Углеродистая сталь – сплав на основе железа и углерода с невысоким процентным содержанием дополнительных компонентов (нелегированная). Она наиболее распространена и востребована, так как в процессе изготовления можно добиваться разных эксплуатационных характеристик. Максимальное содержание углерода составляет 2.14 %, в состав также могут входить кремний и марганец (меньше 1 %), фосфор и сера (меньше 0.06 %). Сталь изготавливается методом высокотемпературной выплавки, как железных руд, так и вторсырья.
В числе преимуществ материала сравнительно невысокая цена, что делает его применение массовым. За счет вариативности пропорций и способов раскисления получают углеродистые стали с разными показателями прочности, пластичности и ковкости, термостойкости. В зависимости от условий эксплуатации может требоваться дополнительная антикоррозионная защита – цинкование, хромирование, нанесение барьерных составов.
Классификация и маркировка углеродистых сталей
Принята классификация по следующим характеристикам:
- По процентному содержанию углерода – низкоуглеродистые, среднеуглеродистые и высокоуглеродистые;
- По качеству – обыкновенного качества, качественная и повышенного качества;
- По предназначению – конструкционные, инструментальные, специальные;
- По степени раскисления – спокойные, полуспокойные и кипящие.
В маркировке на качество углеродистой стали указывают две буквы «СТ» (обыкновенная) или буква «А» (высококачественная, повышенной обрабатываемости). Инструментальные марки помечают буквой «У». Дополнительные компоненты также указываются первыми буквами из названий – «В» вольфрам, «К» кобальт и т.д. Цифры в маркировке означают процентное содержание углерода, где Ст10 – это 0.1 %, Ст15 – 0.15 % и т.д. Чем больше в стали углерода, тем она более твердая, хрупкая, менее ковкая и пластичная.
Физико-механические свойства
При выборе марки углеродистой стали для решения конкретных задач учитываются следующие характеристики:
- Предел прочности на разрыв – у высокоуглеродистых марок он может достигать 820 мПа, в то время как у низкоуглеродистых – 450 мПа. При этом удлинение на разрыв составит соответственно 16 % и 34 %;
- Предел текучести – это параметр максимальной нагрузки, при которой начинается деформация металла. Также учитывается ударная вязкость, которая определяет способность материала противостоять ударным точечным нагрузкам;
- Твердость – это показатель сопротивления внешним воздействиям разных типов, который измеряется в единицах Бриннеля при тестировании стальным шариком;
- Коррозионная устойчивость – у всех марок углеродистой стали этот показатель низкий, так как для его повышения требуется введение легирующих компонентов, что делает материал легированным;
- Износостойкость и диапазон эксплуатационных температур. Чем выше содержание углерода, тем хрупче сплав, а его устойчивость перед воздействием отрицательных температур – ниже;
- Технологичность – податливость в разных способах обработки, таких как холодная и горячая прокатка, ковка, сварка, резка и сверление, шлифовка и т.п.
Все эти параметры учитывают технологи предприятий при организации снабжения производственных линий сырьем.
Антикоррозионная защита
Вода, водяные пары и кислород в воздухе являются сильными окислителями. Поэтому даже небольшие повреждения защитных покрытий могут приводить к возникновению очагов коррозии. Наиболее эффективным способом антикоррозионной защиты является горячее цинкование, при котором заготовки погружаются в ванны с расплавленным цинком. Это позволяет заполнить все поры, надежно обработать детали любых форм. Применяются и методы барьерной защиты – разные виды обмазочной изоляции, грунты и краски. Главная цель – создать барьерную прослойку между металлом и внешней средой.
Области применения
Углеродистые стали применяются повсеместно в строительстве, машиностроении, при изготовлении технологического оборудования, техники. Из них изготавливают прокатные изделия (швеллеры, двутавровые балки, трубы), которые становятся основой несущих каркасов, вышек ЛЭП, мостов и других инфраструктурных сооружений. Также это инженерные коммуникации, включая различные магистральные трубопроводы.
Среднеуглеродистые марки широко применяются в машиностроении при изготовлении валов, втулок, маховиков и других деталей. Инструментальные марки отличаются повышенной прочностью и твердостью, поэтому из них изготавливается различный режущий инструмент, керны и сверла, напильники. Сортимент изделий очень велик, и для каждого вида продукции используются свои марки углеродистой стали с заданными характеристиками. Поэтому для производственных предприятий важно проводить приемочные испытания и проверки качества сырья, его соответствия заявленным параметрам, маркам.
