Низкоуглеродистые стали: Низкоуглеродистая сталь — марки, свойства, применение

Низкоуглеродистая сталь — марки, свойства, применение

Большая часть производства в той или иной степени применяют низкоуглеродистую сталь. Строительство, машиностроение, станкостроение – вот неполный список отраслей, где она активно применяется. 

Состав по ГОСТ

Сталь — это сплав железа с углеродом, процент содержания последнего при этом не должно превышать 2,14%. Все что выше этого значения — уже чугун. Низкоуглеродистая сталь отличается пониженным содержанием углерода, что откладывает свой отпечаток как на механические, так технологические свойства.

Существует несколько стандартов, которые регулируют состав углеродистых сплавов. Среди них наиболее востребованы ГОСТ 380-2005 и ГОСТ 1050-90. Согласно им низкоуглеродистой может называться сталь, которая включает в себя:

• Углерод (до 0,25%). Он позволяет термически упрочнять сталь, в результате чего твердость и временное сопротивление металла может увеличиться в несколько раз.
• Кремний (до 0,35%) Он улучшает механические характеристики, особенно, это касается ударной вязкости и прочности. Также увеличение кремния в сплаве положительно сказывается на свариваемости.
• Марганец (до 0,8%) относится к группе полезных примесей. По своему молекулярному строению схож с кислородом и активно вступает с ним химическую связь, что препятствует образованию оксида железа. Сталь, легированная марганцем, более однородна по составу, лучше справляется с динамическими нагрузками, становиться податливей к термическому упрочнению.
• Сера (до 0,06%) – вредная примесь. Делает металл красноломким, усложняет обработку давлением: ковкой, прокаткой и т.д. Снижает плотность сварного шва. Повышает отпускную хрупкость.
• Фосфор (до 0,08%) ответственен за появление хладноломкости. Искажает кристаллическую структуру стали. Снижает ее ударную вязкость. Ухудшает прочность и выносливость металла. Но не всегда фосфор является вредной примесью. В некоторых случаях его добавление оправдано, т.к. он увеличивает податливость металла резанию. Но все равно, общее количество его не должно превышать 0,1%.
• Кислород – самый нежелательный элемент в составе стали. Введение 0,001% кислорода способно снизить прочность металла на 50%. Препятствует обработки сплава режущим инструментом.
• Азот. После попадания его в металл, образует нитриды железа – очень хрупкое соединение, которое снижают как прочностные, так и технологические свойства сплава.

 

 

Особенности низкоуглеродистых сталей

Низкоуглеродистая сталь по сравнению с другими сталями крайне пластична. Их относительно удельное сопротивление на сжатие составляет 23-35% в зависимости от процента содержания углерода в составе. Чем его больше, тем пластичность ниже.

Все марки низкоуглеродистых сталей имеют первую категорию свариваемости.

Процесс сварки не требует сложных подготовительных операций: прогрева поверхности, обезжиривания и т.д. Сварной шов получается плотным, при работе на сжатие по прочности сравним с цельным металлом. Пониженная углеродистая сталь поддается всем видам сварки: от обычной электродуговой до вакуумной в среде инертных газов.

Низкоуглеродистая сталь не обладает повышенными прочностными характеристиками. Временное сопротивление на разрыв для нее колеблется в пределах 320-450 МПа. То же самое можно сказать относительно твердости. Без дополнительного упрочнения твердость стали составляет 22-23 единиц по шкале Роквелла.

Низкоуглеродистые марки не поддаются закалке в силу малого содержания углерода в составе. Среди немногочисленных вариантов улучшения сталям своих механических свойства выделяют цементацию. Это разновидность химико-термического упрочнения, при котором поверхность металла принудительно насыщают углеродом, что делает металл более твердым и износостойким. Помимо этого, в качестве механического упрочнения хорошо зарекомендовали себя разного рода наклепы, обкатка роликами и прочее.

Классификация и марки

Существует несколько основных критериев по которым подразделяются углеродистые марки. Одним из самых важных среди них являются условия проведения раскисления. Выделяют следующие низкоуглеродистые стали:

• Спокойные. Включает минимальное содержание в составе окиси железа, что делает процесс выплавки «спокойным» — без бурного выделения углекислоты с зеркала металла. Возможным это стало благодаря введению раскислителей: алюминий, марганец и кремний. Все выходящие газы скапливаются в усадочной раковине, которая впоследствии обрубается, что в результате дает плотный и однородный металл.
• Кипящие. Раскисляются одним марганцем. Имеют увеличенное количество оксида железа в составе. Процесс плавки сопровождается выделением углекислого газа, что создает впечатление будто металл кипит. Эти стали менее прочны и менее однородны по химическому составу, но при этом стоят дешево и имеют низкий процент отходов в производстве.
• Полуспокойные. Помимо марганца для удаления кислорода дополнительно применяют алюминий. По характеристикам эта углеродистая сталь представляет собой что-то среднее между кипящими и спокойными сплавами.

Помимо степени раскисления низкоуглеродистые марки также классифицируются по наличию неметаллических включений в своем составе. Исходя из этого они различаются на:

• Обыкновенного качества;
• Качественные машиностроительные.

 

 

Рассмотрим каждый пункт более подробно.

Стали обыкновенного качества. К ним не предъявляются строгие требования как к выбору шихты, так и к плавке и разливке. Фосфора в них допускается не более 0,08%, а серы не более 0,06%. Разливают такой сплав в крупногабаритные слитки, поэтому для них характерно появление зональной ликвации.

Сталь обыкновенного качества идет на производство разного рода горячекатаного металлопроката: прутки ГОСТ 4290-90, швеллеры ГОСТ 8240-97, балки ГОСТ 8239-95, уголки ГОСТ 8509-95 и прочие. Этот прокат служит материалом для производства разного рода болтовых, клепочных и сварных металлоконструкций. В станкостроении из нее производят малоответственные детали не требующие проведения термобработки: оси, вальцы, зажимы и т.д.

Исходя из гарантированности указанных свойств сталь обыкновенного качества бывает:

• Группы «А». Поставка происходит по механическим характеристикам, химический состав при этом не нормируется. Маркируется «Ст» и цифрой от 0 до 6. (Ст.6, Ст.5 и т.д.). С увеличением цифры возрастает и прочность выбранного сплава.
• Группы «Б». Такие металлы идут с нормированным химсоставом. В маркировке дополнительно прописывается способ получения сплава.
• Группы «В». Здесь в сталях регулируются одновременно прочностные характеристики и химсостав. В маркировке дополнительно указывается буква В.

Качественные машиностроительные стали производятся в более строгих условиях выплавки. Обладают меньшим количеством вредных образований в химсоставе: сера до 0,04%, фосфор до 0,04%. Маркируются надписью «сталь» и цифрой, указывающей количество карбидов в сотых долях процента.

Сталь 08 и 10 применяются в ответственных узлах машиностроения. Из них производят втулки, змеевики, прокладки и т.д. Перед использованием все детали обязательно подвергаются цементации или любому другому химико-термическому упрочнению.

Стали 15, 20, 25 используются для узлов, работающих на износ и не испытывающих повышенных механических нагрузок: рычаги, шестерни, толкатели клапанов и т.д.

Способы получения

Выделяют следующие низкоуглеродистые стали в зависимости от способа выплавки:

• Конверторные печи. Металл плавиться за счет химической теплоты экзотермических реакций. Удаление излишнего углерода происходят при продувке кислорода сквозь зеркало металла. Плюсом такого способа является высокая производительность. Минусом – повышенная концентрация азота на выходе.
• Мартеновские печи. В рабочей камере сжигается жидкое топливо. Необходимая температура плавки достигается за счет теплоты отходящих газов. При таком способе сплав получается более раскисленным и с меньшим содержанием неметаллических примесей.
• Электропечи. Обладают более совершенным способом выплавки. Все качественные марки низкоуглеродистой стали выплавляются только таким методом.Достоинством здесь выступает простота регулировки теплового режима и возможность использования шлаков и флюсов. Минус – значительные затраты электроэнергии.

Низкоуглеродистая сталь в большей степени востребована машиностроением и, особенно, строительством. Именно эти отрасли обеспечивают ее постоянным спросом вот уже на протяжении нескольких десятков лет. И ссудя по обширно обустраивающимся городам и развивающейся промышленности потребность в углеродистой стали будет только увеличиваться.

Оцените статью:

Рейтинг: 0/5 — 0 голосов

методы изготовления, маркировки и применение

Углеродистой сталью называется сплав железа с углеродом. Углерод усиливает жёсткость структуры сплава, сталь становится твёрдой, прочной, но теряет пластичность. Меняя количество углерода, получают необходимые для области применения металла свойства. Минимальное содержание углерода в сплаве составляет 0,05–0,25%, такие сплавы по качественному составу классифицируют как низкоуглеродистые.

Низкоуглеродистые стали не закаливаются, благодаря мягкости и пластичности швы хорошо провариваются всеми видами сварки, заготовки легко обрабатываются ковкой, прокатываются.

Разновидность низкоуглеродистых сталей

В составе низкоуглеродистых сплавов присутствуют примеси различного характера. Повышенное содержание серы и фосфора напрямую влияют на свойства металла, может привести к растрескиванию при обработке. Марганец, кремний не снижают характеристик, участвуют в процессе раскисления, удаления кислорода. Кислород удаляют для повышения прочности материала при горячих деформациях.

По степени удаления кислорода, раскисленности, стали классифицируют на:

• кипящие;
• спокойные;
• полуспокойные.

Низколегированные стали представляют собой сплав с малым содержанием углерода и малыми примесями легирующих добавок, общим соотношением до 4%. Легирующие элементы нужны для повышения каких-либо эксплуатационных свойств при сохранении хороших сварочных характеристик. Повышенная устойчивость металла к коррозии, способность работать при экстремально низких и высоких температурах без деформации достигается легированием.

Качество низкоуглеродистой стали определяют по содержанию примесей серы, фосфора в сплаве.

По виду свойств различают:

• Обычное качество. Сера в составе — до 0,06%, фосфор — до 0,07%.
• Качественная сталь. Массовая доля серы — до 0,04%, фосфора — до 0,035%.
• Высококачественная сталь. Содержание серы — до 0,025%, фосфора — до 0,025%.
• Особое качество. Минимальное присутствие примесей: допустимые значения серы — до 0,015%, фосфора — до 0,025%.

Классификация стали обычного качества

Свойства сталей обыкновенного качества

Внутри группы по качеству низкоуглеродистая сталь обычного качества подразделяется ещё на три категории, обозначающиеся заглавными буквами А, Б, В.

Низкоуглеродистая сталь обычного качества группы «А» содержит сплавы, отличающиеся механическими свойствами, в промышленности встречается в форме листового, профильного низкоуглеродистого проката.

Группа «Б» классифицируется по химическим качествам, обрабатывается давлением под высоким нагревом, заготовки штампуются, куются.

Низкоуглеродистые стали группы «В» определяются физическими свойствами, химическим составом.

Основные способы получения низкоуглеродистых сплавов

Все сплавы при получении проходят одинаковые технологические стадии, дополнительную обработку. Плавильная печь загружается сырьём, шихтой, нагревается до расплавления, удаляются лишние примеси. Дополнительная обработка зависит от конкретного заданного состава продукта, нужных химических, физических свойств.

По технологии производства, оборудованию сплавы получают:

• кислородно-конверторным способом выплавки;
• мартеновским способом получения;
• электротермическим способом производства.

Кислородно-конверторный метод

Этот способ производства низкоуглеродистого сплава назван по двум составляющим технологии. Кислород, содержащийся в воздухе, окисляет избыток углерода и примесей в конверторной печи. Конверторная печь имеет объём 50–60 т. Расплавленное сырьё, шихта, продувается нагретым кислородом под давлением. Стены конвектора имеют грушевидную форму, выполнены из металла с дополнительной футеровкой. Материал футеровки химически участвует в процессе выплавки, вступая в реакцию с расплавленным сырьём.

Мартеновский метод

Мартеновские печи отличаются большим размером плавильных ванн, производительностью до 500 тонн продукции. Выжигание углерода, примесей также идёт кислородом, но кислород получают не только из воздуха. Дополнительно шихту обогащают железной рудой, ломом, покрытым ржавчиной.

Оксиды железа, участвуя в процессе, выделяют кислород. Камеры-регенераторы осуществляют предварительный нагрев горючего газа и воздуха, попеременно выпускают содержимое через плавильную ванну. Процесс происходит в течение 6–7 часов, по завершении нагрев прекращается, добавляются раскислители.

Электротермический метод

Этот способ позволяет получить точно заданные физические и химические свойства, применяется только для получения высококачественных сплавов. Большой расход энергии при термической обработке, до 800 кВт на 1 тонну стали, должен быть экономически оправдан. Температура печи доходит до 1650 градусов, ёмкость ванн 0,5–180 тонн.

При высокой температуре сера и фосфор удаляются практически без остатка, переплавляется тугоплавкое сырьё. Химические реакции при производстве аналогичны мартеновскому способу.

Главные свойства низкоуглеродистых сталей

Для низкоуглеродистой стали характерна невысокая прочность при значительной вязкости и пластичности. Сплав легко обрабатывается горячей деформацией, холодным волочением, хорошо сваривается.

Повышение прочностных характеристик достигается цементацией – насыщением поверхностных слоёв углеродом, после чего поверхностные слои сплава закаляются, приобретая необходимую прочность. Для поверхностной закалки низколегированной стали используются индукционные и электропечи. Внутренние, не обогащённые, слои остаются мягкими, вязкими, не теряют пластичности благодаря не изменившемуся количеству углерода.

Маркировка низкоуглеродистых сталей и ее значение

Низкоуглеродистая сталь обычного качества маркируется буквенным значением «Ст», которое меняется, согласно качествам:

• Цифровое значение показывает количество углерода в сплаве. При делении значения на 100 получают содержание углерода в процентах.
• Начальные буквенные символы маркировки «Б» или «В» обозначают принадлежность к группе по качеству.
• Отсутствие буквенного обозначения показывает принадлежность к категории «А».
• Сочетание «КП» указывает на кипящий состав по раскисленности.
• Сочетание «ПС» говорит о полуспокойном сплаве, отсутствие обозначения обозначает спокойную сталь.
• Буквенное и цифровое сочетание, вписанное в марку последним, говорит о наличии в составе примесей и их процентном содержании.
• Качественные низкоуглеродистые сплавы буквенным сочетанием «Ст» не маркируются.

Дополнительно встречается классификация по цвету, буквенная маркировка сплавов особого назначения. К примеру, маркировка «СТЗ мост» обозначает сплав, предназначенный для использования при изготовлении мостовых конструкций.

Сфера применения

Низкоуглеродистые сплавы широко используются различными направлениями промышленности и производства.

По виду профиля классифицируют следующие группы выпускаемой продукции:

• Плоский листовой прокат. Рифлёная, толстолистовая, тонколистовая, широкополосовая, полосовая продукция.
• Равнополочные, неравнополочные угловые профили.
• Швеллеры.
• Трубы, круглого, квадратного, прямоугольного сечения.
• Тавры, двутавры. Балки двутавровые широкополочные, обыкновенные.
• Профилированный металлический лист различной толщины.

Самый большой сегмент продукции составляет плоский листовой прокат, полосы. Холодной штамповкой получают высокопрочную проволоку, пружины, рессоры для машиностроения. Детали и заготовки легко свариваются, получили большое распространение в строительной отрасли производства, автомобилестроении. Из низкоуглеродистых сплавов изготавливают кузовные детали, оси, топливные баки, рамы сельскохозяйственных машин и многие другие детали, постоянно встречающиеся в повседневной жизни.

Видео по теме: Производство листового металлопроката

Низкоуглеродистая сталь: состав и свойства

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

Состав

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

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

Способы получения

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

Далее может происходить разливка стали или дополнительная обработка: шлаком или вакуумом и инертными газами.

Для исполнения таких процессов пользуются тремя способами:

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

Рассмотрим особенности классификации сплавов.

Виды

Низкоуглеродистая сталь может быть трех видов:

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

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

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

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

По процессу раскисления стали делят на:

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

Основные свойства

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

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

Особенности маркировки

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

Рассмотрим маркировку и расшифруем обозначения:

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

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

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

Выпускаемые изделия

Можно выделить несколько групп стальной продукции:

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

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

Сферы применения

Область использования низкоуглеродистой стали достаточна широка и зависит от маркировки:

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

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

Низколегированная и низкоуглеродистая сталь: отличия

Для улучшения каких-либо характеристик сплава добавляются легирующие элементы.

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

Особенности сварки

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

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

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

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

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

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

Углеродистая сталь

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

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

• низкоуглеродистые стали;
• среднеуглеродистые стали и
• высокоуглеродистые стали.

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

Для углеродистых сталей наиболее чаще других применяют следующие стандарты:

• ГОСТ 380-2005.  Сталь углеродистая обыкновенного качества
• ГОСТ 1050-88. Сталь углеродистая качественная конструкционная

Низкоуглеродистые стали

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

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

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

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

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

Среднеуглеродистые стали

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

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

Высокоуглеродистые стали

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

Низколегированная сталь, свойства, технические характеристики, особенности обработки и виды низколегированных сплавов

пер.Каштановый 8/14 51100 пгт.Магдалиновка

Nikolaenko Dmitrij

Низколегированная сталь, свойства, технические характеристики, особенности обработки и виды низколегированных сплавов Низколегированная сталь, свойства, технические характеристики, особенности обработки и виды низколегированных сплавов

1. 5
2. 4
3. 3
4. 2
5. 1

(1 голос, в среднем: 5 из 5)

Низколегированная сталь содержит легирующие элементы в небольшом количестве, откуда и соответствующие название. Среди легирующих компонентов: хром, никель, молибден и др., придающие ей особые свойства. Благодаря указанным выше элементам, низколегированная сталь приобретает лучшую прочность, становится более податливой для обработки и устойчивость к коррозии, хотя и остаются достаточно уязвимыми перед воздействием атмосферных явлений. Легирующих элементов в составе сплава должно быть менее 2,5%, от всего объема, не считая углерода.

Низколегированная сталь марки

Низколегированная сталь марки которой указывают химический состав сплава, производится в большом количестве типов и наименований. Технология маркирования металла построена следующим образом: цифра, которая стоит перед буквой, соответствует среднему показателю углерода в стали в сотых долях процента. Буквы соответственно показывают наименование легирующего элемента:

• Г- марганец;
• С- кремний;
• Х- хром;
• Н- никель и т.д.

Если компонента в составе менее 0,3% от всего объема материала, то его в обозначение не вносят. Такие стали имеют лучшие механические свойства, выше износостойкость, лучшую свариваемость, чем углеродистые стали, но все эти марки нуждаются в защите от коррозии. Низколегированные стали марки 10ХСНД, 10ХНДП, 15ХСНД содержат легирующие их медь и олово, обладают замечательной стойкостью к атмосферным воздействиям, поэтому их применяют для строительных конструкций, опор электропередач и т.д. Такие марки как 18Г2С, 25Г2С используют в железобетонных конструкциях как арматуру. Марки 16ГС, 09Г2С, содержащие кремний и марганец, высокопрочные и очень надежные, они успешно применяются в химической промышленности. Эти стали имеют хорошую пластичность, ударную вязкость и свариваемость.

Низколегированная сталь применение

Низколегированная сталь применение которой довольно обширно в силу сочетания ряда положительных характеристик. Так механическая прочность стали позволяет снизить вес конструкций иногда до 30%, путем применения различной прокатной продукции. Кроме того, применение низколегированных сталей дает возможность повышать надежность конструкции и продолжительность срока службы, снижая при этом их стоимость. Благодаря хорошей сбалансированности легирующих элементов, толщина изделий значительно сокращается, поэтому низколегированная сталь применение находит в судостроении, магистральных трубопроводов, мостостроении, применяют ее и на железобетонных комбинатах для обеспечения жесткости железобетонных конструкций, для изготовления сосудов работающих под давлением, шахтного оборудования, землеройного и др.

Маркировка низколегированных сталей

Маркировка низколегированных сталей имеет буквы и цифры. Буква обозначает содержащийся легирующий элемент, а цифра среднее содержание элемента. Пример: сплав 18ХГТ содержит:

• 0,18% С;
• 1% Cr;
• 1% Mn;
• 0,1% Ti.

Марки низколегированных сталей могут иметь дополнительные обозначения:

• Р — быстрорежущая сталь;
• Ш — шарикоподшипниковая;
• А — автоматная сталь;
• Э – электротехническая;
• Л — полученная литьем.

Обработка низколегированной стали

Обработка низколегированной стали может быть термической, для придания сплаву повышенной прочности, пластичности, устойчивости к низким температурам и хорошую стойкость к коррозии. Например, трубы нефте-газопровода нуждаются в особых прочностных свойствах. Обработка низколегированной стали может быть механо-термической. При этом заготовка проходит холодную ковку и последующий за ним отжиг. При ковке получают необходимую мелкозернистость и нанокристалическое состояние, а отжиг производит необходимые рекристаллизационные процессы с появлением дисперсной структуры. Такая процедура позволяет исправить мельчайшие дефекты в микроструктуре сплава и повышает сопротивление хрупкому разрушению.

Сварка низкоуглеродистой стали, режимы и технология сваривания

пер.Каштановый 8/14 51100 пгт.Магдалиновка

Nikolaenko Dmitrij

Сварка низкоуглеродистой стали, режимы, типы и методы сваривания Сварка низкоуглеродистой стали, режимы, типы и методы сваривания

1. 5
2. 4
3. 3
4. 2
5. 1

(2 голоса, в среднем: 4 из 5)

Качественная сварка соединений деталей из низкоуглеродистой стали выполняется как правило в условиях промышленного предприятия, так как для обеспечения надежности и правильной проварки металлов необходимо четко соблюдать целый комплекс мер и условий.

Низкоуглеродистыми сталями называют сплавы с небольшим содержанием углерода, доходящим максимум до 0,25%. Низколегированными называют стали с содержанием до 4% легирующих элементов (содержание углерода не учитывается).

Низкоуглеродистые и низколегированные конструкционные стали отличаются хорошей свариваемостью. Это и определяет их как самые массово используемые и распространенные металлы при создании конструкций и механизмов.

Сварка низкоуглеродистой стали успешно применяется в большинстве сварных конструкций в виде листов и фасонного проката. Данный сплав очень хорошо сваривается, предъявляется комплекс требований для достижения прочного соединения двух металлов, чистое соединение без дефектов по всему периметру шва. Очень важно чтобы механические свойства свариваемого шва,  зоны шва и сварного соединения соответствовали минимуму  механическим свойствам основного металла, не были ниже установленных стандартов.

В зависимости от степени раскисления стали обыкновенного качества разделяют на:

• кипящие — кп;
• полуспокойные — пс;
• спокойные — сп.

Как и в других сварочных работах, не должно быть непроваров, каких — либо трещин, пор, подрезов. Сварное соединение  должно быть достаточно стойким чтобы не перейти в фазу хрупкости. Иногда  сварке низкоуглеродистой стали предъявляются требование к коррозийной стойкости сварного соединения. В случае если изделие будет испытывать вибрацию, ударные нагрузки, перемены температуры и т.д., тоже применяется сварка соединений.

При электрошлаковой сварке применяют низколегированную проволоку марки Св-10Г2. Данный выбор позволяет получить равномерную прочность металла и шва. При такой сварке термообработка увеличивает ударную вязкость, но, не повышает прочностные и пластические свойства шва металла.

Кипящие стали

Стали этой группы содержат около 0,07% кремния (Si). Ее получают неполным раскислением стали марганцем. При воздействии пониженных температур эта сталь переходит в хрупкое состояние. После сварки может стареть в околошовной зоне.

Спокойные стали

Спокойные стали содержат не менее 0,12% кремния (Si). Получают раскислением стали кремнием, марганцем, алюминием. Имеют равномерное распределение серы и фосфора. Спокойные стали менее отзывчивы на нагрев и менее склонны к старению.

Полуспокойные стали

Этот тип стали имеет средние характеристики между спокойными и кипящими. Производят углеродистые стали обыкновенного качества трех групп.

Стали группы А не используют для сварки, поставляют по их механическим свойствам. Букву «А» в обозначение стали не ставят, например «Ст2».

Стали группы Б и В поставляют по их химическим свойствам, химическим и механическим соответственно. В начало обозначения стали ставят букву группы, например БСт2, ВСт3.

Полуспокойные стали марок 3 и 5 могут поставляться с повышенным содержанием марганца. В таких сталях после обозначения марки ставят букву Г (например, БСт3Гпс).

Для изготовления ответственных конструкций следует использовать обыкновенные стали группы В. Изготовление сварочных конструкций из низкоуглеродистых сталей обыкновенного качества не требует применения термической обработки.

Какой свариваемостью обладают низкоуглеродистые стали

Какой свариваемостью обладают низкоуглеродистые стали — достаточно хорошей, при этом всеми видами сварки. Главное чтобы было высокое качество всего шва по всей длине соединения. Хорошо свариваются разными методами дуговой сварки, но при этом увеличивается металлоемкость и масса детали. Поэтому нужно повысить прочностные свойства, в сталь добавляют легирующие элементы, укрепляющие расплав и повышающие химические соединения.

Какой свариваемостью обладают низкоуглеродистые стали когда шов быстро охлаждается, это увеличивает его прочность, но снижаются пластичные свойства. Значимость скорости охлаждения  в основном бывает при дуговой сварке. Качества сварного соединения зависят как от свойств металла шва, так и свойств металла зоне сварного шва.

Углеродистые стали

Сплав железа с углеродом

Углеродистая сталь является металлическим сплавом, который образуется в результате комбинации железа и углерода. Обычно сталь считается углеродистой, когда суммарное содержание других легирующих элементов не превышает определенного количества процентов. Обычно, например, максимальное содержание марганца не превышает 1,6 %, кремния – 0,6 % и меди – 0,4 %. Если сталь содержит более высокое количество других элементов, таких как никель, хром или ванадии, то она уже считается легированной сталью.

Производители стали добавляют углерод к железу, чтобы сделать структуру сплава более твердой, а получаемую сталь более прочной. Углерод является самым дешевым легирующим элементом в стали и, изменяя его содержание, можно в значительной степени управлять свойствами стали. Обычно углеродистые стали классифицируют как низкоуглеродистые, среднеуглеродистые,  высокоуглеродистые и высокопрочные углеродистые (ледебуритные) стали.

Низкоуглеродистая сталь

Стали с очень низким содержанием углерода – от 0,05 до 0,3 % – называются низкоуглеродистыми сталями. Они похожи на железо, так как очень мягкие и пластичные, что затрудняет их механическую обработку резанием. Их применяют в виде листов, лент, проволоки. Низкоуглеродистые стали дешевле других сталей, но их свойства нельзя изменять с помощью термической обработки.

Среднеуглеродистая сталь

Увеличение содержания углерода делает углеродистые стали тверже и прочнее, но при этом снижается их свариваемость и пластичность, что делает сталь более хрупкой. Производители стали добавляют также к углероду небольшие количества других легирующих элементов для улучшения свойств стали, например, вязкие свойства.

Среднеуглеродистые стали имеют содержание углерода от 0,3 до 0,6 %. Их легче механически обрабатывать. В некоторые стали для улучшения обрабатываемости дополнительно добавляют кремний и марганец. Эти стали еще остаются относительно дешевыми и их применяют, в том числе, для таких ответственных изделий, как трубы и рельсы.

Высокоуглеродистая сталь

Высокоуглеродистые стали очень трудно сваривать, так как они содержат от 0,6 до 1,0 % углерода. Они также имеют большое содержание марганца, который добавляют для повышения закаливаемости стали. Эти стали легко упрочняются термической обработкой. Они имеют высокую прочность и применяются для изготовления инструментов, режущих лезвий, пружин и высокопрочной проволоки.

Ледебуритная сталь

Ледебуритные стали содержат углерод от 1,25 до 2,0 %. Их не подвергают холодной обработке, так как они очень хрупкие. Ледебуритные стали применяют для изготовления деталей, требующих очень высокой твердости, такие как лезвия, режущий инструмент и большие изделия. Ледебуритные стали очень чувствительны к термической обработке, обладают хорошей обрабатываемостью резанием и имеют очень высокую износостойкость.

ГОСТ 380-2005

Что такое низкоуглеродистая сталь? (с рисунком)

Низкоуглеродистая сталь — это тип металла, в котором легирующий элемент состоит из относительно небольшого количества углерода. Как правило, он имеет содержание углерода от 0,05 до 0,30% и марганца от 0,40 до 1,5%. Низкоуглеродистая сталь является одним из наиболее распространенных типов стали, используемых для общих целей, отчасти потому, что она зачастую дешевле, чем другие типы стали. Несмотря на то, что сталь обладает свойствами, которые хорошо подходят для производства различных товаров, из нее чаще всего производят плоский прокат или стальные полосы.

Трубы из низкоуглеродистой стали.

Изделия из низкоуглеродистой стали конкурируют с изделиями, которые могут быть изготовлены из нержавеющей стали и сплавов алюминия. Из низкоуглеродистой стали можно производить широкий спектр промышленных товаров — от бытовой техники и бортов судов до низкоуглеродистой стальной проволоки и жести.Поскольку в ней низкое количество углерода, сталь обычно более ковкая, чем другие виды стали. В результате из него можно тонко раскатать такие изделия, как панели кузова автомобиля.

Содержание углерода в панелях, изготовленных из низкоуглеродистой легированной стали, обычно довольно низкое, обычно менее 0.10%. Содержание углерода в таких продуктах, как листовой прокат, поковки, штамповки или профили, немного выше, обычно до 0,30%. Трубы — это распространенный продукт, изготовленный из более высокой категории углерода. Обычно труба из низкоуглеродистой стали используется для передачи таких веществ, как газ и нефть.

Процесс производства стали, а также метод раскисления могут влиять на свойства низкоуглеродистой стали.В целом эти свойства сопоставимы со свойствами железа. Стали с низким содержанием углерода обычно обладают более мягкими и слабыми свойствами, чем стали с более высоким содержанием углерода. Это может облегчить сварку.

Другие типы углеродистой стали включают в себя стали со средним, высоким и сверхвысоким углеродом.Среднеуглеродистая сталь обычно имеет содержание углерода от 0,30 до 0,60% и содержание марганца от 0,60 до 1,65%. Его часто используют для изготовления таких изделий, как оси, шестерни, валы и рельсовые системы. Часто используемая для изготовления сверхпрочной проволоки или пружинных материалов высокоуглеродистая сталь обычно имеет содержание углерода от 0,60 до 1,0% и содержание марганца от 0,30 до 0,90%. Сверхвысокоуглеродистая сталь, которую можно использовать для изготовления таких предметов, как ножи, подвергается термомеханической обработке и обычно имеет содержание углерода 1.От 25 до 2,0%.

.

Сплавы из 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 непрочный, но при этом обладает исключительной пластичностью и вязкостью. 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 содержание марганца более 1,65%, кремния более 0,5%, меди 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 придать огромное количество 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 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 обрабатывается. 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 обладает хорошим сочетанием прочности и пластичности, его можно закаливать и науглероживать.	Используется для простых структурных применений, 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, чем более низкие классы, при сохранении разумной пластичности.	Обычно используется в закаленном и отпущенном состоянии для повышения прочности. 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 — одна из сталей, легированных хромом, молибденом и марганцем, которые отличаются прочностью, хорошей прочностью на скручивание и хорошей усталостной прочностью.	Используется в огромном количестве приложений.
4330	G43300	4330 — это термообрабатываемый 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 деталей конструкции.

Низкоуглеродистые стали — химические свойства

Сплав	UNS Обозначение	C (макс.)	Mn (макс.)	пол. (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.)	пол. (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%	–	–	–	–	–

Легированная сталь Химические свойства

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

Низкоуглеродистые стали относительно мягкие и непрочные, но при этом обладают 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 (%)	по Бринеллю Твердость
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 (тыс. Фунтов на кв. Дюйм)	Доходность (тыс. Фунтов на кв. Дюйм)	Относительное удлинение (% в 2 ″)	Уменьшение площади (%)	по Бринеллю Твердость
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 (тыс. Фунтов на кв. Дюйм)	Доходность (тыс. Фунтов на кв. Дюйм)	Относительное удлинение (% в 2 ″)	Уменьшение площади (%)	по Бринеллю Твердость
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

.

Классификация углеродистых и низколегированных сталей

Американский институт чугуна и стали (AISI) определяет углеродистую сталь следующим образом: Сталь считается углеродистой сталью, если не указано или не требуется минимальное содержание хрома, кобальта, колумбия [ниобия], молибдена, никеля, титана, вольфрама, ванадия или цирконий или любой другой элемент, добавляемый для получения желаемого эффекта легирования; когда указанный минимум для меди не превышает 0,40%; или когда максимальное содержание, указанное для любого из следующих элементов, не превышает указанных процентных значений: марганец 1.65, кремний 0,60, медь 0,60.

Стали можно классифицировать по множеству различных систем в зависимости от:

• Состав, например углеродистая, низколегированная или нержавеющая сталь.
• Методы производства, такие как мартеновский, кислородный или электрические печи.
• Метод чистовой обработки, такой как горячая или холодная прокатка
• Форма продукта, такая как прутковая плита, лист, полоса, трубки или структурная форма
• Практика раскисления, такая как сталь с убитым, полузабитым, укупорочным или окаймленным стальным покрытием
• Микроструктура, такая как ферритная, перлитная и мартенситная
• Требуемый уровень прочности, как указано в стандартах ASTM
• Термическая обработка, такая как отжиг, закалка и отпуск, а также термомеханическая обработка
• Дескрипторы качества, такие как качество поковки и товарное качество.

Углеродистая сталь

Американский институт железа и стали (AISI) определяет углеродистую сталь следующим образом:

Сталь считается углеродистой сталью, если не указано или не требуется минимальное содержание хрома, кобальта, колумбия [ниобия], молибдена, никеля, титана, вольфрама, ванадия или циркония или любого другого элемента, добавляемого для получения желаемого легирующего эффекта. ; когда указанный минимум для меди не превышает 0,40%; или когда максимальное содержание, указанное для любого из следующих элементов, не превышает указанных процентных значений: марганец 1.65, кремний 0,60, медь 0,60.

Углеродистая сталь может быть классифицирована в соответствии с различными методами раскисления как сталь с ободом, покрытая оболочкой, полузабитая или раскисленная сталь. Практика раскисления и процесс выплавки стали будут влиять на свойства стали. Однако изменения содержания углерода имеют наибольшее влияние на механические свойства, при этом увеличение содержания углерода приводит к увеличению твердости и прочности. Таким образом, углеродистые стали обычно классифицируют в соответствии с их содержанием углерода.Вообще говоря, углеродистые стали содержат до 2% легирующих элементов и могут быть подразделены на низкоуглеродистые, среднеуглеродистые, высокоуглеродистые и сверхвысокуглеродистые стали; каждое из этих обозначений обсуждается ниже.

В целом углеродистые стали являются наиболее часто используемыми сталями. Более 85% стали, производимой и отгружаемой в США, составляет углеродистая сталь.

Низкоуглеродистая сталь содержит до 0,30% C. Самая большая категория стали этого класса — это плоский прокат (лист или полоса), обычно в холоднокатаном и отожженном состоянии.Содержание углерода в этих сталях с высокой формуемостью очень низкое, менее 0,10% C и до 0,4% Mn. Типичное применение — панели кузова автомобилей, жесть и изделия из проволоки.

Для стального проката конструкционных листов и профилей содержание углерода может быть увеличено примерно до 0,30%, при более высоком содержании марганца до 1,5%. Эти материалы могут использоваться для штамповки, поковок, бесшовных труб и котельной плиты.

Среднеуглеродистая сталь похожа на низкоуглеродистую сталь, за исключением того, что содержание углерода колеблется от 0.От 30 до 0,60% и марганца от 0,60 до 1,65%. Увеличение содержания углерода примерно до 0,5% с сопутствующим увеличением марганца позволяет использовать среднеуглеродистые стали в закаленном и отпущенном состоянии. Среднеуглеродистые марганцевые стали используются для изготовления валов, осей, шестерен, коленчатых валов, муфт и поковок. Стали с содержанием углерода от 0,40 до 0,60% C также используются для изготовления рельсов, железнодорожных колес и осей рельсов.

Высокоуглеродистые стали содержат от 0,60 до 1,00% C с содержанием марганца от 0.От 30 до 0,90%. Высокоуглеродистые стали используются для изготовления пружинных материалов и высокопрочной проволоки.

Сверхвысокоуглеродистая сталь представляет собой экспериментальные сплавы, содержащие от 1,25 до 2,0% C. Эти стали подвергаются термомеханической обработке для получения микроструктуры, состоящей из ультратонких равноосных зерен сферических, прерывистых частиц доэвтектоидного карбида.

Стали высокопрочные низколегированные

Высокопрочные низколегированные (HSLA) стали или микролегированные стали предназначены для обеспечения лучших механических свойств и / или большей устойчивости к атмосферной коррозии, чем обычные углеродистые стали в обычном смысле, потому что они предназначены для удовлетворения определенных механических свойств, а не химический состав.

Стали HSLA имеют низкое содержание углерода (0,05–0,25% C) для обеспечения адекватной формуемости и свариваемости, а также содержат до 2,0% марганца. Небольшие количества хрома, никеля, молибдена, меди, азота, ванадия, ниобия, титана и циркония используются в различных комбинациях.

Классификация HSLA:

• Погодостойкая сталь , показывающая превосходную стойкость к атмосферной коррозии
• Контрольно-прокатные стали , горячекатаные в соответствии с заданным графиком прокатки, разработанные для образования сильно деформированной аустенитной структуры, которая при охлаждении преобразуется в очень мелкую равноосную ферритную структуру
• Стали с пониженным содержанием перлита , усиленные очень мелкозернистым ферритом и дисперсионным упрочнением, но с низким содержанием углерода и, следовательно, с небольшим содержанием перлита в микроструктуре или без него
• Микролегированные стали с очень небольшими добавками таких элементов, как ниобий, ванадий и / или титан, для измельчения зерна и / или дисперсионного твердения
• Сталь с игольчатым ферритом , очень низкоуглеродистая сталь с достаточной способностью к закалке для превращения при охлаждении в очень мелкую высокопрочную структуру игольчатого феррита, а не в обычную структуру многоугольного феррита
• Двухфазная сталь , обработанная до микроструктуры феррита, содержащей небольшие равномерно распределенные области высокоуглеродистого мартенсита, в результате получается продукт с низким пределом текучести и высокой скоростью деформационного упрочнения, что обеспечивает получение высокопрочной стали. превосходной формуемости.

Различные типы сталей HSLA могут также иметь небольшие добавки кальция, редкоземельных элементов или циркония для контроля формы сульфидных включений.

Стали низколегированные

Низколегированные стали представляют собой категорию черных металлов, которые демонстрируют механические свойства, превосходящие простые углеродистые стали, благодаря добавкам легирующих элементов, таких как никель, хром и молибден. Общее содержание сплава может варьироваться от 2,07% до уровней чуть ниже, чем у нержавеющих сталей, которые содержат минимум 10% Cr .

Для многих низколегированных сталей основной функцией легирующих элементов является повышение прокаливаемости с целью оптимизации механических свойств и ударной вязкости после термообработки. В некоторых случаях, однако, используются легирующие добавки, чтобы уменьшить ухудшение состояния окружающей среды при определенных условиях эксплуатации.

Как и стали в целом, низколегированные стали можно классифицировать по:

• Химический состав , например никелевые стали, хромоникелевые, молибденовые, хромомолибденовые стали
• Термическая обработка , такая как закалка и отпуск, нормализация и отпуск, отжиг.

Из-за большого разнообразия возможных химических составов и того факта, что некоторые стали используются в более чем одном термически обработанном состоянии, существует некоторое совпадение между классификациями легированных сталей. В этой статье рассматриваются четыре основные группы легированных сталей: (1) низкоуглеродистые закаленные и отпущенные (QT) стали, (2) среднеуглеродистые сверхвысокопрочные стали, (3) подшипниковые стали и (4) жаропрочные стали. стойкие хромомолибденовые стали.

Низкоуглеродистая закаленная и отпущенная сталь сочетает в себе высокий предел текучести (от 350 до 1035 МПа) и высокую прочность на растяжение с хорошей ударной вязкостью, пластичностью, коррозионной стойкостью или свариваемостью.Различные стали имеют разные комбинации этих характеристик в зависимости от их предполагаемого применения. Однако некоторые стали, такие как HY-80 и HY-100, подпадают под военные спецификации. Перечисленные стали используются в основном в качестве листового металла. Некоторые из этих сталей, а также другие подобные стали производятся в виде поковок или отливок.

Среднеуглеродистые сверхвысокопрочные стали — это конструкционные стали с пределом текучести, который может превышать 1380 МПа. Многие из этих сталей имеют обозначения SAE / AISI или являются патентованными составами.Формы продукции включают заготовку, пруток, пруток, поковку, лист, трубы и сварочную проволоку.

Подшипниковые стали , используемые для шариковых и роликовых подшипников, состоят из низкоуглеродистой (от 0,10 до 0,20% C ) цементированной стали и высокоуглеродистой (-1,0% C) стали с сквозной закалкой. Многие из этих сталей имеют обозначения SAE / AISI.

Хромомолибденовые жаропрочные стали содержат от 0,5 до 9%, Cr, и от 0,5 до 1.0% Пн . Содержание углерода обычно ниже 0,2%. Хром обеспечивает улучшенную стойкость к окислению и коррозии, а молибден увеличивает прочность при повышенных температурах. Обычно они поставляются в нормализованном и отпущенном, закаленном и отпущенном состоянии или в отожженном состоянии. Хром-молибденовые стали широко используются в нефтяной и газовой промышленности, в производстве ископаемого топлива и на атомных электростанциях.

.