- Мягкая сталь: определение, состав и свойства
- Что такое мягкая сталь?
- Состав мягкой стали
- Марки мягкой стали
- Где используется мягкая сталь?
- Сколько углерода в мягкой стали?
- Механические свойства мягкой стали
- Химический состав мягкой стали
- Плотность мягкой стали
- Прочность мягкой стали
- Какой сорт мягкой стали самый прочный?
- Что такое высокая температура плавления мягкой стали?
- Подходит ли мягкая сталь для сварки?
Мягкая сталь: определение, состав и свойства
Мягкая сталь, также известная как низкоуглеродистая сталь, является одной из наиболее широко используемых сталей.
Она используется в строительной и автомобильной промышленности, а также для изготовления ограждений, вывесок и бесчисленного множества других применений.
Мягкая сталь ценится за его свариваемость, обрабатываемость и пластичность. Мягкая сталь в первую очередь характеризуется содержанием углерода менее 0,2% по весу.
В этой статье будут рассмотрены химический состав, механические свойства, марки и характеристики мягкой стали.
Что такое мягкая сталь?
Мягкая сталь представляет собой сплав железа с углеродом в качестве основного легирующего элемента.
Это одна из наиболее широко используемых форм стали, которая может применяться в различных областях общего назначения.
Мягкая сталь обязана своей популярностью адекватной прочности при низкой стоимости, а также превосходной обрабатываемости и свариваемости.
Различные сорта мягкой стали имеют различное количество углерода с более высоким содержанием углерода, что обеспечивает повышенную прочность за счет пластичности.
В некоторых случаях добавляются дополнительные легирующие элементы для улучшения таких свойств, как предел прочности при растяжении, коррозионная стойкость и износостойкость.
Состав мягкой стали
Мягкая сталь состоит из железа (Fe) с добавлением небольшого количества углерода. Низкоуглеродистая сталь обычно определяется ASM International как содержащая менее 0,2% углерода.
Различные сорта мягкой стали определяются разным уровнем содержания углерода. Еще одним распространенным легирующим элементом является марганец (Mn).
Марки мягкой стали
Существует много различных марок мягкой стали. Все низкоуглеродистые стали, классифицируемые в соответствии с системой нумерации AISI (Американский институт железа и стали), начинаются с «10» в качестве первых двух цифр, обозначающих низкое содержание углерода.
Низкоуглеродистая сталь и, соответственно, мягкая сталь будут иметь последние 2 цифры обозначения как любое число меньше 20 (приблизительное содержание углерода, умноженное на 100).
Большинство низкоуглеродистой стали имеет низкое (<1%) количество фосфора и серы, и эти элементы активно ограничиваются, поскольку они считаются примесями. Некоторые распространенные сорта перечислены в Таблице 1 ниже:
| Классификация | Приблизительные эквиваленты | Ключевые моменты |
|---|---|---|
|
AISI 1008 |
DIN 1.0204 |
Отличная холодная формуемость |
|
AISI 1010 |
DIN 1.0301 |
Низкая прочность, используется для сердечников магнитов |
|
AISI 1015 |
DIN 1.0401 |
Износостойкий, хорошая обрабатываемость |
|
AISI 1018 |
DIN 1.0419 |
Отлично подходит для науглероживания, хорошая обрабатываемость |
|
AISI 1020 |
DIN 1.0044 |
Хороший баланс прочности и пластичности, |
Где используется мягкая сталь?
Мягкая сталь — это универсальный материал, который можно найти в большинстве отраслей промышленности. Некоторые типичные области применения включают: кузова автомобилей, мебель, проволоку, арматуру и крепеж.
Мягкая сталь более высокой прочности используется для изготовления конструкций и покрытия резервуаров.
Сколько углерода в мягкой стали?
Количество углерода в мягкой стали составляет менее 0,2 % по массе. Согласно AISI (Американскому институту чугуна и стали), низкоуглеродистая сталь является разновидностью мягкой стали.
Механические свойства мягкой стали
Механические свойства некоторых распространенных типов мягких сталей перечислены в Таблице 2 ниже:
| Тип мягкой стали | Модуль упругости (ГПа) | Твердость по Бринеллю | Предельная прочность на растяжение (МПа) | Предел текучести (МПа) | Относительное удлинение при разрыве (%) | Плотность стали кг/м3 |
|---|---|---|---|---|---|---|
|
AISI 1008 |
200 |
95 |
340 |
285 |
20 |
7,87 |
|
AISI 1010 |
205 |
105 |
365 |
305 |
20 |
7,87 |
|
AISI 1015 |
205 |
111 |
385 |
325 |
18 |
7,87 |
|
AISI 1018 |
205 |
126 |
440 |
370 |
15 |
7,87 |
|
AISI 1020 |
186 |
121 |
420 |
350 |
15 |
7,87 |
|
S275 J0 |
205 |
121 |
430 — 580 |
275 |
21 |
7,85 |
|
S355 J0 |
210 |
146 |
510 — 680 |
355 |
20 |
7,80 |
Химический состав мягкой стали
В таблице 3 ниже перечислены вторичные элементы, присутствующие в различных марках мягких сталей:
| Классификация | Содержание углерода (% веса) | Вторичные легирующие элементы (% веса) |
|---|---|---|
|
AISI 1008 |
<0,1 |
от 0,3 до 0,5 Мн; 0,04 П; 0,05 с |
|
AISI 1010 |
от 0,08 до 0,13 |
от 0,3 до 0,6 Мн; 0,04 П; 0,05 с |
|
AISI 1015 |
от 0,13 до 0,18 |
от 0,3 до 0,6 Мн; 0,04 П; 0,05 с |
|
AISI 1018 |
от 0,14 до 0,2 |
от 0,6 до 0,9 Мн; 0,04 П; 0,05 с |
|
AISI 1020 |
от 0,17 до 0,23 |
от 0,3 до 0,6 Мн; 0,04 П; 0,05 с |
|
S275 |
0,18 |
1,5 Мн; 0,030 П; 0,030 с; 0,012 Н; 0,55 меди |
|
S355 |
0,2 |
1,6 Мн; 0,030 П; 0,030 с; 0,012 Н; 0,55 меди |
Плотность мягкой стали
Плотность всех марок низкоуглеродистой стали колеблется около 7,8 гц/см3. Это связано с тем, что в плотности мягкой стали, состоящей более чем на 98% из железа, преобладает плотность железа (7,87 г/см3).
Сплавы, подпадающие под определение «мягкая сталь», содержащие небольшое количество других легирующих элементов, кроме железа, будут иметь немного другую плотность.
Прочность мягкой стали
Мягкая сталь пластична и прочна, поэтому является очень прочным материалом. Прочность мягкой стали варьируется в зависимости от типа и классификации.
Прочность определяется как количество энергии, которое может быть поглощено без разрушения. Она рассчитывается как площадь под кривой напряжения-деформации материала, определенной до точки разрушения.
Механическим свойством, обычно используемым для определения ударной вязкости материала, является ударная вязкость по Шарпи. Например, для 1020 ударная вязкость по Шарпи составит 24 Дж при 10 °C.
Какой сорт мягкой стали самый прочный?
Самая прочная марка мягкой стали — 1020. Следует отметить, что эта марка мягкой стали также имеет самое высокое содержание углерода, что придает ей прочность за счет пластичности.
Что такое высокая температура плавления мягкой стали?
Температура, при которой мягкая сталь становится полностью жидкой, колеблется от 1450 до 1530 °C в зависимости от содержания углерода и легирующих элементов в конкретной марке стали.
Подходит ли мягкая сталь для сварки?
Да, мягкая сталь подходит для сварки. Марки с дополнительным содержанием кремния и марганца дополнительно улучшают свариваемость низкоуглеродистой стали.
Свариваемость низкоуглеродистой стали является одной из причин ее широкого использования, поскольку ее можно легко сваривать на месте с помощью простого аппарата для дуговой сварки (дуговая сварка в защищенном металле) с использованием стержней ER70S-3 и ER70S-6.
