Что такое углеродистая сталь?

Углеродистая сталь — типы, химические и физические свойства, применение

Углеродистая сталь по существу представляет собой железо с различным содержанием углерода в качестве основного легирующего элемента.

Углеродистая сталь является одним из наиболее широко используемых производственных материалов из-за ее формуемости, свариваемости, прочности и способности подвергаться термической обработке для точного изменения ее механических свойств.

Помимо углерода, в большинстве сплавов содержится дополнительное количество марганца. Сера и фосфор также присутствуют, однако они обычно нежелательны и рассматриваются как примеси.

В этой статье будет описано, что такое углеродистая сталь, различные типы углеродистой стали, их преимущества, недостатки и физические свойства. Также будут рассмотрены максимальные рабочие температуры и температуры плавления углеродистой стали.

Что такое углеродистая сталь?

Углеродистая сталь представляет собой серию сплавов железа, основным легирующим элементом которых является углерод.

Углеродистые стали широко используются почти во всех отраслях промышленности и обычно делятся на низкоуглеродистые, среднеуглеродистые и высокоуглеродистые.

Содержание углерода оказывает сильное влияние на механические свойства стали. По мере увеличения содержания углерода сталь, как правило, будет иметь более высокую прочность и более низкую пластичность.

Средне- и высокоуглеродистая сталь легко подвергается термообработке, что позволяет еще больше улучшить ее механические свойства.

Компоненты углеродистой стали

Углеродистая сталь состоит из железа, легированного небольшим количеством углерода (обычно ниже 1 %, хотя может достигать 2 %), марганца и кремния, а сера и фосфор присутствуют в основном в виде примесей.

Каждый элемент, добавленный в простую углеродистую сталь, играет определенную роль в конечных свойствах. Например, марганец добавляется в первую очередь для десульфурации стали.

Однако его можно добавлять в несколько больших количествах, до 1 %, в качестве замещающего растворенного вещества, помогающего укрепить сталь.

Кремний, с другой стороны, добавляется в основном в качестве раскислителя и в основном присутствует в качестве остаточного элемента, хотя его можно добавлять в небольших количествах для усиления.

Типы углеродистых сталей

Простые углеродистые стали часто классифицируют как стали с низким, средним или высоким содержанием углерода в зависимости от процентного содержания углерода в сплаве.

Точные уровни углерода для этих трех категорий не являются общепризнанными, и разные организации, выпускающие стандарты, определяют немного разные границы категорий. Тем не менее, в этой статье мы будем придерживаться разделов, определенных ASM International:

1. Низкоуглеродистая сталь: Низкоуглеродистой сталью считается любая сталь с содержанием углерода менее 0,2 %. Низкоуглеродистая сталь, также называемая мягкой сталью, является одной из наиболее распространенных марок углеродистой стали. Этот сорт не может подвергаться термической обработке и может быть закален только холодной обработкой. Низкоуглеродистая сталь легко сваривается. Он очень пластичен, что может затруднить его обработку из-за истирания (вид износа, вызванный сцеплением между поверхностями скольжения) и образования длинной стружки. Добавление небольшого контролируемого количества серы может повысить обрабатываемость.
2. Среднеуглеродистая сталь: Среднеуглеродистая сталь относится к стали с содержанием углерода от 0,2 до 0,5 %. Среднеуглеродистая сталь имеет хороший баланс между прочностью, пластичностью и износостойкостью. Этот сорт может подвергаться термической обработке для придания дополнительной прочности. Чем выше содержание углерода, тем лучше сплав поддается термообработке. Его также можно сварить. Однако для предотвращения образования хрупкого мартенсита в зоне термического влияния среднеуглеродистых сталей требуются специальные процедуры сварки перед и после нагрева.
3. Высокоуглеродистая сталь: Высокоуглеродистая сталь относится к стали с содержанием углерода более 0,5 %, но менее 1 %. Высокоуглеродистая сталь, тип инструментальной стали, имеет самый высокий уровень содержания углерода. Это означает, что она имеет самую высокую прочность и твердость среди простых углеродистых сталей. Однако эти свойства достигаются за счет повышенной хрупкости. Высокоуглеродистые стали плохо поддаются сварке из-за их склонности к образованию большого количества хрупкого мартенсита в зоне термического влияния сварного шва, что увеличивает вероятность образования трещин в сварном шве.

Свойства углеродистой стали

Углеродистая сталь — это общий термин, используемый для описания различных составов стали. Механические свойства определенного сорта из каждой категории углеродистой стали (холоднокатаная углеродистая сталь) перечислены в Таблице 1 ниже с использованием правил нумерации AISI: