Углеродистая сталь свойства состав применение – Углеродистая сталь — состав, свойства, применение и маркировка

tokar.guru

Углеродистая сталь — свойства, марки, классификация и применение сталей

Сталь – это сплав, состоящий из двух обязательных компонентов, – железа и углерода. Дополнительные элементы – кремний менее 1%, марганец менее 1%, сера – менее 0,05%, фосфор менее 0,06%. Содержание углерода не более 2,14%. Сплавы с процентным соотношением C, превышающим 2,14%, относятся к чугунам. По химическому составу марки стали разделяют на углеродистые и легированные, которые содержат дополнительные добавки, придающие материалу желаемые характеристики. Углеродистые стальные сплавы классифицируют по степени раскисления, содержанию углерода, качеству.

Классификация углеродистых сталей по степени раскисления

Спокойные

Такие сплавы обладают наиболее однородной структурой. Для раскисления используют алюминий, ферросилиций и ферромарганец, которые практически полностью удаляют находящие в расплаве газы. Сочетание практически полного отсутствия газов с мелкозернистой структурой, обусловленной наличием остаточного алюминия, обеспечивает хорошее качество металла. Эти марки подходят для изготовления деталей, изделий и конструкций ответственного назначения. Основной недостаток – высокая стоимость.

Кипящие

Это наиболее дешевая и наименее качественная группа. Из-за использования минимального количества добавок для раскисления в материале присутствуют растворенные газы, которые являются причиной неоднородности структуры, химического состава, а следовательно механических свойств. Такие металлы обладают плохой свариваемостью, поскольку из-за присутствия газов высока вероятность образования трещин на швах.

Полуспокойные

Группа занимает промежуточное положение по стоимости и характеристикам. В отливке образуется гораздо меньше газовых пузырьков, по сравнению с кипящими сталями. При прокатке внутренние дефекты в основной массе устраняются. Такие материалы часто применяются в качестве конструкционных сплавов.

Виды нелегированных углеродистых сталей по содержанию углерода

Низкоуглеродистые с содержанием C не более 0,25%

Большая часть этой продукции выпускается в виде холоднокатаных или отожженных листов и полос. Свойства, а следовательно области ее применения, зависят от процентного соотношения компонентов:

• До 0,1% C, Mn менее 0,4%. Высокая способность к горячей деформации и холодному волочению. Материалы востребованы при производстве проволоки, очень тонкого листа, используемого при изготовлении тары, а также для изготовления корпусов автомобилей.
• C 0,1-0,25%. Способность к деформированию ниже, чем у вышеописанной группы, но твердость и прочность выше. Часто эти марки востребованы для производства деталей с цементуемым поверхностным слоем. Процесс цементации позволяет получить износостойкий поверхностный слой в сочетании с вязкой сердцевиной. Это актуально для валов и шестерен.
• C на уровне 0,25%, Mn и Al – до 1,5%. Обладают высокой вязкостью. В металлы, предназначенные для штамповки, ковки, производства бесшовного трубного проката и листа для котлов, алюминий не добавляют.
• C на уровне 0,15%, Mn – до 1,2%, Pb до 0,3% или без него, минимальное количество Si. Эту группу применяют в массовом производстве на автоматических линиях деталей, не предназначенных для восприятия серьезных механических и температурных нагрузок. Для изделий с высокими требованиями по пластичности, вязкости, коррозионной стойкости сплавы не применяются.

Среднеуглеродистые с C0,2-0,6%

Содержание марганца обычно находится в пределах 0,6-1,65%. Применяются при производстве продукции, запланированной для эксплуатации при высоких нагрузках. Обычно их производят спокойными. Упрочняются нагартовкой или термообработкой. Все стали этой группы могут подвергаться ковке. Данная металлопродукция широко применяется в машиностроении. Марки с высоким содержанием углерода (0,4-0,6%) востребованы при производстве железнодорожных рельсов, колес и осей вагонов.

Высокоуглеродистые – 0,6-2,0%

Повышение количества углерода до 1% приводит к росту прочности и твердости при постепенном снижении предела текучести и пластичности. При росте процентного соотношения C выше 1% начинается формирование грубой сетки из вторичного мартенсита, приводящей к понижению прочности материала. Поэтому стали с содержанием C более 1,3% практически не изготавливают.

Высокоуглеродистые марки имеют высокую себестоимость изготовления, обладают низкой пластичностью, плохо свариваются. Область применения этой группы достаточно ограничена – производство режущего инструмента, в том числе предназначенного для землеройной и сельскохозяйственной техники, изготовление высокопрочной проволоки.

Классификация конструкционных углеродистых сталей по качеству, их маркировка и применение

Конструкционные стали обыкновенного качества

Их производят в соответствии с ГОСТом 380-2005, в продажу поставляют в виде листового, сортового и фасонного проката. ГОСТ подразумевает выпуск следующих марок:

• Ст0;
• Ст1пс, Ст1сп, Ст1кп;
• Ст2пс, Ст2сп, Ст2кп;
• Ст3пс, Ст3сп, Ст3кп, Ст3Гсп, Ст3Гпс;
• Ст4пс, Ст4сп, Ст4кп;
• Ст5пс, Ст5сп, Ст5Гпс;
• Ст6пс, Ст6сп.

Буквенно-цифровая маркировка этой группы сплавов:

• Ст – сталь;
• цифры 0-6 обозначают номер марки;
• наличие в обозначении буквы «Г» указывает на присутствие марганца в количестве 0,8% и более;
• последние две буквы характеризуют степень раскисления, сп – спокойная, пс – полуспокойная, кп – кипящая.

Сталь качественная конструкционная

Изготавливается в соответствии с ГОСТом 1050-2-13 следующих марок – 05, 08, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 58, 60, а также марки 55ПП, 60ПП, 60ПП «селект» – пониженной прокаливаемости. В маркировке таких сплавов указывают степени раскисления, если они относятся к кипящим или полуспокойным, например 10 кп или 10 пс. Индекс сп в обозначении качественных конструкционных марок не указывается.

treydmetall.ru

Высокоуглеродистая сталь: марки, свойства, состав, применение

Высокоуглеродистая сталь по причине ряда неоспоримых достоинств, которыми она обладает, успешно применяется для производства изделий, использующихся во многих отраслях промышленности. Между тем использование сталей данной категории не всегда целесообразно, поэтому очень важно хорошо разбираться в свойствах и качественных характеристиках подобных сплавов.

Производство высокоуглеродистой стали

Особенности материала

Любая сталь, как известно, является сплавом железа и углерода, в который могут добавляться различные легирующие элементы. Разделение сталей на мало-, средне- и высокоуглеродистые типы зависит от того, в каком количестве в их составе присутствует углерод. Данный элемент, который оказывает серьезное влияние на характеристики готового сплава, может содержаться в сталях от 0,02 до 2,14%. В сталях, относящихся к категории высокоуглеродистых, количество данного элемента в составе начинается с отметки 0,6%.

Марки стали и доля различных элементов в их составе

Одной из отличительных особенностей, которой обладают высокоуглеродистые стали, является то, что изделия из них плохо поддаются сварке, ее выполнение приводит к тому, что в зоне сварного шва возникают трещины. Объясняется это тем, что такие материалы, обладая определенным химическим составом, имеют склонность к образованию закаленных зон в тех местах, где металл подвергается термическому воздействию.

В связи с такой особенностью высокоуглеродистых сталей, выполнять сварку изделий из них стоит только при помощи электродов, обладающих невысокой тепловой мощностью. Сварочная дуга, с использованием которой выполняется соединение изделий из высокоуглеродистых сталей, должна быть восстановительного типа. Применение окислительной дуги в таких случаях приведет к тому, что из состава стали будет выжигаться углерод, и, как следствие, металл в области сварного шва станет более пористым. Между тем такого отрицательного эффекта можно избежать, если предварительно прогреть соединяемые изделия до температуры 200–2500.

Нарушение технологических особенностей сварки высокоуглеродистых сталей приводит к дефектам сварочного шва

Применение сталей высокоуглеродистого типа

Углерод, содержащийся в составе любых стальных сплавов, оказывает серьезное влияние на их качественные и механические характеристики. Чем больше данного элемента содержится в стали, тем больше в ее составе цементита и меньше — феррита. Цементит, как известно, оказывает положительное влияние на твердость и прочность материала, но негативно отражается на его пластичности. Данная закономерность характерна для стальных сплавов, в которых количество углерода не превышает 1%. При превышении в составе стального сплава содержания данного элемента выше указанного предела в его структуре формируется сетка вторичного цементита, что приводит к снижению его прочностных характеристик.

При увеличении содержания углерода в составе стали происходят изменения и с рядом других характеристик данного материала. Так, снижается ее ударная вязкость, а электрическое сопротивление повышается. У стальных сплавов при увеличении в их составе содержания углерода повышается показатель температуры, при которой материал переходит от вязкого разрушения к хрупкому. У высокоуглеродистых сталей по причине особенностей их внутренней структуры снижен показатель их жидкотекучести, такие материалы хуже остальных обрабатываются резанием и давлением. Между тем стали высокоуглеродистого типа используются для производства различных изделий методом литья, из них производят проволоку, обрабатывают данный материал методом штамповки. Применения сварочных операций для изделий из сталей данных марок стараются избегать, так как они затруднены и не позволяют получать надежные и прочные соединения.

Назначение углеродистых сталей различных марок

Маркировка материала

Маркировка высокоуглеродистых стальных сплавов, как и сталей любых других марок, позволяет точно определить их химический состав, получить представление о характеристиках материала и, соответственно, правильно подобрать его для реализации тех или иных целей.

Маркировка, которую наносят на поверхность высокоуглеродистой стали несмываемой краской, включает в себя как буквенные, так и числовые значения, по которым можно узнать следующую информацию о представленном сплаве:

• тип и количество содержащихся легирующих элементов;
• качественные характеристики рассматриваемого материала;
• степень раскисления металла;
• и другие.

Примеры расшифровки маркировки

На качественные характеристики высокоуглеродистых сталей кроме углерода серьезное влияние оказывает такой элемент, как марганец. Данный элемент, в частности, отвечает за такие характеристики, как:

• прочность;
• прокаливаемость;
• износостойкость.

Марганец по причине своего значительного влияния на свойства стального сплава присутствует в составе практически каждой марки стали. В том случае, если данного элемента в стали содержится более 0,8%, то в ее маркировке после обозначения количества углерода присутствует буква «Г».

Высокоуглеродистые стали импортного производства (нажмите для увеличения)

Стальные сплавы, относящиеся к категории инструментальных, которые характеризуются содержанием углерода в пределах 0,75%, легко узнать по букве «У», располагающейся в самом начале их маркировки. Цифры, стоящие в маркировке таких сталей после данной буквы, говорят о содержании в них углерода в десятых долях процента.

Маркировка стальных сплавов, относящихся к категории высокоуглеродистых, имеет еще ряд характерных особенностей, к которым следует отнести:

• наличие в маркировке буквы «А», если высокоуглеродистый сплав относится к категории высококачественных сталей;
• буква «Ш» в маркировке таких сталей говорит о том, что перед вами марка, отличающаяся особо высоким качеством;
• буквы «сп», «пс» и «кп», присутствующие в маркировке, позволяют определить степень раскисления (спокойный, полуспокойный и кипящий, соответственно).

Таким образом, маркировка сталей данной категории позволяет получить практически всю информацию, которая необходима потребителям таких сплавов при выборе их марок.

Оценка статьи:

Поделиться с друзьями:

met-all.org

17. Углеродистая инструментальная сталь. Химический состав, свойства, обозначение, применение.

Инструментальные углеродистые стали обозначают буквой У и цифрами, указывающими среднее содержание углерода в десятых долях процента. Например, маркой У8 обозначают углеродистую инструментальную сталь со средним содержанием 0,8% углерода. Буква А, стоящая в конце марки (У8А, У12А и др.), указывает на высокое качество стали. углеродистые инструментальные стали маркируются буквой У в начале и цифрами, указывающими на среднее содержание углерода в десятых долях процента, и делятся на качественные (У7, У8, У9…У13) и высококачественные (У7А, У8А, У9А…У13А). Из них можно изготавливать инструмент, который в процессе работы не разогревается выше 150 °С. Это ножовочные полотна, напильники, зубила, метчики, плошки и другой слесарный инструмент. Окончательная термическая обработка инструмента заключается в закалке и низком отпуске. Температура отпуска в зависимости от условий работы инструмента может находиться в пределах от 150 °С (напильники) до 350 °С (пилы для дерева). Основными достоинствами инструментальной углеродистой стали по сравнению с легированными сталями являются:

=возможность закалки с низких температур (750…820 °С) и получения высокой твердости и износостойкости поверхностного слоя при сохранении вязкой сердцевины, что важно для ручных метчиков и штампов для высадки, которые работают на износ и с динамическими нагрузками;

= низкая твердость в исходном (отожженном) состоянии, обеспечивающая хорошую обрабатываемость резанием и давлением, что позволяет применять накатку, насечку, плющение и другие высокопроизводительные методы изготовления инструмента

= низкая стоимость.

Вместе с тем низкая теплостойкость, небольшая прокаливаемость (10…15 мм при закалке в воде и 2…8 мм — в масле), чувствительность к перегреву й пониженная закаливаемость ограничивают область применения этих сталей.

20.Теория термической обработки стали. Фазовые превращения при нагреве. Рост зерна аустенита при нагреве.

Виды ТО стали

СТО – собственно-термическая обработка (предусматривает только температурное воздействие на металл).

ТМО- термомеханическая обработка стали(предусматривает изменение структуры металла за счет как термического, так и деформационного воздействия).

ХТО- химико-термическая обработка стали (в результате взаимодействия с окружающей средой при нагреве меняется состав поверхностного слоя металла и происходит его насыщение различными химическими элементами).

СТО

Включает: отжиг, нормализацию, закалку, отпуск и старение.

Рост зерна аустенита при нагреве.

В момент превращения перлита в аустенит образуется большое количество мелких зерен аустенита. При дальнейшем повышении температуры зерно аустенита начинает расти. Это обусловлено стремлением системы к уменьшению свободной энергии.

Различают наследственно мелкозернистые и наследственно крупнозернистые стали. Под наследственной зернистостью понимают склонность аустенитного зерна к росту, отсюда мелкозернистые стали обладают меньшей склонностью аустенитного зерна к росту в отличие от крупнозернистых сталей. Однако при достижении температур 900-950 0 С барьеры, предшествующие росту зерна в наследственно мелкозернистых сталях устраняются, и происходит более интенсивный рост зерна по сравнению с крупнозернистыми сталями. При превращении перлита в аустенит выделяют начальное зерно – размер зерна в момент превращения П в А. Наследственное зерно – склонность аустенитного зерна к росту. И действительное зерно – размер зерна, полученный при конкретных условиях. На свойства стали оказывает влияние момент действительного зерна. С увеличением размера зерна характеристики прочности, и особенно ударная вязкость снижается, а увеличиваются магнитные и электрические свойства и наоборот.

studfiles.net

15. Углеродистая сталь обыкновенного качества общего назначения. Химический состав, свойства, обозначение, применение.

Углеродистые стали подразделяются на стали обыкновенного качества и качественные стали. В сталях обыкновенного качества количество вредных примесей повышенное (серы до 0,06%, фосфора до 0,08%). Углеродистые стали обыкновенного качества делятся на три группы: А, Б и В.

В зависимости от нормируемых показателей (механических свойств, химического состава) сталь каждой группы подразделяется на категории. Категории определяют те характеристики, которые испытываются в данной стали. Категории в группах следующие: группа А – 1, 2, 3; группа Б – 1, 2; группа В – 1, 2, 3, 4, 5, 6.

Сталь изготовляют следующих марок. Группа А: Ст0. Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6; группа Б: БСт0, БСт1, БСт2, БСт3, БСт4, БСт5, БСт6; группа В: ВСт1, ВСт2, ВСт3, ВСт4, ВСт5.

Буквы Ст в марке означают сталь, цифра от 0 до 6 – условный номер марки. Буквы Б и В перед обозначением марки означают группу стали (группа А в обозначении марки не указывается).

Сталь всех групп с номерами марок 1, 2, 3, 4 по степени раскисленности изготовляют кипящей, полуспокойной и спокойной; сталь с номерами 5 и 6 – полуспокойной и спокойной.

Для обозначения степени раскисления стали после номера марки добавляют индексы: кп – кипящая, пс – полуспокойная, сп – спокойная.

Для обозначения категории стали к обозначению марки добавляют в конце номер категории. Первую категорию в обозначении марки не указывают.

Например, марку стали ВСт4пс2 следует расшифровывать так: сталь обыкновенного качества, группы В, полуспокойная, второй категории.

Для обозначения полуспокойной стали с повышенным содержанием марганца в марке после номера ставят букву Г (например, Ст3Гпс).

Стали группы А поставляются с гарантированными механическими свойствами . (Прочностные свойства с повышением номера марки увеличиваются, пластичность понижается.)

Стали группы Б поставляются с нормируемыми показателями по химическому составу. В сталях группы дополнительно допускаются Cr, Ni, Cu(не более 0,3 % кахдого).

Стали группы В поставляются с нормируемыми механическими свойствами и химическим составом. Механические свойства сталей группы В такие же, как и сталей группы А. В сталях марок ВСт3сп категории 3, 4,5 и 6 марок ВСт4пс, ВСт4сп категории 3 гарантированны дополнительно определенные значения ударной вязкости при +20 и –20 ° С.

Для изготовления деталей сваркой рекомендуется использовать стали группы Б.

Назначение сталей обыкновенного качества весьма многообразно: от строительных и малонагруженных конструкций неответственного назначения (Ст1, Ст0, БСт0 и др.) до средненагруженных деталей типа крюков кранов, осей, валов, крепежных днталей (Ст5, ВСт5, Ст6 и др.) Детали из стали Ст6 могут быть подвергнуты значительному упрочнению термической обработкой.

Большое количество углеродистой стали используется для специального назначения: для изготовления мостов (М16С, Ст3 – мост), судовых корпусов (Ст1С, Ст2С, Ст4Ф и т.д.), деталей топок (СТ3т), котлов (Ст3к), железнодорожных рельсов, колес и осей вагонов и др.

studfiles.net

Применение качественных углеродистых сталей

Углеродистые стали, которые содержат от 0,7 до 1,3 % углерода, в основном используются для изготовления ударного и режущего инструмента. Маркировка их отличается наличием буквы У, где «У» означает углеродистую сталь, а цифра после буквы говорит о содержание углерода в десятых долях процента. Например, сталь У13, сталь У7.

Также многостороннее применение находят качественные стали в технике. В зависимости от содержания углерода и термической обработки они обладают разнообразными механическими и технологическими свойствами, поэтому применяются для различных элементов тех или иных металлических конструкций.

Так низкоуглеродистые стали делят по назначению на две подгруппы.

1. Стали марки 05, 08, 10 — это малопрочные, но высокопластичныестали, которые благодаря способности к глубокой вытяжке применяются для холодной штамповки различных изделий. В горячекатаном состоянии без термической обработки их используют для шайб, прокладок, кожухов и других деталей, которые изготавливают методом холодной деформации и сварки.

2. Стали марки 15, 20, 25 — это цементуемые стали, которые предназначаются для деталей небольшого размера, например, кулачков, толкателей, малонагруженных шестерней. В процессе эксплуатации от них требуется твердая, износостойкая поверхность и вязкая сердцевина. После цементации поверхностный слой необходимо подвергнуть упрочнению закалкой в воде, которая должна сочетаться с низким отпуском. При этом получается, что сердцевина изделия упрочняется слабо из-за низкой прокаливаемости.

Цементуемые стали могут применяться как горячекатаными, так и после нормализации. Эти марки стали очень пластичны, хорошо штампуются и свариваются. Они применяются для изготовления деталей машин и приборов невысокой прочности (например, крепежные детали, втулки, штуцеры и т. п.), а также для деталей котлотурбостроения (трубы перегревателей, змеевики), которые работают под давлением при температуре от минус 40 до 425 °С.

Среднеуглеродистые стали 30, 35, 40, 45, 50, 55 менее пласчтичные в отличии отот низкоуглеродистых, зато они обладают большей прочностью. Их используют после проведения таких операций как улучшение, нормализация и поверхностная закалка. В таком улучшенном состоянии (после того как сталь закалили и подвергли высокому отпуску на структуре сорбита) у стали повышается вязкость и пластичность, за счет этого у стали проявляется малая чувствительность к концентраторам напряжений.

Однако когда увеличивается сечение деталей механические свойства сталей снижаются из-за несквозной прокаливаемости. Среднеуглеродистые стали после улучшения могут применяться для изготовления деталей небольшого размера, у которых работоспособность определяется сопротивлением усталости (например, шатуны, коленчатые валы малооборотных двигателей, зубчатые колеса, маховики, оси и т. п.).

Высокоуглеродистые стали с концентрацией углерода 60, 65, 70, 75, 80, 85 и увеличенным содержанием марганца 60Г, 65Г и 70Г применяют в основном для рессор и пружин. Они обязательно должны быть подвергнуты закалке и среднему отпуску, чтобы получить более высокие упругие и прочностные свойства.

metallsk.ru