Понятия «металлургия» и «сталь» практически неразделимы. Именно этот сплав образует основной ресурс чёрной металлургии. При этом существует два вида стали — углеродистая и легированная. Разные свойства и качества обеих определяют сферу их применения. Значительный процент приходится на углеродистую сталь, основу которой составляют железо (Fe) и углерод (C).
Что отличает углеродистую сталь от других сплавов
По факту, углеродистая сталь представляет собой простой сплав, исключающий другие добавки. Небольшой процент меди (Cu), кремния (Si) и марганца (Mn) допустим, но он минимален.
Однако сплав железа (Fe) с углеродом (C) присущ не только углеродистым сталям. Эти же химические элементы входят в состав легирующих сталей и чугуна. Отличия объясняются процентным соотношением железа (Fe) и углерода (C), а также количеством легирующих элементов в составе:
- 0,02 - 2,14% углерода (C) — углеродистая сталь;
- 0,02 - 2,14% углерода (C) плюс высокий процент легирующих элементов — легирующая сталь.
Если процент углерода (C) будет выше 2,14, на выходе получится чугун.
Свойства углеродистой стали
Прежде всего этот металл ценится за прочность. Однако прочность — многокомпонентный параметр, включающий в себя совокупность величин:
- удлинение при разрыве;
- ударную вязкось;
- твёрдость;
- пределы прочности и текучести.
Каждое свойство зависит от уровня углерода (C) в составе, что позволяет делить сортамент на марки. Углерод (C) снижает вязкость и пластичность металла, наделяя его твёрдостью и прочностью.
Второе по значимости свойство — износостойкость. Для достижения хороших показателей износостойкости используют закалку, цементацию и насыщение азотом (N). Для каждого типа используют свой метод:
- для повышения износостойкости высокоуглеродистых сплавов — закалку;
- для повышения износостойкости низкоуглеродистых сплавов — цементацию.
Нитроцементация (насыщение азотом (N)) используется в отношении всех типов.
Технологичность сплава — ещё одно свойство, сделавшее углеродистую сталь самой применяемой в промышленности:
- хорошо поддаётся механической обработке (фрезерование, сверление, резка);
- штампуется, куётся, сгибается;
- сварка — важный критерий, применимый к разным маркам в большей или меньшей степени.
Уязвимая сторона углеродистых сталей — антикоррозийные свойства. Все марки углеродистой стали склонны к разрушению при контакте с водой (H2O) и кислородом (O2). Для улучшения антикоррозийных свойств в их состав вводят хром (Cr), реже — никель (Ni), молибден (Mo), титан (Ti) и медь (Cu).
Классификация углеродистой стали
Сплав классифицируют по группам, опираясь на два критерия — химический состав и сферу применения. В первую очередь химический состав определяется процентным содержанием углерода (C). По этому критерию углеродистая сталь делится на три типа.
- Низкоуглеродистая. Отличается хорошей пластичностью, но меньшей прочностью. Металл легко режется и поддаётся механической обработке. Однако эти свойства уменьшают прочность и твёрдость сплава, что объясняется низким содержанием углерода (С) — от 0,02 до 0,25%. Изменить эти параметры неспособна даже закалка металла. Марки 10, 15, 29, Ст0, Ст1, Ст2.
- Среднеуглеродистая. Прочный металл с большим процентом углерода (С) — 0,26 - 0,6%. Универсальный сплав, хорошо поддающийся закалке. Марки 25, 45, Ст3, Ст4, Ст5.
- Высокоуглеродистая. Отличается самым высоким процентом содержания углерода (С) — 0,6 - 1,35%. Свойства сильно отличаются от предыдущих. Сталь поддаётся закалке, но непригодна к сварке. Закалённый металл хорошо проявляет пружинные свойства. Марки 60, 70, 80, У9, У12, У13.
Углерод (C) и железо (Fe) выступа.n единственными образующими элементами, но добавки всё же используют. Они позволяют получать на выходе углеродистую сталь с разными свойствами.
Вот ряд основных элементов, влияющих на свойства и структуру:
- углерод (С) — элемент, влияющий на пластичность, твёрдость и прочность;
- марганец (Mn) и кремний (Si) — элементы, необходимые для процесса раскисления, присутствуют практически во всех марках;
- фосфор (P) — вредная примесь, придающая хрупкость;
- сера (S) — вредная примесь, серьёзно ухудшающая качества металла, он становится ломким, уязвимым к коррозии, его износостойкость, пластичность и прочность заметно уменьшаются.
Следующий критерий классификации — сфера применения.
Классификация металла по сфере применения
По данной системе классификации углеродистая сталь делится на три типа — конструкционная, инструментальная и специальная.
- Конструкционная — один из самых популярных видов, используемый в машиностроении. Она также делится на виды: обыкновенная со стандартной очисткой от примесей, качественная с высокой степенью очистки и вид с повышенной обрабатываемостью, отличающийся стабильной структурой. Комплектующие, сварные конструкции, отдельные механизмы и заготовки — их основной спектр применения.
- Инструментальная характеризуется высоким процентом углерода (C) в составе, благодаря чему её отличают износостойкость и твёрдость. Используется для изготовления слесарных и измерительных инструментов, а также для холодной штамповки.
- Специальная обогащена специальными добавками. В зависимости от качества добавок получают разные её виды — строительные, рессорно-пружинные, рельсовые, подшипниковые. Однородная структура сплавов используется при производстве метизов. Сфера применения — строительство и всё, что с ним связано.
Заключение
Углеродистая сталь — один из самых доступных сплавов. Её же можно считать универсальным материалом на производственных площадках. Она способна решать многочисленные задачи во всех промышленных сферах, что остаётся на протяжении длительного времени одним из самых серьёзных аргументов для её использования.
Полезные ссылки:
