Как влияет содержание углерода на свойства сталей
Просмотров: 4879
Время прочтения: 5 минут
21.08.2023
Просмотров: 4879
Время прочтения: 5 минут
21.08.2023
Углеродистая сталь – это сплав, полученный соединением железа с углеродом и содержащий в ограниченном количестве марганец, кремний, а также попадающие из шихты серу, никель, хром, медь и другие примеси. Главной добавкой, определяющей технологические свойства сталей, является углерод, содержание которого в металле составляет до 2.14%. Доля примесей в углеродистых сталях невелика, и не оказывает существенного влияния на основные характеристики металла.
Углеродистые марки сталей отличаются высокой скоростью закалки и низким показателем прокаливаемости. Стали имеют сравнительно невысокую стойкость против отпуска, низкую теплостойкость и электропроводность. Под воздействием влаги и агрессивных факторов такой металл склонен к корродированию, и в нем сложно добиться сочетания высокой прочности и твердости с хорошей пластичностью.
Основные технологические характеристики стали зависят от процента содержания в их составе углерода. Чем выше его количество, тем лучше показатели прочности. Но, в то же время, его увеличенное количество негативно отражается на показателях пластичности и свариваемости. С учетом концентрации углерода (С) все марки сталей делятся на следующие классы:
Процентный состав С в низкоуглеродистых марках стали составляет 0.025 - 0.25 от общего объема металла. Такой состав сплава обеспечивает:
Низкоуглеродистые марки стали применяются в малонагруженных деталях и элементах сварных каркасных металлоконструкций, а также изделиях, которые в последующем подвергаются химико-термической обработке – цементации, азотированию и пр.
Содержание углерода в таких марках стали составляет от 0.25 до 0.6%. Среднеуглеродистые стали также не склонны к образованию флокенов, но чувствительны к подкалке. Это указывает на некоторые трудности при их сварке и требует проведения предварительного или сопутствующего прогрева металла. Все марки стали с средним составом углерода делятся на две большие группы:
Сталь с высоким содержанием углерода (от 0.6 до 2.14%) имеет одну отличительную особенность – она плохо поддается сварке. С уменьшением содержания углерода свариваемость сталей ухудшается. При нагреве высокотемпературная дуга создает в области сварочного шва закаленные зоны, снижающие качество соединений и образующие трещины. Поэтому сварка высокоуглеродистых марок выполняется низкотемпературной восстановительного типа дугой.
В стали с высоким содержание углерода элемент присутствует в форме карбида железа Fe3С, поэтому сплавы отличаются повышенной твердостью, прочностью и упругостью, позволяя использовать металл в производстве ответственных деталей и измерительных приборов. Одновременно стали имеют склонность к повышенному старению и хладоломкости.
В процессе плавки сталей происходит накопление в жидком металле газов – кислорода, водорода, азота, монооксида углерода. Присутствие газовых составляющих негативно влияют на структуру и механические характеристики металла, снижая его усталостную прочность, ударную вязкость, пластичность.
Для снижения интенсивности газообразования в расплав стали вводят раскислители – кремний и алюминий, реже марганец. При добавлении этих элементов в расплав остывание металла проходит более спокойно, без интенсивного выделения газа, формирования сульфидов и других включений, повышающих риски расслоения углеродистых сталей в процессе дальнейшей обработки. С учетом активности процесса дегазации в период кристаллизации расплавов, все углеродистые стали делятся на три вида:
Процесс раскисления углеродистых сталей и их классификацию регламентирует ГОСТ 380-94.
От того, какое содержание углерода присутствует в стали, а также наличия в ней технологических включений, зависит качество расплава. Увеличение содержания таких элементов, как сера и фосфор, провоцирует образование трещин, красно- или хладоломкость, снижает ударную вязкость. По количеству примесей углеродистые стали делят на:
Такое свойство, как качество сталей определяет назначение изделий и сферу их применения. В связи с этим углеродистые стали делятся на две большие группы:
Содержание углерода в легированных сталей составляет от 0.1 до 1.15%.
В России, как и в странах-участницах СНГ, при заказе металлопродукции, в сопровождающей документации маркировка углеродистых сталей производится с использованием буквенно-цифровой системы. При этом углеродистые стали обычного качества обозначаются буквами «Ст», а рядом указываются цифры от 0 до 6, характеризующие их химический состав. Качественные стали маркируют двухзначными номерами, порядок которых говорит о количестве углерода в сотых долях процента.
Для степени раскисления используют индексы:
Инструментальные стали обозначают буквой «У» в начале маркировки. Иногда в маркировке присутствуют буквы, указывающие на назначение – «к» котельная, «л» литейная.
Для примера рассмотрим маркировку следующих видом углеродистых сталей:
Ст5Гпс – конструкционная углеродистая сталь обычного качества, полуспокойная. В составе содержит углерод 0.22-0.3% и марганец до 1.2%.
20кп – конструкционная углеродистая сталь, качественная, кипящая, содержание углерода в пределах 0.17-0.24%.
Популярное в блоге
Обратная связь