Химический состав
Химический состав зависит от марки углеродистой стали. При этом все сплавы данной группы содержат стандартное количество определенных элементов:
- углерод – до 2,14%;
- кремний – до 1%;
- марганец – до 1%;
- сера – до 0,05%;
- фосфор – до 0,06%.
Показатели серы и фосфора превышают аналогичные параметры у легированных сталей. Это негативно сказывается на прочности продукции из углеродистых сплавов.
Рис. 1 Изменение структуры углеродистой стали с ростом процентного содержания углерода
Преимущества и недостатки
Углеродистые стали имеют немало преимуществ и недостатков. К преимуществам материалов относятся:
- высокие показатели ударной вязкости;
- длительное сохранение заточки;
- повышенные прочностные характеристики;
- приемлемая стоимость ввиду отсутствия легирующих элементов.
Недостатки углеродистых сплавов:
- уязвимость к коррозионному поражению;
- повышенное содержание вредных примесей в сравнении с легированными сталями;
- необходимость многоуровневой термической обработки для придания сплаву требуемых свойств.
Металлические конструкции из углеродистой стали подвергаются окрашиванию. Это исключает их окисление под действием внешних факторов.
Рис. 2 Коррозионное поражение необработанного участка опор из углеродистой стали
Классификация углеродистых сталей
ГОСТ 308-2005 предусматривает изготовление двух типов сплавов: инструментальные углеродистые стали и конструкционные углеродистые стали. Первые используются при производстве металло- и деревообрабатывающего инструмента, вторые – сортового проката для металлоконструкций.
Конструкционные стали бывают качественными и обычными, инструментальные – качественными и высококачественными.
Конструкционные стали обычного качества делятся на три группы:
- А – материал, поставляемый по механическим свойствам;
- Б – материал, поставляемый по химсоставу;
- В – материал, поставляемый по химсоставу и механическим свойствам.
Качественные стали конструкционного типа также делятся на 3 группы:
- специальные;
- с содержанием марганца до 0,7%;
- с содержанием марганца свыше 0,7%.
Внутригруппового деления для инструментальных сплавов не предусмотрено.
Рис. 3 Классификация углеродистых сталей
Дополнительная классификация
Углеродистые сплавы могут различаться по ряду дополнительных параметров.
- По способу получения: выплавка в мартеновских печах, электропечах или кислородно-конвертерным способом.
- По взаимодействию с химически активными средами: спокойные, полуспокойные и кипящие.
- По содержанию углерода:
- низкоуглеродистые – до 0,29%;
- среднеуглеродистые – от 0,3 до 0,6%;
- высокоуглеродистые – более 0,6%.
Сплавы, в которых содержание углерода превышает 2,4%, относятся к чугунам.
Расшифровка маркировки
Маркировка углеродистых сталей зависит от класса и состава, содержит следующие параметры.
- Ст – принадлежность сплава к сталям обычного качества.
- Цифры от 1 до 6 – условный номер, соответствующий содержанию углерода.
- Б – гарантия механического состава сплава.
- В – гарантия химического состава сплава.
- ПС или КП – степень взаимодействия стали с химически активными средами, ПС – полуспокойная, КП – кипящая.
- Г – повышенное содержание марганца.
- У – принадлежность сплава к качественным сталям.
Если в маркировке отсутствуют обозначения ПС или КП, то сталь относится к спокойным. Сплавы повышенного качества и инструментальные стали обозначаются буквой А.
Таблица №1 Химический состав сталей обычного качества в соответствии с условными номерами от 1 до 6
Пример расшифровки
Сталь БСт5пс имеет следующую расшифровку маркировки: углеродистый полуспокойный сплав обычного качества с гарантированным механическим составом и содержанием углерода 0,28-0,37% в соответствии с условным номером.
Также при обозначении стали могут использоваться особые цвета, информирующие о ее марке.
Таблица №2 Цвет обозначения стали в соответствии с маркой
Изготавливаемая продукция
Из углеродистой стали производятся сверла, коронки и прочий металлорежущий инструмент. Продукция широко используется на производстве и в быту.
Сверла из углеродистой стали
Выпуск сверл из углеродистой стали осуществляется по техническим условиям. Изделия отличаются доступной ценой, эффективно справляются с деревом, пластиком и металлом.
Рис. 4 Спиральные сверла из углеродистой стали
Сверла из углеродистой стали входят в состав многих наборов.
Рис. 5 Набор, включающий сверла из углеродистой стали
Ручной инструмент
Высокая твердость углеродистой стали делает ее отличной основой для ручного инструмента: топоры, стамески, зубила и т.д.
Рис. 6 Стамеска из углеродистой стали
Заточка инструмента из углеродистой стали
Заточка режущего инструмента из углеродистой стали производится посредством абразивных кругов. Мастер постепенно снижает зернистость круга, что обеспечивает формирование качественной рабочей части.
Для обслуживания ручного инструмента (топоры, стамески) может использоваться универсальный круг или брусок. Главное – обеспечить равномерный контакт лезвия с абразивным материалом.
Рис. 7 Заточка стамески
Стандарты, регламентирующие качество проката из углеродистой стали
Прокат из углеродистой стали выпускается согласно следующим стандартам:
- ГОСТ 14637-89 – толстолистовой прокат;
- ГОСТ 16532-97 – тонколистовой прокат;
- ГОСТ 535-2005 – фасонный прокат;
- ГОСТ 2590-2006 – круг.
Из углеродистой стали также производятся швеллеры, уголки и балки. Для каждого типа изделий предусмотрен собственный стандарт. В отдельных случаях используются технические условия.
Рис. 8 Рифленый листовой прокат из углеродистой стали
Аналоги
Углеродистая сталь имеет множество аналогов в странах СНГ и дальнего зарубежья.
Таблица №3 Аналоги отечественных углеродистых сталей
Термическая обработка углеродистых сталей
Термическая обработка углеродистых сплавов осуществляется путем отжига, нормализации, закалки и отпуска.
Отжиг
Отжиг углеродистой стали производится с целью снятия внутренних напряжений и выравнивания структуры. Нагрев происходит в электрических печах, его температура зависит от процентного содержания углерода. Материал охлаждается в воздушной среде.
Таблица №4 Температура отжига углеродистой стали
Нормализация
Нормализация предполагает температурную обработку с целью изменения размерности зерна. Уровень нагрева определяется согласно общему графику термической обработки.
Рис. 9 Общий график термической обработки
Закалка
Закалка углеродистой стали осуществляется путем нагрева и резкого охлаждения заготовок. По завершении операции материал увеличивает твердость, но снижает пластичность.
Рис. 10 Закалка металла в печи
Отпуск
Отпуск углеродистой стали производится с целью увеличения пластичности. Выделяют три типа процедур:
- низкий отпуск при температуре 150 – 260 градусов;
- умеренный отпуск при температуре 300 – 400 градусов;
- высокий отпуск при температуре 500 – 650 градусов.
Металл остывает в воде, масле или воздушной среде.
Часто задаваемые вопросы
Чем углеродистые стали отличаются от легированных?
Чем отличается качественная углеродистая сталь от стали обыкновенного качества?
Чем отличается низкоуглеродистая сталь от высокоуглеродистой?
