Вуглецева сталь: класифікація, маркування, застосування

На сьогоднішній день сучасна металургія випускає стільки марок сталі, що їх дуже складно і довго перераховувати. Доступна ціна, універсальні технологічні та механічні властивості вуглецевої сталі обумовлюють її масове виробництво та широке застосування в інженерії енергетиці, агрокомплексі, комунальному господарстві та інших сферах промисловості.

Що таке вуглецева сталь

Вуглецева сталь - це сплав, отриманий за рахунок поєднання заліза з вуглецем. Останнього у сплаві має бути менше 2,14%. Також у невеликій кількості містить різні домішки: марганець, кремній, сірку, нікель, хром, мідь. Їх концентрація доволі мала і не впливає на ключові характеристики кінцевого продукту.

Класифікація за вмістом вуглецю

Саме вуглець має визначальний вплив на характеристики та застосування сталі. Чим вище його концентрація, тим міцніший сплав але знижуються параметри пластичності та зварюваності. Тому класифікація за вмістом вуглецю є базовою для сталей.

За цим принципом їх поділяють на такі категорії.

1. Низьковуглецева сталь. У таких сплавах вміст вуглецю складає 0,025-0,25%. Добре зварюється, не схильна до крихкості, після термообробки підвищує свою міцність, але може її втратити при наступному нагріванні. Застосовується, як правило, для виготовлення навантажених елементів зварних конструкцій, збірних каркасів, а також у виробах, що піддаються хіміко-термічній обробці: азотуванню, цементації, нітроцементації (деталі, що працюють на тертя в агресивних середовищах та при високих температурах; матриці та пуансони для гарячого штампування, прес-форми тощо).
2. Середньовуглецева сталь. Масова частка вуглецю сягає 0,6%. Вони мало флокеночутливі, але схильні до підгартовування, тому виникають труднощі при їх зварюванні. Для цього процесу необхідний попередній або супутній прогрів металу.
3. Високовуглецева сталь. В її складі вміст вуглецю сягає 2,14%. Варто зазначити що знаходиться цей хімічний елемент у вигляді цементиту Fe3С. Такі сплави міцні, пружні і тверді, але проявляють схильність до старіння та холодноламкості. Матеріал погано обробляться та зварюється.

Класифікація за ступенем розкислення

Під час плавки у сталевому розплаві знаходиться велика кількість газів: кисень, водень, азот, монооксид вуглецю, продукти вторинних реакцій. Це обумовлено великою кількістю хімічних реакцій, які проходять при даному процесі. Вони негативно впливають на хімічну структуру та однорідність металу. Можуть погіршити ударну в'язкість, міцність до втоми, пластичність.

Щоб цього уникнути використовують процес дегазації, який досягається роз'ясненням у сталеплавильному агрегаті під впливом сильнодіючих розкісників. Найчастіше ними виступають кремній та алюміній. Вони є сильними відновниками по відношенню до оксиду заліза, активно зв'язуються з побічними газоподібними продуктами. Також глибоку дегазацію можна виконати за допомогою вакууматора.

Під час розкислення виділення газу йде не так бурхливо. Це призводить до зниження газових включень та вкраплень сульфідів й інших включень.

Відповідно до процесу до активності процесу дегазації їх класифікують на три види.

1. Спокійні. У цих сплавах відбувається максимальний ступінь розкислення. Їх структура щільна, дрібнозерниста, однорідна. Вони мають поліпшені фізичні, механічні та технологічні властивості. Але процес має підвищену вартість та знижений вихід готового прокату.
2. Киплячі. Більш низькі за якістю, адже мають неоднорідну структуру, підвищену схильність до утворення тріщин після зварювання. Їх не використовують у навантажених та відповідальних конструкціях та для агрегатів розрахованих на експлуатацію при низьких температурах. Підходять для виготовлення невідповідальних виробів, що експлуатуються за нормальних умов.
3. Напівспокійні сталі. Такі сплави є частково розкисненими, тому мають усереднені показники якості. Менш затратні у виробництві, дешевші, але у порівнянні з киплячими більш зручні в обробці та надійні в експлуатації.

Класифікація за якістю

Вітчизняні ДСТУ та ГОСТ передбачають поділ сталей за способом виплавки, від яких залежить якість металу. Головними критеріями тут є кількісні характеристики сірки та фосфору.

Дані елементи впливають на структурну та хімічну однорідність. Сірка провокує утворення тріщин при зварюванні та знижує ударну в'язкість. Фосфор збільшує холодноламкість, тому чим більше їх у сплаві, тим гірше його якість.

Вуглецеві сталі звичайної якості - частка вуглецю в них не більше 0,49 %, на сірку та фосфор припадає 0,05 % та 0,04 % відповідно.

Згідно ДСТУ 2651 такі сталі випускаються у вигляді фасонних профілів, гарячекатаних прутків, дротів, листів, смуг та поковок. Прокат з них виготовляється гарячекатаним або холоднокатаним способом,, але для досягнення певних властивостей інколи піддається термообробці.

Якісні вуглецеві сталі містять сірки 0,04% а фосфору - 0,035% відповідно. Якість, хімічний склад та механічні властивості регламентуються ДСТУ 7809. Потребують суворого підходу до складу вихідних матеріалів та методів доведення сплаву.

Мають гарну витривалість, пластичність, достатню ударну в'язкість. Більш стійкі на знос після термообробки, мають твердість поверхневих шарів.

Класифікація за призначенням

Під час виробництва важливо керуватися тим, де та в якому вигляді буде використовуватися сталь. Для цього в системі стандартів України їх класифікують на наступні підгрупи:

• Конструкційні - використовуються для металоконструкції, механізмів, пристроїв, предметів побуту, мають добре оброблятися, бути стійкими до ударів, достатню міцність, пластичність та довговічність;
• Інструментальні - підходять для виробництва штампового оснащення, ручного та механічного різального інструменту, інколи для вимірювального обладнання, якість регламентується ДСТУ 3833, переважно використовуються термообробленому вигляді.
• Будівельна - забезпечує надійне та довговічне з'єднання металевих конструкцій;
• спеціалізована - виготовляється для конкретних галузей, таких як авіація, автомобілебудування або виробництво зброї, може мати унікальні властивості, висока стійкість до температурних впливів, корозії або механічних навантажень.

Маркування

На даний момент на світовому ринку відсутня єдина Міжнародна система маркування металевих сплавів, тому кожна країна використовує власні та світові міждержавні системи. За основу береться хімічний склад або призначення сплаву. В Україні використовується буквено-цифрова система. Номер сплаву умовно присвоєний на основі хімічного складу, для якісних сталей використовують двозначні номери, порядок яких говорить про усереднену кількість вуглецю у сотих частках відсотків.

Для позначення ступеню розкислення використовують відповідні літерні індекси:

• кп – кипляча;
• пс – напівспокійна;
• сп – спокійна.

Якщо сталь має підвищену частку марганця (від 0,8%), то вона позначається буквою Г. Літера А у маркуванні позначає, що сталь відрізняється хорошою оброблюваністю. Вона часто використовується в металорізальних верстатах та автоматичних верстатних лініях. Інструментальні сталі позначаються буквою У на початку маркування.

В країнах Європейського Союзу класифікація та маркування сталей більш складні так у стандарті EN 10027 регламентується найменування на основі буквено-цифрових позначень фізичних та механічних властивостей. Наприклад марки вуглецевої сталі звичайної якості мають номер 1.00ХХ, якісні – 1.01ХХ - 1.09ХХ, інструментальні – 1.15ХХ - 1.18ХХ. Вуглецева сталь має оптимальну міцність та пластичність. Вона більш дешева, але схильна до появи іржі під впливом атмосферних опадів, електролітів чи інших агресивних речовин, погано полірується. Для мінімізування корозії їх можна фарбувати або наносити захисні покриття гальванічним способом або гарячим зануренням.

Широко використовуються у будівництві, промисловості, агрокомплексі, лісовому господарстві, енергетиці.

Вуглецева сталь звичайної якості використовується для зварних конструкцій невідповідального призначення, шайб, огорож, анкерних болтів, арматури, елементів вагонних рам та мостових ферм, роликів тощо.

Якісна конструкційна сталь використовується для виробництва деталей корпусу посудин, що працюють під тиском, корпусів та обшивки апаратури, фланців запірної арматури, виготовлення траверсів, важелів, колес вагонів, дисків зчеплення, дротів для тросів.

Інструментальні сталі використовуються для виробництва інструментів для обробки деревини, штампів, токарних верстатів, голок, плашок, пилок по металу, напилків, шаберів.

Для сучасних металоконструкцій вибір здійснюється на основі глибокого аналізу властивостей та особливостей. Необхідно враховувати довговічність конструкції та рівень надійності при впливі агресивних речовин, температури та тиску, а також динамічних навантажень.

Компанія «ЮТМК» допоможе вам з вибором необхідного металопрокату. Має у своєму асортименті великий вибір виробів зі сталі. Здійснити замовлення можна на складах у Києві, Одесі, Дніпрі, Полтаві, Кракові, Варшаві, Лодзі. Доставляємо по всій території України та Європи. Звертайтесь, ми допоможемо Вам з вибором прокату. Оптових клієнтів чекає знижка в залежності від обсягів замовлення.