Как определить углеродистую сталь

Благодаря своим прочностным характеристикам и доступной цене углеродистая сталь является весьма распространенным сплавом. Его главные элементы — это железо и углерод с минимумом присесей. Из углеродной стали производят различную машиностроительную продукцию, детали трубопроводов и котлов, инструменты. В строительстве сплавы тоже нашли широкое применение.

Основные характеристики

В зависимости от основного своего назначения углеродистые стали делятся на инструментальные и конструкционные, легирующих элементов в их составе практически нет. От обыкновенных стальных сплавов они отличаются еще и тем, что имеют в составе значительно меньше базовых примесей: марганца, магния, кремния. Содержание главного элемента — углерода — варьируется в довольно широких пределах. В составе высокоуглеродистой стали содержится 0,6−2% C, среднеуглеродистой — 0,3−0,6%, низкоуглеродистой — до 0,25%.

Основной элемент определяет свойства и структуру. Во внутренней структуре сплавов с менее чем 0,8% C (сталь доэвтектоидная) — преимущественно перлит и феррит, а при увеличении концентрации главного элемента формируется вторичный цементит.

Представленные стали с преобладанием ферритной структурой высоко пластичны и имеют низкую прочность. Если в структуре преобладает цементит, металл характеризуется высокой прочностью, однако и большой хрупкостью. При повышении содержания C до 0,8−1% растет прочность и твердость, но сильно ухудшается вязкость и пластичность.

Количественное содержание углерода сказывается на технологических характеристиках, в частности, на свариваемости, легкости обработки резанием и давлением.

• Из низкоуглеродистых сталей изготавливают детали и конструкции, не предназначенные для значительных нагрузок.
• Характеристики среднеуглеродистых сталей делают их основным конструкционным материалом, который используется в производстве конструкций и деталей для транспортного и общего машиностроения.
• Высокоуглеродистые сплавы оптимальны для изготовления деталей, которые должны иметь повышенную износостойкость, в производстве измерительного и ударно-штампового инструмента.

Металл, как и иные стальные сплавы, в составе содержат примеси:

Кремний и марганец — это полезные примеси, которые вводятся в состав на стадии выплавки для раскисления. Фосфор и сера — вредные примеси, ухудшающие качественные характеристики сплава.

Считается, что легирование и углеродистые виды несовместимы, тем не менее с целью улучшения их технологических и физико-механических характеристик может выполняться микролегирование с помощью добавления различных добавок:

С их помощью не удастся превратить металл в нержавейку, но значительно улучшить свойства получится.

Классификация по степени раскисления

На разделение на типы влияет, в частности, степень раскисления. В зависимости от этого параметра наши сплавы делят на полуспокойные, спокойные и кипящие.

Более однородную внутреннюю структуру имеют спокойные стали, чье раскисление достигается путем добавления в расплавленный металл алюминия, ферросилиция и ферромарганца. Благодаря тому, что сплавы нашей категории полностью раскислились в печи, в их составе отсутствует закись железа. Остаточный алюминий, препятствующий росту зерна, обеспечивает мелкозернистую структуру. Она и практически абсолютное отсутствие растворенных газов позволяет получить качественный металл для изготовления из него самых ответственных деталей и конструкций. Наряду с плюсами у спокойных сплавов есть большой минус — достаточно дорогая выплавка.

Есть более дешевые, хотя и менее качественные, углеродистые сплавы, при выплавке которых используют минимум специальных добавок. В структуре такого металла из-за того, что процесс раскисления в печи не довели до конца, есть растворенные газы, негативно отражающиеся на характеристиках. Азот, например, плохо влияет на свариваемость и провоцирует образование трещин в области шва. Развитая ликвация в структуре сплавов приводит к тому, что металлопрокат, сделанный из них, отличается неоднородностью по структуре и механическим характеристикам.

У полуспокойных сталей промежуточное положение по свойствам и степени раскисления. Перед заливкой в изложницы в состав их вводится немного раскислитилей, благодаря которым затвердеванием металла происходит практически без кипения, но выделение газов в нем продолжается. В результате получается отливка, в структуре которой меньше газовых пузырей, чем в кипящих сталях. Эти внутренние поры при последующей прокатке металла завариваются практически полностью.

Большая часть полуспокойных углеродистых сталей используется как конструкционные материалы.

Производство и деление по качеству

Углеродистые стали получают путем использования разных технологий. Различают:

• качественные углеродистые стали;
• высококачественные стальные сплавы;
• углеродистые стальные сплавы обыкновенного качества.

Сплавы обыкновенного качества получают в мартеновских печах, а из них формируются большие слитки. К плавильному оборудованию, использующемуся для получения таких сталей, относятся, в частности, кислородные конвертеры. В сравнении с качественными стальными сплавами, в металле может содержаться много вредных примесей, что отражается на характеристиках и стоимости производства.

Сформированные и застывшие слитки прокатывают горячими или холодными. Горячей прокаткой получают сортовые и фасонные изделия, тонколистовой и толстолистовой металл, широкие металлические полосы. Холодной прокаткой получают тонколистовой металл.

Для производства качественной и высококачественной стали используются мартеновские печи и конвертеры, а также плавильные печи, которые работают на электричестве.

К составу, а именно к наличию в структуре вредных и неметаллических примесей, ГОСТ предъявляет жесткие требования. В высококачественных сталях должно быть не более 0,04% серы и не более 0,035% фосфора. Высококачественные и качественные стальные сплавы благодаря строгим требованиям к способу выплавки и характеристикам имеют повышенную чистоту структуры.

Применение и маркировка

Инструментальные сплавы, в которых 0,65−1,32% C, используются для изготовления различного инструмента. Для улучшения механических свойств инструментов делают закалку материала изготовления.

Из конструкционных сплавов делают детали для разного оборудования, элементы конструкций строительного и машиностроительного назначения, крепежные детали и прочее. Из конструкционной стали делается проволока углеродистая, которая используется в быту, в производстве крепежа, в строительстве, для изготовления пружин. После цементации конструкционные сплавы успешно используются в производстве деталей, подвергающихся при эксплуатации серьезному поверхностному износу и испытывающих большие динамические нагрузки.

Маркировка говорит о химическом составе сплава и о его категории. В обозначении углеродистой стали обыкновенного качества есть буквы «ст». ГОСТ оговаривает семь условных номеров марок (0−6), также указывающихся в обозначении. Степень раскисления обозначают буквы «кп», «пс», «сп», проставленные в конце маркировки. Марки высококачественных и качественных сталей обозначаются цифрами, которые указывают на содержание в сплаве C в сотых долях процента.

О том, что сплав инструментальный, можно понять по букве «У» в начале маркировки. Цифра, следующая за этой буквой, говорит о содержании C в десятых долях процента. Литера «А», если таковая присутствует в обозначении инструментальной стали, указывает на улучшенные качественные характеристики сплава.

Стали с повышенным содержанием углерода могут быть менее склонными к образованию структур малой пластичности. При воздействии структурных и сварочных напряжений металл малой пластичности может разрушиться. Этому способствует наличие в нем и его сварочном шве диффузионного водорода. Для предупреждения появления холодных трещин применяются способы, позволяющие устранить факторы, способствующие появлению таких недостатков.

quote: Originally posted by darki83:

Вопрос может быть простой, но все таки: как определить из чего сталь на конкретном ноже: углеродная, нержавейка, высокованадивая и т.д. Может по каким то признакам: цвет, вес, звук металла, характеру сьема металла и т.д. Вопрос к тому, как к ножу из опр. стали подобрать конкретный абразив. И если можно к каким сталям какие камни: нержавейка-. углеродка-. и т.д. Спасибо!

1) по маркировке на ноже
2) по внешнему виду
3) по тому, как ведёт себя сталь в процессе заточки
4) .

——————
Тот, кто правильно указывает на мои ошибки, – мой учитель. Тот, кто правильно отмечает мои верные поступки, – мой друг. Тот, кто мне льстит, – мой враг. /Сунь Цзы/

quote: Originally posted by Русский самурай:

По способности магнититься.

все мартенситные стали магнитятся
в том числе и нержавеющие мартенситного класс типа 416, 420, 440 и т.п.

не магнитятся нерж. стали аустенитного класса, такие как 316 и т.п.

quote: Изначально написано Евгений_Е:
Заводской приём, по искрам на наждаке. В советское время даже методички были.

Слышал о таком от родителей и знакомых с оборонного завода. На спор определяли по искре с наждака сталь, результат 10 из 10. Вот только мне не совсем понятен принцип

quote: Originally posted by sermmt:

Вот только мне не совсем понятен принцип

По сталям тоже самое, цвет гуляет от жёлтого до красного, длина искры, взрыв искры в воздухе или затухание, рикошет от поверхности, изменение цвета в полете или наличие разноцветных искр.

Ps. погуглил -есть очень много информации. например
http://www.chipmaker.ru/topic/10696/

——————
Тот, кто правильно указывает на мои ошибки, – мой учитель. Тот, кто правильно отмечает мои верные поступки, – мой друг. Тот, кто мне льстит, – мой враг. /Сунь Цзы/

quote: Изначально написано Евгений_Е:

Я не спец, но например титан даёт искры чистого белого цвета, которые на некотором расстоянии от наждака разлетаются звёздами. По расстоянию до звёзд и оттенку можно определить наличие легирующих элементов в сплаве.

По сталям тоже самое, цвет гуляет от жёлтого до красного, длина искры, взрыв искры в воздухе или затухание, рикошет от поверхности, изменение цвета в полете или наличие разноцветных искр.

Ps. погуглил -есть очень много информации. например
http://www.chipmaker.ru/topic/10696/

Благодарю. Там есть вопросы в том числе и по наждаку, который используется. Насколько я понимаю, метод строится на опытном тестировании и каждую новую сталь надо так же описывать. Информация очень интересная!

quote: Originally posted by СТАРЫЙ ПРАПОР:

Нож на наждаке тестировать, прикольно.

Действительно, хорошее готовое изделие, даже не обязательно нож, жалко совать под наждак!

——————
Тот, кто правильно указывает на мои ошибки, – мой учитель. Тот, кто правильно отмечает мои верные поступки, – мой друг. Тот, кто мне льстит, – мой враг. /Сунь Цзы/

По цвету.
Молибден дает белый оттенок
Марганец цвет воды "в луже"
Вольфрам дает "радугу" на плохо полированной поверхности
–
Соответственно по хрому
не ржавеет больше 13%
питтинг 13% (D2)
сильно ржавеет, хрома почти нет

Далее гонять по количеству резов по сравнению с морой углем.
ATS-ка 2 моры угля
D2,12ХМФ 3 моры угля

quote: Originally posted by NikVir:

Соответственно по хрому
не ржавеет больше 13%
питтинг 13% (D2)
сильно ржавеет, хрома почти нет

quote: Originally posted by Lazyinventor:

Но по факту на готовом ноже ни разу не проверял марку. Нож либо нравится в работе, либо нет.И пофиг какая там сталь.

quote: Originally posted by Alex.P:

Поелозил обухом по бутылке, вроде след есть, надфиль скользит, значит около 60 есть.

На мой взгляд, для использования большего и не надо. Всего пару вопросов – ржавеет или нет и какая твердость. Первый, чтоб ухаживать, второй, чтоб поддерживать в рабочем состоянии.

——————
Тот, кто правильно указывает на мои ошибки, – мой учитель. Тот, кто правильно отмечает мои верные поступки, – мой друг. Тот, кто мне льстит, – мой враг. /Сунь Цзы/

Было бы очень интересно посмотреть, как в домашних условиях получится отличить две железяки с одним ТМО, но у одной сталь A2, а у другой UHB20C.

А отличить углеродку от нержавейки очень быстро поможет соленый огурец =)

quote: Originally posted by madmanz:

Основной вопрос вижу в том, "как к определенной стали подобрать конкретный абразив".

О, этот вопрос я решаю не задумываясь о марке стали. Беру абразив, который "Кажется", что подойдет и пробую, если не подходит, то сразу понятно в которую сторону нужно изменить абразив и беру другой брусок более осознанно.

——————
Тот, кто правильно указывает на мои ошибки, – мой учитель. Тот, кто правильно отмечает мои верные поступки, – мой друг. Тот, кто мне льстит, – мой враг. /Сунь Цзы/

quote: А отличить углеродку от нержавейки очень быстро поможет соленый огурец =)

quote: Изначально написано SergeyNm:

каким образом

порезать, оставить и посмотреть, что будет со сталью

quote: Originally posted by skvater:

порезать, оставить и посмотреть, что будет со сталью

По опыту мы (я имею ввиду там где я работу работаю) определяем состав стали по следующему алгоритму:
1. Метод исключения (исключаем невозможное) если сталь в ржавых пятнах – то она не может быть нержавейкой, если сталь твердая и по ней скользит натфиль то ее твердость выше 30HRC и она значит сталь с по содержанию углерода как минимум выше Стали 30 и т.д.
2. если есть возможность – то на искру (если нож уже готов то это не применимо )
3.если есть "слом" то по форме и цвету на разломе
и т.д. Если нет практического опыта – то набраться его по книжкам не реально ИМХО

Технические характеристики сталей напрямую зависят от количества и качества входящих в них элементов (углерода). Чем его больше, тем тверже сплав и выше его хрупкость. Углеродистые стали различной марки отличаются низким содержанием легирующих компонентов. Обычно каждый из них не превышает 1,5% и оказывает незначительное влияние на технические характеристики сплава.

Углеродистые стали выпускаются в виде проката и фасонного литья. Они широко применяются во всех отраслях промышленности и строительства, быту. Металлургические предприятия передают слябы и блюмсы на дальнейшую переработку в лист, профильный прокат, трубы различного диаметра.

Что собой представляют углеродистые стали

Углеродистые стали представляют собой сплав железа, в котором содержание углерода до 0,6%. Количество серы и фосфора зависит от качества металла. Легирующие элементы присутствуют в незначительном количестве. Качественные характеристики зависят от количества углерода, серы, фосфора, марганца и кремния.

Чем больше углерода, тем выше твердость, хрупкость и хуже свариваемость.

Общие характеристики

Углеродистая сталь делится на 3 группы по требованиям к химическому составу и механическим свойствам. Обозначение буквенное. Определяющим для группы является:

• А — механические свойства;
• Б — химический состав;
• В — строго выдерживается химсостав и основные механические свойства.

Сплавы группы В проверяются на химию, и во время разлива с ковша берется образец для проверки механических характеристик — предел прочности на растяжение и изгиб, ударная вязкость. Твердость регулируется термообработкой.

Состав химических элементов

Основной элемент — железо. Отношение к группе определяется количеством углерода. Содержание неметаллических включений фосфора и серы ухудшает механические качества. Они способствуют красноломкости и хладоломкости, образованию трещин в горячем и холодном металле.

Коррозионная устойчивость обеспечивается низким содержанием углерода и добавлением хрома. Количество химических элементов в углеродистой стали марганца и кремния зависит от способа раскисления и класса качества. Марганец может присутствовать в пределах 1,2% в сплавах нормального качества, до 1,8% в высококачественных. Содержание кремния не превышает 0,3%.

Высококачественные стали группы В проверяют по свойствам и химическому составу. Допустимое количество неметаллических включений — 0,03–0,0018%.

От количества углерода зависит твердость стали, ее способность к закалке и свариванию.

Чем ниже показатель углерода, тем лучше варится металл. Ст 40Х требует подогрева перед сваркой, Ст 6 — нагрева до 700⁰ и послесварочного отпуска. Прокаливаемость наоборот. До Ст4 сплавы не калятся, не изменяют свою твердость. Сталь 40х может потрескаться при резком охлаждении в воде.

Классификация по степени раскисления

По степени раскисления углеродистые сплавы делятся на такие типы:

Кипящие сплавы обыкновенного качества сразу после внесения раскислителя выпускаются из печи. В отдельных случаях раскисление производится в ковше. В результате в под коркой образуется много воздушных пузырьков.

У инструментальных сплавов реакция раскисления начинается до разлива и полностью заканчивается при заливке в ковш.

Кипящие стали используют для производства слитков, слябов и блюмсов — проката крупного сечения. В дальнейшем происходит переплавка их на высококачественный металл в электрических печах или переделка на прокат меньшего диаметра — круг, квадрат. Воздух в процессе переработки выходит, зерно вытягивается вдоль, увеличивая механические свойства стали. Полуспокойные стали отличаются повышенной ковкостью.

Методы производства и различия по качеству

По методам производства сплавы делятся на три типа:

• мартеновские;
• конвекторные;
• в электропечах.

Способ производства и разделение по качеству указывается в сертификате на металл и может обозначаться буквенно в конце маркировки. Например, ВД — электродуговой переплав, Ш — шлаковый переплав.

Мартеновские с наиболее низким качеством идет на переделку и прокат группы А. В электропечах производится сплав высокого и очень высокого качества.

Область применения

Из углеродистой стали изготавливают сварные конструкции зданий, водопроводные и газовые трубы, детали станков и автомобилей, прокат круглого и другого сечения для изготовления различных предметов, заборов, решеток.

Особенности маркировки

Маркировка углеродистых сталей имеет буквенно-цифровое значение и на торце проката обозначается определенным цветом. Ст в начале означает нормальное качество. Затем идет цифра, указывающая количество углерода и способ раскисления.

Для материала с повышенным качеством обозначение начинается со слова Сталь, затем углерод в сотых долях и буквенное обозначение легирующих элементов.

Высококачественные обозначаются в конце буквой А. Специальные, высокоуглеродистые, инструментальные — У, быстрорежущие — Р.

Как расшифровать маркировку сталей

Марку углеродистой стали и группу ее качества можно определить по типу маркировки. Каждая цифра и буква имеет свое значение и показывает требования к качеству, степень раскисления, наличие легирующих элементов.

Например, для сплава обычного качества:

• Ст 2 кп — нормального качества с содержанием углерода 0,09–0,15%, кипящая, марганца 0,25 — 0,50%, кремния менее 0,05%;
• Ст3Г пс — содержание углерода в пределах 0,14–0,22%, полуспокойная, марганца в пределах 0,80–1,1%, кремния не более 0,15%.

Углеродистые стали повышенного качества маркируются цифрами (содержание углерода в сотых долях) и буквами (легирующий элемент). Например:

• 45 — 0,45% углерод;
• 40ХН — углерода 0,4%, хрома и никеля менее 2%.

Расшифровка высокоуглеродистых марок имеет букву, указывающую тип материала, его применение и цифру — процент углерода в десятых долях. Инструментальные сплавы имеют обозначение У. Например:

• У8 — инструментальная, 0,8% углерода;
• У12 — содержание углерода 1,2%.

Химический состав более точно можно определить по таблице в справочнике металлурга.

Прокат на торце маркируется цветной полосой:

• красный — Ст3;
• желтый — Ст2;
• зеленый — СТ5;
• синий — Ст6.

Для каждого типа стали имеется своя маркировка. Легированные могут содержать до 3 цветных полос.

Какие фирмы занимаются производством углеродистой стали

Крупнейшим производителем углеродистой стали является металлургический комбинат полного цикла Мечел. Он объединяет несколько крупных заводов, начиная от производства кокса и заканчивая различным прокатом. Кроме этого прокат производят металлургические комбинаты:

• «Челябинский»;
• «Украинская кузница» — Челябинская область;
• «Ижсталь» — Удмуртия;
• Белорецкий меткомбинат — Башкортостан.

Металлургическая промышленность по производству черного металла располагается поближе к месторождениям железной руды и угля. Для заводов цветного литья важнее источники электроэнергии.