, 40, 45 и т.д.
• А также высокоуглеродистая сталь (повышенное содержание марганца), в маркировке таких сталей появляется буква «Г».

Применение марок качественной углеродистой стали:

• Такие марки стали, как 08, 08кп, 08пс используются для изготовления листового проката. Такая сталь легко поддается профилированию, штамповке и давлению, так как является мягким материалом относительно своим показателям;
• Высокой износоустойчивостью обладает твердая качественная углеродистая сталь, она устойчива к коррозии и используется в машиностроении, в изготовлении деталей машин;
• В изготовлении стальных труб, а также в машиностроении широко используется качественная конструкционная сталь, которая не менее противостоит коррозиям, чем марки стали повышенной твердости.
• Из высокоуглеродистого стального материала изготовляют такие высокопрочные детали, как рессоры, пружины, направляющие.

Особенности легированной стали

В данный вид стали для увеличение прочности, придания антикоррозийных свойств, добавляются легированные добавки.

Для того, чтобы понять химический состав данного вида стали ее определенно маркируют:

• Первая цифра в обозначении легирующей стали означает количество углерода;
• Далее буквами обозначаются легирующие элементы, которые входят в состав стали;
• Последующие цифры показывают массовую долу этих элементов.

Используемые легирующие элементы для такого вида стали: Хром (Cr), Марганец (Mn), Никель (Ni), Азот (N), Молибден (Mo) и Ванадий (V).

Применение легированной стали

Применение легированная сталь нашла широкое. Ее используют в изготовлении высокой прочности и точности деталей для машин и других механизмов, рассчитанных на большую нагрузку: валы, оси, рычаги, поршни, подшипники, высокопрочные режущие элементы промышленного назначения, элементы электрического оборудования и др.

Особенности и применение низколегированной стали

В состав низколегированной стали входят легированные элементы, которые и придают материалу высокие антикоррозийные свойства.

Основные составные такой стали — Углерод (С), Кремний (Si), Марганец (Mn), а дополнительными элементами могут служить Алюминий (Al), Титан (Ti), Ванадий (V), Ниобий (Nb) и Азот (N).

Низколегированная сталь не покрывается цинком, ей достаточно обычной покраски для долговременного срока службы, изготовленного из нее, металлопроката.

Металлопрокату из низколегированной стали отдают преимущество в строительстве, с использованием его в условиях низких температур.

Конструкционная сталь: Типы и свойства сплавов

Сталь используется в различных отраслях человеческой деятельности. Благодаря широкому спектру ее применения, различают конструкционную, инструментальную сталь, и стали особого назначения. Каждый вид был разработан для специального назначения, поэтому отличается своим химическим составом и формой обработки, что позволяет получать заданные характеристики. Конструкционные стали и сплавы активно используются в машиностроении и строительной сфере, как технологичные, качественные и дешевые материалы, обладающие всем необходимым набором свойств при производстве конструкций.

Общие характеристики

В составе сплавов присутствует некоторый процент полезных добавок, к которым можно отнести медь, марганец, кремний и так далее, однако главным элементом, который определяет свойства конструкционной стали, является углерод. Увеличение его содержания приводит к усилению прочности и устойчивости к низким температурам, что дает возможность создавать конструкции, работающие даже в условиях сурового климата, при этом выдерживать большие нагрузки.

Изначально конструкционные стали классифицируют на:

• легированные;
• углеродистые.

Качество углеродистых конструкционных сталей зависит от присутствия в их химическом составе фосфора и серы. Первый наделяет металл способностью к растрескиванию в процессе холодной механической обработки. Второй вызывает трещинообразование при горячей (термической) обработке под воздействием высокого давления. Применение сталей конструкционных с большим процентом серы и фосфора обосновано при изготовлении деталей с высокой степенью обрабатываемости способом резки. На основании процентного содержания данных примесей, металл классифицируется следующим образом:

• Сталь обыкновенного качества – состав содержит около 0,5% добавок (маркируется как «Ст»).
• Качественная сталь – до 0,0З5% примесей (качественная углеродистая сталь маркируется «Сталь»). Качественная конструкционная сталь широко используется в машиностроении.
• Высококачественная – количество серы и фосфора в пределах 0,025% (маркируется буквой «A» в конце).
• Сталь особо высокого качества – 0,015% вредных примесей (высокого качества углеродистая сталь маркируется в конце «Ш»).

Кроме этого, в процессе производства, металлы классифицируют в соответствии с их физико-механическими свойствами.

Типы и свойства сплавов

В зависимости от свойств, стали можно разделить на физические и механические. К физическим свойствам относят объемную плотность = 7850 кг / м3, коэффициент теплового расширения a, коэффициент Пуассона v = 0,3 и коэффициент продольной упругости E = 210 000 Н / мм2.

К механическим свойствам: прочность, ударную вязкость и пластичность.

Прочностные свойства конструкционной стали связаны со способностью металла переносить нагрузки. Мера прочности – предел текучести и предел прочности. Прочность на растяжение – напряжение, соответствующее наибольшему усилию, полученному во время испытания на растяжение.

Ударная вязкость – способность поглощать энергию, которая передается при ударной нагрузке Пластичность – способность стали деформироваться. Минимальная пластичность обеспечивается, если отношение предела прочности к пределу текучести составляет 1,10, относительное удлинение при разрушении составляет не менее 15%, а отношение деформации при разрушении к деформации при достижении предела текучести составляет ≥ 15.

Конкретную область применения металлопроката определяют механические и физико-химические характеристики:

• Низколегированный сплав – содержит до 0,22% углерода и используется при возведении мостов и других конструкций, работающих при высоких и часто изменяющихся нагрузках, а также способных выдерживать постоянные перепады температур. Применяется при производстве сельскохозяйственной техники, железнодорожных вагонов, локомотивов и так далее.
• Теплоустойчивая сталь – изготовление деталей, испытывающих постоянные нагрузки при очень высоких температурах.
• Арматурная – после обработки показывает высокую твердость. Используется для армирования бетона, повышая его износоустойчивость и прочность.
• Пружинная – содержит большой процент кремния и используется при изготовлении пружин, рессор и торсионных стержней, и иных подобных деталей. Для особо нагружаемых пружин в сплав добавляют ванадий и хром.
• Машиностроительная – благодаря способности хорошо сопротивляться ударному воздействию и высокой механической прочности используется при производстве автомобилей.
• Автоматная – используется при производстве мелких крепежных деталей, которые выпускаются на автоматических станках большими партиями (шурупы, шайбы, гайки и так далее).
• Шарикоподшипниковая – материал, обладающий высокой твердостью и сопротивляемостью к контактной усталости. При изготовлении небольших деталей чаще всего используют высокоуглеродистую хромистую сталь, для производства деталей с большим сечением применяется хромомарганцевая сталь, прокаливающаяся на большую глубину.

Особняком стоит котельный углеродистый сплав, который применяется при изготовлении:

• Толстолистового металла – толщина листов более 4 мм.
• Тонколистового материала – толщина до 4 мм.

Котельные листы отличаются хорошей свариваемостью и имеют высокую прочность, поэтому используются в производстве паровых котлов, паропроводов и труб, работающих под давлением до 98Мпа, при температуре до 450 градусов. В маркировке обозначаются буквой «K» в конце.

Конструкционная углеродистая качественная сталь, марки, ГОСТы. стандарты
Россия, ГОСТ 1050-88	США, AISI	Евросоюз, DIN
Сталь 08 кп	А622	Fe P04/St 14
Сталь 10	А1010	1.0301
Сталь 15	А1015	1.0401
Сталь 25	А1025	1. 1158
Сталь 20К	А285-А	Р265GH

Зарубежные производители аналогичной продукции производят маркировку по собственным стандартам.

Дефекты конструкционных сталей

Наиболее распространенными дефектами конструкционных сталей являются:

• Дендритная ликвация. Из-за наличия в металле легирующих элементов повышается температурный интервал кристаллизации. Диффузные процессы в легированной стали протекают медленно, поэтому материал становится склонным к дендритной ликвации и полосатости в структуре. Ликвидировать такой дефект можно диффузным отжигом.
• Флокеныю. Наличие газов пагубно сказывается на свойствах сталей, приводя к возникновению такого дефекта как флокены, которые представляют собой трещины, которые становятся заметными при макротравленни. На извилинах флокены выглядят как округлые пятна. Чаще всего флокены появляются при быстром охлаждении металла после ковки или прокатки. Такой дефект связан с наличием в сплаве водорода, который в процессе плавки растворяется в жидком металле. Чаще всего флокены появляются в хромовых и хромоникелевых сплавах.

Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки – РТС-тендер

ГОСТ 380-94

Группа В20

СТАЛЬ УГЛЕРОДИСТАЯ ОБЫКНОВЕННОГО КАЧЕСТВА

Марки

Common quality carbon steel. Grades

МКС 77.080.20
ОКП 08 7010

Дата введения 1998-01-01

1 РАЗРАБОТАН Украинским государственным научно-исследовательским институтом металлов УкрНИИМет

ВНЕСЕН Государственным комитетом Украины по стандартизации, метрологии и сертификации

2 ПРИНЯТ Межгосударственным Советом по стандартизации, метрологии и сертификации 21 октября 1994 г.

За принятие проголосовали:

Наименование государства	Наименование национального органа по стандартизации
Азербайджанская Республика	Азгосстандарт
Республика Армения	Армгосстандарт
Республика Белоруссия	Госстандарт Белоруссии
Грузия	Грузстандарт
Республика Казахстан	Госстандарт Республики Казахстан
Киргизская Республика	Киргизстандарт
Республика Молдова	Молдовастандарт
Российская Федерация	Госстандарт России
Республика Узбекистан	Узгосстандарт
Украина	Госстандарт Украины

3 Настоящий стандарт соответствует международным стандартам ИСО 630-80 “Сталь конструкционная. Пластины, широкие фаски, бруски и профили” и ИСО 1052-82 “Сталь конструкционная общего назначения” в части требований к химическому составу стали

4 Постановлением Государственного комитета Российской Федерации по стандартизации, метрологии и сертификации от 2 июня 1997 г. N 205 межгосударственный стандарт ГОСТ 380-94 введен в действие непосредственно в качестве государственного стандарта Российской Федерации с 1 января 1998 г.

5 ВЗАМЕН ГОСТ 380-88

1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Настоящий стандарт распространяется на углеродистую сталь обыкновенного качества, предназначенную для изготовления проката горячекатаного: сортового, фасонного, толстолистового, тонколистового, широкополосного и холоднокатаного тонколистового, а также слитков, блюмов, слябов, сутунки, заготовок катаной и непрерывнолитой, труб, поковок и штамповок, ленты, проволоки, метизов и др.

2 НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 7565-81 Чугун, сталь и сплавы. Метод отбора проб для определения химического анализа

ГОСТ 17745-90 Стали и сплавы. Методы определения газов

ГОСТ 18895-81 Сталь. Метод фотоэлектрического спектрального анализа

ГОСТ 22536.0-87 Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Общие требования к методам анализа

ГОСТ 22536.1-88 Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения общего углерода и графита

ГОСТ 22536.2-87 Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения серы

ГОСТ 22536.3-88 Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения фосфора

ГОСТ 22536.4-88 Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения кремния

ГОСТ 22536.5-87 Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения марганца

ГОСТ 22536.6-88 Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения мышьяка

ГОСТ 22536.7-88 Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения хрома

ГОСТ 22536.8-87 Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения меди

ГОСТ 22536.9-88 Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения никеля

ГОСТ 22536.10-88 Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения алюминия

ГОСТ 22536.11-87 Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения титана

3 МАРКИ СТАЛИ

3.1 Углеродистую сталь обыкновенного качества изготовляют следующих марок: Ст0, Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп, Ст2кп, Ст2пс, Ст2сп, Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп, Ст3Гпс, Ст3Гсп, Ст4кп, Ст4пс, Ст4сп, Ст5пс, Ст5сп, Ст5Гпс, Ст6пс, Ст6сп.

Буквы Ст обозначают “Сталь”, цифры — условный номер марки в зависимости от химического состава, буквы “кп”, “пс”, “сп” — степень раскисления (“кп” — кипящая, “пс” — полуспокойная, “сп” — спокойная).

3.2 Сопоставление марок стали типа “Ст” и типа “Fe” приведено в приложении А.

3.3 Требования к химическому составу стали марок Fe310, Fe360, Fe430, Fe490, Fe510, Fe590, Fe690 приведены в приложении Б.

3.4 Степень раскисления, если она не указана в заказе, устанавливает изготовитель.

4 ТРЕБОВАНИЯ К ХИМИЧЕСКОМУ СОСТАВУ СТАЛИ

4.1 Химический состав стали по плавочному анализу ковшовой пробы должен соответствовать нормам, приведенным в таблице 1.


Таблица 1

Марка стали	Массовая доля элементов, %
	углерода	марганца	кремния
Ст0	Не более 0,23	—	—
Ст1кп	0,06-0,12	0,25-0,50	Не более 0,05
Ст1пс	0,06-0,12	0,25-0,50	0,05-0,15
Ст1сп	0,06-0,12	0,25-0,50	0,15-0,30
Ст2кп	0,09-0,15	0,25-0,50	Не более 0,05
Ст2пс	0,09-0,15	0,25-0,50	0,05-0,15
Ст2сп	0. 09-0,15	0,25-0,50	0,15-0,30
Ст3кп	0,14-0,22	0,30-0,60	Не более 0,05
Ст3пс	0,14-0,22	0,40-0,65	0,05-0,15
Ст3сп	0,14-0,22	0,40-0,65	0,15-0,30
Ст3Гпс	0,14-0,22	0,80-1,10	Не более 0,15
Ст3Гсп	0,14-0,20	0,80-1,10	0,15-0,30
Ст4кп	0,18-0,27	0,40-0,70	Не более 0,05
Ст4пс	0,18-0,27	0,40-0,70	0,05-0,15
Ст4сп	0,18-0,27	0,40-0,70	0,15-0,30
Ст5пс	0,28-0,37	0,50-0,80	0,05-0,15
Ст5сп	0,28-0,37	0,50-0,80	0,15-0,30
Ст5Гпс	0,22-0,30	0,80-1,20	Не более 0,15
Ст6пс	0,38-0,49	0,50-0,80	0,05-0,15
Ст6сп	0,38-0,49	0,50-0,80	0,15-0,30

4. 2 В стали марки Ст0 массовая доля марганца, кремния, хрома, никеля, меди, мышьяка не нормируется.

4.3 При раскислении полуспокойной стали алюминием, титаном или другими раскислителями, не содержащими кремний, а также несколькими раскислителями (ферросилицием и алюминием, ферросилицием и титаном и др.) массовая доля кремния в стали допускается менее 0,05 %. Раскисление титаном, алюминием и другими раскислителями, не содержащими кремния, указывается в документе о качестве.

4.4 Массовая доля хрома, никеля и меди в стали должна быть не более 0,30 % каждого.

В стали, изготовленной скрап-процессом, допускается массовая доля меди до 0,40 %, хрома и никеля — до 0,35 % каждого. При этом в стали марок Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп, Ст3Гпс и Ст3Гсп массовая доля углерода должна быть не более 0,20 %.

4.5 Массовая доля азота в стали должна быть не более 0,010%. Допускается массовая доля азота в стали до 0,013 %, если при повышении массовой доли азота на 0,001 % нормативное значение массовой доли фосфора снижается на 0,005 %.

Массовая доля азота в стали, выплавленной в электропечах, должна быть не более 0,012 %.

4.6 Массовая доля серы в стали всех марок, кроме Ст0, должна быть не более 0,050 %, фосфора — не более 0,040 %, в стали марки Ст0: серы — не более 0,060 %, фосфора — не более 0,070 %.

4.7 Массовая доля мышьяка в стали должна быть не более 0,080 %.

В стали, выплавленной на базе керченских руд, массовая доля мышьяка — не более 0,150 %, фосфора — не более 0,050 %.

4.8 Предельные отклонения по химическому составу проката, заготовок, поковок и изделий дальнейшего передела должны соответствовать приведенным в таблице 2.


Таблица 2

Элемент	Предельные отклонения по химическому составу, %
	Кипящая сталь	Полуспокойная и спокойная сталь
Углерод	±0,030	+0,030 -0,020
Марганец	+0,050 -0,040	+0,050 -0,030
Кремний	—	+0,030 -0,020
Фосфор	+0,006	+0,005
Сера	+0,006	+0,005
Азот	+0,002	+0,002
Примечание — Для проката из стали марок Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп, Ст3Гпс и Ст3Гсп, предназначенного для сварных конструкций, плюсовые отклонения по массовой доле углерода не допускаются

5 МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

5. 1 Методы отбора проб для определения химического состава стали — по ГОСТ 7565.

5.2 Химический анализ стали — по ГОСТ 17745, ГОСТ 18895, ГОСТ 22536.0 — ГОСТ 22536.11 или другими методами, утвержденными в установленном порядке и обеспечивающими необходимую точность.

При разногласиях между изготовителем и потребителем оценку производят стандартными методами.

5.3 Определение массовой доли хрома, никеля, меди, мышьяка, азота, а в кипящей стали также кремния, допускается не проводить при гарантии обеспечения норм изготовителем. В стали, выплавленной на базе керченских руд, определение мышьяка обязательно.

6 МАРКИРОВКА ПРОДУКЦИИ

Для маркировки продукции используют краску цветов, приведенных в таблице 3.


Таблица 3

Марки стали	Цвета маркировки
Ст0		Красный и зеленый
Ст1		Желтый и черный
Ст2		Желтый
Ст3		Красный
Ст3Гпс		Красный и коричневый
Ст3Гсп		Синий и коричневый
Ст4		Черный
Ст5		Зеленый
Ст5Гпс		Зеленый и коричневый
Ст6		Синий

ПРИЛОЖЕНИЕ А (рекомендуемое).

Сопоставление марок стали типа “Ст” и “Fe” по международным стандартам ИСО 630-80 и ИСО 1052-82

ПРИЛОЖЕНИЕ А
(рекомендуемое)

Таблица А.1

Марки стали
“Ст”	“Fe”	“Ст”	“Fe”
Ст0	Fe310-0	Ст4кп	Fe430-А
Ст1кп	—	Ст4пс	Fe430-В
Ст1пс	—	Ст4сп	Fe430-С
Ст1сп	—	—	Fe430-D
Ст2кп	—	Ст5пс	Fe510-В, Fe490
Ст2пс	—	Ст5Гпс	Fe510-B, Fe490
Ст2сп	—	Ст5сп	Fe510-C, Fe490
Ст3кп	Fe360-А
Ст3пс	Fe360-B	Ст6пс	Fe590
Ст3Гпс	Fe360-В	Ст6сп	Fe590
Ст3сп	Fe360-С	—	Fe690
Ст3Гсп	Fe360-С Fe360-D

ПРИЛОЖЕНИЕ Б (рекомендуемое).

Требования к стали по международным стандартам ИСО 630-80 и ИСО 1052-82

ПРИЛОЖЕНИЕ Б
(рекомендуемое)

Б.1 Химический состав стали по плавочному анализу ковшовой пробы должен соответствовать нормам, указанным в таблице Б.1.


Таблица Б.1

Марка стали	Категория качества	Толщина проката, мм	Массовая доля элементов, %, не более				Степень раскис- ления
			углерода	фосфора	серы	азота
Fe310	0	—	—	—	—	—	—
Fe360	А	—	0,20	0,060	0,050	—	—
	В	До 16 Св. 16	0,18 0,20	0,050 0,050	0,050 0,050	0,009 0,009	— —
	С	— —	0,17 0,17	0,045 0,040	0,045 0,040	0,009 —	Е СF
Fe430	А	—	0,24	0,060	0,050	—	—
	В	До 40	0,21	0,050	0,050	0,009	Е
		Св. 40	0,22	0,050	0,050	0,009	Е
	С	—	0,20	0,045	0,045	0,009	Е
		—	0,20	0,040	0,040	—	CF
Fe510	В	—	0,22	0,050	0,050	—	Е
	С	До 16	0,20	0,045	0,045	—	Е
		Св. 16	0,22	0,045	0,045	—	Е
		До 35	0,20	0,040	0,040	—	CF
		Св. 35	0,22	0,040	0,040	—	CF
Fe490	—	—	—	0,050	0,050	—	—
Fe590	—	—	—	0,050	0,050	—	—
Fe690	—	—	—	0,050	0,050	—	—
Примечания 1 Знак “-“ означает, что показатель не нормируется. 2 Е — спокойная сталь. 3 CF — мелкозернистая спокойная сталь. Рекомендуется массовая доля общего алюминия — не менее 0,02%.

Б.2 Сталь марок Fe490, Fe590, Fe690 изготовляют полуспокойной и спокойной.

Б.3 Для стали марок Fe310, Fe360, Fe430, Fe510 массовая доля марганца — не более 1,60 %, кремния — не более 0,55 %.

Б.4 Массовую долю азота определяют по требованию потребителя.

Для стали, раскисленной алюминием, допускается массовая доля азота до 0,015%.

Массовая доля азота в стали, выплавленной в электропечах, должна быть не более 0,012 %.

Б.5 Предельные отклонения по химическому составу в готовом прокате должны соответствовать приведенным в таблице Б.2.


Таблица Б.2

Элемент	Предельные отклонения в прокате из стали, %
	кипящей	полуспокойной и спокойной
Углерод	+0,050	+0,030
Марганец	—	+0,100
Кремний	—	+0,050
Фосфор	+0,015	+0,005
Сера	+0,015	+0,005
Азот	+0,002	+0,002

Текст документа сверен по:
официальное издание
М. : ИПК Издательство стандартов, 1997

Углеродистые инструментальные стали, где применяются, как обозначается, маркировка, применение

1. Сталь У7, У7А
2. Сталь У8, У8А
3. Сталь У9, У9А
4. Сталь У10, У10А
5. Сталь У12, У12А

к содержанию ↑

Область применения

Инструментальные углеродистые стали являются самыми дешевыми сталями из категории инструментальных сталей (существуют еще легированные, быстрорежущие, штамповые и валковые инструментальные стали), не содержат специально введенных легирующих элементов.

При изготовлении крупногабаритного инструмента важной характеристикой является прокаливаемость сталей по этому показателю углеродистые инструментальные стали относятся к сталям неглубокой прокаливаемости. Как правило их твердость после закалки находится в пределах HRC 63- 66 и при этом они имеют мягкую сердцевину.

Углеродистые инструментальные стали применяются для изготовления инструмента, который работает в условиях, не вызывающих разогрева рабочей кромки, работающий при малых скоростях обработки и не подвергающийся разогреву при эксплуатации. Ниже представлен список инструмента, который изготавливается с применением инструментальных углеродистых сталей:

• боковые кусачки
• бородки
• гладкие калибры
• долота
• зенковки
• зубила
• измерительный инструмент простой формы: гладкие калибры, скобы
• инструмент для обработки дерева
• калибры простой формы и пониженных классов точности
• кернеры
• колуны
• комбинированные плоскогубцы
• кувалды
• лезвия ножниц для резки металла
• матрицы для холодной штамповки
• метчики машинные мелкоразмерные
• метчики ручные
• молотки
• надфили
• накатные ролики
• отвертки
• пилы продольные и дисковые
• пилы для обработки древесины
• плашки для круппов
• развертки мелкоразмерные
• рашпили
• слесарно-монтажный инструмент
• стамески
• топоры
• фрезы

к содержанию ↑

Маркировка

Углеродистые инструментальные стали обозначаются буквой «У», а следующие за ней цифры, указывают среднее содержание углерода в десятых долях процента. Например сталь обозначение У8 означает, что данная инструментальная сталь содержит 0,8% углерода.
Если в обозначении стали присутствует буква А, например У7А, то эта буква указывает, что сталь является высококачественной.
Наличие в маркировки буквы Г — означает повышенное содержание марганца.

Марки и химический состав стали по плавочному анализу должны соответствовать таблицам 1 и 2.

Таблица 1

Таблица 2

Углеродистая сталь: состав, свойства, применение, 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.

Содержание 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. 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.

Оценка статьи:

Загрузка…

Поделиться с друзьями:

Углеродистая сталь

: свойства, примеры и применение

Углеродистая сталь — это железоуглеродистый сплав, содержащий до 2,1 мас.% Углерода. Для углеродистых сталей не существует минимально допустимого содержания других легирующих элементов, однако они часто содержат марганец. Максимальное содержание марганца, кремния и меди должно быть менее 1,65 мас.%, 0,6 мас.% И 0,6 мас.% Соответственно.

Виды углеродистой стали и их свойства

Углеродистую сталь

можно разделить на три категории в зависимости от содержания углерода: низкоуглеродистая сталь (или низкоуглеродистая сталь), среднеуглеродистая сталь и высокоуглеродистая сталь [1]. Их содержание углерода, микроструктура и свойства сравниваются следующим образом:

	Содержание углерода (мас.%)	Микроструктура	Недвижимость	Примеры
Низкоуглеродистая Сталь	<0,25	Феррит, перлит	Низкая твердость и стоимость.Высокая пластичность, вязкость, обрабатываемость и свариваемость	AISI 304, ASTM A815, AISI 316L
Среднеуглеродистая Сталь	0,25 — 0,60	Мартенсит	Низкая прокаливаемость, средняя прочность, пластичность и вязкость	AISI 409, ASTM A29, SCM435
Высокоуглеродистая Сталь	0. 60 — 1,25	Перлит	Высокая твердость, прочность, низкая пластичность	AISI 440C, EN 10088-3

Низкоуглеродистая сталь

Низкоуглеродистая сталь является наиболее широко используемой формой углеродистой стали. Эти стали обычно имеют содержание углерода менее 0,25 мас.%. Их нельзя закалить термической обработкой (с образованием мартенсита), поэтому обычно это достигается холодной обработкой.

Углеродистые стали обычно относительно мягкие и имеют низкую прочность.Однако они обладают высокой пластичностью, что делает их идеальными для обработки, сварки и низкой стоимостью.

Высокопрочные низколегированные стали (HSLA) также часто классифицируются как низкоуглеродистые стали, однако они также содержат другие элементы, такие как медь, никель, ванадий и молибден. В совокупности они составляют до 10 мас.% От содержания стали. Высокопрочные низколегированные стали, как следует из названия, обладают более высокой прочностью, что достигается термической обработкой. Они также сохраняют пластичность, благодаря чему их легко формовать и обрабатывать.HSLA более устойчивы к коррозии, чем простые низкоуглеродистые стали.

Сталь среднеуглеродистая

Среднеуглеродистая сталь имеет содержание углерода 0,25–0,60 мас.% И марганца 0,60–1,65 мас.%. Механические свойства этой стали улучшаются посредством термообработки, включающей аутентификацию с последующей закалкой и отпуском, что придает им мартенситную микроструктуру.

Термическая обработка может выполняться только на очень тонких сечениях, однако могут быть добавлены дополнительные легирующие элементы, такие как хром, молибден и никель, чтобы улучшить способность стали подвергаться термообработке и, следовательно, закалке.

Закаленные среднеуглеродистые стали обладают большей прочностью, чем низкоуглеродистые стали, однако это происходит за счет пластичности и вязкости.

Высокоуглеродистая сталь

Высокоуглеродистая сталь содержит 0,60–1,25 мас.% Углерода и 0,30–0,90 мас. % Марганца. Он имеет самую высокую твердость и ударную вязкость среди углеродистых сталей и самую низкую пластичность. Высокоуглеродистые стали очень износостойкие благодаря тому, что они почти всегда подвергаются закалке и отпуску.

Инструментальные стали и штамповые стали — это разновидности высокоуглеродистых сталей, которые содержат дополнительные легирующие элементы, включая хром, ванадий, молибден и вольфрам. Добавление этих элементов приводит к получению очень твердой износостойкой стали, что является результатом образования карбидных соединений, таких как карбид вольфрама (WC).

Производство и обработка

Углеродистая сталь

может производиться из переработанной стали, первичной стали или их комбинации.

Чистая сталь производится путем смешивания железной руды, кокса (полученного путем нагревания угля в отсутствие воздуха) и извести в доменной печи при температуре около 1650 ° C.Расплавленное железо, извлеченное из железной руды, обогащается углеродом из горящего кокса. Остальные примеси соединяются с известью, образуя шлак, который плавает поверх расплавленного металла, откуда его можно извлечь.

Полученная жидкая сталь содержит примерно 4 мас.% Углерода. Затем это содержание углерода снижается до желаемого количества в процессе, называемом обезуглероживанием. Это достигается за счет пропускания кислорода через расплав, который окисляет углерод в стали, образуя монооксид углерода и диоксид углерода.

Примеры и приложения

Сталь низкоуглеродистая

Низкоуглеродистая сталь часто используется в деталях кузова автомобилей, конструктивных формах (двутавровые балки, швеллер и уголки), трубах, конструктивных элементах и ​​компонентах мостов, а также пищевых банках.

Сталь среднеуглеродистая

Благодаря своей высокой прочности, износостойкости и вязкости среднеуглеродистые стали часто используются для изготовления железнодорожных путей, колес поездов, коленчатых валов, зубчатых колес и деталей машин, требующих такого сочетания свойств.

Высокоуглеродистая сталь

Из-за высокой износостойкости и твердости высокоуглеродистые стали используются в режущих инструментах, пружинах, проволоке высокой прочности и штампах.

Сравнение свойств и областей применения различных марок

Примеры, свойства и области применения различных углеродистых сталей сравниваются в следующей таблице.

Тип	Название AISI / ASTM	Содержание углерода (мас.%)	Предел прочности (МПа)	Предел текучести (МПа)	Пластичность (% удлинения на 50 мм)	Приложения
Низкая	1010	0,10	325	180	28	Автомобильные панели, гвозди, проволока
Низкая	1020	0. 20	380	205	25	Трубы конструкционные из листовой стали
Низкая	A36	0,29	400	220	23	Строительный
Низкая	A516 Класс 70	0.31	485	260	21	Сосуды низкотемпературные напорные
Средний	1030	0,27 — 0,34	460	325	12	Детали машин, шестерни, переключатели, оси, болты
Средний	1040	0.37 — 0,44	620	415	25	Коленчатые валы, муфты, детали с холодной головкой.
Высокая	1080	0,75 — 0,88	924	440	12	Музыкальный провод
Высокая	1095	0.90 — 1,04	665	380	10	Пружины, режущие инструменты

Углеродистая сталь — Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Углеродистая сталь или гладкоуглеродистая сталь — это металлический сплав. Это комбинация двух элементов: железа и углерода. Другие элементы присутствуют в слишком малых количествах, чтобы повлиять на его свойства. Единственными другими элементами, разрешенными в углеродистой стали, являются: марганец (1.65% максимум), кремний (максимум 0,60%) и медь (максимум 0,60%). Сталь с низким содержанием углерода имеет те же свойства, что и железо, мягкая, но легко формируемая. Чем больше углерода, тем больше металл приобретает твердость и прочность, но становится менее пластичным и труднее поддается сварке. Более высокое содержание углерода снижает температуру плавления стали и ее термостойкость в целом.

Типичные составы углерода:

• Мягкая (низкоуглеродистая) сталь : содержание углерода примерно 0,3% с содержанием углерода до 0.4% содержание марганца ^[1] (например, сталь AISI 1018). Менее прочный, но дешевый и простой в формовании; твердость поверхности можно повысить за счет науглероживания. ^[2]
• Среднеуглеродистая сталь : содержание углерода приблизительно от 0,30% до 0,45% с содержанием марганца от 0,60 до 1,65% ^[1] (например, сталь AISI 1040). Уравновешивает пластичность и прочность, обладает хорошей износостойкостью; используется для крупногабаритных деталей, ковки и автомобильных деталей. ^[3]
• Высокоуглеродистая сталь : приблизительно 0. Содержание углерода от 45% до 0,75% с содержанием марганца от 0,30 до 0,90%. ^[1] Очень прочный, используется для пружин и высокопрочной проволоки. ^[4]
• Сталь с очень высоким содержанием углерода : содержание углерода до 1,5%, специально обработанная для получения специфических атомных и молекулярных микроструктур. ^[1]

Сталь может подвергаться термообработке, что позволяет изготавливать детали в мягком состоянии, который легко преодолевать. Если присутствует достаточно углерода, сплав может быть упрочнен для повышения прочности, износостойкости и ударопрочности.Стали часто обрабатывают методами холодной обработки, то есть формованием металла путем деформации при низкой равновесной или метастабильной температуре.

Низкоуглеродистая сталь является наиболее распространенной формой стали, поскольку ее цена относительно невысока, а свойства материала приемлемы для многих областей применения. Мягкая сталь имеет низкое содержание углерода (до 0,3%) и поэтому не является ни чрезвычайно хрупкой, ни пластичной. При нагревании он становится пластичным, поэтому его можно выковать. Он также часто используется там, где необходимо формовать большое количество стали, например, в качестве конструкционной стали.Плотность этого металла составляет 7861,093 кг / м³ (0,284 фунта / дюйм³), а предел прочности на разрыв составляет максимум 500 МПа (72500 фунтов на кв. Дюйм).

Углеродистые стали , которые могут успешно подвергаться термообработке, имеют содержание углерода в диапазоне от 0,30% до 1,70% по весу. Следы примесей различных других элементов могут существенно повлиять на качество получаемой стали. Из-за небольшого количества серы сталь становится «красной», что является недостатком: сталь хрупкая и рассыпчатая. Низколегированная углеродистая сталь, такая как марка А36, содержит около 0.05% серы и плавится около 1426–1538 ° C (2600–2800 ° F). ^[5] Марганец часто добавляют для улучшения прокаливаемости низкоуглеродистых сталей. Эти добавки превращают материал в низколегированную сталь по некоторым определениям, но определение углеродистой стали AISI допускает до 1,65% марганца по весу.

Закаленная сталь обычно относится к закаленной или закаленной и отпущенной стали.

Серебро Сталь или высокоуглеродистая полированная сталь получила свое название благодаря своему внешнему виду из-за высокого содержания углерода.Это очень высокоуглеродистая сталь, или ее можно рассматривать как одну из лучших высокоуглеродистых сталей. Он определен в соответствии со стандартами спецификации стали BS-1407. Это инструментальная сталь с 1% углерода, которую можно шлифовать с жесткими допусками. Обычно содержание углерода составляет минимум 1,10%, но достигает 1,20%. Он также содержит микроэлементы 0,35% Mn (диапазон 0,30-0,40%), 0,40% Cr (диапазон 0,4-0,5%), 0,30% Si (диапазон 0,1-0,3%), а также иногда серу (максимум 0,035%). ) и фосфор (не более 0,035%). Серебряная сталь иногда используется для изготовления опасной бритвы из-за ее способности образовывать и удерживать микротонкие края.

Фазовая диаграмма железо-углерод, показывающая диапазоны температуры и углерода для определенных типов термообработки.

Целью термической обработки углеродистой стали с простым покрытием является изменение механических свойств стали, обычно пластичности, твердости, предела текучести и ударопрочности.

1. ↑ ^{1,0 1,1 1,2 1,3} Классификация углеродистых и низколегированных сталей
2. ↑ Страница технических основ низкоуглеродистой стали
3. ↑ Страница технических основ среднеуглеродистой стали
4. ↑ Страница технических основ по высокоуглеродистой стали
5. ↑ Статья Ameristeel об углеродистой стали

• Оберг, Э. et al. , (1996). «Справочник по машинному оборудованию», 25-е изд., Industrial Press Inc.,
• Смит, В.Ф. И Хашеми Дж. (2006). «Основы материаловедения и инженерии», 4-е изд., McGraw-Hill.

Свойства, состав и применение стандартных сталей

Стальные трубы

Изображение предоставлено: Shutterstock / CHIARI VFX

Сталь — это общий термин для большого семейства железоуглеродистых сплавов, которые являются ковкими в определенном температурном диапазоне сразу после затвердевания из расплавленного состояния.

Основное сырье, используемое в производстве стали, — это железная руда, уголь и известняк. Эти материалы превращаются в доменной печи в продукт, известный как «чушковый чугун», который содержит значительное количество углерода, марганца, серы, фосфора и кремния. Чугун твердый, хрупкий и непригоден для прямой переработки в кованые формы. Сталеплавильное производство — это процесс рафинирования передельного чугуна, а также лома чугуна и стали путем удаления нежелательных элементов из расплава с последующим добавлением желаемых элементов в заранее определенных количествах.Первичная реакция в большинстве сталеплавильных производств — это соединение углерода с кислородом с образованием газа. Если растворенный кислород не удаляется из расплава до или во время разливки, газообразные продукты продолжают выделяться во время затвердевания. Если сталь сильно раскисляется добавлением раскисляющих элементов, газ не выделяется, и сталь называется «убитой», потому что она спокойно лежит в формах. Повышенная степень газовыделения (пониженное раскисление) характеризует стали, которые называются «полусухая», «покрытая» или «покрытая ободом».«Степень раскисления влияет на некоторые свойства стали. Помимо кислорода жидкая сталь содержит измеримые количества растворенного водорода и азота. Для некоторых критических сталеплавильных применений могут использоваться специальные методы раскисления, а также вакуумная обработка для уменьшения и контроля растворенных газов.

Содержание углерода в обычных марках стали колеблется от нескольких сотых процента до примерно 1 процента. Все стали также содержат различные количества других элементов, в основном марганца, который действует как раскислитель и облегчает горячую обработку.Кремний, фосфор и сера тоже всегда присутствуют, хотя и в следовых количествах. Другие элементы могут присутствовать либо в виде остатков, которые не были добавлены намеренно, а являются результатом использования сырья или производства стали, либо в виде легирующих элементов, добавленных для изменения свойств стали.

Сталь может быть отлита для придания формы, или отлитый слиток или прядь могут быть повторно нагреты и подвергнуты горячей обработке путем прокатки, ковки, экструзии или других процессов в форму деформируемого стана. Кованые стали являются наиболее широко используемыми конструкционными материалами, предлагая множество форм, отделок, прочности и применимых температурных диапазонов.Ни один другой материал не предлагает сопоставимой универсальности в дизайне продукта.

Классификация стандартной стали

Деформируемые стали можно систематически классифицировать по группам на основе некоторых общих характеристик, таких как химический состав, практика раскисления, метод чистовой обработки или форма продукта. Химический состав — наиболее часто используемая основа для определения и присвоения стандартных обозначений деформируемым сталям. Хотя углерод является основным упрочняющим и упрочняющим элементом стали, ни один элемент не влияет на характеристики стали.Совместное действие нескольких элементов влияет на реакцию на термообработку, твердость, прочность, микроструктуру, коррозионную стойкость и формуемость. Стандартные стали можно условно разделить на три основные группы: углеродистые стали, легированные стали и нержавеющие стали.

Углеродистые стали

Сталь квалифицируется как углеродистая, если содержание в ней марганца ограничено 1,65 процента (макс.), Кремния — 0,60 процента (макс.), А меди — 0,60 процента (макс.). За исключением раскислителей и бора, если это указано, другие легирующие элементы намеренно не добавляются, но они могут присутствовать в виде остатков.Если любой из этих случайных элементов считается вредным для специальных приложений, могут быть указаны максимально допустимые пределы. В отличие от большинства легированных сталей углеродистые стали чаще всего используются без окончательной термообработки; однако они могут быть подвергнуты отжигу, нормализации, поверхностной закалке или закалке и отпуску для улучшения производственных или механических свойств. Углеродистые стали могут быть убитыми, полуфабрикатами, покрытыми колпаками или краями, и, при необходимости, может быть указан метод раскисления.

Легированные стали Легированные стали

включают не только те марки, которые превышают пределы содержания элементов для углеродистой стали, но также и любую марку, в которую добавляются элементы, отличные от тех, которые используются для углеродистой стали, в определенных диапазонах или определенных минимумах для улучшения механических свойств, производственных характеристик, или любой другой атрибут стали.Согласно этому определению, легированные стали включают все стали, кроме углеродистых сталей; однако по соглашению стали, содержащие более 3,99% хрома, считаются «особыми типами» легированных сталей, включая нержавеющие стали и многие инструментальные стали.

В техническом смысле термин легированная сталь зарезервирован для тех сталей, которые содержат небольшое количество легирующих элементов (около 1-4 процентов) и обычно зависят от термической обработки для развития определенных механических свойств.Легированные стали всегда гибнут, но для особых критических применений могут быть рекомендованы специальные методы раскисления или плавления, включая вакуум. Легированные стали обычно требуют дополнительного ухода на протяжении всего процесса производства, поскольку они более чувствительны к термическим и механическим воздействиям.

Нержавеющая сталь

Нержавеющие стали — это высоколегированные стали, которые обладают превосходной коррозионной стойкостью по сравнению с углеродистыми и обычными низколегированными сталями, поскольку содержат относительно большое количество хрома.Хотя другие элементы также могут повышать коррозионную стойкость, их полезность в этом отношении ограничена.

Нержавеющие стали обычно содержат не менее 10 процентов хрома с другими элементами или без них. Однако в США было принято включать в классификацию нержавеющей стали те стали, которые содержат всего 4 процента хрома. Вместе эти стали составляют семейство, известное как нержавеющие и жаропрочные стали, некоторые из которых обладают очень высокой прочностью и стойкостью к окислению.Однако немногие из них содержат более 30 процентов хрома или менее 50 процентов железа.

В самом широком смысле стандартные нержавеющие стали можно разделить на три группы в зависимости от их структуры: аустенитные, ферритные и мартенситные. В каждой из трех групп есть один состав, который представляет собой основной сплав общего назначения. Все другие составы производятся из основного сплава, с определенными вариациями в составе, сделанными для получения очень специфических свойств.

Аустенитные марки немагнитны в отожженном состоянии, хотя некоторые из них могут стать слегка магнитными после холодной обработки.Их можно упрочнить только холодной обработкой, а не термической обработкой, и они сочетают в себе исключительную коррозионную и жаропрочность с хорошими механическими свойствами в широком диапазоне температур. Аустенитные марки далее подразделяются на две подгруппы: хромоникелевые и менее часто используемые хромомарганцево-низколегированные. Основной состав хромоникелевой группы широко известен как 18-8 (Cr-Ni) и является аустенитным сортом общего назначения. Эта марка является основой для более чем 20 модификаций, которые можно охарактеризовать следующим образом: соотношение хрома и никеля было изменено для изменения характеристик формования; содержание углерода снижено для предотвращения межкристаллитной коррозии; элементы ниобий или титан добавлены для стабилизации структуры; или был добавлен молибден, или было увеличено содержание хрома и никеля для повышения стойкости к коррозии или окислению.

Стандартные ферритные сорта всегда магнитные и содержат хром, но не содержат никель. Их можно до некоторой степени упрочнить холодной обработкой, но не термообработкой, и они сочетают в себе устойчивость к коррозии и нагреванию с умеренными механическими свойствами и декоративной привлекательностью. Ферритные сорта обычно ограничены более узким диапазоном коррозионных условий, чем аустенитные сорта. Основной ферритный сорт содержит 17 процентов хрома. В этой серии есть модификации для свободной обработки и сплавы с повышенным содержанием хрома для повышения устойчивости к образованию накипи. Также в эту ферритную группу входит сталь с 12-процентным содержанием хрома (основной состав мартенситной группы) с другими элементами, такими как алюминий или титан, добавленными для предотвращения закалки.

Стандартные марки мартенсита являются магнитными и могут упрочняться закалкой и отпуском. Они содержат хром и, за двумя исключениями, никель. Основная мартенситная марка обычно содержит 12 процентов хрома. В мартенситном ряду более 10 стандартных составов; некоторые модифицированы для улучшения обрабатываемости, а другие содержат небольшие добавки никеля или других элементов для улучшения механических свойств или их реакции на термическую обработку.Третьи имеют значительно повышенное содержание углерода в диапазоне инструментальных сталей и поддаются закалке до самого высокого уровня среди всех нержавеющих сталей. Мартенситные марки отлично подходят для работы в мягких средах, таких как атмосфера, пресная вода, пар и слабые кислоты, но не устойчивы к сильно коррозионным растворам.

Системы нумерации металлов и сплавов

Несколько различных систем нумерации были разработаны для металлов и сплавов различными торговыми ассоциациями, профессиональными инженерными обществами, организациями по стандартизации и частными предприятиями для их собственного использования.Цифровой код, используемый для идентификации металла или сплава, может быть связан или не иметь отношения к спецификации, которая представляет собой изложение технических и коммерческих требований, которым должен соответствовать продукт. В число используемых систем нумерации входят системы, разработанные Американским институтом чугуна и стали (AISI), Обществом автомобильных инженеров (SAE), Американским обществом испытаний и материалов (ASTM), Американским национальным институтом стандартов (ANSI), Американским обществом основателей стали, Американское общество инженеров-механиков (ASME), Американское общество сварщиков (AWS), Алюминиевая ассоциация, Ассоциация разработки меди, U.S. Министерство обороны (военные спецификации) и Главное бухгалтерское управление (федеральные требования).

Единая система нумерации (UNS) была разработана совместными усилиями ASTM и SAE, чтобы обеспечить средства сопоставления различных систем нумерации для металлов и сплавов, имеющих коммерческую ценность. Эта система позволяет избежать путаницы, возникающей при использовании нескольких идентификационных номеров для указания одного и того же материала или когда один и тот же номер присваивается двум совершенно разным материалам.Важно понимать, что номер UNS не является спецификацией; это идентификационный номер для металлов и сплавов, подробные спецификации которых приведены в другом месте. Номера UNS показаны в таблице 1; каждое число состоит из буквенного префикса, за которым следуют пять цифр. В некоторых случаях буква наводит на мысль о семействе металлов, идентифицированных серией, например, A для алюминия и C для меди. По возможности номера в группах UNS содержат последовательности нумерации, взятые непосредственно из других систем для облегчения идентификации материала; е. g., соответствующий номер UNS для стали AISI 1020 — G10200. Номера UNS, соответствующие обычно используемым номерам AISI-SAE, которые используются для идентификации углеродистой, легированной и инструментальной стали, приведены в таблице 2.

Сводка

В этой статье описаны основные типы стандартных сталей. Узнайте больше о свойствах материалов из Руководства по машинному оборудованию, 30-е издание, которое опубликовано и доступно в Industrial Press на Amazon.

Чтобы найти источники поставок стали, посетите платформу Thomas Supplier Discovery Platform, где вы можете найти потенциальные источники поставок для более чем 70 000 различных категорий продуктов и услуг.

Прочие изделия из стали

• Типы профилей из конструкционной стали
• Ведущие производители и поставщики арматуры
• Типы арматуры
• Виды стали
• Типы нержавеющей стали
• Ведущие сталелитейные компании и производители стали США в мире
• Все о стали 5160 (свойства, прочность, применение)
• Все о стали 440 (свойства, прочность, применение)
• Все о стали 430 (свойства, прочность, применение)
• Все о стали 304 (свойства, прочность, применение)
• Все о 52100 Сталь
• Обработка стали для поверхностного упрочнения (цементация)
• Все о стали 9260 (свойства, прочность, применение)
• Все о стали 4130 (свойства, прочность, применение)
• Steel vs. Титан — прочность, свойства и применение

Больше от Metals & Metal Products

Сплавы углеродистой стали | Коберн-Майерс

Характеристики и применение обычных сплавов углеродистой стали

Низкоуглеродистые стали обычно содержат менее 0,25% углерода и не могут быть упрочнены термической обработкой (упрочнение может быть достигнуто только путем холодной обработки). Низкоуглеродистый материал относительно мягкий и прочный, но при этом обладает исключительной пластичностью и прочностью.Кроме того, он поддается механической обработке, сварке и относительно недороги в производстве.

Среднеуглеродистые стали имеют концентрацию углерода от 0,25% до 0,60%. Эти стали можно подвергать термообработке путем аустенизации, закалки, а затем отпуска для улучшения их механических свойств. Термически обработанные среднеуглеродистые стали с точки зрения соотношения прочности и стоимости обеспечивают огромную несущую способность.

Смесь на основе железа считается легированной сталью , если марганец больше 1.Присутствуют 65%, кремний более 0,5%, медь более 0,6% или другие минимальные количества легирующих элементов, таких как хром, никель, молибден, ванадий или вольфрам. За счет замены этих элементов в рецептуре для стали можно создать огромное разнообразие различных свойств, чтобы повысить твердость, прочность или химическую стойкость.

Щелкните каждую вкладку для просмотра соответствующей информации.

Низкоуглеродистые стали — основные конструктивные особенности и области применения

Сплав	UNS Обозначение	Основные конструктивные особенности	Приложения
1010	G10100	1010 — простая углеродистая сталь с номиналом 0.Содержание углерода 10%. Это относительно низкопрочная сталь, но для повышения прочности ее можно подвергать закалке и отпуску.	Используется для таких применений, как крепежные детали и болты с холодной головкой.
1018	G10180	1018 — одна из самых доступных марок в мире. Несмотря на невысокие механические свойства, сплав легко формуется, обрабатывается, сваривается и изготавливается. Из-за более высокого содержания марганца его можно закаливать до RC 42 в тонких срезах.	Часто используется в деталях винтовых машин большого объема, таких как валы, шпиндели, штифты, штоки, звездочки в сборе и невероятно широкий спектр компонентов.
1020	G10200	1020 — широко используемая углеродистая сталь. Он имеет номинальное содержание углерода 0,20% с приблизительно 0,50% марганца. Он имеет хорошее сочетание прочности и пластичности, может подвергаться закалке и науглероживанию.	Используется для простых конструкций, таких как крепежные детали и болты холодной штамповки. Часто используется в закаленном состоянии.
1022	G10220	1022 имеет немного более высокое содержание углерода и марганца в простой углеродистой стали, чем 1020. Она используется из-за своей несколько большей прочности, но при этом имеет хорошую пластичность.	Используется для конструкционных элементов средней прочности, таких как крепежные детали и болты холодной штамповки.Часто используется в закаленном состоянии.

Среднеуглеродистые стали — основные конструктивные особенности и области применения

Сплав	UNS Обозначение	Основные конструктивные особенности	Приложения
1030	G10300	1030 представляет собой марганцевую сталь с более высоким содержанием углерода (0,30%) из семейства простых сплавов углеродистой стали. Он обеспечивает большую прочность по сравнению с более низкими сортами, сохраняя при этом разумную пластичность.	Обычно используется в закаленном и отпущенном состоянии для повышения прочности. Области применения включают детали машин, требующие прочности и твердости.
1040	G10400	1040 имеет более высокое (0,40%) содержание углерода для большей прочности, чем сплавы с более низким содержанием углерода. Его можно закалить путем термообработки, закалки и отпуска для достижения прочности на разрыв от 150 до 250 тысяч фунтов на квадратный дюйм.	Используется для коленчатых валов, муфт и деталей с холодной головкой.
1045	G10450	1045 — это среднеуглеродистая сталь, используемая, когда требуется большая прочность и твердость, чем в прокатанном состоянии.	Используется в зубчатых передачах, валах, осях, болтах, шпильках и деталях машин.
1060	G10600	1060 — это один из элементов с более высоким содержанием углерода (0.60%) стали. Изготовить его труднее, чем углерод с более низким содержанием углерода.	Используется для ручных инструментов, таких как отвертки, плоскогубцы и тому подобное.

Легированная сталь — основные конструктивные особенности и области применения

Сплав	UNS Обозначение	Основные конструктивные особенности	Приложения
4130	G41300	4130 — низколегированная сталь, содержащая молибден и хром в качестве упрочняющих добавок.Номинальное содержание углерода составляет 0,30%, и при этом относительно низком содержании углерода сплав является превосходным с точки зрения свариваемости плавлением. Сплав может быть упрочнен термической обработкой.	Используется в конструкциях, таких как крепления авиационных двигателей и сварные трубы.
4140	G41400	4140 — это одна из сталей, легированных хромом, молибденом и марганцем, которые отличаются ударной вязкостью, хорошей прочностью на скручивание и хорошей усталостной прочностью.	Используется в огромном количестве приложений.
4330	G43300	4330 — это термически обрабатываемый стальной сплав, содержащий хром, никель и молибден. Содержание углерода находится в диапазоне 0,30%, и в термически обработанном состоянии сплав имеет хорошую ударную вязкость и усталостную прочность, а также общую прочность.	Используется в приложениях, где требуется хорошее сочетание прочности и ударопрочности, например в зубчатых колесах, осях шасси самолетов и валах для передачи мощности.
4340	G43400	4340 — это термообрабатываемая низколегированная сталь, содержащая никель, хром и молибден. Он известен своей прочностью и способностью развивать высокую прочность в условиях термообработки, сохраняя при этом хорошую усталостную прочность.	Обычно используется для шасси самолетов, зубчатых колес и валов трансмиссии, а также других конструктивных элементов.

Низкоуглеродистые стали — химические свойства

Сплав	UNS Обозначение	C (макс.)	Mn (макс.)	P (макс.)	S (макс. )	Si	Кр	Ni	Пн	Прочие Элементы
1010	G10100	0.08-0,13%	0,30-0,60%	0,04%	0,05%	–	–	–	–	–
1018	G10180	0,14-0,20%	0,60-0,90%	0,04%	0,05%	–	–	–	–	–
1020	G10200	0,17-0,23%	0.30-0,60%	0,04%	0,05%	–	–	–	–	–
1022	G10220	0,17-0,23%	0,70–1,00%	0,04%	0,05%	–	–	–	–	–

Среднеуглеродистая сталь Химические свойства

Сплав	UNS Обозначение	C (макс. )	Mn (макс.)	P (макс.)	S (макс.)	Si	Кр	Ni	Пн	Прочие Элементы
1010	G10100	0.08-0,13%	0,30-0,60%	0,04%	0,05%	–	–	–	–	–
1018	G10180	0,14-0,20%	0,60-0,90%	0,04%	0,05%	–	–	–	–	–
1020	G10200	0,17-0,23%	0. 30-0,60%	0,04%	0,05%	–	–	–	–	–
1022	G10220	0,17-0,23%	0,70–1,00%	0,04%	0,05%	–	–	–	–	–

Химические свойства легированной стали

Сплав	UNS Обозначение	C (макс.)	Mn (макс.)	P (макс.)	S (макс.)	Si	Кр	Ni	Cu	Прочие Элементы
405	S40500	0.08%	1%	0,04%	0,03%	1%	11,5-14,5%	–	–	1-3% Алюминий
430	S43000	0,12%	1%	0,04%	0,03%	1%	16-18%	–	–	–

Низкоуглеродистые стали — механические свойства

Низкоуглеродистая сталь относительно мягкая и непрочная, но при этом обладает исключительной пластичностью и вязкостью. Кроме того, они поддаются механической обработке, сварке и относительно недороги в производстве.

Сплав	UNS Обозначение	Типичные механические свойства
		Растяжение (тысяч фунтов / кв. Дюйм)	Доходность (тыс. Фунтов на кв. Дюйм)	Относительное удлинение (% в 2 ″)	Уменьшение площади (%)	Твердость по Бринеллю
1010	G10100	53	44	20	40	105
1018	G10180	64	54	15	40	126
1020	G10200	64	54	24	54	126
1022	G10220	69	58	15	40	137

Среднеуглеродистые стали — механические свойства

Среднеуглеродистые стали могут подвергаться термообработке путем аустенизации, закалки, а затем отпуска для улучшения их механических свойств. Термически обработанные среднеуглеродистые стали с точки зрения соотношения прочности и стоимости обеспечивают огромную несущую способность.

Сплав	UNS Обозначение	Типичные механические свойства
		Растяжение (тысяч фунтов / кв. Дюйм)	Доходность (тысяч фунтов / кв. Дюйм)	Относительное удлинение (% в 2 ″)	Уменьшение площади (%)	Твердость по Бринеллю
1030	G10300	76	64	12	35	149
1040	G10400	90	80	12	35	170
1045	G10450	91	77	12	35	179
1060	G10600	118	70	17	34	241

Легированные стали — механические свойства

Огромное разнообразие различных свойств может быть создано для легированной стали путем замены химических элементов в рецепте для повышения твердости, прочности или химической стойкости.

Сплав	UNS Обозначение	Типичные механические свойства
		Растяжение (тысяч фунтов / кв. Дюйм)	Доходность (тысяч фунтов / кв. Дюйм)	Относительное удлинение (% в 2 ″)	Уменьшение площади (%)	Твердость по Бринеллю
4130	G41300	80	56	28	57	149
4140	G41400	150	90	20	45	285
4330	G43300	125	100	15	30	250-325
4340	G43400	110	66	23	49	197

Углеродистая сталь

— обзор

Углеродистая сталь

Контейнеры из углеродистой стали также склонны к активной коррозии при контакте с уплотненным бентонитом (JNC 2000). Однако в случае стальных контейнеров коррозия не прекращается после того, как первоначально захваченный O ₂ был израсходован, и период неопределенной коррозии в анаэробных условиях будет следовать за начальным переходным аэробным периодом (JNC 2000, Johnson and King 2008). Прогнозы коррозии могут быть основаны на механистических моделях (Peña и др. , 2008 г.) или на комбинации массового баланса (для аэробной фазы) и эмпирического (для анаэробного периода) подходов (JNC 2000, Johnson and King 2008).Для типичной скорости анаэробной коррозии 1 мкм / год срок службы контейнера из углеродистой стали толщиной 15 см будет порядка 10 000 лет, если общая коррозия является основным механизмом разрушения и если мы возьмем только две трети толщины стенки. в качестве припуска на коррозию.

Есть ряд интересных особенностей предлагаемого использования контейнеров из углеродистой стали для захоронения ВАО / ТФ. Анаэробная коррозия углеродистой стали сопровождается образованием H ₂ . В хранилище, которое спроектировано для герметизации, образование H ₂ может привести к образованию газовой фазы H ₂ в хранилище и возможности двухфазного переноса в герметизирующих материалах и вмещающей породе (Nagra 2004) .Хотя это не обязательно отрицательно сказывается на общей производительности и безопасности хранилища, производство и транспортировка газа является проблемой, которую необходимо решить, когда рассматривается использование контейнера из углеродистой стали в сочетании с герметичным хранилищем (King 2011).

Коррозия контейнера приводит к образованию осажденного слоя продуктов коррозии. Как более подробно обсуждалось выше, эти слои могут изменять механизм коррозии. В частности, есть предположения, что слой Fe ₃ O ₄ является электрохимически активным (Кодзима и др. .1995 г., Сахеб и др. . 2011), что повышает вероятность того, что он может действовать как катод с увеличивающейся площадью поверхности. Однако другие исследования предполагают, что увеличение скорости коррозии наблюдается Кодзима и др. . (1995) был результатом восстановления Fe (III) до Fe (II), а не слоя Fe ₃ O ₄ , действующего как катод с постоянно увеличивающейся площадью поверхности и, следовательно, переходным артефактом эксперимент (Танигучи 2003).

Продукты анаэробной коррозии углеродистой стали также влияют на свойства прилегающих уплотнительных материалов.Имеются как лабораторные, так и археологические свидетельства образования измененных слоев, содержащих продукты коррозии и компоненты почвы (Карлсон и др. .2006, Ферон и др. .2009, Сахеб и др. .2008). Кроме того, растворенный Fe (II) может преобразовать набухающую смектитовую глину в не набухающую форму иллита. Способность бентонитовой глины на основе смектита к набуханию является важным свойством для надлежащей герметизации хранилища.

Углеродистая сталь — обзор

4.2 Традиционные металлические материалы

Хотя воздействие внешнего тока является основным фактором агрессивности окружающей среды на электрохимических предприятиях, выбор конструкционных материалов на этих предприятиях обычно основывается, прежде всего, на их коррозионной стойкости в данной агрессивной среде.

Углеродистая сталь и нержавеющая сталь типа 18% Cr – 10% Ni (18-10) находят применение на электрохимических предприятиях, а также на других предприятиях химической и металлургической промышленности в качестве основных конструкционных материалов.

Как отмечалось в главе 1, в нейтральной среде углеродистая сталь находится в активном состоянии и подвергается коррозии с кислородной деполяризацией. Скорость его коррозии довольно высока, особенно при повышенных температурах и высоких скоростях потока агрессивных сред. Внешний анодный ток, воздействующий на активную сталь, почти полностью используется для растворения металла. Тем не менее, в течение 1920-х и в начале 1930-х годов углеродистая сталь иногда использовалась без каких-либо средств защиты для коллекторов солевого раствора на установках хлор-щелочного диафрагменного электролиза [3].Это стало возможным благодаря относительно низким токам утечки в электрохимических установках малой мощности. Интересно отметить, что коррозионное повреждение анодных участков коллекторов из углеродистой стали (которое было значительным даже на станциях малой мощности) было объяснено в [4]. [3] не в результате воздействия токов утечки, а в результате окисления железа хлором, выделяющимся в этих областях. В настоящее время незащищенная углеродистая сталь в таких условиях не используется.

В некоторых случаях углеродистая сталь применялась вдали от зон действия тока утечки.Конструкционные элементы, которые не были слишком важными или имели большой допуск на коррозию и которые могли работать долгое время, несмотря на значительную коррозию, были изготовлены из углеродистой стали. Например, трубные пластины из углеродистой стали использовались для нагревателей рассола [2] в цехах диафрагменного электролиза, тогда как трубки этих нагревателей были изготовлены из нержавеющей стали 18-10. Срок службы этих теплообменников обычно составлял около года. Области контакта расширенных концов трубок с трубными пластинами были преимущественно корродированы.Были повреждены как трубные пластины, так и трубки, что было связано с эффектом щели. Под воздействием внешнего тока срок службы этих теплообменников сократился до 6–8 месяцев [2]. В современной практике такие теплообменники не используются.

Углеродистая сталь широко используется в щелочных растворах электрохимических производств, особенно в процессах электролиза воды [4], благодаря своей удовлетворительной коррозионной стойкости в щелочных растворах средней концентрации.

Однако, несмотря на довольно хорошую коррозионную стойкость углеродистой стали в щелочных средах, она подвержена коррозионным повреждениям под действием внешних анодных токов.Кольца из углеродистой стали для впускных и газовых (водородных и кислородных) каналов биполярных электролизеров и других деталей, подверженных коррозии в условиях электролиза воды. Наиболее интенсивная коррозия наблюдалась внутри каналов, расположенных над краевыми ячейками со стороны отрицательного полюса источника тока. Движение газожидкостной смеси по этим каналам сопровождалось пульсациями давления, вызывающими пульсации токов утечки. По мнению авторов работы [4], коррозионное повреждение колец связано с появлением катодной составляющей пульсаций. Поляризация катодным током приводит к активации поверхности металла. Во время следующей атаки анодным током происходит анодное растворение активированного металла.

Никель — лучший конструкционный материал для щелочных сред, не содержащий хлоридов. Детали из углеродистой стали с никелевым покрытием, в том числе аноды для промышленных электролизеров, применяются в водных средах электролиза [4]. Однако, согласно данным [4], детали с никелевым покрытием подвергаются коррозионным повреждениям, связанным с воздействием токов утечки.

В процессах диафрагменного электролиза хлорида натрия углеродистая сталь используется в качестве конструкционного материала для катодных решеток в электролизерах, а также для трубопроводов и оборудования на линиях подачи водорода и едкого щелока (раствор 120 г / л NaOH + 200 г / л NaCl ) при температуре около 90 ° C [5]. В этих процессах широко используются переливные устройства из углеродистой стали для слива каустического раствора из электролизеров в коллектор. Такие устройства установлены во всех электролизерах. Как показал опыт их использования, концы этих устройств, из которых вытекает струя электролита, были сильно корродированы со стороны отрицательного полюса источника питания.Наиболее интенсивная коррозия произошла на маргинальных электролизерах в комплекте. Срок службы краевых устройств с толщиной стенки 4–6 мм обычно не превышал полугода. Зависимость интенсивности коррозии устройств от их положения в комплекте электролизеров и увеличение интенсивности коррозии к краям комплектов указывает на то, что в этом случае коррозионные повреждения также были вызваны воздействием анодной утечки. токи от электролизера.

Внутри водородных коллекторов натрий-хлорно-щелочных электролизеров образуются относительно небольшие количества щелочного конденсата. Коррозионное состояние коллекторов и другого оборудования на водородных линиях не создает серьезных проблем, поскольку токи утечки по этим линиям относительно малы. Углеродистая сталь в этой среде находится в пассивном состоянии. Некоторые секции групповых коллекторов иногда подвергаются коррозии после нескольких лет эксплуатации. Эти секции легко заменяются при периодическом текущем ремонте, не требующем значительных затрат или дорогостоящих материалов.Поэтому каких-либо специальных исследований редких случаев коррозионного повреждения металлов на этих линиях не проводилось. Случаи коррозионного повреждения, скорее всего, были связаны с поражением токами утечки. На такую ​​вероятность указывают данные о преимущественном коррозионном повреждении участков групповых коллекторов, расположенных над крайними электролизерами в комплекте, полученные при периодических осмотрах.

Коллекторы для подачи в электролитические ванны и удаления электролита из ванн, а также клапаны, напорные резервуары и другое оборудование, контактирующее с растворами, содержащими серную кислоту, на установках электрорафинирования меди, изготовлены из нержавеющей стали 18-10.Опыт эксплуатации показал, что степень коррозионного повреждения данного оборудования зависела от расположения корродированных участков по отношению к полюсам источника питания. Причем повреждение было обнаружено на концевых участках трубок, откуда вытекают струи электролита, и на участках контакта трубок, клапанов и других металлических деталей с деталями, изготовленными из непроводящего материала. Как и в предыдущих случаях, эти данные указывают на коррозию из-за токов утечки, исходящих из электролитических ванн.

При этом коррозия сварных швов на трубопроводах и оборудовании из нержавеющей стали 18-10 наблюдалась во всем комплекте электролитических ванн, независимо от расположения корродированных сварных швов в комплекте. Как известно [6], аустенитные нержавеющие стали типа 18-10 подвержены межкристаллитной коррозии в средах, содержащих серную кислоту в сочетании с окислителями. В нашем случае двухвалентная медь играет роль окислителя.

Технологические трубопроводы для питания ванн электролиза, арматура и другое оборудование, расположенное в непосредственной близости от ванн заводов по электрохимическому производству пербората натрия, изготовлены из нержавеющей стали 18-10. Результаты проверок показали, что даже после более чем 10 лет эксплуатации случаев коррозионного разрушения не зафиксировано, несмотря на высокие значения токов утечки по технологическим линиям этих установок.

Попытки применить нержавеющую сталь 18-10 в качестве конструкционного материала на линии горячей каустической соды (50% NaOH, температура 120 ° C) при электролизе с ртутным катодом (процесс Де Нора) не дали удовлетворительных результатов. Трубы с толщиной стенки 5–6 мм перфорировались в результате коррозии после двух месяцев эксплуатации [7].Повреждение произошло на соплах, подключенных к неметаллическим трубкам для отвода щелочи из электролизеров, которые были расположены со стороны отрицательного полюса источника питания. Такое расположение повреждений указывает на то, что коррозионное повреждение было вызвано воздействием анодных токов утечки.

В процессе электролитического получения марганца в растворах, содержащих серную кислоту, при температурах 80–90 ° C удовлетворительной коррозионной стойкостью обладают только высоколегированные стали и сплавы на основе никеля с добавлением до 3% молибдена и меди. [8, 9].В этих условиях использование сталей с более низкой степенью легирования возможно только при наличии анодной защиты, поддерживающей стабильное пассивное состояние металлов. Понятно, что эти стали можно применять только вдали от зоны действия тока утечки.

Таким образом, традиционные конструкционные металлические материалы, углеродистые и нержавеющие стали, применяются в средах, где они могут сохранять свое пассивное состояние в отсутствие атаки токами утечки. В большинстве случаев поражение анодными токами утечки является причиной коррозионного разрушения трубопроводов и других конструкций из этих металлов.Кроме того, в некоторых случаях (например, никель в щелочной среде в условиях электролиза воды, нержавеющая сталь 18-10 при электрохимическом производстве перборатов) металл способен сохранять свою коррозионную стойкость в зоне действия тока утечки. Причины устойчивости металла в этих условиях будут рассмотрены ниже.

Содержание углерода, классификация сталей и легированные стали

Как правило, углерод является наиболее важным коммерческим стальным сплавом. Увеличение содержания углерода увеличивает твердость и прочность, а также улучшает прокаливаемость. Но углерод также увеличивает хрупкость и снижает свариваемость из-за его тенденции к образованию мартенсита. Это означает, что содержание углерода может быть как благословением, так и проклятием, когда дело касается товарной стали.

И хотя есть стали с содержанием углерода до 2 процентов, они являются исключением. Большая часть стали содержит менее 0,35 процента углерода. Чтобы представить это в перспективе, имейте в виду, что это 35/100 от 1 процента.

Теперь любую сталь с содержанием углерода от 0,35 до 1,86 процента можно упрочнить с использованием цикла термо-закалка-отпуск. Большинство коммерческих сталей подразделяются на одну из трех групп:

1. Простые углеродистые стали
2. Низколегированные стали
3. Высоколегированные стали

Обычные углеродистые стали

Эти стали обычно представляют собой железо с содержанием углерода менее 1%, плюс небольшое количество марганца, фосфора, серы и кремния. Свариваемость и другие характеристики этих сталей в первую очередь зависят от содержания углерода, хотя легирующие и остаточные элементы оказывают незначительное влияние.

Углеродистые стали без покрытия далее подразделяются на четыре группы:

1. Низкие
2. Средние
3. Высокие
4. Очень высокие

Низкие . Часто называемые мягкими сталями, низкоуглеродистые стали содержат менее 0,30 процента углерода и являются наиболее часто используемыми марками. Они хорошо обрабатывают и сваривают и более пластичны, чем стали с более высоким содержанием углерода.

Средний . Среднеуглеродистые стали содержат от 0,30 до 0,45 процента углерода. Повышенное содержание углерода означает повышение твердости и прочности на разрыв, снижение пластичности и более сложную обработку.

Высокая . Эти стали с содержанием углерода от 0,45 до 0,75 процента могут быть трудными для сварки. Предварительный нагрев, последующий нагрев (для контроля скорости охлаждения), а иногда даже нагрев во время сварки становятся необходимыми для получения приемлемых сварных швов и контроля механических свойств стали после сварки.

Очень высокий . Высокоуглеродистые стали с содержанием углерода до 1,50% используются для изготовления изделий из твердой стали, таких как металлорежущие инструменты и пружины грузовых автомобилей. Как и высокоуглеродистые стали, они требуют термической обработки до, во время и после сварки для сохранения своих механических свойств.

Низколегированные стали

Когда эти стали предназначены для сварки, их содержание углерода обычно ниже 0,25 процента и часто ниже 0,15 процента. Типичные сплавы включают никель, хром, молибден, марганец и кремний, которые повышают прочность при комнатной температуре и повышают ударную вязкость при низких температурах.

Эти сплавы в правильном сочетании могут улучшить коррозионную стойкость и повлиять на реакцию стали на термическую обработку. Но добавленные сплавы также могут отрицательно повлиять на склонность к растрескиванию, поэтому рекомендуется использовать с ними процессы сварки с низким содержанием водорода. Также может потребоваться предварительный нагрев. Это можно определить с помощью формулы эквивалента углерода, которую мы рассмотрим в одном из следующих выпусков.

Высоколегированные стали

По большей части мы говорим здесь о нержавеющей стали, наиболее важной коммерческой высоколегированной стали. Нержавеющие стали содержат не менее 12 процентов хрома, и многие из них имеют высокое содержание никеля. Три основных типа нержавеющей стали:

1. Аустенитная
2. Ферритная
3. Мартенситная

Мартенситная нержавеющая сталь составляет марку столовых приборов.Они имеют наименьшее количество хрома, обладают высокой способностью к закалке и требуют как предварительного, так и последующего нагрева при сварке, чтобы предотвратить растрескивание в зоне термического влияния (HAZ).

Ферритная нержавеющая сталь содержит от 12 до 27 процентов хрома с небольшими количествами аустенитообразующих сплавов.

Аустенитная нержавеющая сталь обеспечивает отличную свариваемость, но аустенит нестабилен при комнатной температуре. Следовательно, для стабилизации аустенита необходимо добавлять специальные сплавы.Наиболее важным стабилизатором аустенита является никель, а другие включают углерод, марганец и азот.

Специальные свойства, включая коррозионную стойкость, стойкость к окислению и прочность при высоких температурах, могут быть приданы аустенитным нержавеющим сталям путем добавления определенных сплавов, таких как хром, никель, молибден, азот, титан и колумбий. И хотя углерод может повысить прочность при высоких температурах, он также может снизить коррозионную стойкость, образуя соединение с хромом.Важно отметить, что аустенитные сплавы нельзя упрочнить термической обработкой. Это означает, что они не затвердевают в зоне термического влияния сварки.

* Нержавеющие стали всегда имеют высокое содержание хрома, часто значительное количество никеля, а иногда содержат молибден и другие элементы. Нержавеющие стали обозначаются трехзначным числом, начинающимся с 2, 3, 4 или 5. Рисунок 1 Обязательно проверьте соответствующие публикации AISI и SAE на предмет последних изменений.

Системы классификации сталей

Прежде чем мы рассмотрим несколько распространенных систем классификации сталей, давайте рассмотрим еще один высокоуглеродистый металл — чугун. Содержание углерода в чугуне составляет 2,1 процента и более. Существует четыре основных типа чугуна:

1. Серый чугун , относительно мягкий. Он легко обрабатывается и сваривается, и вы найдете его используемым для блоков цилиндров двигателя, труб и конструкций станков.
2. Белый чугун , твердый, хрупкий и несвариваемый.Его прочность на сжатие составляет более 200 000 фунтов на квадратный дюйм (PSI), а после отжига он становится ковким чугунным литьем.
3. Ковкий чугун , отожженный белый чугун. Его можно сваривать, подвергать механической обработке, он пластичный, обладает хорошей прочностью и ударопрочностью.
4. Ковкий чугун , который иногда называют чугуном с шаровидным графитом или шаровидным графитом. Он получил такое название, потому что его углерод имеет форму маленьких сфер, а не чешуек.Это делает его пластичным и податливым. Он также поддается сварке.

Теперь давайте взглянем на типичную систему классификации стали (см. Рисунок 1 ). И Общество автомобильных инженеров (SAE), и Американский институт черной металлургии (AISI) используют практически идентичные системы. Оба основаны на четырехзначной системе, где первое число обычно обозначает основной тип стали, а первые два числа вместе обозначают серию в основной группе сплавов.

Имейте в виду, что в группе основных сплавов может быть несколько серий, в зависимости от количества основных легирующих элементов.Последние две или три цифры относятся к приблизительному допустимому диапазону содержания углерода в баллах (сотых долях процента).