Углеродистая сталь: применение, свойства и особенности
Углеродистая сталь - один из самых распространенных и востребованных материалов в промышленности. Благодаря уникальному сочетанию прочности, пластичности и относительной дешевизны, этот материал находит широкое применение в машиностроении, строительстве, производстве инструментов и многих других отраслях.
Общая характеристика углеродистой стали
Углеродистая сталь – это сталь, в которой основным легирующим элементом является углерод. Помимо углерода, в состав углеродистой стали всегда входит железо (основа) и примеси в виде кремния, марганца, серы и фосфора. Содержание углерода может варьироваться от 0,05% до 2%, что позволяет подразделять углеродистые стали на:
- Низкоуглеродистые - с содержанием углерода до 0,25%
- Среднеуглеродистые - от 0,25 до 0,6% углерода
- Высокоуглеродистые - свыше 0,6% углерода
С увеличением содержания углерода повышается прочность и твердость стали, но снижается пластичность. По качеству углеродистые стали делятся на обыкновенного, повышенного и высокого качества. По назначению различают углеродистую сталь конструкционную, инструментальную и специальную.
Конструкционные углеродистые стали применяются в машиностроении и строительстве. Инструментальные стали используют для изготовления режущего инструмента. Специальные стали обладают особыми свойствами, необходимыми для работы в агрессивных средах.
Производство углеродистой стали включает выплавку в доменных или мартеновских печах, разливку в слитки, прокатку или ковку. Для придания необходимых свойств применяют термическую и химико-термическую обработку.
Механические и технологические свойства
Основные механические характеристики углеродистой стали:
- Предел прочности на разрыв до 600 МПа
- Предел текучести до 300 МПа
- Твердость по Бринеллю до 200 НВ
- Относительное удлинение 12-50%
- Ударная вязкость до 300 Дж/см2
С повышением содержания углерода прочностные характеристики увеличиваются, а пластичность снижается. Углеродистая сталь обладает низкой коррозионной стойкостью, поэтому требует защитных покрытий.
Благодаря хорошей обрабатываемости, углеродистая сталь легко поддается все видам механической обработки, а также отлично сваривается и паяется. Эти технологические свойства определяют широкое применение материала.
Маркировка и обозначения
Марки углеродистых сталей обозначаются буквенно-цифровыми индексами, например Ст3, 20, 15Г2 и так далее. Расшифровка маркировки:
- Ст – углеродистая сталь
- Цифры – содержание углерода в сотых или десятых долях процента
- Буквы – обозначение качества (кп, пс) или легирующих элементов (Г - марганец)
Также для углеродистой стали используется цветовая маркировка – нанесение цветных полос на поверхность проката:
| Синий | Высококачественная углеродистая сталь |
| Зеленый | Качественная и высокопрочная углеродистая сталь |
| Красный | Обыкновенного качества углеродистая сталь |
| Желтый | Малоуглеродистая сталь |
Стандарты на марки углеродистых сталей: ГОСТ 380-2021, ГОСТ 1050-2013, ГОСТ 1435-99, ГОСТ 5781-82 и другие.
Применение в машиностроении
Благодаря высокой прочности, углеродистая сталь широко используется в машиностроении для изготовления деталей, работающих при статических и динамических нагрузках.
Из низкоуглеродистой стали производят втулки, стаканы подшипников, корпусные детали, не испытывающие больших нагрузок. Среднеуглеродистая сталь применяется для валов, шестерен, зубчатых колес, шпинделей.
Высокопрочная и закаленная углеродистая сталь используется для изготовления рессор, пружин, поршневых пальцев. Особые марки применяют в автомобилестроении, судостроении, авиастроении.
При механической обработке деталей из углеродистой стали применяют токарную, фрезерную, сверлильную, шлифовальную обработку. Для повышения износостойкости используют различные виды термообработки.
Применение в строительстве
В строительстве углеродистая сталь широко используется для изготовления несущих металлоконструкций - ферм, балок, опор, а также арматуры для железобетонных конструкций.
Из сортового проката углеродистой стали производят различные профили - швеллера, уголки, тавры, полосы. Фасонный прокат применяют для элементов мостов, высотных зданий.
Широко используются крепежные изделия - болты, гайки, шпильки из углеродистой стали. Для защиты от коррозии стальные строительные конструкции покрывают лакокрасочными материалами.
Применение для инструментов и оснастки
Инструментальные углеродистые стали используются для изготовления режущего инструмента - сверл, метчиков, фрез, напильников, ножовок. После закалки и отпуска они приобретают высокую твердость и износостойкость.
Из углеродистой стали делают различные штампы и пресс-формы для обработки металлов давлением, литейные формы. Также применяется для измерительного инструмента.
Большая часть крепежных изделий - болты, шпильки, винты, гайки изготавливается из углеродистой стали за счет ее прочности и технологичности.