Сталь углеродная вид имущества

Обновлено: 02.05.2024

Углеродистые стали - это сплавы железа с углеродом, содержащие до 2,14 % углерода (С) при малом содержании других элементов. Они обладают высокой пластичностью и хорошо деформируются. Углерод сильно влияет на свойства стали даже при незначительном изменении его содержания. Углеродистые стали можно классифицировать по нескольким параметрам:

По способу раскисления (см. ниже)

Стали обыкновенного качества

Изготавливаются по ГОСТ 380-71. Обозначают буквами Ст и условными номерами от 0 до 6, например: Ст 0, Ст 1, . Ст 6. Степень раскисления обозначают буквами сп (спокойная сталь), пс (полуспокойная), кп (кипящая), которые ставят в конце обозначения марки стали.

В зависимости от назначения различают три группы сталей обыкновенного качества: А, Б и В. В марках указывают только группы Б и В, группу А не указывают.

Группа А поставляются только по механическим свойствам, химический состав сталей этой группы не регламентируется, он только указывается в сертификатах завода-изготовителя. Стали этой группы обычно используются в изделиях в состоянии поставки без обработки давлением и сварки. Чем больше цифра условного номера стали, тем выше ее прочность и меньше пластичность.

Группа Б поставляется только с гарантируемым химическим составом. Чем больше цифра условного номера стали, тем выше содержание углерода. Эти стали в дальнейшем могут подвергаться деформации (ковке, штамповке и др.), а в отдельных случаях и термической обработке. При этом их первоначальная структура и механические свойства не сохраняются. Знание химического состава стали позволяет определить температурный режим горячей обработки давлением и термообработки.

Группа В могут подвергаться сварке. Их поставляют с гарантированным химическим составом и гарантированными свойствами. Стали этой группы маркируются буквой В и цифрой, например — В СтЗпс. Эта сталь имеет механические свойства, соответствующие ее номеру по группе А, а химический состав — номеру по группе Б с коррекцией по способу раскисления.

Качественные углеродистые стали

Этот класс углеродистых сталей изготавливается по ГОСТ 1050—74. Качественные стали поставляют и по химическому составу, и по механическим свойствам.. К ним предъявляются более жесткие требования по содержанию вредных примесей (серы не более 0,04 %, фосфора не более 0,035 %), неметаллических включений и газов, макро- и микроструктуры.

Качественные углеродистые стали маркируют двузначными цифрами 08, 10, 15, . 85, указывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента с указанием степени раскисленности (кп, пс).

Качественные стали делят на две группы: с обычным содержанием марганца (до 0,8 %) и с повышенным содержанием (до 1,2 %). При обозначении последних в конце марки ставится буква Г, например 60 Г. Марганец повышает прокаливаемость и прочностные свойства, но несколько снижает пластичность и вязкость стали.

При обозначении кипящей или полуспокойной стали в конце марки указывается степень раскисленности: кп, пс. В случае спокойной стали степень раскисленности не указывается.

По содержанию углерода качественные углеродистые стали подразделяются:

низкоуглеродистые (до 0,25 % С),
среднеуглеродистые (0,3—0,55 % С)
высокоуглеродистые (0,6—0,85 % С).

Для изделий ответственного назначения применяют высококачественные стали с еще более низким содержанием серы и фосфора. Низкое содержание вредных примесей в высококачественных сталях дополнительно удорожает и усложняет их производство. Поэтому обычно высококачественными сталями бывают не углеродистые, а легированные стали. При обозначении высококачественных сталей в конце марки добавляется буква А, например сталь У10А.

Углеродистые стали, содержащие 0,7—1,3 % С, используют для изготовления ударного и режущего инструмента. Их маркируют У7, У13, где У означает углеродистую сталь, а цифра — содержание углерода в десятых долях процента.

По способу раскисления

Кипящие
Содержат до 0,05% кремния, раскисляются марганцем. Имеют резко выраженную химическую неоднородность в слитке. Их преимущества – высокий выход годного продукта (более 95%), хорошая способность к штамповке в холодном состоянии. Недостатки –повышенный порог хладноломкости и невозможность широкого использования для территорий с холодным климатом.

Полуспокойные
Содержат 0,05- 0,15% кремния, раскисляются марганцем и алюминием, выход годного продукта –90-95%.

Спокойные
Содержит 0,15-0,35% кремния, раскисляется кремнием, марганцем и алюминием. Выход годного – около 85%, однако, металл имеет более плотную структуры и однородный химический состав.

Углеродистая сталь на сегодняшний день нашла огромное применение во всех отраслях и сферах народного хозяйства. И это неудивительно. Сравнительно небольшая цена и высокие прочностные характеристики делают углеродистую сталь незаменимой для населения и промышленности. Из данной стали изготавливают детали котлов и трубопроводов, машиностроительную продукцию, инструменты и многое другое.

Калиброванный круг из углеродистой стали чаще всего используется в судостроении и машиностроении

Углеродистая сталь — что это?

Углеродистая сталь — сплав железа с углеродом. Легирующие добавки почти полностью отсутствуют. В зависимости от основной сферы применения подразделяются на конструкционные и инструментальные.

Содержание основного элемента – углерода – в сталях данной категории может варьироваться в достаточно широких диапазонах. Так, высокоуглеродистая сталь содержит в своем составе 0,6–2% углерода, среднеуглеродистые стали – 0,3–0,6%, низкоуглеродистые – до 0,25%. Углерод определяет не только свойства данных сталей, но и их структуру. Так, внутренняя структура стальных сплавов, содержащих в своем составе менее 0,8% углерода, состоит преимущественно из феррита и перлита, при увеличении концентрации углерода начинает формироваться вторичный цементит.

Углеродистые стали, в которых преобладает ферритная структура отличаются высокой пластичностью и низкой прочностью. Стали с преобладающим содержанием цементита отмечаются высокой прочностью, но вместе с тем и большой хрупкостью. При увеличение содержания углерода в стали до 0,8–1% прочностные характеристики и твердость углеродистой стали возрастают, но значительно ухудшаются ее пластичность и вязкость.

Количественное содержание углерода также оказывает серьезное влияние на технологические характеристики металла, в частности, на его свариваемость, легкость обработки давлением и резанием. Из сталей, которые относятся к категории низкоуглеродистых, изготавливают детали и конструкции не рассчитанные на серьезные нагрузки в процессе эксплуатации. Свойства, которыми обладают среднеуглеродистые стали, делают их доминирующим конструкционным материалом, который используется в производстве конструкций и деталей для нужд общего пользования и транспортного машиностроения. Высокоуглеродистые стальные сплавы идеально подходят для производства деталей, к которым предъявляются повышенные требования по износостойкости, для производства ударно-штампового и измерительного инструмента.

Химический состав углеродистых сталей обыкновенного качества

Углеродистая сталь, как и стальной сплав любой другой категории, содержит в своем составе различные примеси: кремний, марганец, фосфор, серу, азот, кислород и водород. Часть этих примесей, такие как марганец и кремний, являются полезными, их вводят в состав стали на стадии ее выплавки для того, чтобы обеспечить ее раскисление. Сера и фосфор – это вредные примеси, которые негативно сказываются на качестве стального сплава.

Классификация углеродистой стали по степени раскисления

На разделение углеродистых сталей на различные типы оказывает влияние в том числе такой параметр, как степень раскисления. В зависимости от данного параметра углеродистые стальные сплавы делятся на спокойные, полуспокойные и кипящие.

Более однородной внутренней структурой отличаются спокойные стали, раскисление которых осуществляют, добавляя в расплавленный металл ферросилиций, ферромарганец и алюминий. За счет того, что сплавы данной категории были полностью раскислены в печи, в их составе не содержится закиси железа. Остаточный алюминий, который препятствует росту зерна, наделяет такие стали мелкозернистой структурой. Сочетание мелкозернистой структуры и практически полное отсутствие растворенных газов позволяет формировать качественный металл, из которого можно изготавливать наиболее ответственные детали и конструкции. Наряду со всеми своими достоинствами углеродистые стальные сплавы спокойной категории имеют и один существенный недостаток – их выплавка обходится достаточно дорого.

Строение стального слитка зависит от степени раскисленности стали

Экономичными, но и менее качественными являются кипящие углеродистые сплавы, при выплавке которых используется минимальное количество специальных добавок. Во внутренней структуре такой стали из-за того, что процесс ее раскисления в печи не был доведен до конца, присутствуют растворенные газы, которые негативно отражаются на характеристиках металла. Так, азот, содержащийся в составе таких сталей, плохо влияет на их свариваемость, провоцируя образование трещин в области сварного шва. Развитая ликвация в структуре этих стальных сплавов приводит к тому, что металлический прокат, который из них изготовлен, имеет неоднородность как по своей структуре, так и по механическим характеристикам.

Промежуточное положение и по своим свойствам, и по степени раскисления занимают полуспокойные стали. Перед заливкой в изложницы в их состав вводят небольшое количество раскислителей, благодаря чему металл затвердевает практически без кипения, но процесс выделения газов в нем продолжается. В итоге формируется отливка, в структуре которой содержится меньше газовых пузырей, чем в кипящих сталях. Такие внутренние поры в процессе последующей прокатки металла практически полностью завариваются. Большая часть полуспокойных углеродистых сталей используется в качестве конструкционных материалов.

Методы производства и разделение по качеству

Для производства углеродистых сталей используются различные технологии, что сказывается на их разделении не только по способу производства, но и по качественным характеристикам. Так, различают:

высококачественные стальные сплавы;
качественные углеродистые стали;
углеродистые стальные сплавы обыкновенного качества.

Классификация углеродистых сталей

Стальные сплавы, обладающие обыкновенным качеством, выплавляются в мартеновских печах, после чего из них формируют слитки больших размеров. К плавильному оборудованию, которое используется для получения таких сталей, относятся также кислородные конвертеры. По сравнению с качественными стальными сплавами, рассматриваемые стали могут иметь большее содержание вредных примесей, что сказывается на стоимости их производства, а также на их характеристиках.

Сформированные и полностью застывшие слитки металла подвергают дальнейшей прокатке, которая может выполняться в горячем или холодном состоянии. Методом горячей прокатки производят фасонные и сортовые изделия, толстолистовой и тонколистовой металл, металлические полосы большой ширины. При помощи прокатки, выполняемой в холодном состоянии, получают тонколистовой металл.

На современных предприятиях для производства высококачественных сплавов используются электрические дуговые печи

Для производства углеродистых сталей качественной и высококачественной категорий могут применяться как конвертеры и мартеновские печи, так и более технологичное оборудование – плавильные печи, которые работают на электричестве. К химическому составу таких сталей, наличию в их структуре вредных и неметаллических примесей соответствующий ГОСТ предъявляет очень жесткие требования. Например, в сталях, которые относятся к категории высококачественных, должно содержаться не более 0,04% серы и не больше 0,035% фосфора. Качественные и высококачественные стальные сплавы благодаря строгим требованиям к способу их производства и к характеристикам отличаются повышенной чистотой структуры.

Где применяется углеродистая сталь?

Как уже говорилось, углеродистые стали по назначению разделяют на две основные категории: инструментальные и конструкционные. Инструментальные стальные сплавы, которые содержат 0,65–1,32% углерода, применяются в полном соответствии со своим названием – для изготовления инструмента различного назначения. Для того, чтобы улучшить механические свойства инструментов, обращаются к такой технологической операции, как закалка углеродистой стали, которая выполняется без особых сложностей.

Сферы применения углеродистых инструментальных сталей

Из конструкционных стальных сплавов выпускаются детали для оборудования различного типа, элементы конструкций машиностроительного и строительного назначения, крепежные детали и т.д. В частности, такое распространенное изделие, как проволока углеродистая, производится именно из стали конструкционного типа.

Углеродистые стали во многом уступают легированным (например, той же нержавейки), но вместе с тем они способны обеспечить качество и надежность деталей и конструкций.

Ради справедливости стоит отметить и недостатки, которыми обладают такие марки сталей. К ним относятся низкие электротехнические свойства, недостаточная коррозионная устойчивость, которая еще более ухудшается с повышением температуры. Поэтому изделия следует покрывать защитным слоем. Также при нагреве снижаются прочностные характеристики сплавов, а перегрев приводит к короблению и образованию трещин. Негативно сказывается и высокий коэффициент теплового расширения.

Особенности маркировки

Цветовая маркировка наносится по требованию потребителя несмываемой краской

Марки углеродистых сталей по ГОСТу и по международным стандартам ИСО

В эту группу входит обширный перечень сталей. Они не содержат дорогостоящих и дефицитных легирующих компонентов и поэтому малозатратны в производстве. Благодаря ценовой доступности и универсальным физико-механическим свойствам углеродистые марки являются общедоступными и широко применяются для производства металлопроката и востребованы в строительстве, инжиниринге и сельском хозяйстве.

Определение

Углеродистая нелегированная сталь – сложный железоуглеродистый сплав, в котором доля углерода составляет от 0,06 до 0,62%. В ней отсутствуют специально введенные легирующие элементы, но присутствуют раскислители и технологические примеси. В целом количество других компонентов, кроме железа (Fe) и углерода (С), лежит в пределах 0,8…1,5%.

На углеродистые стали классификация предполагает разделение сразу на несколько групп. При этом категории охватывают различные марки сталей со схожими качествами и технологическими характеристиками, что упрощает выбор на практике и позволяет потребителю более грамотно ориентироваться в широком и разнообразном марочном ассортименте.

Классификация углеродистых сталей по количеству углерода

Как химический элемент, углерод существенно влияет на ключевые технологические характеристики сталей. И на основе его массовой доли их классифицируют на:

низкоуглеродистые. Содержат углерод в количестве менее 0,25%. Они хорошо свариваются, флокенонечувствительны и не склонны к отпускной хрупкости. Пластичны, но менее прочные и более мягкие. Для улучшения их механических свойств термическая обработка не используется;
среднеуглеродистые. Содержат углерод в пределах 0,3…0,6%. Отличаются невысокой прокаливаемостью и средними параметрами прочности, пластичности и свариваемости. Могут закаливаться с последующим отпуском;
высокоуглеродистые. В них концентрация углерода превышает 0,6%. Имеют высокую твердость, ударную вязкость и износостойкость. Отличаются низкой пластичностью и считаются трудносвариваемыми.

На углеродистые стали классификация и маркировка несложная, но все же простому потребителю достаточно сложно в ней ориентироваться. Главное запомнить, чем больше содержание углерода, тем выше номер марки стали.

Классификация по способу раскисления

Процесс раскисления стали является важным технологическим этапом, определяющим зерно и однородность металлической структуры. Он тесно связан с дегазацией расплавленного метала и основан на введении раскислителей – кремния, марганца и алюминия. Когда остывание в изложницах происходит спокойно и без активного выделения газов, напоминающего кипение, это минимизирует концентрацию газов и неметаллических включений в металле.

По степени раскисления углеродистые стали разделяются на три вида:

кипящие. Менее качественные и наиболее дешевые марки. Проявляют наибольшую склонность к старению, а также к трещинообразованию после сварки;
полуспокойные. Раскилены не до конца и поэтому по своим параметрам и качеству занимают среднее положение между кипящими и спокойными сталями;
спокойные. Являются наиболее раскисленными и качественными, так как отличаются мелкозернистой структурой и химической однородностью. Более дорогие, но по сравнению с кипящими и полуспокойными обладают лучшими технологическими характеристиками и более высокими механическими свойствами.

Классификация по качеству

Нелегированная сталь разделяется на марки обыкновенного качества, качественные и высококачественные. Классификация выполняется на основе качественных характеристик металла, которые в основном формируются на стадии выплавки и определяются содержанием вредных технологических примесей фосфора (P) и серы (S).

Классификация по назначению

Углеродистые конструкционные стали характеризуются довольно хорошими механическими свойствами, которые определяются путем проведения стандартных испытаний, и отличаются конструктивной прочностью. Они предназначены для штучного и массового изготовления сварных и сборных металлических конструкций и для производства различных деталей машин и агрегатов.

литейные. Используются для изготовления отливок;
котельные. Их целевое назначение – детали и конструктивные части котлов, арматуры и сосудов, работающих под давлением;
автоматные. Отличаются улучшенной обрабатываемостью, легко поддаются резанью и снижают износ инструментальной оснастки. Поэтому их широко используют для автоматизированного производства деталей на универсальных и специальных станках.

Инструментальная углеродистая сталь применение имеет более специфическое и характеризуется высокой твердостью, теплостойкостью и износостойкостью. Такие марки содержат углерод в пределах 0,7…1,5% и могут использоваться для изготовления режущего и измерительного промышленного и лабораторного инструмента, штамповочной оснастки и пробойников.

Углеродистые стали обыкновенного качества на основе гарантируемых характеристик и с учетом характера применения классифицируются на следующие категории: стали группы А (Ст0…Ст6) поставляются по механическим свойствам, стали группы Б (БСт0…БСт6) – по химическому составу, стали группы В (ВСт1…ВСт5) – по механическим характеристикам и химсоставу.

Состав и характеристики

Исходя из определения что такое углеродистая сталь понятно, что основными элементами в ее составе являются железо (Fe) и углерод (C). Кроме основных технологических характеристик они обуславливают ее склонность к коррозии и ржавлению – основной недостаток. Но на механические свойства нелегированных марок влияют и другие компоненты, входящие в состав. Конечно, их действие проявляется не столь значительно, как в легированных сталях, тем не менее они также в определенной степени влияют на качество и свойства сталей.

Таблица 1 – Перечень основных компонентов углеродистых сталей

Химический элемент

Свойства

Основной элемент. В углеродистых сталях его массовая доля превышает 98%.

Определяет ключевые технологические характеристики. Его количество и допустимые отклонения от нормы строго контролируются стандартами для разных классов сталей. Углерод (С) делает стали удобными в механической и кузнечной обработке. При этом прослеживается прямая зависимость между его массовой долей и физико-механическими свойствами сплавов. Чем больше содержание углерода, тем ниже пластичность и хуже свариваемость металла. Но параметры прочности и твердости у высокоуглеродистых марок выше.

Основной раскислитель. Количество кремния влияет на качество и твердость металла. В спокойной стали его содержание составляет 0,12…0,30%, в полуспокойной – 0,05…0,17%, в кипящей – до 0,05%.

Аустенизатор и раскислитель. Увеличивает прочность металла и предел текучести, но снижает ударную вязкость.

Увеличивает содержание неметаллических включений и повышает красноломкость. Ухудшает механические и технологические свойства.

Снижает хладостойкость и способствует ржавлению. Ухудшает ударную вязкость.

Карбидобразующий элемент. Улучшает параметры твердости и стойкости к атмосферной коррозии.

Повышает вязкость. Положительно влияет на свариваемость, прочность и стойкость к ржавлению.

Повышает прочность феррита и увеличивает стойкость к коррозии.

Технологическая примесь. Минимизирует параметры ударной вязкости.

Вредный газ. Выступает аустенизатором и снижает усталостную прочность.

Учитывая обширный марочный ассортимент, каждая нелегированная сталь химический состав должна иметь в четко оговоренных соотношениях основных элементов. Поэтому специалисты оперируют сразу несколькими стандартами:

ДСТУ 2651/ГОСТ 380. По ним изготавливаются и поставляются марки конструкционных углеродистых сталей обыкновенного качества;
ДСТУ 7809 и ГОСТ 1050. Определяют химический состав и характеристики качественных нелегированных сталей;
ДСТУ 5952/ГОСТ 1435. Регламентируют технические условия (ТУ) поставок инструментальных углеродистых сталей качественных и высококачественных.
ГОСТ 977. Описывает ТУ производства и поставок литейных сталей.

Обозначение и маркировка

В мировой практике используется несколько систем маркировки сталей. В Украине и в странах СНГ принята общая буквенно-цифровая система маркировки.

Определение сталь объединяет сплавы на основе железа и углерода с другими веществами. При очистке железной руды получают чугун, содержащий 2,14-6,67% углерода. Этот элемент отвечает за твердость, при этом металл хрупок и не пластичен. Уменьшение углеродной составляющей изменяет структуру, делает материал ковким, повышает его ударную вязкость.

Чем отличается углеродистая сталь от легированной?

Углеродистая сталь состоит из тех же элементов, что первоначальное сырье: железо, углерод, кремний, марганец и вредные примеси: сера, фосфор. Легированными (ligare-связывать) называют сплавы, усиленные другими металлами: хромом, никелем, медью, молибденом.

Характеристики легированной стали

Для легирования применяют металлы, способные образовывать устойчивые соединения с железом и углеродом. Из карбидов, интерметаллидов и дисперсных частиц под воздействием температур формируется сложная кристаллическая решетка. При уменьшении углеродной доли каркас структуры создают хром, никель, марганец и другие элементы, а карбидные соединения вытесняются к границам зерен. Активное железо находится в связанном состоянии и не может реагировать с агрессивными веществами.

Легированные стали классифицируют по количеству присадок:

Низколегированные — до 2,5%;
Среднелегированные — 2,5-10%;
Высоколегированные — выше 10%.

И различают по назначению:

Инструментальные — применяют в производстве измерительных и режущих инструментов, штамповой оснастки;
Конструкционные — для изготовления агрегатов и механизмов, корпусов автомобилей и оборудования, конструкций;
Специальные — коррозионно-стойкие, жаростойкие, жаропрочные и др.

Для определения марок создана буквенно-цифровая система. Легирующие элементы обозначают русскими буквами. В составе большей части сплавов не более 1% углерода, но эта характеристика одна из самых важных, поэтому ее указывают в начале маркировки в сотых долях процента. Числовые значения, округленные до единиц опускают.

● Буква А в конце значит, что сталь высококачественная.

Если содержание углерода 1% и более, первую цифру не пишут, например ХВГ, ХВСГ, ШХ15СГ. Для некоторых групп применяют обозначения перед маркировкой: А — автоматные, Ш — подшипниковые, Р — быстрорежущие, Э — электротехнические, Е — магнитно-твердые. Сплавы выпускаемые одним предприятием имеют свои названия, например ЭИ417 (Электросталь), ЧС 116-ИД (Челябинская сталь), ВНС-65 ВИЭМ).

Разработано более тысячи легированных стальных сплавов с различными уникальными свойствами: устойчивые к охрупчиванию на холоде, стойкие к кислотам и щелочам, кавитационным нагрузкам. В сравнении с углеродистыми они обладают меньшей теплопроводностью, твердостью. При термической обработке, в том числе сварке, необходимо учитывать свойства всех металлов в составе.

Характеристики углеродистой стали

Качества сплавов зависят от степени обработки. На первых этапах железную руду подвергают раскислению, восстанавливают окись железа до металла. По количеству оставшихся в расплаве атмосферных газов установлены классы:

В зависимости от наличия вредных примесей определяют качество:

Так как от углерода зависит твердость и одновременно ударная хрупкость, предусмотрена следующая классификация сталей:

● Низкоуглеродистые — до 0,25%;

● Высокоуглеродистые — выше 0,6%.

Действует деление по областям применения:

● Конструкционные — большая группа, объединяющая несколько видов: строительные, автоматные, термоупрочняемые, повышенной прочности и др. Маркировка начинается с цифр, обозначающих углерод в сотых долях процента: от 08 до 85. Если увеличено содержание марганца, в конце добавляют Г

● Инструментальные — для изготовления инструмента, не подвергающегося нагреву: зубила, молотки, топоры. Группу сталей относят к качественным и обозначают буквой У в начале, высшее качество дополнительно маркируют знаком А в конце.

● Общего назначения — недорогие сплавы для изготовления труб, прутков, швеллеров, ковки и литья. Предусмотрено несколько подгрупп. К группе А относят стали со стабильными механическими свойствами (Ст1кп, Ст6сп), первую букву не пишут. У группы Б регламентирован химический состав (БСт4сп, БСт6пс), у В стабильны состав и свойства (ВСт3сп, ВСт5).

Углеродистые стали предназначены для изготовления нагруженных деталей и конструкций: рельсов, валов, тяг, осей, пружин рессоров, деталей турбин. Они отлично свариваются, поддаются резанию, ковке, но требуют защиты от коррозии.

Разница между легированной и углеродистой сталью

Различие в химическом составе определяет характеристики материалов.

Легированные стали отличаются коррозионной стойкостью.

В зависимости от элементов, связанных с железом, они могут работать в морской воде, кислотных средах даже при высоких температурах, но плохо справляются с ударными нагрузками, имеют малую несущую способность. Производство сплавов и конечных продуктов сопряжено с применением десятков сложных технологий.

Углеродистые стали без антикоррозийных покрытий подвержены быстрому разрушению.

Их области применения: все металлоемкие производства. Экономическая целесообразность большого расхода сырья коррелирует с простотой обработки.

Читайте также: