Что относится к стали

Наибольшего внимания заслуживает углеродистая сталь и ее марки. Они лишены значимых легирующих добавок и потому представляют собой исключительно композицию железа и углерода в чистом виде. Познакомиться с углеродистыми сталями поближе — значит понять основополагающие принципы, как ведут себя все сплавы из категории «черных» и от чего зависят их рабочие характеристики.

Оглавление

• Всё об углеродистой стали – от состава до применения
• Классификация и марки
• По химическому составу
• По области применения
• Свойства углеродистых сталей
• Прочностные характеристики
• Коррозионная стойкость
• Износостойкость
• Стойкость к воздействию температур
• Технологичность в обработке
• Применение углеродистых сталей
• Производство деталей машин
• Производство инструмента
• Производство крепежа
• Заключение

Классификация и марки

Лишь у некоторых уникальных промышленных материалов есть полноценные имена — в честь их изобретателей или каких-то особенных свойств. Остальные довольствуются условным обозначением — т.н. маркой, внутри которой зашифрована ключевая информация. Марку можно сравнить с разновидностью, чей состав и структура жестко определены и неизменны.

Конструкционные и инструментальные углеродистые стали

Условно все углеродистые стали делят на несколько категорий, используя два определяющих параметра: химсостав материала или его функциональное применение. Причем марки, соседствующие в одной группе по первому делению, с большой долей вероятности станут коллегами и при оценке рабочих свойств.

По химическому составу

Ключевым параметром, на который обращают внимание при знакомстве с любой маркой стали, становится процент содержания углерода. Различают три вида:

05кп, 08кп, 10, 15, 20, Ст0, Ст1, Ст2

25, 35, 45, 55, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6

58, 60, 65, 70, 75, 80, 85, У9, У12, У13

Низкоуглеродистые стали предназначены преимущественно для изготовления сварных изделий — за счет малой доли углерода они очень податливы к любым процессам сварки, не склонны к образованию флокенов и трещин, легко поддаются механическому резанию и изгибу. В целом, они вязкие и с низкой прочностью.

Среднеуглеродистые стали — наиболее ходовые и популярные благодаря своей «серединности» и универсальности. Они лишены недостатков остальных граничных групп и обладают собственными достоинствами.

В частности, такие марки стабильно и уверенно реагируют на закалку, набирая нужную прочность и твердость без дополнительных ухищрений. Но сварку следует вести с осторожностью — увеличенная доза углерода может приводить к развитию трещин при кристаллизации шва.

Высокоуглеродистые стали вообще не рекомендуется варить: они очень склонны к образованию трещин, флокенов и остаточных напряжений в зоне шва. За счет высокой доли углерода на закалку реагируют лучше всех остальных. Результатом становится очень высокая твердость и прочность, вплоть до возникновения пружинящих свойств.

Такие марки закладывают для изготовления специальных деталей машин, пружин различной конфигурации (плоские, витые, тарельчатые), режущего и слесарного инструмента.

По области применения

С учетом химического состава, «круг обязанностей» каждой марки уже предопределен, как и сфера, где ее можно использовать максимально эффективно. Поэтому все углеродистые стали разделили на три категории по области применения:

Категория	Группа	Примеры марок
Конструкционные	Общего назначения	Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст5
	Качественные	05кп, 08кп, 10, 15, 20, 35, 45, 50, 55, 60
	Повышенной обрабатываемости	А11, А20, А30, А35
Инструментальные	—	У8, У10, У11, У12А
Специальные	Рессорно-пружинные	65, 70, 75, 80, 85
	Для строительных конструкций	С235, С285, С590К
	Подшипниковые	ШХ4
	Для крановых рельс	К63

Конструкционные углеродистые стали предназначены для изготовления деталей машин и металлоконструкций. Их активно используют во всех сферах промышленности — начиная от металлообработки и заканчивая возведением атомных электростанций.

Среди них выделяют три основных группы:

• общего назначения — марки со стандартной степенью очистки от постоянных примесей. Нужно преимущественно для сварных строительных конструкций, корпусных деталей и ненагруженных элементов;
• качественные — повышенной степени очистки и с улучшенными механическими свойствами. Применяются для производства деталей машин и крепежа;
• повышенной обрабатываемости — с максимально стабильной структурой и постоянством физико-механических свойств по всему объему. Такой материал идет в работу на автоматические линии.

• режущего инструмента — для работ по дереву, пластику, мягким цветным сплавам и незакаленной стали;
• мерительного инструмента;
• слесарного инструмента;
• оснастки для холодной штамповки;
• вспомогательной станочной оснастки.

Главное преимущество инструментальных марок — очень сильная реакция на закалку, увеличенная износостойкость, твердость и прочность.

Углеродистая сталь для строительных конструкций идет на массовый выпуск фасонного проката: швеллера, тавровой и двутавровой балки, уголков. В сплавах этого типа заложено мало углерода и ощутимое количество примесей кремния и марганца (до 0,5..0,8%), чтобы обеспечить необходимую вязкость, устойчивость и хорошее восприятие сварочных процессов.

Очень интересна марка ШХ4, случайно попавшая в группу подшипниковых как единственная нелегированная сталь. Ее используют для производства колец железнодорожных подшипников. Содержание углерода там изрядное — в пределах 0,95 до 1,05% — и присутствует щепотка хрома — 0,35..0,5%.

Марку К63 (или просто 63) применяют исключительно для горячей прокатки специального сортамента — рельс крановых путей. Этот сплав обеспечивает необходимый баланс между прочностью, износостойкостью и стрессоустойчивостью. Материал постоянно работает с высокими нагрузками и фрикционным износом от катания колес.

Свойства углеродистых сталей

При рассмотрении той или иной марки, инженера интересует химический состав не сам по себе, а как прямое указание на возможные физико-механические свойства. А те, в свою очередь, отражают диапазон функций, которые характерны для материала.

И с оглядкой на такую взаимосвязь можно сделать утверждение, что каждая марка углеродистой стали по-своему уникальна, потому что обладает собственным, неповторимым набором характеристик.

Прочностные характеристики

Первым параметром, на который ориентируются при проектировании любой конструкции, становится умение материала сопротивляться действующим нагрузкам. Это комплексная характеристика, в которую войдут:

• предел прочности — размер силовой нагрузки, при которой металл разрушается;
• предел текучести — размер силовой нагрузки, при которой металл начинает деформироваться;
• ударная вязкость — способность сопротивляться внезапным силовым воздействиям;
• относительное удлинение при разрыве — насколько металл будет удлиняться перед тем, как окончательно «порваться» под действием радикальной силовой нагрузки, превышающей предел прочности;
• твердость — способность сопротивляться внедрению иного твердого тела.

Все эти показатели тесно связаны между собой. И по их оценке можно легко предсказать, как материал поведет себя в работе.

Связь между отдельными механическими характеристиками сплава не всегда прямая. Например, предел прочности всегда в 1,7..2,2 раза больше предела текучести. Зато, чем выше предел прочности сплава — тем зачастую меньшую величину относительного удлинения при разрыве он покажет.

Ниже в таблице приведены ориентировочные показатели разных категорий сталей в «сыром» состоянии.

Источник: rskrep.ru

Основные характеристики, свойства и классификация стали

Сталь — ковкий сплав железа с углеродом (до 2%) и иными компонентами. Это крайне важный материал, применяемый почти во всех отраслях. Есть множество марок, имеющих различия в структуре, химическом составе, механических и физических свойствах. Комплексом различных характеристик обуславливается широкое применение этих сплавов.

Основные параметры

От других материалов сталь отличается своими параметрами: плотностью, удельной тепловой ёмкостью, температурой плавления, показателями линейного теплового расширения и другими. Среди основных характеристик стали следует выделить:

1. Плотность: от 7,6 до 7,8 г/см³.
2. Удельная тепловая ёмкость при температуре 20 °C: 462 Дж.
3. Температура плавления стали: 1400—1500° Цельсия.
4. Удельная масса: 75500—77500 Н/м³.
5. Удельная теплота плавления: 84 кДж/кг.
6. Показатель линейного теплового расширения (нержавеющей): 11,0 * 10 − 6 / °C.
7. Коэффициент тепловой проводимости при t = 100° Цельсия (хромоникельвольфрамовой: 15,5; дюралюминиевой: 56,3 Вт/(м·К).
8. Лимит прочности при растяжении и сопротивлении (для конструкций: 373−412 мПа; кремнехромомарганцовистой: 1,52 ГПа).
9. Модуль упругости стали (или модуль Юнга): 200 тысяч (Е, мПа). В таблице упругости некоторых веществ приводится также значение, равное 2 039 400 (Е, кгс/см²).
10. Коэффициент Пуассона: 0,3 единицы.

Качества стали меняются с помощью различных типов обработки: термической, термомеханической, химико-термической. При обрабатывании с целью получить требуемую структуру пользуются полиморфическим свойством — возможностью кристаллической решётки изменять строение при нагревании и охлаждении. Производя закаливание с дальнейшим нагреванием (отпуском), можно добиться получения оптимальной формулы, сочетающей пластичность, твёрдость и плотность стали.

Преимущества и недостатки

Стали сочетают большую жёсткость с высокой прочностью. На эти характеристики можно влиять в большом диапазоне с помощью варьирования концентрации углерода, легирующих добавок и технологических процессов (химико-термической и термической обработки).

К основным достоинствам стали можно отнести следующие характеристики:

• высокая твёрдость и прочность;
• множество различных свойств, которые обуславливаются разным составом и способами обрабатывания;
• упругость и вязкость;
• очень высокая износоустойчивость;
• большое распространение сырья и выгодный с экономической точки зрения способ изготовления, что приводит к невысокой цене сплавов.

У стали и продукции, изготовленной из нее, имеются и недостатки. Их меньше, чем достоинств, но все же знать о них необходимо:

• отсутствие временной устойчивости к коррозии (за исключением нержавейки);
• способность накапливать электрическую энергию;
• большой вес;
• многоэтапность изготовления обыкновенных изделий.

Стоит иметь в виду, что сталь — довольно сложный в обработке материал, поэтому для производства продукции из нее необходимы дорогостоящие станки и приспособления.

Классификация и виды

Сталь классифицируется по химическому составу, по содержанию добавок, по способу изготовления, по уровню раскисления и по другим группам.

По химическому составу она бывает углеродистая и легированная. В углеродистой, помимо углерода и железа, присутствует кремний (до 0,3%) и марганец (до 1,1%).

Для придания особенных качеств в сплав вводят легирующие добавления (обычно металлы): хром, алюминий, титан, азот, фосфор, кремний, углерод, бор и др.

Низкоуглеродистые высококачественные конструкционные стали по определению имеют небольшую прочность и высокую пластичность.

Среднеуглеродистые высококачественные (Ст 30−55) применяются после поверхностного закаливания и нормализации для создания деталей, имеющих высокую прочность сердцевины. Ст 60 — Ст 85 имеют большую прочность, износоустойчивость, свойства упругости.

Высококачественная отличается сложным химсоставом с уменьшенной долей фосфора и серы. Сталь обычного качества (доля углерода меньше 0,6%) обозначается Ст 1−6. Символы «Ст» указывают на материал обычного качества, а цифры − номер маркировки исходя из свойств.

В качественной стали доля углерода приводится в сотых процента, добавочно могут указываться характер затвердения и уровень раскисления. Она характеризуется высоким уровнем свариваемости и большой пластичностью.

По уровню раскисления подразделяется на следующие виды:

По области применения сталь бывает строительной, инструментальной, конструкционной и легированной.

Строительная имеет прекрасную свариваемость. Цифра показывает условный номер состава по ГОСТ. Чем он выше, тем прочнее сплав (например, чугун) и тем меньше его пластичность.

1. Низколегированная — легирующих составляющих до 2,4% (09Г2С, 18ХГТ, 10ХСНД). Отличается большой прочностью благодаря повышенному лимиту вязкости, что крайне необходимо для конструкций большой ответственности.
2. Среднелегированная (от 2,4 до 10%).
3. Высоколегированная (от 10 до 50%).

Сталь 09Г2С используется для парового оборудования, работающего под температурой от -70 до +450°C и давлением, а также для ответственных сварных листовых конструкций в нефте- и химмашиностроении, судостроении.

Сталь 10ХСНД применяют для сварных конструкций химмашиностроения, профилей в вагоностроении, судовом строении. 18ХГТ используется для элементов, которые функционируют на больших скоростях, нагрузках и давлении.

Сталь специального назначения — сплав с особенными физическими качествами. Используется в электротехнической отрасли и точном судовом строении.

По нормируемым параметрам делится на категории: от 1 до 5. Ими обозначают химсостав, предельную вязкость, механические качества при растяжении. К примеру, категория 1 — химсостав не нормируем, категория 3 — имеет нормируемую максимальную вязкость при t = +20°C. Для Ст0 не нормируют ни химсостав, ни ударную текучесть.

Марки стали

Конструкционные сплавы, характеризующиеся обычным качеством и не содержащие легирующие добавки, обозначают символами «Ст». По цифре, следующей за буквами в наименовании марки, устанавливается объём в данном сплаве углерода (приводится в десятых долях). За цифрами могут следовать символы «КП»: по ним определяют, что над конкретным сплавом не полностью был проведён в печи раскислительный процесс, а следовательно, сталь относится к кипящей. Если в наименовании марки отсутствуют такие буквы, то стальной сплав принадлежит к спокойному.

В маркировке легированных сплавов возможно указание следующих символов в виде букв: Х, С, Т, Д, В, Г, Ф, Р и других.

В начале наименования таких марок указываются цифры (одна либо две), определяющие содержащийся в сплаве объём углерода. Если цифры отсутствуют, значит, углерода содержится в подобных сплавах не выше 1%.

Источник: nauka.club

Классификация углеродистых сталей

Углеродистая сталь – это металлический сплав, состоящий из железа и углерода. В углеродистых сортах стали минимум дополнительных компонентов. Такие сплавы обладают хорошей пластичностью, сохраняют прочность при нагреве до 400С, могут обрабатываться как холодным, так и горячим методом. Существует общепринятая классификация и маркировка углеродистых сталей, позволяющая определить свойства металла и область его применения.

Что относится к углеродистой стали

• кремний до 1%;
• марганец до 1%;
• сера до 0,05%;
• фосфор до 0,06%.

Технология производства

Для производства углеродистой стали используют металлический и чугунный лом, в производстве могут применяться следующие технологии:

• мартеновские установки;
• конверторные плавильные печи;
• электрические плавильные печи.

Выплавка в мартеновской установке позволяют получать углеродистые стали различного вида. Сырье загружают в плавильные камеры, под воздействием высоких температур происходит плавление.

В конверторных печах при плавлении сырья производится дополнительная обработка техническим кислородом. Для перевода примесей в шлак используют обожженную известь.

В электрических плавильных печах сталь не подвергается окислительному воздействию, что позволяет уменьшить количество водорода в готовом сплаве, следовательно, увеличить чистоту стали.

Классификация по количеству углерода

Классификация углеродистых сталей по количеству углерода зависит от процентного соотношения в сплаве С:

• низкоуглеродистая сталь (до 0,25% углерода);
• среднеуглеродиста (от 0,2 до 0,6% углерода);
• высокоуглеродистая (от 0,6 до 2% углерода).

От процентного соотношения углерода в сплаве зависят такие качества металла, как устойчивость к деформации, устойчивость к высоким нагрузкам, прочность, пластичность и т. д.

Классификация по качеству

Классификация углеродистых сталей по качеству определяет наличие в составе примесей серы и фосфора. Эти химические элементы придают сплавам краноломкость (сера) и хладноломкость (фосфор). Выделяют следующие категории качества:

Классификация по назначению

Классификация углеродистых сталей по назначению определяет область применения сплавов. Инструментальные сплавы обладают повышенной прочностью, устойчивостью к механическим нагрузкам, устойчивостью к коррозии. Такой материал используют для изготовления инструментов, в том числе, ударных и режущих.

Область применения конструкционной стали достаточно обширна. Из металла изготавливают различные детали и элементы, в том числе, строительные металлоконструкции, элементы железнодорожных вагонов и т.д.

Классификация по способу раскисления

Важной характеристикой углеродистой стали является способ раскисления. Выделяют три вида стали: спокойные, полуспокойные кипящие. При равном процентном отношении углерода металлические сплавы будут иметь равные характеристики прочности и различные параметры пластичности.

Раскисление кипящих сталей производится при помощи марганца. Такой металл отличается неоднородностью слитка. Кипящие стали можно использовать для холодной ковки, изделия из сплавов плохо переносят пониженные температуры и не рекомендуются для использования в холодном климате.

При изготовлении полуспокойных сталей раскисление производится марганцем и алюминием. Полуспокойные стали отличает однородность слитка и стабильность характеристик. Спокойные стали раскисляются алюминием, марганцем и кремнием. Для этого вида металла характерна однородная структура, прочность, устойчивость к динамическим нагрузкам.

Маркировка углеродистой стали

Классификацию и применение углеродистой стали отображают в маркировке. Согласно принятым стандартам, применяют следующие обозначения:

Для высококачественной стали также применяют маркировку, показывающую область применения сплава. Из буквенных обозначений также узнают количество примесей:

• В — вольфрам;
• Н – никель;
• К — кобальт;
• Г — марганец и т.д.

Для маркировки стального проката применяют цветовое обозначение, это позволяет не путать сорта металлопроката при транспортировке и хранении. Принято использовать следующие обозначения:

• Красный – высокопрочные стали;
• Желтый – конструкционные стали;
• Синий – нержавеющие стали;
• Зеленый — сталь универсального применения.

Где применяют углеродистую сталь

Углеродистая сталь имеет широкую сферу применения. В зависимости от квалификационных характеристик материал используют для изготовления инструментов, элементов трубопровода, металлопроката. Сталь высокого качества могут использовать для изготовления деталей производственного оборудования, элементов для высокоточных приборов и т.д.

Источник: m-investspb.ru