Сталь – продукт чорної металургії, головний З нього виробляють будівельну арматуру, металопрокат різного профілю, труби, деталі, механізми та інструменти.
Виробництво сталі
Чорна металургія займається і стали. Чавун – твердий, але не міцний матеріал. Сталь - міцний, надійний, пластичний, схильний до використовуваного у ливарному виробництві, прокатці, ковці та штампуванні.
Існує кілька способів виплавки сталі:
- Конверторні. Обладнання: Шихта (вихідні матеріали): сталевий металобрухт, вапняк. Виробляються лише вуглецеві сталі.
- Мартенівський. Обладнання: мартенівська піч. Шихта: рідкий чавун, сталевий металобрухт, залізняк. Універсальний як для вуглецевих, так і для легованих сталей.
- Електродуговий. Обладнання: електродугова піч. Шихта: сталевий металобрухт, чавун, кокс, вапняк. Універсальний метод.
- Індукційний. Індукційна піч. Шихта: сталевий та чавунний металобрухт, феросплави.
Суть процесу виробництва стали - зменшення кількості негативних хімічних включень з метою отримання металу, який у народі називають "залізом", а точніше - залізовуглецевого сплаву з вмістом вуглецю в ньому не більше 2,14%.
Процеси розкислення
Для сталі на завершальному етапі виплавки характерний процес кипіння, який впливають властиві у ній азот, водень, окису вуглецю. Такий сплав у затверділому стані має пористу структуру, яка забирається прокаткою. Він м'який та пластичний, проте недостатньо міцний.
Процес розкислення полягає в деактивації киплячих домішок шляхом введення в сплав феромарганцю, феросиліцію, алюмінію. Залежно від кількості залишкових газів та розкислювальних елементів, сталь може бути напівспокійною або спокійною.
Готову сталь необхідного ступеня розкислення розливають у виливниці для кристалізації та використання на наступних технологічних етапах виготовлення готової сталевої продукції.
Класифікація вуглецевої сталі
Всю сталь, що існує на світовому ринку, можна поділити на вуглецеву та леговану. Всі марки вуглецевої сталі поділяються за різними групами класифікатора та особливостями позначення.
Виходячи з основних класифікаційних ознак, виділяють:
- Вуглецеві конструкційні сталі. Вони карбону менше 0,8%. Вони використовуються для виготовлення арматури, прокатної продукції та лиття.
- Вуглецеві інструментальні сталі, які зріжуть карбон у кількості від 0,7% до 1,3%. Їх використовують для інструментів, обладнання приладів.
За способами розкислення:
- киплячі - розкислювальних елементів (РЕ) у складі менше 0,05%;
- напівспокійні - 0,05% ≤ РЕ ≤ 0,15%;
- спокійні - 0,15% РЕ 0,3%.
За хімічним складом:
- маловуглецеві (0,3%≤С);
- середньовуглецеві (0,3≤С≤0,65%);
- високовуглецеві (0,65?С?1,3%).
Залежно від мікроструктури:
- доевтектоїдні - у такій сталі вуглецю у складі менше 0,8%;
- евтектоїдні - це сталі із вмістом вуглецю 0,8%;
- заевтектоїдні - сталі із вмістом вуглецю понад 0,8%.
За якістю:
- Звичайної якості. Сірки тут міститься менше 0,06%, фосфору – не більше 0,07%.
- Якісні сталі. Вони не містять сірки та фосфору більше 0,04%.
- Високоякісні. Кількість сірки тут не перевищує 0,025%, а фосфору – не більше 0,018%.
За основним стандартом марки вуглецевої сталі розподіляють на:
- конструкційні звичайної якості;
- конструкційні якісні;
- інструментальні якісні;
- інструментальні високоякісні.
Особливості маркування конструкційної сталі звичайної якості
Сталі звичайної якості містять: С – до 0,6%, S – до 0,06%, P – до 0,07%. Розгляньмо, як маркується ця вуглецева сталь. ГОСТ 380 визначає такі нюанси позначення:
- А, Б, В – група; А – не позначається в марках;
- 0-6 після літер «Ст» - порядковий номер, в якому зашифровано хімічний склад та (або) механічні властивості;
- Г – наявність Мангану Mn (марганцю);
- кп, пс, сп - ступінь розкислення (кипляча, напівспокійна, спокійна).
Цифри від 1 до 6 після позначення ступеня розкислення через тире – це категорії. У цьому перша категорія не позначається ніяк.
Літери ж М, К на початку марки можуть означати металургійний спосіб виробництва: мартенівський чи киснево-конверторний. До речі, вуглецеві сталі звичайної якості представлені кількісним складом марок, приблизно в 47 штук.
Класифікація конструкційних сталей звичайної якості
Вуглецеві сталі звичайної якості поділяються на групи.
- Група А: сталі, які повинні точно відповідати заданим механічним властивостям. Споживачу вони поставляються найчастіше у вигляді листового та багатопрофільного прокату (листи, таври, двотаври, арматура, заклепки та корпуси). Марки: Ст0, Ст1 - Ст6 (кп, пс, сп), категорії 1-3, у тому числі Ст3Гпс, Ст5Гпс.
- Група Б: сталі, які мають бути регламентовані необхідним хімічним складом та властивостями. Виготовляється лиття та прокат, який піддаватиметься додатковій механічній обробці тиском у гарячому стані (ковка, штампування). Марки: БСт0, БСт1 (кп-сп), БСт2 (кп, пс), БСт3 (кп-сп, у тому числі БСт3Гпс), БСт4 (кп, пс), БСт6 (пс, сп), категорії 1 та 2.
- Група В: сталі, які повинні відповідати необхідним хімічним, фізичним, механічним та технологічним властивостям. Цій групі притаманні різноманітність марок, з яких виготовляється пластичний листовий прокат, міцна арматура для роботи в зонах значних температурних перепадів, відповідальні деталі (болти, гайки, осі, пальці поршнів). Всю продукцію різного складу, властивостей та марок цієї групи поєднує хороша технологічна зварюваність. Марки: ВСт1-ВСт6 (кп, пс, сп), ВСт5 (пс, сп), зокрема ВСт3Гпс, категорії 1-6.
Конструкційні сталі звичайної якості - сплави, що мають широке різнопланове використання у промисловості.
Маркування вуглецевої якісної сталі
Вуглецеві якісні сталі мають у складі S і P не більше 0,04% відповідно.
Маркування (ГОСТ 1050-88):
- цифри 05-60 – зашифрована наявність вуглецю (мінімальна – 0,05%, максимальна – 0,6%);
- кп, пс, сп – ступінь розкислення («сп» не позначається);
- Г, Ю, Ф - містять марганець, алюміній, ванадій.
Винятки у маркуванні
Вуглецеві якісні сталі у своєму маркуванні мають винятки:
- 15К, 20К, 22К - якісні сталі, які застосовуються в котлобудуванні;
- 20-ПВ - вуглецю - 0,2%, сталь застосовується у виготовленні труб методом гарячої прокатки, в котлобудуванні та монтажі опалювальних систем, містить мідь та хром;
- ОсВ - сталь виготовлення вагонних осей, містить нікель, хром, мідь.
Для всіх марок якісних сталей характерна можлива необхідність використання термічної (наприклад, нормалізація) та хіміко-термічної обробки (наприклад, цементація).
Класифікація вуглецевих якісних сталей
Цей вид вуглецевих сталей можна умовно поділити на 4 групи:
- Високопластичний матеріал, що застосовується для холодної механічної обробки (прокатки), листовий та трубний прокат. Марки - сталь 08пс, сталь 08, сталь 08кп.
- Метал, що використовується в гарячій прокатці та штампуванні, який працюватиме в термічно агресивних умовах. Марки – від сталь 10 до сталь 25.
- Сталь, що знайшла застосування у виготовленні відповідальних деталей, зокрема пружин, ресор, муфт, болтів, валів. Марки – від сталь 60 до сталь 85.
- Стали, що вимагають надійної експлуатації в агресивних умовах (наприклад, ланцюг гусеничного трактора). Марки сталь 30, сталь 50, сталь 30г, сталь 50г.
Також можна розділити на 2 групи всі відомі марки вуглецевої сталі з класу якісних: конструкційні звичайні та конструкційні марганець містять.
Застосування вуглецевої конструкційної сталі
| Клас стали за якістю | Марка | Застосування |
| звичайної якості | Ст0 | арматура, обшивка |
| Ст1 | таври, двотаври, швелери | |
| Ст3Гсп | будівельний прокат | |
| Ст5сп | втулки, гайки, болти | |
| Ст6пс | будівельні ломи | |
| ВСт4кп | фасонний, листовий, сортовий прокат для міцних конструкцій | |
| якісна | Сталь10 | труби для котлів, штампування |
| Сталь15 | деталі високої пластичності, кулачки, болти, гайки | |
| Сталь18кп | зварні конструкції | |
| Сталь 20пс | осі, вилки, пальці, штуцера, патрубки | |
| Сталь50 | зубчасті колеса, муфти зчеплення | |
| Сталь60 | шпинделі, шайби, пружинні кільця |
Вуглецеві інструментальні сталі відрізняються високою міцністю та ударною в'язкістю. Вони обов'язково підлягають багатоступінчастій термообробці.
Марочне позначення (ГОСТ 1435-74):
- У - вуглецева інструментальна;
- 7 -13 - вміст вуглецю у ній 0,7-1,3%, відповідно;
- Г – наявність у складі марганцю;
- А – високоякісна.
Виключення з основних принципів маркування вуглецевих інструментальних сталей - матеріал для деталей годинникових механізмів А75, АСУ10Е, АУ10Е.
Вимоги до вуглецевих інструментальних сталей
Відповідно до ГОСТу, інструментальні сталі повинні відповідати ряду характеристик.
Необхідні фізико-хімічні та механічні властивості: якісні показники твердості, ударної в'язкості, міцності, стійкості до температурних змін під час експлуатації (під час різання, свердління, ударних навантажень), стійкість до корозії.
Задані технологічні властивості:
- стійкість до негативних процесів технології різання (налипання стружки, наклеп);
- хороша оброблюваність точенням та шліфуванням;
- податливість до термообробки;
- стійкість до перегріву.
Для підвищення якісних механічних та технологічних показників інструментальні сталі піддають багатоступінчастій термообробці:
- відпал вихідного матеріалу перед виготовленням інструментів;
- загартування (охолодження в розчинах солей) та подальша відпустка готових виробів (в основному, низька відпустка).
Отримані властивості визначаються хімічним складом та отриманою мікроструктурою: мартенсит із цементитними та аустенітними включеннями.
Використання вуглецевих інструментальних сталей
Застосовуються описувані сталі виготовлення різноманітних інструментів: ріжучих, ударних, допоміжних.
- Сталь У7, У7А - молотки, зубила, сокири, стамески, кувалди, долота, рибальські гачки.
- Сталь У8, У8А, У8Г - пили, викрутки, кернери, зенковки, фрези, плоскогубці.
- Сталь У9, У9А – слюсарний інструмент, інструмент для різання по дереву.
- У11, У11А - рашпілі, мітчики, допоміжний інструмент для штампування та калібрування.
- У 12, У12А – розгортки, мітчики, вимірювальні інструменти.
- У13, У13А - напилки, бритвенні та хірургічні інструменти, штампувальні пуансони.
Раціональний вибір марки вуглецевої сталі, технології її термообробки, розуміння її властивостей та особливостей - запорука тривалої служби вироблених, оброблюваних чи використовуваних конструкцій чи інструментів.
Вуглецевою сталлю називається інструментальна або конструкційна сталь, що не містить добавок, що легують. Вуглецева стальпідрозділяється на низьковуглецеву (до 0,25% вуглецю), середньовуглецеву (від 0,25 до 0,6% вуглецю) та високовуглецеву (до 2% вуглецю).
Від звичайних сталей вуглецеву сталь відрізняє менший вміст домішок, невеликий вміст кремнію, магнію та марганцю.
Вуглецева сталь відрізняється підвищеною міцністю та високою твердістю.
За якістю розрізняють вуглецеву сталь звичайну та якісну конструкційну.
Вуглецева сталь звичайної якості буває холоднокатана (тонколистова) і гарячекатана (фасонна, сортова, тонколистова, товстолистова, широкосмугова). Вона випускається наступних марок: Ст1кп, СтО, Ст1пс, Ст2кп і т.д. Індекси в маркуванні розшифровуються так: кп кипляча, пс напівспокійна.
Якісна конструкційна сталь - це ковані та гарячекатані заготовки товщиною до 250 мм, сріблянка (круглі прутки зі спеціальною поверхнею) та калібрована сталь. Вона випускається наступних марок: 05кп, 08кп, 08пс, 08, 10кп, 10пс, 10, 11кп, 15пс і т.д. Цифри в маркуванні позначають відсотковий вміст вуглецю (у сотих частках відсотка). Якісна конструкційна сталь використовується для виготовлення відповідальних деталей механізмів та машин, штампування.
Якісна сталь має у складі не більше 0,03% фосфору та сірки, високоякісна не більше 0,02%.
Вуглецева стальбуває різного призначення: призначена для статично навантаженого інструменту та ударних навантажень.
Для виготовлення ріжучого інструменту з високою твердістю, що не зазнає ударів (хірургічний інструмент, напилки, шабери, плашки, свердла, вимірювальні інструменти) використовуються сталі У10У13. Такі сталі, що піддаються всім видам термообробки і містять хром, використовуються також для токарних різців.
Для виготовлення інструменту, що зазнає ударних навантажень (сокири, пили, деревообробні інструменти, зубила, тавра по металу, викрутки) використовуються сталі У7-У9. Вони також піддаються будь-якому способу термообробки.
Ви можете замовити та купити вуглецеву сталь, оформивши замовлення на нашому сайті.
Завдяки своїм характеристикам міцності і доступній ціні вуглецева сталь є дуже поширеним сплавом. Його головні елементи - це залізо та вуглець з мінімумом присесів. З вуглецевої сталі виробляють різну машинобудівну продукцію, деталі трубопроводів та котлів, інструменти. У будівництві метали теж знайшли широке застосування.
Основні характеристики
Залежно від основного призначення вуглецеві сталі діляться на інструментальні і конструкційні, легуючих елементів у складі практично немає. Від звичайних сталевих сплавів вони відрізняються ще й тим, що мають у складі значно менше базових домішок: марганцю, магнію, кремнію. Зміст головного елемента - вуглецю - варіюється в досить широких межах. У складі високовуглецевої сталі міститься 0,6-2% C, середньовуглецевої - 0,3-0,6%, низьковуглецевої - до 0,25%.
Основний елемент визначає властивості та структуру. У внутрішній структурі сплавів менш ніж 0,8% C (сталь доевтектоїдна) - переважно перліт і ферит, а при збільшенні концентрації головного елемента формується вторинний цементит.
Представлені сталі з переважанням феритної структури високо пластичні та мають низьку міцність. Якщо в структурі переважає цемент, метал характеризується високою міцністю, проте і великою крихкістю. При підвищенні вмісту C до 0,8-1% зростає міцність та твердість, але сильно погіршується в'язкість та пластичність.
Кількісний вміст вуглецю позначається на технологічних характеристиках, зокрема, на зварюваності, легкості обробки різанням та тиском.
- З низьковуглецевих сталей виготовляють деталі та конструкції, не призначені для значних навантажень.
- Характеристики середньовуглецевих сталей роблять їх основним конструкційним матеріалом, який використовується у виробництві конструкцій та деталей для транспортного та загального машинобудування.
- Високовуглецеві сплави оптимальні для виготовлення деталей, які повинні мати підвищену зносостійкість, у виробництві вимірювального та ударно-штампового інструменту.
Метал, як та інші сталеві сплави, у складі містять домішки:
- кремній;
- фосфор;
- марганець;
- азот;
- сірку;
- водень;
- кисень.
Кремній та марганець – це корисні домішки, які вводяться до складу на стадії виплавки для розкислення. Фосфор та сірка - шкідливі домішки, що погіршують якісні характеристики сплаву.
Вважається, що легування та вуглецеві види несумісні, проте з метою покращення їх технологічних та фізико-механічних характеристик може виконуватися мікролегування за допомогою додавання різних добавок:
- бору;
- титану;
- цирконію;
- рідкісноземельних елементів.
З їх допомогою не вдасться перетворити метал на нержавіючу сталь, але значно поліпшити властивості вдасться.
Класифікація за рівнем розкислення
На поділ типи впливає, зокрема, ступінь розкислення. Залежно від цього параметра наші сплави ділять на спокійні, спокійні і киплячі.
Більш однорідну внутрішню структуру мають спокійні сталі, чиє розкислення досягається шляхом додавання в розплавлений метал алюмінію, феросиліція та феромарганцю. Завдяки тому, що сплави нашої категорії повністю розкислилися у печі, у їхньому складі відсутній закис заліза. Залишковий алюміній, що перешкоджає зростанню зерна, забезпечує дрібнозернисту структуру. Вона і практично абсолютна відсутність розчинених газів дозволяє отримати якісний метал для виготовлення найвідповідальніших деталей і конструкцій. Поряд із плюсами у спокійних сплавів є великий мінус – досить дорога виплавка.
Є більш дешеві, хоч і менш якісні, вуглецеві сплави, при виплавці яких використовують мінімум спеціальних добавок. У структурі такого металу через те, що процес розкислення у печі не довели до кінцяє розчинені гази, що негативно відбиваються на характеристиках. Азот, наприклад, погано впливає на зварюваність та провокує утворення тріщин в області шва. Розвинена ліквація у структурі сплавів призводить до того, що металопрокат, зроблений із них, відрізняється неоднорідністю за структурою та механічними характеристиками.
У напівспокійних сталей проміжне положення за властивостями та ступенем розкислення. Перед заливанням у виливниці до складу їх вводиться трохи розкислювачів, завдяки яким затвердіння металу відбувається практично без кипіння, але виділення газів у ньому продовжується. В результаті виходить виливок, у структурі якого менше газових бульбашок, ніж у киплячих сталях. Ці внутрішні пори при подальшому прокочуванні металу заварюються практично повністю.
Більшість напівспокійних вуглецевих сталей використовують як конструкційні матеріали.
Виробництво та поділ за якістю
Вуглецеві сталі одержують шляхом використання різних технологій. Розрізняють:
- якісні вуглецеві сталі;
- високоякісні сталеві сплави;
- вуглецеві сталеві сплави звичайної якості.
Сплави звичайної якості одержують у мартенівських печах, а з них формуються великі зливки. До плавильного обладнання, що використовується для отримання таких сталей, відносяться, зокрема, кисневі конвертери. У порівнянні з якісними сталевими сплавами, у металі може міститися багато шкідливих домішок, що відбивається на характеристиках та вартості виробництва.
Сформовані та застиглі зливки прокочують гарячимичи холодними. Гарячою прокаткою отримують сортові та фасонні вироби, тонколистовий та товстолистовий метал, широкі металеві смуги. Холодною прокаткою отримують тонколистовий метал.
Для виробництва якісної та високоякісної сталі використовуються мартенівські печі та конвертери, а також плавильні печі, які працюють на електриці.
До складу, саме до наявності у структурі шкідливих і неметалевих домішок, ГОСТ пред'являє жорсткі вимоги. У високоякісних сталях має бути не більше 0,04% сірки та не більше 0,035% фосфору. Високоякісні та якісні сталеві сплави завдяки суворим вимогам до способу виплавки та характеристик мають підвищену чистоту структури.
Застосування та маркування
Інструментальні сплави, в яких 0,65-1,32% C, використовуються виготовлення різного інструменту. Для поліпшення механічних властивостей інструментів роблять загартування матеріалу виготовлення.
З конструкційних сплавів роблять деталі для різного обладнання, елементи конструкцій будівельного та машинобудівного призначення, кріпильні деталі та інше. З конструкційної сталі робиться дріт вуглецевий, який використовується в побуті, у виробництві кріплення, у будівництві, для виготовлення пружин. Після цементації конструкційні сплави успішно використовуються у виробництві деталей, що піддаються під час експлуатації серйозного поверхневого зношування та зазнають великих динамічних навантажень.
Маркування говорить про хімічний склад сплаву та його категорію. У позначенні вуглецевої сталі звичайної якості є букви "ст". ДЕРЖСТАНДАРТ обговорює сім умовних номерів марок (0-6), що також вказуються в позначенні. Ступінь розкислення позначають літери "кп", "пс", "сп", проставлені наприкінці маркування. Марки високоякісних та якісних сталей позначаються цифрами, які вказують на вміст у сплаві C у сотих частках відсотка.
Про те, що інструментальний сплав, можна зрозуміти за буквою «У» на початку маркування. Цифра, яка йде за цією літерою, говорить про зміст C у десятих частках відсотка. Літера «А», якщо така є у позначенні інструментальної сталі, свідчить про поліпшені якісні показники металу.
Сталі з підвищеним вмістом вуглецю можуть бути менш схильними до утворення структур малої пластичності. При дії структурних та зварювальних напруг метал малої пластичності може зруйнуватися. Цьому сприяє наявність у ньому та його зварювальному шві дифузійного водню. Для запобігання появі холодних тріщин застосовуються способи, що дозволяють усунути фактори, що сприяють появі таких недоліків.
Вуглецева сталь, марки якої описані нижче, широко застосовується у різних галузях. Вибір певної марки вуглецевої сталі здійснюється виходячи з конкретної мети, в якій вона буде використана. Це з тим, кожна марка відрізняється своїми характеристиками.
Класифікація сталі
Всі вуглецеві сталі, залежно від області призначення, поділяються на низьковуглецеві, середньовуглецеві та високовуглецеві сталі, і діляться за декількома параметрами:
- Метод розкислення.
- склад хімічних елементів.
- Мікроструктури.
- Якість.
Згідно з основними стандартами, вуглецеві сталі діляться на:
- Конструкційну звичайну.
- Конструкційну якісну.
- Інструментальну якісну.
- Інструментальну високу якість.
Технологія виготовлення
Виготовлення сталі в металургійній промисловості проводиться у різний спосіб. Кожен метод виробництва відрізняється, залежно від обладнання, що застосовується. Так, все обладнання для виробництва вуглецевих сталей можна поділити на три типи:
- Конверторні печі плавильні.
- Печі мартенівського типу.
- Електричні печі.
Конверторні
Конверторні печі здійснюють розплавлення всього складу металу. За такого методу розплавлена маса піддається обробці технічним киснем. Для очищення розпеченої маси від різноманітних домішок до неї додають вапно. Так вдається перетворити домішки на шлак. Під час виробничого процесу активно відбувається окислення металу. Це провокує виділення великої кількості чаду.
Виготовлення вуглецевих сталей у печах конверторного типу має значний недолік. До нього відноситься те, що при роботі відбувається виділення великої кількості пилу. Це призводить до необхідності встановлення додаткових фільтрувальних установок, що тягне за собою витрати коштів. Незважаючи на це, конверторний метод має високу продуктивність і широко застосовується в металургії.
Мартенівські
Отримання різних марок вуглецевої сталі з використанням печей мартенівського типу дає змогу отримати кінцевий продукт найвищої якості. Виробничий процес відбувається так:
- У спеціалізований відсік печі завантажуються складові сплаву: чавун, сталевий брухт і т. д.;
- Весь склад нагрівається до високої температури;
- Під впливом температури всі складові перетворюються на однорідну розпечену масу;
- При плавленні відбувається взаємодія всіх компонентів сплаву заліза та вуглецю;
- Матеріал, що вийшов у результаті хімічної взаємодії, виходить із печі.
Електричні
Спосіб отримання різних марок вуглецевої сталі в електричних печах відрізняється від перерахованих вище. Його відмінність полягає у способі нагрівання складу. Застосування електрики для розігріву компонентів знижує окислюваність металу. Це значно зменшує кількість водню у складі металу, що покращує структуру сплаву та впливає на якість кінцевого продукту.
Використання сталі
Вуглецева сталь різних марок використовується для виготовлення конструкцій у багатьох галузях. Залежно від сфери застосування продукції, використовуються певні марки.
Звичайної якості
Кількість сторонніх домішок, які у готової продукції, регламентовано ГОСТ 380-2005. Вуглецева сталь звичайної якості використовується для виробництва:
- Ст0- Обшивки, арматури і т. д.;
- Ст1– швелерів, таврових та двотаврових балок. Відрізняється низькою твердістю, але гарною в'язкістю;
- Ст2– частин невідповідальних конструкцій. Є високопластичним матеріалом;
- Ст3– металопрокату, що застосовується для зведення будівельних конструкцій, кузова, дисків автомобільної техніки тощо;
- Ст5- Болтів, гайок, важелів, пальців, осей і т. д.;
- Ст6– деталей підвищеної міцності для деревообробних та металообробних верстатів.
Якісна
З марок якісної сталі виготовляють:
- Труби та деталі, які застосовуються в котлобудуванні.
- Вироби з високою пластичністю – болти, гайки та ін.
- Деталі, призначені для створення конструкцій, що зварюються.
- Різні патрубки, пальці, осі.
- Шестерні, муфти зчеплення вантажних автомобілів, автобусів та іншої техніки.
- Пружинні шайби, кільця.
Інструментальна
Вуглецеві інструментальні сталі різних марок мають підвищену міцність і великий показник ударної в'язкості. Вони застосовуються для створення різноманітних інструментів та змінних елементів. При виробництві виробу піддаються багаторазовому впливу високої температури, що покращує їх фізичні властивості. Вироби стійкі до швидкої зміни температури та мають високу стійкість до корозії.
Маркування сталі
Всі вуглецеві згідно з маркуванням стали діляться на три категорії:
- Група А.До неї відносяться сплави, що відповідають строго заданим механічним властивостям;
- Група Б.Сталі цієї групи чітко відповідають за хімічним складом;
- Група Ст.Продукція цієї групи має відповідати механічним, фізичним та хімічним властивостям одночасно.
У сталі звичайної якості на початку позначення стоять літери Ст. За літерами Ст у маркуванні йде цифрове позначення. Цифра маркування позначає номер марки металу. Далі після номера вписується тип сплаву. Позначення типу сплаву таке:
- КП- киплячий;
- ПС- Напівспокійний;
- СП- Спокійний.
Безпосередньо перед літерним позначенням сплаву стоїть літера, що означає групу сталі. Якщо продукт належить до групи А, то буква не проставляється.
Для швидкого визначення марки виробник наносить спеціалізованою фарбою відповідні смуги:
- Ст0- Зелена смуга + червона.
- Ст1- Одна жовта + одна чорна.
- Ст3Гсп- коричнева + синя.
- Ст3- Червона.
- Ст4- Чорна.
- Ст5Гпс- коричнева + зелена.
- Ст5- Зелена.
- Ст6- Синя.
Ступінь наявності вуглецю у матеріалі визначається на самому початку. Кількість вуглецю для металу групи А вказується у сотих частинах відсотка. Для Б та В – у десятих. У деяких випадках після цих цифр виробник проставляє букву Г. Вона означає, що у виробі міститься велика кількість марганцю.
Категорії якісної сталі
Якісні сталі різного маркування можна поділити на кілька категорій:
- 08пс, 08кп– мають високу пластичність. Добре підходять для холодної прокатки;
- Від 10 до 25- використовується для гарячого штампування або прокатки;
- Від 60 до 85- застосовується для виконання відповідальних конструкцій, таких як ресори, пружини, муфти зчеплення;
- 30, 50, 30Г, 50Г- Підвищеної міцності, що витримують великі навантаження.
Винятки в позначеннях
Якісні сталі мають деякі винятки у позначеннях. До них відносяться:
- 15К, 20К, 22К- Застосовуються в будові котлів;
- 20-ПВ– має у своєму складі 0.2 відсотка вуглецю та мідь із хромом. З неї виконуються труби для систем опалення;
- ОсВ– містить добавки нікелю, хрому та міді. З неї виготовляють осі залізничних вагонів;
- А75, АСУ10Е, АУ10Е– застосовується для деталей у годинникових механізмах.
З перерахованого вище, що перед використанням виробу з вуглецевої сталі необхідно звернути увагу на його маркування. Так можна визначити його фізико-хімічні властивості та область призначення. Знаючи значення маркування металевої продукції, не виникне труднощів при доборі конкретного виду будь-яких цілей.
Вуглецева сталь завдяки доступній вартості і високим характеристикам міцності відноситься до широко поширених сплавів. З таких сталей, що складаються із заліза та вуглецю та мінімуму інших домішок, виготовляють різну машинобудівну продукцію, деталі колів та трубопроводів, інструменти. Широке застосування ці метали знаходять і в будівельній сфері.
Що являють собою вуглецеві сталі
Вуглецеві сталі, які в залежності від основної сфери застосування поділяються на конструкційні та інструментальні, практично не містять у своєму складі легуючих добавок. Від звичайних сталевих сплавів ці сталі також відрізняє і те, що в їхньому складі міститься значно менша кількість таких базових домішок, як марганець, магній та кремній.
Зміст основного елемента – вуглецю – у сталях цієї категорії може змінюватись у досить широких межах. Так, високовуглецева сталь містить у своєму складі 0,6–2% вуглецю, середньовуглецеві сталі – 0,3–0,6%, низьковуглецеві – до 0,25%. Цей елемент визначає як властивості вуглецевих сталей, а й їх структуру. Так, внутрішня структура сталевих сплавів, що містять у своєму складі менше 0,8% вуглецю, складається переважно з фериту та перліту, при збільшенні концентрації вуглецю починає формуватися вторинний цементит.
Вуглецеві сталі з переважаючою феритною структурою відрізняються високою пластичністю та низькою міцністю. Якщо ж у структурі сталі переважає цементит, то вона характеризується високою міцністю, але разом з цим є дуже крихкою. При збільшенні кількості вуглецю до 0,8-1% характеристики міцності і твердість вуглецевої сталі зростають, але значно погіршуються її пластичність і в'язкість.
Кількісний вміст вуглецю також серйозно впливає на технологічні характеристики металу, зокрема на його зварюваність, легкість обробки тиском і різанням. З сталей, що належать до категорії низьковуглецевих, виготовляють деталі та конструкції, які не будуть піддаватися значним навантаженням у процесі експлуатації. Характеристики, якими мають середньовуглецеві сталі, роблять їх основним конструкційним матеріалом, що використовується у виробництві конструкцій та деталей для потреб загального та транспортного машинобудування. завдяки своїм характеристикам оптимально підходять для виготовлення деталей, до яких пред'являються підвищені вимоги до зносостійкості, для виробництва ударно-штампового та вимірювального інструменту.
Вуглецева сталь, як і сталевий сплав будь-якої іншої категорії, містить у своєму складі різні домішки: кремній, марганець, фосфор, сірку, азот, кисень та водень. Частина цих домішок, такі як марганець і кремній, є корисними, їх вводять до складу сталі на стадії виплавки для того, щоб забезпечити її розкислення. Сірка та фосфор – це шкідливі домішки, які погіршують якісні характеристики сталевого сплаву.
Хоча вважається, що несумісні, поліпшення їх фізико-механічних і технологічних характеристик може виконуватися мікролегування. Для цього у вуглецеву сталь вводяться різні добавки: бор, титан, цирконій, рідкісноземельні елементи. Звичайно, за допомогою таких добавок не вдасться зробити з вуглецевої сталі нержавіючу сталь, але помітно поліпшити властивості металу вони цілком можуть.
Класифікація за рівнем розкислення
На поділ вуглецевих сталей різні типи впливає зокрема такий параметр, як ступінь розкислення. Залежно від цього параметра вуглецеві сталеві сплави поділяються на спокійні, напівспокійні та киплячі.
Більш однорідною внутрішньою структурою відрізняються спокійні сталі, розкислення яких здійснюють, додаючи в розплавлений метал феросиліцій, феромарганець та алюміній. За рахунок того, що сплави цієї категорії були повністю розкислені в печі, в їхньому складі не міститься закису заліза. Залишковий алюміній, який перешкоджає зростанню зерна, наділяє такі стали дрібнозернистою структурою. Поєднання дрібнозернистої структури та практично повна відсутність розчинених газів дозволяє формувати якісний метал, з якого можна виготовляти найбільш відповідальні деталі та конструкції. Поряд із усіма своїми перевагами вуглецеві сталеві сплави спокійної категорії мають і один істотний недолік - їх виплавка обходиться досить дорого.
Дешевшими, але й менш якісними є киплячі вуглецеві сплави, при виплавці яких використовується мінімальна кількість спеціальних добавок. У внутрішній структурі такої сталі через те, що процес її розкислення в печі не був доведений до кінця, є розчинені гази, які негативно відбиваються на характеристиках металу. Так, азот, що міститься у складі таких сталей, погано впливає на їхню зварюваність, провокуючи утворення тріщин в області зварного шва. Розвинена ліквація у структурі цих сталевих сплавів призводить до того, що металевий прокат, який з них виготовлений, має неоднорідність як за своєю структурою, так і за механічними характеристиками.
Проміжне положення і за своїми властивостями і за ступенем розкислення займають напівспокійні сталі. Перед заливкою у виливниці до їх складу вводять невелику кількість розкислювачів, завдяки чому метал твердне практично без кипіння, але процес виділення газів у ньому триває. У результаті формується виливок, у структурі якої міститься менше газових бульбашок, ніж у киплячих сталях. Такі внутрішні пори в процесі наступної прокатки металу практично повністю заварюються. Більшість напівспокійних вуглецевих сталей використовується як конструкційні матеріали.
Ознайомитися з усіма вимогами ГОСТ до вуглецевої сталі можна, завантаживши цей документ у форматі PDF за посиланням нижче.
Методи виробництва та поділ за якістю
Для виробництва вуглецевих сталей використовуються різні технології, що позначається на їхньому поділі не тільки за способом виробництва, але й за якісними характеристиками. Так, розрізняють:
- високоякісні сталеві сплави;
- вуглецеві сталеві сплави звичайної якості.
Сталеві сплави, що мають звичайну якість, виплавляються в мартенівських печах, після чого з них формують зливки великих розмірів. До плавильного обладнання, яке використовується для отримання таких сталей, належать також кисневі конвертери. Порівняно з якісними сталевими сплавами, що розглядаються стали можуть мати більший вміст шкідливих домішок, що позначається на вартості їх виробництва, а також на їх характеристиках.
Сформовані та повністю застиглі зливки металу піддають подальшій прокатці, яка може виконуватися у гарячому чи холодному стані. Методом гарячої прокатки виробляють фасонні та сортові вироби, товстолистовий та тонколистовий метал, металеві смуги великої ширини. За допомогою прокатки, що виконується в холодному стані, одержують тонколистовий метал.
Для якісної та високоякісної категорій можуть використовуватися як конвертери та мартенівські печі, так і сучасніше обладнання – плавильні печі, що працюють на електриці. До хімічного складу таких сталей, наявності в їх структурі шкідливих та неметалічних домішок відповідний ГОСТ висуває дуже жорсткі вимоги. Наприклад, у сталях, які відносяться до категорії високоякісних, повинно бути не більше 0,04% сірки і не більше 0,035% фосфору. Якісні та високоякісні сталеві сплави завдяки суворим вимогам до способу їх виробництва та характеристик відрізняються підвищеною чистотою структури.
Галузь застосування
Як уже говорилося вище, вуглецеві сталеві сплави за основним призначенням ділять на дві великі категорії: інструментальні та конструкційні. , Що містять 0,65-1,32% вуглецю, використовуються у повній відповідності зі своєю назвою - для виробництва інструменту різного призначення. Для того, щоб поліпшити механічні властивості інструментів, звертаються до такої технологічної операції, як , яка виконується без особливих складнощів.
Конструкційні сталеві сплави застосовуються у сучасній промисловості дуже широко. З них роблять деталі для обладнання різного призначення, елементи конструкцій машинобудівного та будівельного призначення, кріпильні деталі та багато іншого. Зокрема, такий популярний виріб, як вуглецевий дріт, виробляється саме зі сталі конструкційного типу.
Використовується вуглецевий дріт не тільки в побутових цілях, для виробництва кріплення і в будівельній сфері, але і для виготовлення таких відповідальних деталей, як пружини. Після виконання цементації конструкційні вуглецеві сплави можна успішно використовувати для виробництва деталей, які під час експлуатації піддаються серйозному поверхневому зносу і зазнають значних динамічних навантажень.
Звичайно, вуглецеві сталеві сплави не мають багато властивостей легованих сталей (зокрема, тієї ж нержавійки), але їх характеристик цілком вистачає для того, щоб забезпечити якість і надійність деталей і конструкцій, які з них виготовляються.
Особливості маркування
Правила складання якої суворо обумовлені пунктами відповідного ГОСТу, дозволяє дізнатися як хімічний склад представленого сплаву, а й те, якої категорії він належить. У позначенні вуглецевої сталі, що має звичайну якість, присутні літери «СТ». Пунктами ДСТУ обумовлюється сім умовних номерів марок таких сталей (від 0 до 6), які також зазначаються у тому позначенні. Дізнатися, якою мірою розкислення відповідає та чи інша марка, можна за літерами «кп», «пс», «сп», які проставляються наприкінці маркування.