Podjela ugljičnih čelika: vrste, oznake, svojstva, primjena. Ugljični čelici: značajke, klasifikacija, obrada i područje primjene Vrste ugljičnih čelika

Ugljični čelik karakterizira udio ugljika do 2,14% bez prisutnosti legirajućih elemenata, mala količina nečistoća u sastavu, te mali udio magnezija, silicija i mangana. To zauzvrat utječe na svojstva i značajke primjene. Glavni je proizvod metalurške industrije.

Spoj

Ovisno o količini ugljika dijelimo ugljični i legirani čelik. Prisutnost ugljika daje materijalu čvrstoću i tvrdoću, a također smanjuje viskoznost i duktilnost. Njegov sadržaj u leguri je do 2,14%, a minimalna količina nečistoća zbog proizvodnog procesa omogućuje da se glavnina sastoji od željeza do 99,5%.

Visoka čvrstoća i tvrdoća su ono što karakterizira ugljični čelik.

Nečistoće koje su stalno uključene u strukturu ugljičnog čelika nemaju br odličan sadržaj. Mangan i silicij ne prelaze 1%, a sumpor i fosfor unutar 0,1%. Povećanje količine nečistoća karakteristično je za drugu vrstu čelika, koja se naziva legirana.

Nedostatak tehničke mogućnosti potpunog uklanjanja nečistoća iz gotove legure omogućuje uključivanje sljedećih elemenata u ugljični čelik:

• vodik;
• dušik;
• kisik;
• silicij;
• mangan;
• fosfor;
• sumpor

Prisutnost ovih tvari određuje se metodom taljenja čelika: konverterom, otvorenim ognjištem ili drugim. A ugljik se dodaje namjerno. Ako je količinu nečistoća teško regulirati, tada podešavanje razine ugljika u sastavu buduće legure utječe na svojstva gotovog proizvoda. Kada je materijal ispunjen ugljikom do 2,4%, čelik se svrstava u ugljik.

Karakteristično

Karakteristike i struktura metala mijenjaju se toplinskom obradom, čime se postiže željena površinska tvrdoća ili drugi zahtjevi za primjenu. čelična konstrukcija. Međutim, ne mogu se sva strukturna svojstva prilagoditi toplinskim metodama. Takve strukturno neosjetljive karakteristike uključuju krutost, izraženu modulom elastičnosti ili modulom smicanja. To se uzima u obzir pri projektiranju kritičnih komponenti i mehanizama u raznim područjima strojarstva.

U slučajevima kada izračun čvrstoće sklopa zahtijeva upotrebu dijelova male veličine koji mogu izdržati potrebno opterećenje, koristi se toplinska obrada. Ovaj učinak na "sirov" čelik omogućuje povećanje krutosti materijala za 2-3 puta. Metal koji je podvrgnut ovom procesu podliježe zahtjevima u pogledu količine ugljika i drugih nečistoća. Ovaj se čelik naziva visokokvalitetnim.

Podjela ugljičnih čelika

Prema smjeru primjene proizvoda ugljični čelik se dijeli na alatni i konstrukcijski.

Posljednji od njih koristi se za izgradnju raznih zgrada i dijelova okvira. Alati se koriste za izradu izdržljivih alata za obavljanje bilo kojeg posla, uključujući rezanje metala. Primjena metalni proizvodi U gospodarstvu je bilo potrebno razdvojiti čelik u različite kategorije sa specifičnim svojstvima: otporan na toplinu, kriogenost i otpornost na koroziju.

Prema načinu proizvodnje ugljični čelici se dijele na:

• električni čelik;
• otvoreno ognjište;
• pretvarač kisika.

Razlike u strukturi legure nastaju zbog prisutnosti različitih nečistoća karakterističnih za određenu metodu taljenja.

Odnos čelika prema kemijski aktivnim sredinama omogućio je podjelu proizvoda na:

• ključanje;
• polumirno;
• smiriti.

1. hipereutektoid, u kojem količina ugljika prelazi 0,8%;
2. eutektoid, sa sadržajem od 0,8%;
3. hipoeutektoid - manje od 0,8%.

To je struktura koja je karakteristična značajka, pri određivanju stanja metala. Kod hipoeutektoidnih čelika struktura se sastoji od perlita i ferita. Eutektoidne imaju čisti perlit, dok su hipereutektoidne karakterizirane perlitom s primjesama sekundarnog cementita.

Povećanjem količine ugljika čelik povećava čvrstoću i smanjuje rastezljivost. Viskoznost i lomljivost materijala također imaju veliki utjecaj. S povećanjem postotka ugljika smanjuje se udarna čvrstoća i povećava se krhkost materijala. Nije slučajno da kada je sadržaj veći od 2,4%, metalne legure već se klasificiraju kao lijevano željezo.

Prema količini ugljika u leguri čelik je:

1. niske razine ugljika (do 0,29%);
2. srednji ugljik (od 0,3 do 0,6%);
3. visok ugljik (više od 0,6%).

Označavanje

Kod označavanja ugljičnih čelika uobičajene kvalitete koriste se slova St, koja su popraćena brojevima koji karakteriziraju sadržaj ugljika. Jedna znamenka pokazuje količinu pomnoženu s 10, a dvije znamenke sa 100. Kada se jamči mehanički sastav legure, ispred oznake se dodaje B, a sukladnost s kemijskim sastojcima je B.

Na kraju oznake, dva slova označavaju stupanj deoksidacije: ps - polumirno, kp - stanje vrenja legura. Za mirne metale ovaj indikator nije naznačen. Povećana količina mangana u strukturi proizvoda označena je slovom G.

Kod označavanja visokokvalitetnih ugljičnih čelika koji se koriste u izradi alata koristi se slovo U, uz koje je ispisan broj koji potvrđuje postotak ugljika u deseterostrukom iznosu, bez obzira da li je dvoznamenkasti ili jednoznamenkasti. znamenka. Da bi se istaknule kvalitetnije legure, u oznaku alatnih čelika dodaje se slovo A.

Primjeri označavanja ugljičnih čelika: U8, U12A, St4kp, VSt3, St2G, BSt5ps.

Proizvodnja

Metalurška industrija proizvodi metalne legure. Specifičnost procesa proizvodnje ugljičnog čelika je obrada trupaca od lijevanog željeza uz redukciju suspendiranih tvari poput sumpora i fosfora te ugljika do potrebne koncentracije. Razlike u tehnici oksidacije kojom se uklanja ugljik omogućuju izolaciju razne vrste kupaće gaće

Metoda pretvarača kisika

Osnova tehnike bila je Bessemerova metoda, koja uključuje propuhivanje zraka kroz tekuće lijevano željezo. Tijekom tog procesa ugljik se oksidira i uklanja iz legure, nakon čega se poluge željeza postupno pretvaraju u čelik. Produktivnost ove tehnike je visoka, ali sumpor i fosfor ostali su u metalu. Osim toga, ugljični čelik je zasićen plinovima, uključujući dušik. To poboljšava čvrstoću, ali smanjuje duktilnost, čineći čelik sklonijim starenju i bogatim nemetalnim elementima.

S obzirom niske kvalitetečelika proizvedenog Bessemerovom metodom, više se nije koristio. Zamijenjena je metodom pretvarača kisika, čija je razlika korištenje čistog kisika, umjesto zraka, pri pročišćavanju tekućeg lijevanog željeza. Korištenje određenih tehničke specifikacije, prilikom pročišćavanja, značajno je smanjio količinu dušika i drugih štetnih nečistoća. Kao rezultat toga, ugljični čelik proizveden metodom pretvarača kisika po kvaliteti je blizak legurama taljenim u otvorenim pećima.

Tehnički i ekonomski pokazatelji konvertorske metode potvrđuju izvedivost takvog taljenja i omogućuju zamjenu zastarjelih metoda proizvodnje čelika.

Metoda otvorenog ognjišta

Značajka metode proizvodnje ugljičnog čelika je spaljivanje ugljika iz legura lijevanog željeza ne samo uz pomoć zraka, već i dodavanjem željezne rude i zahrđalih metalnih proizvoda. Taj se proces obično odvija unutar peći, u koje se dovodi zagrijani zrak i zapaljivi plin.

Veličina takvih kupki za taljenje je vrlo velika; može primiti do 500 tona rastaljenog metala. Temperatura u takvim spremnicima održava se na 1700 ºC, a izgaranje ugljika odvija se u nekoliko faza. Prvo, zbog viška kisika u zapaljivim plinovima, a kada se troska stvara iznad rastaljenog metala, kroz željezne okside. Njihovim međusobnim djelovanjem nastaju troske fosfata i silikata, koje se naknadno uklanjaju i čelik dobiva potrebna svojstva kvalitete.

Taljenje čelika u otvorenim pećima traje oko 7 sati. To vam omogućuje podešavanje željenog sastava legure pri dodavanju različitih ruda ili otpadaka. Ugljični čelik već se dugo proizvodi ovom metodom. Takve peći, u naše vrijeme, mogu se naći u zemljama bivšeg Sovjetski Savez, a također i u Indiji.

Elektrotermalna metoda

Visokokvalitetni čelik s minimalnim sadržajem štetnih nečistoća moguće je proizvesti taljenjem u vakuumskim elektrolučnim pećima ili indukcijske peći. Zahvaljujući poboljšanim svojstvima elektročelika, moguće je proizvesti legure otporne na toplinu i alate. Proces pretvaranja sirovina u ugljični čelik odvija se u vakuumu, zbog čega će kvaliteta dobivenih izradaka biti veća od prethodno razmatranih metoda.

Trošak takve obrade metala je skuplji, dakle ovu metodu koristi se kada postoji tehnološka potreba za kvalitetnim proizvodom. Da bi se smanjio trošak tehnološkog procesa, koristi se posebna kutlača koja se zagrijava unutar vakuumske posude.

Primjena

Ugljični čelik, zbog svojih svojstava, pronašao je široku primjenu u različitim sektorima nacionalnog gospodarstva, posebno u strojarstvu. Upotreba sposobnosti metala da izdrži opterećenja i ima visoke granice zamora u projektnim izračunima omogućuje proizvodnju kritičnih dijelova strojeva od ugljičnog čelika kao što su: zamašnjaci, zupčanici, kućišta klipnjača, koljenasta vratila, klipovi klipnih pumpi i tehnološka oprema za drvna i laka industrija.

Visokougljični čelici s povećanim udjelom mangana koriste se za izradu dijelova kao što su opruge, lisnate opruge, torzione poluge i slične komponente koje zahtijevaju elastičnost legure. Alatne legure poboljšane kvalitete široko se koriste u proizvodnji alata koji se koriste za obradu metala: glodala, bušilice, upuštači.

Ugljični čelik - legura željeza i ugljika - zauzima oko 80% ukupnog volumena metalnih proizvoda. Materijal ima zadovoljavajuća mehanička svojstva i relativno niske troškove proizvodnje. Gustoća čelika (od 7,7 do 7,9) * 103 kg/m3.

Legura se lako obrađuje pritiskom i rezanjem. Treba napomenuti da je materijal bolji od legirane legure u ovim svojstvima. U isto vrijeme, ugljični čelik je manje tehnološki napredan zbog visoke kritične brzine otvrdnjavanja, legura se hladi u vodi. To zauzvrat dovodi do značajnog savijanja i deformacije proizvoda. Da bi imala istu čvrstoću kao legirana legura, mora se kaliti na nižoj temperaturi. U tom smislu, više se zadržava, što smanjuje strukturnu čvrstoću materijala.

Ugljični čelik dolazi u dvije vrste: visokokvalitetni i obični čelik.

Drugu vrstu predstavljaju valjani proizvodi: kanali, cijevi, uglovi, listovi, grede, šipke i drugi. U ugljičnom čeliku uobičajene kvalitete prihvatljiv je sadržaj nemetalnih inkluzija i štetnih nečistoća. Dopušten je i određeni stupanj zasićenosti materijala plinom.

U skladu s kompleksom svojstava i namjene, legure ugljika dijele se u skupine A, B i C.

Prva skupina (A) koristi se u proizvodnji dijelova bez upotrebe vruće obrade. Tako materijal zadržava svoja mehanička svojstva.

Čelici iz skupine B koriste se u proizvodnji dijelova toplom obradom (na primjer, valjanje, kovanje, zavarivanje). U tom se slučaju mijenjaju mehanička svojstva i izvorna struktura. Informacije o kemijskom sastavu važne su za te dijelove. Ovisno o informacijama, odredit će se način vruće obrade.

Čelici skupine B koriste se za izradu zavarenih konstrukcija i kritičnih dijelova.

Treba napomenuti da način obrade metalni materijal utječe na toplinsku vodljivost čelika. Dakle, svaki utjecaj na proizvod pritiskom povećava sposobnost provođenja topline na manje grijani dio iz grijanijeg područja.

Ugljični čelici navedene tri skupine uobičajene kvalitete namijenjeni su za izradu raznih metalnih konstrukcija, lako opterećenih uređaja i dijelova strojeva. Ova vrsta materijala primjenjiva je u slučajevima kada je izvedba proizvoda osigurana zbog krutosti. Ugljična vlakna uobičajene kvalitete imaju široku primjenu u građevinskoj industriji kod izgradnje armiranobetonskih konstrukcija. Određene legure skupina B i B dobro se hladno obrađuju i zavaruju. Stoga se ovi čelici naširoko koriste u proizvodnji okvira, zavarenih rešetki, građevinskih metalnih konstrukcija, kao i elemenata za pričvršćivanje, od kojih su neki naknadno cementirani.

Čelici se također dijele na čelike s visokim, srednjim i niskim udjelom ugljika.

Potonji se odlikuju visokom duktilnošću i niskom hladnom čvrstoćom. Obično se izrađuju u obliku tankog lima. Ugljik i silicij sadržani su u malim količinama, zbog čega su te legure mekane.

Čelici srednjeg ugljika (brojevi 4 i 3) odlikuju se velikom čvrstoćom. Ove se legure koriste u proizvodnji zupčanika, osovina, remenica i drugih dijelova poljoprivredne i kamionske opreme, kao i željezničkih kotača, tračnica i drugih proizvoda.

Visokougljični čelici (brojevi 6 i 5) i s visokim sadržajem mangana koriste se u većini slučajeva u proizvodnji žice visoke čvrstoće, opruga, opruga i drugih dijelova koji zahtijevaju visoku elastičnost i otpornost na habanje.

Za daljnje razmatranje strukturnih transformacija tijekom sporog hlađenja potrebno je sve čelike podijeliti u dvije skupine:

Čelik prve skupine Koriste se uglavnom kao konstrukcijski čelici, a čelici druge skupine koriste se kao alatni čelici.

U čelicima sa sadržajem ugljika manjim od 0,8% linije GS i PSK određuju temperature početka i kraja rekristalizacije (sekundarne kristalizacije) austenita u ferit.

Rekristalizacija

Rekristalizacija uzrokovane alotropskom transformacijom Fe γ → Fe α.

U čistom željezu ova se transformacija odvija pri konstantnoj temperaturi (910°), dok se kod čelika odvija u temperaturnom području, budući da će za čelik s udjelom C = 0,2% proces rekristalizacije započeti pri temperaturi od 850°, a završiti pri temperatura 723°.

Strukturne transformacije tijekom hlađenja čelika

Međutim, kada se čelik ohladi u temperaturnom rasponu 850-723°, neće se sav austenit pretvoriti u ferit. Nešto austenita će ostati. Taj će se austenit pretvoriti u perlit pri temperaturi od 723°.

Kao rezultat ove dvije transformacije u temperaturnom području određenom linijama GS i PSK, struktura čelika koji sadrže C< 0,8% при sobna temperatura sastojat će se od ferit + perlit.

Kvantitativni odnos između ferita i perlita određen je postotkom ugljika u čeliku. Što više ugljika bčelika, što više perlita sadrži, čelik će biti tvrđi, izdržljiviji, ali manje rastezljiv.

U čelicima sa sadržajem C>0,8% Linije SE i PSK određuju temperature početka i kraja kristalizacije cementita iz austenita (sekundarna kristalizacija).

Ova transformacija je uzrokovana smanjenje topljivosti ugljika u austenitu pri hlađenju.

Pri temperaturi od 1130° može se u austenitu otopiti 2% ugljika, a kod 723° samo 0,8%. Dakle, ako čelik sadrži 1% ugljika, tada će se nakon hlađenja, počevši od temperature od 820°, višak ugljika oslobađati iz austenita u obliku cementita sve dok u austenitu ne ostane 0,8% ugljika.

Na temperaturi od 723° ovaj će se austenit pretvoriti u perlit.

Kao rezultat ove dvije transformacije u temperaturnom rasponu određenom linijama ES i PSK i na temperaturi od 723°, struktura čelika sa sadržajem C>0,8% na sobnoj temperaturi sastojat će se od cementit + perlit.

Kvantitativni odnos između cementita i perlita također će biti određen količinom ugljika u čeliku. Što više ugljika ima u čeliku, to ima više cementita i čelik će biti tvrđi, ali i lomljiviji.

U čelicima sa sadržajem C = 0,8% Transformacija austenita tijekom sporog hlađenja započet će i završiti na temperaturi od 723 °. Struktura ovog čelika na sobnoj temperaturi bit će perlit.

Temperature linije PSK, kada je u pitanju grijanje, znači AC1.

Temperature linije G.S. I S.E. označiti prema tome ANW ili A St.

Razumijevanje takvog pitanja kao što je klasifikacija ugljičnih čelika vrlo je važno, jer vam to omogućuje potpuno razumijevanje karakteristika jedne ili druge vrste ovog popularnog materijala. , kao i svaki drugi, nije manje važan, a stručnjak ga mora razumjeti kako bi odabrao pravu leguru u skladu s njezinim svojstvima i kemijskim sastavom.

Razlikovne karakteristike i glavne kategorije

Ugljični čelici, koji se temelje na željezu i ugljiku, uključuju legure koje sadrže minimum dodatnih nečistoća. Kvantitativni sadržaj ugljika temelj je za sljedeću klasifikaciju čelika:

• niske razine ugljika (sadržaj ugljika unutar 0,2%);
• srednji ugljik (0,2–0,6%);
• visok ugljik (do 2%).

Osim dostojnog tehničke karakteristike, treba napomenuti pristupačnu cijenu, što je važno za materijal koji se široko koristi za proizvodnju širokog spektra proizvoda.

Najznačajnije prednosti ugljičnih čelika različitih razreda uključuju:

• visoka plastičnost;
• dobra obradivost (bez obzira na temperaturu zagrijavanja metala);
• izvrsna zavarljivost;
• održavanje visoke čvrstoće čak i uz značajno zagrijavanje (do 400 °);
• dobra tolerancija na dinamička opterećenja.

Ugljični čelici također imaju nedostatke, među kojima je vrijedno istaknuti:

• smanjenje duktilnosti legure s povećanjem sadržaja ugljika u njenom sastavu;
• pogoršanje sposobnosti rezanja i smanjenje tvrdoće pri zagrijavanju na temperature veće od 200 °;
• visoka osjetljivost na stvaranje i razvoj korozijskih procesa, što nameće dodatne zahtjeve za proizvode izrađene od takvog čelika, koji moraju biti obloženi zaštitnim premazom;
• slabe električne karakteristike;
• sklonost toplinskom širenju.

Klasifikacija ugljikovih legura prema strukturi zaslužuje posebnu pozornost. Glavni utjecaj na transformacije u njima ima kvantitativni sadržaj ugljika. Dakle, čelici klasificirani kao hipoeutektoidni imaju strukturu koja se temelji na feritnim i perlitnim zrncima. Sadržaj ugljika u takvim legurama ne prelazi 0,8%. S povećanjem količine ugljika, količina ferita se smanjuje, a volumen perlita, sukladno tome, raste. Prema ovoj klasifikaciji, čelici koji sadrže 0,8% ugljika klasificirani su kao eutektoidni; osnova njihove strukture je pretežno perlit. Daljnjim povećanjem količine ugljika počinje se stvarati sekundarni cementit. Čelici ove strukture pripadaju hipereutektoidnoj skupini.

Povećanje količine ugljika u sastavu čelika na 1% dovodi do činjenice da se takva svojstva metala kao što su čvrstoća i tvrdoća značajno poboljšavaju, dok se granica tečenja i duktilnost, naprotiv, pogoršavaju. Ako količina ugljika u čeliku prelazi 1%, može doći do stvaranja grube mreže sekundarnog martenzita u njegovoj strukturi, što negativno utječe na čvrstoću materijala. Zato u čelicima koji se klasificiraju kao visokougljični, količina ugljika u pravilu ne prelazi 1,3%.

Na svojstva ugljičnih čelika ozbiljno utječu nečistoće sadržane u njihovom sastavu. Elementi koji pozitivno utječu na karakteristike legure (poboljšavaju deoksidaciju metala) su silicij i mangan, dok su fosfor i sumpor nečistoće koje pogoršavaju njezina svojstva. Visok sadržaj fosfora u ugljičnom čeliku dovodi do činjenice da proizvodi od njega postaju prekriveni pukotinama i čak se lome kada su izloženi niskim temperaturama. Taj se fenomen naziva hladna krtost. Ono što je karakteristično je da su počeli povećan sadržaj fosfor, ako su u zagrijanom stanju, dobro se podnose zavarivanju i obradi pomoću kovanja, štancanja itd.

Kod proizvoda izrađenih od ugljičnih čelika koji sadrže značajne količine sumpora može se pojaviti pojava koja se naziva crvena krtost. Suština ovog fenomena je da metal, kada je izložen visoka temperatura počinje biti teško obraditi. Struktura ugljičnih čelika, koji sadrže značajnu količinu sumpora, sastoji se od zrna s topljivim formacijama na granicama. Takve se tvorevine počinju topiti s porastom temperature, što dovodi do poremećaja veze između zrna i, kao posljedica toga, do stvaranja brojnih pukotina u metalnoj strukturi. U međuvremenu, parametri legura sumpornog ugljika mogu se poboljšati ako su mikrolegirane s cirkonijem, titanijem i borom.

Tehnologije proizvodnje

Danas postoje tri glavne tehnologije koje se koriste u metalurškoj industriji. Njihove glavne razlike su vrsta opreme koja se koristi. Ovaj:

• peći za taljenje konverterskog tipa;
• jedinice s otvorenim ognjištem;
• peći za taljenje na električni pogon.

U konverterskim postrojenjima tale se sve komponente čelične legure: lijevano željezo i čelični otpad. Osim toga, rastaljeni metal u takvim pećima dodatno se obrađuje tehničkim kisikom. U slučajevima kada se nečistoće prisutne u rastaljenom metalu trebaju pretvoriti u trosku, dodaje se spaljeno vapno.

Proces proizvodnje ugljičnog čelika ovom tehnologijom prati aktivna oksidacija metala i njegovog otpada, čija vrijednost može doseći i do 9% ukupnog volumena legure. Nedostatak ovog tehnološkog postupka je što stvara značajnu količinu prašine, što zahtijeva upotrebu posebnih uređaja za čišćenje prašine. Korištenje takvih dodatnih uređaja utječe na trošak dobivenog proizvoda. Međutim, svi nedostaci koji karakteriziraju ovo proces, u potpunosti su nadoknađeni njegovim visokim učinkom.

Taljenje u peći s otvorenim ognjištem još je jedna popularna tehnologija koja se koristi za proizvodnju ugljičnih čelika različitih stupnjeva. Sve potrebne sirovine (čelični otpad, lijevano željezo i dr.) utovaruju se u onaj dio martovske peći, koji se naziva talionica, koja se zagrijava do temperature taljenja. U komori se odvijaju složene fizikalne i kemijske interakcije u kojima sudjeluju rastaljeni metal, troska i plinoviti okoliš. Rezultat je legura s traženim karakteristikama, koja tekuće stanje ispušta se kroz poseban otvor stražnji zid pećnice.

Čelik proizveden taljenjem u električnim pećima, zbog korištenja bitno drugačijeg izvora grijanja, nije izložen oksidirajućoj okolini, što ga čini čišćim. Različite vrste ugljičnog čelika proizvedene taljenjem u električnim pećima sadrže manje vodika. Ovaj element je glavni razlog za pojavu ljuskica u strukturi legura, koje značajno pogoršavaju njihove karakteristike.

Bez obzira kako se legura ugljika topi i bez obzira kojoj kategoriji u klasifikaciji pripada, glavne sirovine za njezinu proizvodnju su lijevano željezo i metalni otpad.

Metode poboljšanja svojstava čvrstoće

Ako se svojstva kvaliteta poboljšavaju uvođenjem posebnih aditiva u njihov sastav, tada se rješenje ovog problema u odnosu na legure ugljika provodi toplinskom obradom. Jedna od naprednih metoda potonjeg je površinsko otvrdnjavanje plazmom. Kao rezultat uporabe ove tehnologije, u površinskom sloju metala formira se struktura koja se sastoji od martenzita, čija je tvrdoća 9,5 GPa (u nekim područjima doseže 11,5 GPa).

Površinsko plazma kaljenje također dovodi do stvaranja metastabilnog zadržanog austenita u metalnoj strukturi, čija se količina povećava ako se povećava postotak ugljika u sastavu čelika. Ova strukturna formacija, koja se može pretvoriti u martenzit tijekom rada u proizvodu od ugljičnog čelika, značajno poboljšava karakteristike metala kao što je otpornost na trošenje.

Jedan od učinkovite načine Metoda kojom se mogu značajno poboljšati karakteristike ugljičnog čelika je kemijsko-termička obrada. Bit ove tehnologije je da se legura čelika, zagrijana na određenu temperaturu, podvrgava kemijskom djelovanju, što može značajno poboljšati njezine karakteristike. Nakon takve obrade, koja se može primijeniti na ugljične čelike različitih stupnjeva, povećava se tvrdoća i otpornost na trošenje metala, a poboljšava se i njegova otpornost na koroziju u vlažnim i kiselim sredinama.

Ostale opcije klasifikacije

Drugi parametar po kojem se klasificiraju legure ugljika je stupanj njihovog pročišćavanja od štetnih nečistoća. Čelici koji sadrže minimalnu količinu sumpora i fosfora imaju bolja mehanička svojstva (ali i veću cijenu). Ovaj je parametar postao temelj za klasifikaciju ugljičnih čelika, prema kojima se razlikuju legure:

• obična kvaliteta (B);
• kvalitativni (B);
• povećana kvaliteta (A).

Čelik prve kategorije (njihov kemijski sastav koje proizvođač nije naveo) odabiru se samo na temelju njihovih mehaničkih karakteristika. Ovi čelici su različiti minimalni trošak. Nisu podvrgnuti toplinskoj ili tlačnoj obradi. Za visokokvalitetne čelike proizvođač propisuje kemijski sastav, a za visokokvalitetne legure mehanička svojstva. Ono što je važno jest da se proizvodi izrađeni od legura prve dvije kategorije (B i C) mogu podvrgnuti toplinskoj obradi i toploj plastičnoj deformaciji.

Postoji klasifikacija legura ugljika prema njihovoj glavnoj namjeni. Tako se razlikuju konstrukcijski čelici, od kojih se proizvode dijelovi za razne namjene, i alatni čelici, koji se koriste u potpunosti u skladu sa svojim nazivom - za izradu razni instrumenti. Alatne legure se u usporedbi s konstrukcijskim legurama odlikuju povećanom tvrdoćom i čvrstoćom.

U označavanju ugljičnog čelika možete pronaći oznake "sp", "ps" i "kp", koje označavaju stupanj njegove deoksidacije. Ovo je još jedan parametar za klasifikaciju takvih legura.
Slova "sp" u oznaci označavaju mirne legure koje mogu sadržavati do 0,12% silicija. Karakterizira ih dobra udarna čvrstoća čak i pri niske temperature a karakterizira ih visoka homogenost strukture i kemijskog sastava. Takvi ugljični čelici imaju i nedostatke, od kojih su najznačajniji da je površina proizvoda izrađenih od njih lošije kvalitete od površine kipućih čelika, a nakon zavarivanja karakteristike dijelova izrađenih od njih značajno se pogoršavaju.

Polu-mirne legure (označene slovima "ps" u oznakama), u kojima silicij može biti sadržan u rasponu od 0,07-0,12%, karakterizira jednolika raspodjela nečistoća u njihovom sastavu. Time se osigurava postojanost karakteristika proizvoda izrađenih od njih.

U kipućim ugljičnim čelicima koji ne sadrže više od 0,07% silicija, proces deoksidacije nije u potpunosti završen, što uzrokuje heterogenost njihove strukture. U međuvremenu, odlikuju se nizom prednosti, od kojih su najznačajnije:

• niska cijena, što se objašnjava beznačajnim sadržajem posebnih aditiva;
• visoka plastičnost;
• dobra zavarljivost i obradivost metodama plastične deformacije.

Kako se označavaju legure ugljičnog čelika?

Razumijevanje načela označavanja ugljičnog čelika jednako je jednostavno kao i razumijevanje osnove za njegovu klasifikaciju: ne razlikuju se mnogo od pravila za označavanje čeličnih legura drugih kategorija. Da biste dešifrirali takve oznake, ne morate čak ni pogledati posebne tablice.

Slovo "U" na samom početku oznake marke legure označava da pripada kategoriji alata. Slova “A”, “B” i “C” ispisana na samom kraju oznake označavaju kojoj skupini kvalitete pripada ugljični čelik. Količina ugljika sadržana u leguri naznačena je na samom početku njezine oznake. Štoviše, za čelike visoke kvalitete (skupina "A") količina ovog elementa bit će naznačena u stotinkama postotka, a za legure skupina "B" i "C" - u desetinkama.

U označavanju pojedinih ugljičnih čelika možete pronaći slovo "G" nakon brojeva koji označavaju kvantitativni sadržaj ugljika. Ovo slovo označava da metal sadrži povećanu količinu elementa kao što je mangan. Oznake "sp", "ps" i "kp" označavaju kojem stupnju deoksidacije odgovara ugljični čelik.

Legure ugljika, zbog svojih karakteristika i niske cijene, aktivno se koriste za proizvodnju elemenata građevinske strukture, dijelovi strojeva, alati i metalni proizvodi za razne namjene.

2, prosječna ocjena: 5,00 od 5)

), i legirani - od željeza, ugljika i drugih aditiva za legiranje. Mehanička svojstva čelika ovise o sadržaju ugljika (slika 1). U praksi se ne koristi čisto željezo, već se koriste legure željeza i ugljika: čelik (sadržaj ugljika u leguri je do 2%) i lijevano željezo (sadržaj ugljika je 2-6%).

S niskim udjelom ugljika (od 0,05 do 0,3%), čelik je dobro valjan u limove, savijen, utisnut i hladno vučen, lako se obrađuje rezačem, dobro zavaruje i reže kisikom, ali praktički nije kaljen, ima relativno nisku tvrdoća i otpornost na habanje. Ovaj konstrukcijski čelici, od kojih se valjanjem proizvode cijevi, limovi, kanali, I-grede, kutni čelik i drugi valjani proizvodi koji se koriste za izradu građevinskih konstrukcija.

Mala količina ugljika u čeliku (do 0,0001%) može se nalaziti u slobodnim prostorima kristalne rešetke, ali većina ugljika je u kemijski vezanom stanju sa željezom - u obliku cementita Fe 3 C.

Ugljični čelik je mješavina željeznih zrnaca i željeznih karbida. Prvi se u metalurgiji nazivaju - ferit, a drugi - cementit.

Riža. 1. Učinak sadržaja ugljika na mehaničke karakteristikečelici: tvrdoća HB, čvrstoća, udarna čvrstoća an, i relativno izduženje.

Čelici koji sadrže 0,7-1,3% ugljika nazivaju se instrumental, izrađeni su od alat za rezanje(svrdla, nareznici, matrice, rezači itd.). Čelici s udjelom ugljika od 0,3-1,3% dobro su kaljeni, postaju tvrđi i otporniji na habanje. Što je više ugljika u tim čelicima, oni postaju tvrđi i čvršći, manje žilavi i rastegljivi, te su lošije obrađeni i zavareni.

Čelik se naziva ugljičnim (nelegiranim) ako ne sadrži druge legirajuće elemente osim ugljika. Naravno, sadrži nečistoće drugih elemenata (sumpora, fosfora, mangana, silicija itd.), koji su u njega ušli iz polaznih materijala tijekom proizvodnje čelika, tj. od željezne rude, otpadaka, lijevanog željeza.

Čelici s visokim udjelom ugljika jači su i tvrđi od čelika s niskim udjelom ugljika, ali su manje duktilni i lomljiviji. Stoga sadržaj ugljika, određujući svojstva čelika, dijeli ih u namjenske skupine: GRAĐEVINSKI - niska duktilnost i udarna čvrstoća; INSTRUMENTAL - veća tvrdoća; STROJARSKI čelici u odnosu na građevinske čelike imaju manje vrijednosti udarne čvrstoće i duktilnosti, ali povećanu čvrstoću i tvrdoću.

sl.2. Podjela ugljičnih čelika po kvaliteti.

Čelici se klasificiraju prema sljedećim kriterijima: kemijski sastav (ugljik i legura); prema namjeni (građevni, instrumentalni); metodom proizvodnje (otvoreno ognjište, Bessemer); po kvaliteti (običan, kvalitetan, kvalitetan).

Čelici obične kvalitete (slika 2) dijele se u tri skupine: A, B i C. Grupa A su čelici St0, St1, St2, St3, St4, St5, St6 (Prilog 1). Mehanička svojstva ovih čelika su standardizirana (s b, s t, d). Broj u stupnju čelika označava njegov uvjetni broj i varira od 0 do 6, što je taj broj veći, više vrijednosti s in i s t. Indeksi B i C naznačeni su u klasama čelika skupine B i C, ali indeks A nije označen za čelike skupine A.

Postoje varijante čelika grupe A po deoksidaciji (kp, sp, ps) i po sadržaju mangana (G): St0, St1kp, St1ps, St1sp, St2ps, St2sp, St3kp, St3ps, St3sp, St3Gps, St3Gsp,

Za čelike skupine B standardiziran je kemijski sastav za ugljik (od 0,23 do 0,49%), silicij (0,05-0,35%) i mangan (0,25-1,2%): BSt0, BSt1, BSt6 (dodatak 2).

Ponavljaju se iste vrste čelika kao u skupini A u pogledu deoksidacije i sadržaja mangana: BSt0, BSt1kp, BSt1ps, BSt6.

Grupa B - standardizirani su kemijski sastav i mehanička svojstva: VSt1, VSt2, VSt3, VSt4, VSt5 (indeks B - grupa čelika B; za razliku od čelika grupe A i B, u grupi B nema čelika St0, St6).

Prema stupnju deoksidacije čelici se dijele na:

Kipući čelici (visok sadržaj kisika u željeznim oksidima i manje od 0,005% Si) imaju niži prag hladne krtosti, stoga se ti čelici (St1kp, St2kp, St3kp, St4kp) ne mogu koristiti za građevinske konstrukcije koje rade na niskim temperaturama;

Blagi čelici (St1sp, St2sp), koji su pouzdaniji na niskim temperaturama;

Polumirni čelici (St1ps, St2ps,).

Primjeri tumačenja oznaka čelika: čelik St2kp3 - čelik obične kvalitete skupine A, stupanj St2, vrenje, kategorija 3; čelik VSt4kp4 - čelik uobičajene kvalitete, grupa B, razred St 4, kipuće, kategorija 4.

Visokokvalitetni ugljični čelici mogu biti s normalnim sadržajem mangana (05kp, 08kp, 25, 85) ili s povećanim sadržajem mangana (15G, 20G, 85G).

Broj u markici označava sadržaj ugljika u stotinkama postotka, a G indeks označava prisutnost mangana (1%). Visokokvalitetni čelici sadrže manje štetnih nečistoća (S< 0,02 %, Р < 0,03 %) и обозначаются индексом А в конце марки стали. Например: У8А - высококачественная высокоуглеродистая, инструментальная, сталь, содержащая 0,8 % углерода.

Primjena ugljičnih čelika u građevinarstvu i strojogradnji:

1. Čelici obične kvalitete koriste se u konstrukcijama koje nisu podložne dinamičkim opterećenjima i niskim temperaturama.

2. Čelici 08kp, 05kp - za štancanje limova u automobilskoj industriji i drugim industrijama.

3. Čelici St0, St1, St2, St08, St25 - za izradu valjanih limova, kanala i dr.

4. Čelici 10, 15, 25 - za zavarene i zakovane konstrukcije (bez naknadne toplinske obrade).

5. Čelici St3kp, St5, MSt3kp itd. za izradu proizvoda od armiranog betona (Dodatak 3).

6. Limene konstrukcije, spremnici, cjevovodi izrađuju se od čelika MSt1kp, MSt2kp, MSt3ps.

7. Čelici 30, 35, 40 - za dijelove (vratila, osovine, zupčanici) koji rade pod velikim opterećenjem (podložni normalizaciji i kaljenju).

8. Čelik 45, 50 - za radilice.

9. Čelici 55, 60, 65 i 70 - opruge, opruge, zupčanici (kaljenje i popuštanje).