Как влияет содержание углерода на свойства сталей

Использование стали

Углеродистая сталь различных марок используется для изготовления конструкций во многих отраслях. В зависимости от области применения продукции, используются определенные марки.

Обычного качества

Количество посторонних примесей, находящихся в готовой продукции, регламентировано ГОСТ 380-2005. Углеродистая сталь обычного качества используется для производства:

  • Ст0 – обшивки, арматуры и т. д.;
  • Ст1 – швеллеров, тавровых и двутавровых балок. Отличается низкой твердостью, но хорошей вязкостью;
  • Ст2 – частей неответственных конструкций. Является высокопластичным материалом;
  • Ст3 – металлопроката, применяемого для возведения строительных конструкций, кузова, дисков автомобильной техники и т. п.;
  • Ст5 – болтов, гаек, рычагов, пальцев, осей и т. д.;
  • Ст6 – деталей повышенной прочности для деревообрабатывающих и металлообрабатывающих станков.

Качественная

Из марок качественной стали изготавливают:

Применение углеродистой сталиПрименение углеродистой стали

  • Трубы и детали, которые применимы в котлостроении.
  • Изделия с высокой пластичностью – болты, гайки и др.
  • Детали, предназначенные для создания свариваемых конструкций.
  • Различного рода патрубки, пальцы, оси.
  • Шестерни, муфты сцепления грузовых автомобилей, автобусов и другой техники.
  • Пружинные шайбы, кольца.

Инструментальная

Углеродистые инструментальные стали разных марок имеют повышенную прочность, и большой показатель ударной вязкости. Они применяются для создания всевозможных инструментов и сменных элементов. При производстве изделия подвергаются многократному воздействию высокой температуры, что улучшает их физические свойства. Изделия устойчивы к быстрому изменению температуры, и имеют высокую устойчивость к коррозии.

Инструментальная углеродистая сталь

Стали конструкционные рессорно-пружинные

14ХН4А, 38Х2Н5М, 20ХН3А.

Общее требование, предъявляемое к рессорно-пружинным сталям, — обеспечение высокого сопротивления малым пластическим деформациям (предел упругости) и релаксационной стойкости (сопротивление релаксации напряжений). Эти характеристики обеспечивают точность и надёжность работы пружин и постоянство во времени таких эксплуатационных свойств, как крутящий момент, силовые параметры. Пружинные стали в виде проволоки и ленты упрочняют холодной пластической деформацией и закалкой на мартенсит с последующим отпуском. Готовые пружины подвергают стабилизирующему отпуску.

Технология изготовления

Изготовление стали в металлургической промышленности производится различными способами. Каждый метод производства отличается, в зависимости от применяемого оборудования. Так, все оборудование для производства углеродистых сталей можно разделить на три типа:

  • Конверторные плавильные печи.
  • Печи мартеновского типа.
  • Электрические печи.

Технология производства углеродистых труб

Конверторные

Конверторные печи осуществляют расплавление всего состава сплава. При таком методе расплавленная масса подвергается обработке техническим кислородом. Для очистки раскаленной массы от разнообразных примесей в нее добавляют известь. Так удается превратить примеси в шлак. Во время производственного процесса активно происходит процесс окисления металла. Это провоцирует выделение большого количества угара.

Изготовление углеродистых сталей в печах конверторного типа имеет существенный недостаток. К нему относится то, что при работе происходит выделение большого количества пыли. Это приводит к необходимости установки дополнительных фильтровальных установок, что влечет за собой затраты денежных средств. Несмотря на это, конверторный метод имеет высокую производительность, и широко применяется в металлургии.

Конверторные печи

Мартеновские

Получение различных марок углеродистой стали с использованием печей мартеновского типа дает возможность получить конечный продукт высокого качества. Производственный процесс происходит следующим образом:

  • В специализированный отсек печи загружаются составляющие сплава: чугун, стальной лом и т. д.;
  • Весь состав нагревается до высокой температуры;
  • Под воздействием температуры все составляющие превращаются в однородную раскаленную массу;
  • При плавлении происходит взаимодействие всех компонентов сплава железа и углерода;
  • Материал, получившийся в результате химического взаимодействия, выходит из печи.

Принцип работы мартеновской печиПринцип работы мартеновской печи

Электрические

Способ получения различных марок углеродистой стали в электрических печах отличается от вышеперечисленных. Его отличие состоит в способе нагрева состава. Применение электричества для разогрева компонентов снижает окисляемость металла. Это значительно уменьшает количество водорода в составе металла, что улучшает структуру сплава и влияет на качество окончательного продукта.

Особенности процесса производства стали

Маркировка стали

Все углеродистые согласно маркировке стали делятся на три категории:

  • Группа А. К ней относятся сплавы, соответствующие строго заданным механическим свойствам;
  • Группа Б. Стали этой группы четко соответствуют по химическому составу;
  • Группа В. Продукция этой группы должна соответствовать механическим, физическим и химическим свойствам одновременно.

Категории углеродистой стали

У стали обыкновенного качества в начале обозначения стоят буквы Ст. За буквами Ст в маркировке идет цифровое обозначение. Цифра в маркировке обозначает номер марки металла. Далее, после номера, вписывается тип сплава. Обозначение типа сплава следующее:

  • КП – кипящий;
  • ПС – полуспокойный;
  • СП – спокойный.

Непосредственно перед буквенным обозначением сплава стоит буква, обозначающая группу стали. Если продукт относится к группе А, то буква не проставляется.

Маркировка углеродистой стали

Цветовая маркировка

Для быстрого определения марки производитель наносит специализированной краской соответствующие полосы:

  • Ст0 – зеленая полоса + красная.
  • Ст1 – одна желтая + одна черная.
  • Ст3Гсп – коричневая + синяя.
  • Ст3 – красная.
  • Ст4 – черная.
  • Ст5Гпс – коричневая + зеленая.
  • Ст5 – зеленая.
  • Ст6 – синяя.

Цветовая маркировкаЦветовая маркировка

Степень наличия углерода в материале определяется в самом начале. Количество углерода для металла группы А указывается в сотых частях процента. Для Б и В – в десятых. В некоторых случаях после этих цифр производитель проставляет букву Г. Она означает, что в изделии содержится большое количество марганца.

Категории качественной стали

Качественные стали разной маркировки можно разделить на несколько категорий:

  • 08пс, 08кп – имеют высокую пластичность. Хорошо подходят для холодной прокатки;
  • От 10 до 25 – используется для горячей штамповки или прокатки;
  • От 60 до 85 – применяется для выполнения ответственных конструкций, таких как рессоры, пружины, муфты сцепления;
  • 30, 50, 30Г, 50Г – повышенной прочности, выдерживающие большие нагрузки.

Маркировка качественных углеродистых сталей

Легированные конструкционные стали

Легированные конструкционные стали применяются для наиболее ответственных и тяжелонагруженных деталей машин. Практически всегда эти детали подвергаются окончательной термической обработке — закалке с последующим высоким отпуском в районе 550—680 °C (улучшение), что обеспечивает наиболее высокую конструктивную прочность. Легирующие элементы — химические элементы, которые вносят в состав конструкционных сталей для придания им требуемых свойств. Ведущая роль легирующих элементов в конструкционных сталях заключается и в существенном повышении их прокаливаемости. Основными легирующими элементами этой группы сталей являются хром (Cr), марганец (Mn), никель (Ni), молибден (Mo), ванадий (V) и бор (В). Содержание углерода (С) в легированных конструкционных сталях — в пределах 0.25-0.50 %.

Маркировка

  • Две цифры вначале маркировки указывают на конструкционные стали (одна цифра — на инструментальные). Это содержание в стали углерода в сотых долях процента.
  • Буква без цифры — определённый легирующий элемент с содержанием в стали менее 1 %.(А-азот, Р-бор, Ф-ванадий, Г-марганец, Д-медь, К-кобальт, М-молибден, Н-никель, С-кремний, Х-хром, П-фосфор, Ч-редкоземельные металлы, В-вольфрам, Т-титан, Ю-алюминий, Б-ниобий)
  • Буква и цифра после неё — определённый легирующий элемент с содержанием в процентах (цифра).
  • Буква А в конце маркировки — указывает на высококачественную сталь.
  • Например 38Х2Н5МА — это среднелегированная высококачественная хромоникелевая конструкционная сталь. Химический состав: углерод — около 0,38 %; хром — около 2 %; никель — около 5 %; молибден — около 1 %.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий