Углеродистая сталь: классификация, маркировка, применение

На сегодняшний день современная металлургия выпускает столько марок стали, что их очень сложно и долго перечислять. Доступная цена, универсальные технологические и механические свойства углеродистой стали обуславливают ее массовое производство и широкое применение в инженерии, энергетике, агрокомплексе, коммунальном хозяйстве и других сферах промышленности.

Что такое углеродистая сталь

Углеродистая сталь — это сплав, полученный за счет сочетания железа с углеродом. Последнего в сплаве должно быть менее 2,14%. Также в небольшом количестве содержатся различные примеси: марганец, кремний, сера, никель, хром, медь. Их концентрация довольно мала и не влияет на ключевые характеристики конечного продукта.

Классификация по содержанию углерода

Именно углерод оказывает определяющее влияние на характеристики и применение стали. Чем выше его концентрация, тем прочнее сплав, но снижаются параметры пластичности и свариваемости. Поэтому классификация по содержанию углерода является базовой для сталей.

По этому принципу их разделяют на следующие категории:

1. Низкоуглеродистая сталь. В таких сплавах содержание углерода составляет 0,025–0,25%. Хорошо сваривается, не склонна к хрупкости, после термообработки повышает свою прочность, но может ее потерять при последующем нагреве. Применяется, как правило, для изготовления нагруженных элементов сварных конструкций, сборных каркасов, а также в изделиях, подвергаемых химико-термической обработке: азотированию, цементации, нитроцементации (детали, работающие на трение в агрессивных средах и при высоких температурах; матрицы и пуансоны для горячего штампования, пресс-формы и т.д.).
2. Среднеуглеродистая сталь. Массовая доля углерода достигает 0,6%. Они мало чувствительны к флокенам, но склонны к подгартовыванию, поэтому возникают трудности при их сварке. Для этого процесса необходим предварительный или сопутствующий прогрев металла.
3. Высокоуглеродистая сталь. В ее составе содержание углерода достигает 2,14%. Стоит отметить, что этот химический элемент присутствует в виде цементита Fe3C. Такие сплавы прочны, упруги и тверды, но проявляют склонность к старению и холодноломкости. Материал плохо обрабатывается и сваривается.

Классификация по степени раскисления

Во время плавки в стальном расплаве находится большое количество газов: кислород, водород, азот, монооксид углерода, продукты вторичных реакций. Это обусловлено большим количеством химических реакций, происходящих в данном процессе. Они негативно влияют на химическую структуру и однородность металла, могут ухудшить ударную вязкость, прочность на усталость, пластичность.

Чтобы этого избежать, используют процесс дегазации, который достигается раскислением в сталеплавильном агрегате под воздействием сильнодействующих раскислителей. Чаще всего ими выступают кремний и алюминий. Они являются сильными восстановителями по отношению к оксиду железа, активно связываются с побочными газообразными продуктами. Также глубокую дегазацию можно выполнить с помощью вакууматора.

Во время раскисления выделение газа происходит не так бурно. Это приводит к снижению газовых включений и включений сульфидов и других примесей.

В зависимости от активности процесса дегазации их классифицируют на три вида:

1. Спокойные. В этих сплавах происходит максимальная степень раскисления. Их структура плотная, мелкозернистая, однородная. Они обладают улучшенными физическими, механическими и технологическими свойствами. Однако процесс имеет повышенную стоимость и сниженный выход готового проката.
2. Кипящие. Более низкие по качеству, поскольку имеют неоднородную структуру, повышенную склонность к образованию трещин после сварки. Их не используют в нагруженных и ответственных конструкциях и для агрегатов, рассчитанных на эксплуатацию при низких температурах. Подходят для изготовления неответственных изделий, эксплуатируемых в нормальных условиях.
3. Полуспокойные стали. Такие сплавы частично раскислённые, поэтому имеют усредненные показатели качества. Менее затратны в производстве, дешевле, но по сравнению с кипящими более удобны в обработке и надежны в эксплуатации.

Классификация по качеству

Отечественные ДСТУ и ГОСТ предусматривают разделение сталей по способу выплавки, от которых зависит качество металла. Главными критериями здесь являются количественные характеристики серы и фосфора.

Эти элементы влияют на структурную и химическую однородность. Сера провоцирует образование трещин при сварке и снижает ударную вязкость. Фосфор увеличивает холодноломкость, поэтому чем больше их в сплаве, тем хуже его качество.

Углеродистые стали обыкновенного качества — доля углерода в них не более 0,49%, на серу и фосфор приходится 0,05% и 0,04% соответственно.

Согласно ДСТУ 2651 такие стали выпускаются в виде фасонных профилей, горячекатаных прутков, проволоки, листов, полос и поковок. Прокат из них изготавливается горячекатаным или холоднокатаным способом, но для достижения определенных свойств иногда подвергается термообработке.

Качественные углеродистые стали содержат серы 0,04% и фосфора 0,035% соответственно. Качество, химический состав и механические свойства регламентируются ДСТУ 7809. Требуют строгого подхода к составу исходных материалов и методам доведения сплава.

Обладают хорошей выносливостью, пластичностью, достаточной ударной вязкостью. Более устойчивы к износу после термообработки, имеют твердость поверхностных слоев.

Классификация по назначению

При производстве важно учитывать, где и в каком виде будет использоваться сталь. Для этого в системе стандартов Украины их классифицируют на следующие подгруппы:

• Конструкционные — используются для металлоконструкций, механизмов, устройств, предметов быта, должны хорошо обрабатываться, быть устойчивыми к ударам, обладать достаточной прочностью, пластичностью и долговечностью;
• Инструментальные — подходят для производства штампового оснащения, ручного и механического режущего инструмента, иногда для измерительного оборудования, качество регламентируется ДСТУ 3833, преимущественно используются в термообработанном виде.
• Строительные — обеспечивают надежное и долговечное соединение металлических конструкций;
• Специализированные — изготавливаются для конкретных отраслей, таких как авиация, автомобилестроение или производство оружия, могут иметь уникальные свойства, высокую устойчивость к температурным воздействиям, коррозии или механическим нагрузкам.

Маркировка

На данный момент на мировом рынке отсутствует единая международная система маркировки металлических сплавов, поэтому каждая страна использует собственные и международные системы. За основу берется химический состав или назначение сплава. В Украине используется буквенно-цифровая система. Номер сплава условно присваивается на основе химического состава, для качественных сталей используют двузначные номера, порядок которых указывает на усредненное количество углерода в сотых долях процента.

Для обозначения степени раскисления используют соответствующие буквенные индексы:

• кп – кипящая;
• пс – полуспокойная;
• сп – спокойная.

Если сталь имеет повышенную долю марганца (от 0,8%), она обозначается буквой Г. Буква А в маркировке указывает, что сталь отличается хорошей обрабатываемостью. Она часто используется в металлорежущих станках и автоматических станочных линиях. Инструментальные стали обозначаются буквой У в начале маркировки.

В странах Европейского Союза классификация и маркировка сталей более сложные, так в стандарте EN 10027 регламентируется наименование на основе буквенно-цифровых обозначений физических и механических свойств. Например, марки углеродистой стали обыкновенного качества имеют номер 1.00ХХ, качественные – 1.01ХХ–1.09ХХ, инструментальные – 1.15ХХ–1.18ХХ. Углеродистая сталь обладает оптимальной прочностью и пластичностью. Она дешевле, но склонна к появлению ржавчины под воздействием атмосферных осадков, электролитов или других агрессивных веществ, плохо полируется. Для минимизации коррозии их можно красить или наносить защитные покрытия гальваническим способом или горячим погружением.

Широко используются в строительстве, промышленности, агрокомплексе, лесном хозяйстве, энергетике.

Углеродистая сталь обыкновенного качества используется для сварных конструкций неответственного назначения, шайб, ограждений, анкерных болтов, арматуры, элементов вагонных рам и мостовых ферм, роликов и т.д.

Качественная конструкционная сталь используется для производства деталей корпуса сосудов, работающих под давлением, корпусов и обшивки аппаратуры, фланцев запорной арматуры, изготовления траверс, рычагов, колес вагонов, дисков сцепления, проволоки для тросов.

Инструментальные стали используются для производства инструментов для обработки древесины, штампов, токарных станков, игл, плашек, пил по металлу, напильников, шаберов.

Для современных металлоконструкций выбор осуществляется на основе глубокого анализа свойств и особенностей. Необходимо учитывать долговечность конструкции и уровень надежности при воздействии агрессивных веществ, температуры и давления, а также динамических нагрузок.

Компания «ЮТМК» поможет вам с выбором необходимого металлопроката. Имеет в своем ассортименте большой выбор изделий из стали. Оформить заказ можно на складах в Киеве, Одессе, Днепре, Полтаве, Кракове, Варшаве, Лодзи. Доставляем по всей территории Украины и Европы. Обращайтесь, мы поможем вам с выбором проката. Оптовых клиентов ждет скидка в зависимости от объемов заказа.