Особенности и виды низкоуглеродистых сталей

Углеродистой сталью называется сплав железа с углеродом. Углерод усиливает жёсткость структуры сплава, сталь становится твёрдой, прочной, но теряет пластичность. Меняя количество углерода, получают необходимые для области применения металла свойства. Минимальное содержание углерода в сплаве составляет 0,05–0,25%, такие сплавы по качественному составу классифицируют как низкоуглеродистые.

Низкоуглеродистые стали не закаливаются, благодаря мягкости и пластичности швы хорошо провариваются всеми видами сварки, заготовки легко обрабатываются ковкой, прокатываются.

Разновидность низкоуглеродистых сталей

В составе низкоуглеродистых сплавов присутствуют примеси различного характера. Повышенное содержание серы и фосфора напрямую влияют на свойства металла, может привести к растрескиванию при обработке. Марганец, кремний не снижают характеристик, участвуют в процессе раскисления, удаления кислорода. Кислород удаляют для повышения прочности материала при горячих деформациях.

По степени удаления кислорода, раскисленности, стали классифицируют на:

  • кипящие;
  • спокойные;
  • полуспокойные.

Стали

Низколегированные стали представляют собой сплав с малым содержанием углерода и малыми примесями легирующих добавок, общим соотношением до 4%. Легирующие элементы нужны для повышения каких-либо эксплуатационных свойств при сохранении хороших сварочных характеристик. Повышенная устойчивость металла к коррозии, способность работать при экстремально низких и высоких температурах без деформации достигается легированием.

Качество низкоуглеродистой стали определяют по содержанию примесей серы, фосфора в сплаве.

По виду свойств различают:

  • Обычное качество. Сера в составе — до 0,06%, фосфор — до 0,07%.
  • Качественная сталь. Массовая доля серы — до 0,04%, фосфора — до 0,035%.
  • Высококачественная сталь. Содержание серы — до 0,025%, фосфора — до 0,025%.
  • Особое качество. Минимальное присутствие примесей: допустимые значения серы — до 0,015%, фосфора — до 0,025%.

Свойства низкоуглеродистых качественных сталей

Классификация стали обычного качества

Свойства сталей обыкновенного качества
Свойства сталей обыкновенного качества

Внутри группы по качеству низкоуглеродистая сталь обычного качества подразделяется ещё на три категории, обозначающиеся заглавными буквами А, Б, В.

Низкоуглеродистая сталь обычного качества группы «А» содержит сплавы, отличающиеся механическими свойствами, в промышленности встречается в форме листового, профильного низкоуглеродистого проката.

Группа «Б» классифицируется по химическим качествам, обрабатывается давлением под высоким нагревом, заготовки штампуются, куются.

Низкоуглеродистые стали группы «В» определяются физическими свойствами, химическим составом.

Основные способы получения низкоуглеродистых сплавов

Все сплавы при получении проходят одинаковые технологические стадии, дополнительную обработку. Плавильная печь загружается сырьём, шихтой, нагревается до расплавления, удаляются лишние примеси. Дополнительная обработка зависит от конкретного заданного состава продукта, нужных химических, физических свойств.

По технологии производства, оборудованию сплавы получают:

  • кислородно-конверторным способом выплавки;
  • мартеновским способом получения;
  • электротермическим способом производства.

Низкоуглеродистые сплавы

Кислородно-конверторный метод

Этот способ производства низкоуглеродистого сплава назван по двум составляющим технологии. Кислород, содержащийся в воздухе, окисляет избыток углерода и примесей в конверторной печи. Конверторная печь имеет объём 50–60 т. Расплавленное сырьё, шихта, продувается нагретым кислородом под давлением. Стены конвектора имеют грушевидную форму, выполнены из металла с дополнительной футеровкой. Материал футеровки химически участвует в процессе выплавки, вступая в реакцию с расплавленным сырьём.

Кислородно-конверторный способ

Мартеновский метод

Мартеновский методМартеновские печи отличаются большим размером плавильных ванн, производительностью до 500 тонн продукции. Выжигание углерода, примесей также идёт кислородом, но кислород получают не только из воздуха. Дополнительно шихту обогащают железной рудой, ломом, покрытым ржавчиной.

Оксиды железа, участвуя в процессе, выделяют кислород. Камеры-регенераторы осуществляют предварительный нагрев горючего газа и воздуха, попеременно выпускают содержимое через плавильную ванну. Процесс происходит в течение 6–7 часов, по завершении нагрев прекращается, добавляются раскислители.

Электротермический метод

Этот способ позволяет получить точно заданные физические и химические свойства, применяется только для получения высококачественных сплавов. Большой расход энергии при термической обработке, до 800 кВт на 1 тонну стали, должен быть экономически оправдан. Температура печи доходит до 1650 градусов, ёмкость ванн 0,5–180 тонн.

При высокой температуре сера и фосфор удаляются практически без остатка, переплавляется тугоплавкое сырьё. Химические реакции при производстве аналогичны мартеновскому способу.

Электротермический метод получения стали

Главные свойства низкоуглеродистых сталей

Для низкоуглеродистой стали характерна невысокая прочность при значительной вязкости и пластичности. Сплав легко обрабатывается горячей деформацией, холодным волочением, хорошо сваривается.

Повышение прочностных характеристик достигается цементацией – насыщением поверхностных слоёв углеродом, после чего поверхностные слои сплава закаляются, приобретая необходимую прочность. Для поверхностной закалки низколегированной стали используются индукционные и электропечи. Внутренние, не обогащённые, слои остаются мягкими, вязкими, не теряют пластичности благодаря не изменившемуся количеству углерода.

Маркировка низкоуглеродистых сталей и ее значение

Низкоуглеродистая сталь обычного качества маркируется буквенным значением «Ст», которое меняется, согласно качествам:

  • Цифровое значение показывает количество углерода в сплаве. При делении значения на 100 получают содержание углерода в процентах.
  • Начальные буквенные символы маркировки «Б» или «В» обозначают принадлежность к группе по качеству.
  • Отсутствие буквенного обозначения показывает принадлежность к категории «А».
  • Сочетание «КП» указывает на кипящий состав по раскисленности.
  • Сочетание «ПС» говорит о полуспокойном сплаве, отсутствие обозначения обозначает спокойную сталь.
  • Буквенное и цифровое сочетание, вписанное в марку последним, говорит о наличии в составе примесей и их процентном содержании.
  • Качественные низкоуглеродистые сплавы буквенным сочетанием «Ст» не маркируются.

Маркировка низкоуглеродистых сталей

Дополнительно встречается классификация по цвету, буквенная маркировка сплавов особого назначения. К примеру, маркировка «СТЗ мост» обозначает сплав, предназначенный для использования при изготовлении мостовых конструкций.

Сфера применения

Низкоуглеродистые сплавы широко используются различными направлениями промышленности и производства.

По виду профиля классифицируют следующие группы выпускаемой продукции:

  • Плоский листовой прокат. Рифлёная, толстолистовая, тонколистовая, широкополосовая, полосовая продукция.
  • Равнополочные, неравнополочные угловые профили.
  • Швеллеры.
  • Трубы, круглого, квадратного, прямоугольного сечения.
  • Тавры, двутавры. Балки двутавровые широкополочные, обыкновенные.
  • Профилированный металлический лист различной толщины.

Применение

Самый большой сегмент продукции составляет плоский листовой прокат, полосы. Холодной штамповкой получают высокопрочную проволоку, пружины, рессоры для машиностроения. Детали и заготовки легко свариваются, получили большое распространение в строительной отрасли производства, автомобилестроении. Из низкоуглеродистых сплавов изготавливают кузовные детали, оси, топливные баки, рамы сельскохозяйственных машин и многие другие детали, постоянно встречающиеся в повседневной жизни.

Видео по теме: Производство листового металлопроката

Добавить комментарий