Aké materiály sú klasifikované ako uhlíkové ocele? Uhlíková oceľ

Vďaka svojim pevnostným charakteristikám a dostupnej cene je uhlíková oceľ veľmi bežnou zliatinou. Jeho hlavnými prvkami sú železo a uhlík s minimom kvapiek. Uhlíková oceľ sa používa na výrobu rôznych strojárskych výrobkov, častí potrubí a kotlov a nástrojov. Zliatiny sú tiež široko používané v stavebníctve.

Hlavné charakteristiky

V závislosti od ich hlavného účelu sú uhlíkové ocele rozdelené na inštrumentálne a konštrukčné, v ich zložení prakticky neexistujú žiadne legujúce prvky. Od bežných oceľových zliatin sa líšia aj tým, že obsahujú podstatne menej základných nečistôt: mangán, horčík, kremík. Obsah hlavného prvku – uhlíka – sa dosť líši. Oceľ s vysokým obsahom uhlíka obsahuje 0,6−2% C, oceľ so stredným obsahom uhlíka - 0,3−0,6%, oceľ s nízkym obsahom uhlíka - do 0,25%.

Hlavný prvok určuje vlastnosti a štruktúru. Vo vnútornej štruktúre zliatin s menej ako 0,8 % C (hypoeutektoidná oceľ) je prevažne perlit a ferit a so zvýšením koncentrácie hlavného prvku vzniká sekundárny cementit.

Prezentované ocele s prevládajúcou feritickou štruktúrou sú vysoko tvárne a majú nízku pevnosť. Ak v štruktúre dominuje cementit, kov sa vyznačuje vysokou pevnosťou, ale aj veľkou krehkosťou. Keď sa obsah C zvýši na 0,8-1%, zvyšuje sa pevnosť a tvrdosť, ale viskozita a ťažnosť sa výrazne zhoršujú.

Kvantitatívny obsah uhlíka ovplyvňuje technologické vlastnosti, najmä zvárateľnosť, jednoduchosť rezania a tlak.

Nízkouhlíkové ocele sa používajú na výrobu častí a konštrukcií, ktoré nie sú určené na značné zaťaženie.
Charakteristiky stredne uhlíkových ocelí z nich robia hlavný konštrukčný materiál používaný pri výrobe konštrukcií a dielov pre dopravu a všeobecné strojárstvo.
Zliatiny s vysokým obsahom uhlíka sú optimálne na výrobu dielov, ktoré musia mať zvýšenú odolnosť proti opotrebeniu pri výrobe meracích a nárazových nástrojov.

Kov, rovnako ako iné zliatiny ocele, obsahuje nečistoty:

kremík;
fosfor;
mangán;
dusík;
síra;
vodík;
kyslík.

Kremík a mangán sú užitočné nečistoty, ktoré sa zavádzajú do kompozície v štádiu tavenia na deoxidáciu. Fosfor a síra sú škodlivé nečistoty, čo zhoršuje kvalitatívne charakteristiky zliatiny.

Predpokladá sa, že legujúce a uhlíkaté druhy sú nekompatibilné, avšak s cieľom zlepšiť ich technologické a fyzikálno-mechanické vlastnosti je možné mikrolegovanie vykonať pridaním rôznych prísad:

bór;
titán;
zirkónium;
prvky vzácnych zemín.

S ich pomocou nebude možné premeniť kov na nehrdzavejúcu oceľ, ale výrazne zlepší vlastnosti.

Klasifikácia podľa stupňa deoxidácie

Rozdelenie na typy je ovplyvnené najmä stupňom dezoxidácie. V závislosti od tohto parametra sa naše zliatiny delia na polopokojné, pokojné a vriace.

Tiché ocele majú jednotnejšiu vnútornú štruktúru, ktorej dezoxidácia sa dosahuje pridávaním do taveniny hliník, ferosilicia a feromangán. Vzhľadom na to, že zliatiny našej kategórie sú v peci kompletne deoxidované, neobsahujú oxid železitý. Zvyškový hliník, ktorý inhibuje rast zŕn, poskytuje jemnozrnnú štruktúru. Toto a takmer absolútna absencia rozpustených plynov umožňuje získať vysoko kvalitný kov na výrobu najkritickejších častí a štruktúr. Spolu s výhodami majú tiché zliatiny veľkú nevýhodu - pomerne drahé tavenie.

Existujú lacnejšie, aj keď menej kvalitné uhlíkové zliatiny, pri ktorých tavení sa používa minimum špeciálnych prísad. V štruktúre takého kovu vzhľadom k tomu, že proces dezoxidácie v peci nebol dokončený, existujú rozpustené plyny, ktoré negatívne ovplyvňujú charakteristiky. Dusík má napríklad zlý vplyv na zvariteľnosť a vyvoláva tvorbu trhlín v oblasti zvaru. Rozvinutá segregácia v štruktúre zliatin vedie k tomu, že valcované kovové výrobky vyrobené z nich sa vyznačujú heterogenitou v štruktúre a mechanických vlastnostiach.

Polotiché ocele majú medzipolohu vo vlastnostiach a stupni dezoxidácie. Pred naliatím do foriem sa do ich zloženia zavedie malé množstvo deoxidačných činidiel, vďaka čomu k tuhnutiu kovu dochádza prakticky bez varu, ale uvoľňovanie plynov v ňom pokračuje. Výsledkom je odliatok, ktorého štruktúra obsahuje menej bublín plynu ako varné ocele. Tieto vnútorné póry sú takmer úplne zvarené počas následného valcovania kovu.

Väčšina polomäkkých uhlíkových ocelí sa používa ako konštrukčné materiály.

Výroba a rozdelenie podľa kvality

Uhlíkové ocele sa vyrábajú rôznymi technológiami. Existujú:

vysokokvalitné uhlíkové ocele;
vysoko kvalitné oceľové zliatiny;
zliatiny uhlíkovej ocele bežnej kvality.

Zliatiny bežnej kvality sa získavajú v otvorených peciach a tvoria sa z nich veľké ingoty. Medzi taviace zariadenia používané na výrobu takýchto ocelí patria najmä kyslíkové konvertory. V porovnaní s vysokokvalitnými oceľovými zliatinami môže kov obsahovať veľa škodlivých nečistôt, čo ovplyvňuje vlastnosti a náklady na výrobu.

Formoval a mrazené ingoty sa valcujú za tepla alebo zima. Valcovaním za tepla sa vyrábajú dlhé a tvarované výrobky, tenké a hrubé plechy a široké kovové pásy. Valcovaním za studena vznikajú tenké plechy.

Na výrobu kvalitnej a kvalitnej ocele sa používajú otvorené nístejové pece a konvertory, ako aj taviace pece na elektrinu.

GOST kladie prísne požiadavky na zloženie, a to prítomnosť škodlivých a nekovových nečistôt v štruktúre. Vysoko kvalitné ocele by mali mať nie viac ako 0,04 % síry a nie viac ako 0,035 % fosforu. Vysokokvalitné a vysokokvalitné zliatiny ocele majú vďaka prísnym požiadavkám na spôsob a vlastnosti tavenia zvýšenú štrukturálnu čistotu.

Aplikácia a označovanie

Na výrobu rôznych nástrojov sa používajú nástrojové zliatiny s obsahom 0,65–1,32 % C. Na zlepšenie mechanických vlastností nástrojov sa výrobný materiál vytvrdzuje.

Konštrukčné zliatiny sa používajú na výrobu dielov pre rôzne zariadenia, konštrukčné prvky na stavebné a inžinierske účely, spojovacie prvky atď. Vyrobené z konštrukčnej ocele uhlíkový drôt, ktorý sa používa v každodennom živote, pri výrobe spojovacieho materiálu, v stavebníctve, na výrobu pružín. Po nauhličení sa konštrukčné zliatiny úspešne používajú pri výrobe dielov, ktoré sú počas prevádzky vystavené silnému povrchovému opotrebeniu a sú vystavené vysokému dynamickému zaťaženiu.

Označenie udáva chemické zloženie zliatiny a jej kategóriu. V označení uhlíkovej ocele bežnej kvality sú písmená „st“. GOST stanovuje sedem konvenčných čísel značiek (0−6), ktoré sú tiež uvedené v označení. Stupeň dezoxidácie je označený písmenami „kp“, „ps“, „sp“, umiestnenými na konci označenia. Triedy vysokokvalitných a vysokokvalitných ocelí sú označené číslami, ktoré udávajú obsah C v zliatine v stotinách percenta.

Skutočnosť, že zliatina je inštrumentálna, možno pochopiť podľa písmena „U“ na začiatku označenia. Číslo za týmto písmenom označuje obsah C v desatinách percenta. Písmeno „A“, ak sa nachádza v označení nástrojovej ocele, označuje zlepšené kvalitatívne charakteristiky zliatiny.

Ocele s vyšším obsahom uhlíka môžu byť menej náchylné na vytváranie štruktúr s nízkou ťažnosťou. Pri vystavení štrukturálnemu a zváraciemu namáhaniu sa kov s nízkou ťažnosťou môže zrútiť. To je uľahčené prítomnosťou difúzneho vodíka v ňom a jeho zvarovým švom. Aby sa zabránilo vzniku studených trhlín, používajú sa metódy na odstránenie faktorov, ktoré prispievajú k vzniku takýchto defektov.

Oceľ je produktom železnej metalurgie, hlavná.Vyrábajú sa z nej stavebné tvarovky, valcovaný kov rôznych profilov, rúry, diely, mechanizmy a nástroje.

Výroba ocele

Hutníctvo železa sa zaoberá aj oceľou. Liatina je tvrdý, ale nie odolný materiál. Oceľ je pevná, spoľahlivá, ťažná, vhodná na použitie v zlievarstve, valcovaní, kovaní a lisovaní.

Existuje niekoľko spôsobov, ako taviť oceľ:

Konvertor. Vybavenie: Dávka (suroviny): oceľový šrot, vápenec. Vyrábajú sa iba uhlíkové ocele.
Martenovský. Vybavenie: otvorená kozubová pec. Náplň: tekuté železo, oceľový šrot, železná ruda. Univerzálny pre uhlíkové aj legované ocele.
Elektrický oblúk. Vybavenie: elektrická oblúková pec. Vsádzka: oceľový šrot, liatina, koks, vápenec. Univerzálna metóda.
Indukcia. Vybavenie: indukčná pec. Náplň: oceľový a liatinový šrot, ferozliatiny.

Podstatou procesu výroby ocele je znížiť množstvo negatívnych chemických inklúzií, aby sa získal kov, ktorý sa ľudovo nazýva „železo“, alebo presnejšie, zliatina železa a uhlíka s obsahom uhlíka najviac 2,14%.

Deoxidačné procesy

Pre oceľ v konečnom štádiu tavenia je charakteristický proces varu, ktorý je ovplyvnený oxidmi dusíka, vodíka a uhlíka, ktoré sú jej vlastné. Takáto zliatina v stuhnutom stave má poréznu štruktúru, ktorá sa odstraňuje valcovaním. Je mäkký a plastový, ale nie dostatočne pevný.

Proces dezoxidácie spočíva v deaktivácii vriacich nečistôt zavedením feromangánu, ferosilicia a hliníka do zliatiny. V závislosti od množstva zvyškových plynov a deoxidačných prvkov môže byť oceľ polopokojná alebo pokojná.

Hotová oceľ požadovaného stupňa dezoxidácie sa naleje do foriem na kryštalizáciu a použije sa v ďalších technologických stupňoch pri výrobe hotových výrobkov z ocele.

Klasifikácia uhlíkovej ocele

Všetku oceľ, ktorá existuje na svetovom trhu, možno rozdeliť na uhlíkovú a zliatinovú. Všetky druhy uhlíkovej ocele sú rozdelené do rôznych skupín klasifikátorov a vlastností označenia.

Na základe hlavných klasifikačných znakov existujú:

Uhlíkové konštrukčné ocele. Obsahujú menej ako 0,8 % uhlíka. Používajú sa na výrobu tvaroviek, valcovaných výrobkov a odliatkov.
Uhlíkové nástrojové ocele obsahujúce 0,7 % až 1,3 % uhlíka. Používajú sa na nástroje, prístrojové vybavenie.

Podľa metód deoxidácie:

vriacich - deoxidačných prvkov (RE) v zložení menej ako 0,05 %;
polopokojný - 0,05 % ≤ RE ≤ 0,15 %;
pokojne - 0,15%≤RE≤0,3%.

Podľa chemického zloženia:

nízkouhlíkové (0,3 % ≤ C);
stredný uhlík (0,3≤С≤0,65 %);
s vysokým obsahom uhlíka (0,65≤С≤1,3 %).

V závislosti od mikroštruktúry:

hypoeutektoidný - v takejto oceli je uhlík v zložení menej ako 0,8%;
eutektoid - ide o ocele s obsahom uhlíka 0,8%;
hypereutektoidné - ocele s obsahom uhlíka vyšším ako 0,8%.

Podľa kvality:

Bežná kvalita. Síra tu obsahuje menej ako 0,06%, fosfor - nie viac ako 0,07%.
Kvalitné ocele. Neobsahujú síru a fosfor viac ako 0,04%.
Vysoká kvalita. Množstvo síry tu nepresahuje 0,025% a fosfor - nie viac ako 0,018%.

Podľa hlavnej normy sa triedy uhlíkovej ocele delia na:

konštrukčné v bežnej kvalite;
štrukturálna kvalita;
inštrumentálne kvalitatívne;
inštrumentálna vysoká kvalita.

Vlastnosti označovania konštrukčnej ocele bežnej kvality

Ocele bežnej kvality obsahujú: C - do 0,6%, S - do 0,06%, P - do 0,07%. Pozrime sa, ako je táto uhlíková oceľ označená. GOST 380 definuje nasledujúce nuansy označenia:

A, B, C - skupina; A - nie je uvedené na známkach;
0-6 za písmenami „St“ - sériové číslo, v ktorom je zakódované chemické zloženie a (alebo) mechanické vlastnosti;
G - prítomnosť Mangan Mn (mangán);
kp, ps, sp - stupeň dezoxidácie (varný, polopokojný, pokojný).

Čísla od 1 do 6 po uvedení stupňa deoxidácie cez pomlčku sú kategórie. Prvá kategória však nie je nijako označená.

Písmená M, K na začiatku značky môžu znamenať hutnícky spôsob výroby: otvorené ohnisko alebo kyslíkový konvertor. Mimochodom, uhlíkové ocele bežnej kvality sú zastúpené kvantitatívnym zložením tried, približne 47 kusov.

Klasifikácia konštrukčných ocelí bežnej kvality

Uhlíkové ocele bežnej kvality sú rozdelené do skupín.

Skupina A: ocele, ktoré musia presne spĺňať špecifikované mechanické vlastnosti. Spotrebiteľovi sa dodávajú najčastejšie vo forme plechových a viacprofilových výrobkov (plechy, T-tyče, I-nosníky, tvarovky, nity a puzdrá). Značky: St0, St1 - St6 (kp, ps, sp), kategórie 1-3 vrátane St3Gps, St5Gps.
Skupina B: ocele, ktoré musia byť regulované požadovaným chemickým zložením a vlastnosťami. Vyrábajú sa odliatky a valcované výrobky, ktoré budú podrobené dodatočnému opracovaniu tlakom v horúcom stave (kovanie, razenie). Značky: BSt0, BSt1 (kp-sp), BSt2 (kp, ps), BSt3 (kp-sp, vrátane BSt3Gps), BSt4 (kp, ps), BSt 6 (ps, sp), kategórie 1 a 2.
Skupina B: ocele, ktoré musia spĺňať požadované chemické, fyzikálne, mechanické a technologické vlastnosti. Táto skupina sa vyznačuje rôznymi druhmi, z ktorých sa vyrábajú tvárne plechy, odolnými armatúrami pre prácu v oblastiach s výraznými teplotnými zmenami a kritickými časťami (skrutky, matice, nápravy, piestne čapy). Všetky výrobky rôzneho zloženia, vlastností a značiek tejto skupiny spája dobrá technologická zvárateľnosť. Stupne: VSt1-VSt6 (kp, ps, sp), VSt5 (ps, sp), vrátane VSt3Gps, kategórie 1-6.

Konštrukčné ocele bežnej kvality sú zliatiny, ktoré majú široké využitie v priemysle.

Označenie uhlíkovej kvalitnej ocele

Vysokokvalitné uhlíkové ocele neobsahujú viac ako 0,04 % S a P.

Označenie (GOST 1050-88):

čísla 05-60 - zašifrovaná prítomnosť uhlíka (minimum - 0,05%, maximum - 0,6%);
kp, ps, cn - stupeň deoxidácie ("cp" nie je uvedené);
G, Yu, F - obsahujú mangán, hliník, vanád.

Výnimky z označovania

Kvalitné uhlíkové ocele v ich označovaní majú výnimky:

15K, 20K, 22K - vysokokvalitné ocele, použiteľné pri výrobe kotlov;
20-PV - uhlík - 0,2%, oceľ je použiteľná pri výrobe rúr valcovaním za tepla, pri výrobe kotolní a inštalácii vykurovacích systémov, obsahuje meď a chróm;
OSV - oceľ na výrobu náprav vozíkov, obsahuje nikel, chróm, meď.

Pre všetky druhy kvalitných ocelí je typická možná nutnosť použitia tepelného (napríklad normalizačného) a chemicko-tepelného spracovania (napríklad nauhličovanie).

Klasifikácia uhlíkových ocelí

Tento typ uhlíkovej ocele možno rozdeliť do 4 skupín:

Vysoko plastický materiál použiteľný na obrábanie za studena (valcovanie), valcovanie plechov a rúr. Akosti - oceľ 08ps, oceľ 08, oceľ 08kp.
Kov používaný pri valcovaní a razení za tepla, ktorý funguje v tepelne agresívnych podmienkach. Triedy - od ocele 10 po oceľ 25.
Oceľ, ktorá našla uplatnenie pri výrobe kritických častí, vrátane pružín, pružín, spojok, skrutiek, hriadeľov. Triedy - od ocele 60 po oceľ 85.
Ocele, ktoré vyžadujú spoľahlivú prevádzku v agresívnych podmienkach (napríklad reťaz pásového traktora). Oceľ 30, oceľ 50, oceľ 30G, oceľ 50G.

Taktiež je možné rozdeliť do 2 skupín všetky známe druhy uhlíkových ocelí z triedy kvality: konvenčná konštrukčná oceľ a konštrukčná oceľ s obsahom mangánu.

Aplikácie uhlíkovej konštrukčnej ocele

Trieda kvality ocele	Značka	Aplikácia
normálna kvalita	St0	armatúry, obklady
	St1	odpaliská, I-nosníky, kanály
	St3Gsp	konštrukčná oceľ
	St5sp	puzdrá, matice, skrutky
	St6ps	stavebné zvyšky
	VSt4kp	tvarované, plechové, valcované výrobky pre odolné konštrukcie
vysoká kvalita	Oceľ 10	kotlové rúry, výlisky
	Oceľ 15	diely s vysokou ťažnosťou, vačky, skrutky, matice
	Oceľ 18kp	zvárané konštrukcie
	Oceľ 20ps	nápravy, vidlice, čapy, armatúry, potrubia
	Oceľ50	prevody, spojky
	Steel60	vretená, podložky, pružinové krúžky

Uhlíkové nástrojové ocele sa vyznačujú vysokou pevnosťou a húževnatosťou. Musia prejsť viacstupňovým tepelným spracovaním.

Označenie značky (GOST 1435-74):

U - uhlíkový inštrumentál;
7 -13 - obsah uhlíka v ňom je 0,7-1,3%;
G - prítomnosť mangánu v kompozícii;
A - vysoká kvalita.

Výnimkou zo základných princípov značenia uhlíkových nástrojových ocelí je materiál pre časti hodinového strojčeka A75, ASU10E, AU10E.

Požiadavky na uhlíkové nástrojové ocele

V súlade s GOST musia nástrojové ocele spĺňať množstvo charakteristík.

Potrebné fyzikálne, chemické a mechanické vlastnosti: kvalitatívne ukazovatele tvrdosť, rázová húževnatosť, pevnosť, odolnosť voči zmenám teploty počas prevádzky (pri rezaní, vŕtaní, rázovom zaťažení), odolnosť proti korózii.

Vzhľadom na technologické vlastnosti:

odolnosť voči negatívnym procesom technológie rezania (priľnavosť triesok, kalenie);
dobrá opracovateľnosť sústružením a brúsením;
náchylnosť na tepelné spracovanie;
odolnosť proti prehriatiu.

Na zlepšenie kvality mechanických a technologických parametrov sa nástrojové ocele podrobujú viacstupňovému tepelnému spracovaniu:

žíhanie východiskového materiálu pred výrobou nástrojov;
kalenie (chladenie v soľných roztokoch) a následné popúšťanie hotových výrobkov (hlavne nízke popúšťanie).

Výsledné vlastnosti určuje chemické zloženie a výsledná mikroštruktúra: martenzit s inklúziami cementitu a austenitu.

Použitie uhlíkových nástrojových ocelí

Opísané ocele sa používajú na výrobu všetkých druhov nástrojov: rezné, nárazové, pomocné.

Oceľ U7, U7A - kladivá, dláta, sekery, dláta, perlíky, dláta, udice.
Oceľ U8, U8A, U8G - pílky, skrutkovače, dierovače, záhlbníky, frézy, kliešte.
Oceľ U9, U9A - kovoobrábacie nástroje, nástroje na rezanie dreva.
U11, U11A - rašple, závitníky, pomocné nástroje na razenie a kalibráciu.
U 12, U12A - výstružníky, závitníky, meracie nástroje.
U13, U13A - pilníky, holiace a chirurgické nástroje, razidlá.

Racionálny výber triedy uhlíkovej ocele, jej technológie tepelného spracovania, pochopenie jej vlastností a vlastností je kľúčom k dlhej životnosti vyrábaných, spracovávaných alebo používaných konštrukcií alebo nástrojov.

), a legované - zo železa, uhlíka a iných legujúcich prísad. Mechanické vlastnosti ocelí závisia od obsahu uhlíka (obr. 1). V praxi sa nepoužíva čisté železo, ale používajú sa zliatiny železa a uhlíka: oceľ (obsah uhlíka v zliatine do 2 %) a liatina (obsah uhlíka 2 – 6 %).

S nízkym obsahom uhlíka (od 0,05 do 0,3%) je oceľ dobre valcovaná do plechov, ohýbaná, lisovaná a ťahaná za studena, ľahko spracovateľná rezačkou, dobre zváraná a rezaná kyslíkom, ale prakticky nie je kalená, má relatívne nízku tvrdosť a odolnosť proti opotrebovaniu. Toto konštrukčné ocele, z ktorej sa valcovaním vyrábajú rúry, plechy, žľaby, I-nosníky, uhlová oceľ a iné valcované výrobky používané na výrobu stavebných konštrukcií.

Malé množstvo uhlíka v oceli (do 0,0001%) môže byť umiestnené vo voľných priestoroch kryštálovej mriežky, ale väčšina uhlíka je v stave chemicky spojenom so železom - vo forme cementitu Fe 3 C.

Uhlíková oceľ je zmesou zŕn železa a karbidov železa. Prvé sa v metalurgii nazývajú ferit a druhé cementit.

Ryža. 1. Vplyv obsahu uhlíka na mechanické vlastnosti ocelí: tvrdosť HB, pevnosť, rázová húževnatosť an a relatívne predĺženie.

Ocele obsahujúce 0,7-1,3% uhlíka sa nazývajú inštrumentálne, vyrábajú sa z nich rezné nástroje (vrtáky, závitníky, matrice, frézy a pod.). Ocele s obsahom uhlíka 0,3-1,3% sú dobre kalené, stávajú sa tvrdšími a odolnejšími voči opotrebovaniu. Čím viac uhlíka je v týchto oceliach, tým sú tvrdšie a pevnejšie, tým menej húževnaté a ťažné a tým horšie sa spracovávajú a zvárajú.

Oceľ sa nazýva uhlíková (nelegovaná), ak okrem uhlíka neobsahuje žiadne iné legujúce prvky. Prirodzene obsahuje nečistoty iných prvkov (síra, fosfor, mangán, kremík a pod.), ktoré sa do nej dostali z východiskových materiálov pri výrobe ocele, t.j. zo železnej rudy, šrotu, liatiny.

Ocele s vysokým obsahom uhlíka sú pevnejšie a tvrdšie ako ocele s nízkym obsahom uhlíka, ale sú menej ťažné a krehkejšie. Preto obsah uhlíka, určujúci vlastnosti ocelí, ich rozdeľuje do účelových skupín: STAVEBNÉ - nízka ťažnosť a rázová húževnatosť; INSTRUMENTAL - vyššia tvrdosť; STROJÁRSKE ocele majú v porovnaní s konštrukčnými oceľami nižšie hodnoty rázovej húževnatosti a ťažnosti, ale zvýšenú pevnosť a tvrdosť.

Obr.2. Klasifikácia uhlíkových ocelí podľa kvality.

Ocele sa klasifikujú podľa nasledujúcich kritérií: chemické zloženie (uhlík a zliatina); podľa účelu (stavebné, inštrumentálne); výrobnou metódou (otvorené ohnisko, Bessemer); podľa kvality (obyčajná, kvalitná, kvalitná).

Ocele bežnej kvality (obr. 2) sú rozdelené do troch skupín: A, B a C. Skupina A je oceľ St0, St1, St2, St3, St4, St5, St6 (Príloha 1). Mechanické vlastnosti týchto ocelí sú štandardizované (s b, s t, d). Číslo v triede ocele znamená jej podmienené číslo a mení sa od 0 do 6, čím väčšie je toto číslo, tým väčšia je hodnota s in a s t. Indexy B a C sú uvedené v triedach ocele skupín B a C a index A pre ocele skupiny A nie je uvedené.

Existujú odrody ocelí skupiny A podľa dezoxidácie (kp, sp, ps) a podľa obsahu mangánu (G): St0, St1kp, St1ps, St1sp, St2ps, St2sp, St3kp, St3ps, St3sp, St3Gps, St3Gsp,

Pre ocele skupiny B je chemické zloženie štandardizované pre uhlík (od 0,23 do 0,49 %), kremík (0,05-0,35 %) a mangán (0,25-1,2 %): BSt0, BSt1, BSt6 ( príloha 2).

Opakujú sa tie isté druhy ocelí ako v skupine A z hľadiska dezoxidácie a obsahu mangánu: BSt0, BSt1kp, BSt1ps, BSt6.

Skupina B - chemické zloženie a mechanické vlastnosti sú štandardizované: VSt1, VSt2, VSt3, VSt4, VSt5 (index B - skupina ocelí B; na rozdiel od ocelí skupiny A a B nie sú v skupine B ocele St0, St6).

Podľa stupňa dezoxidácie sa ocele delia na:

Varné ocele (vysoký obsah kyslíka v oxidoch železa a menej ako 0,005 % Si) majú nižší prah krehkosti za studena, preto tieto ocele (St1kp, St2kp, St3kp, St4kp) nemožno použiť na stavebné konštrukcie pracujúce pri nízkych teplotách;

Mäkké ocele (St1sp, St2sp), ktoré sú spoľahlivejšie pri nízkych teplotách;

Polotiché ocele (St1ps, St2ps,).

Príklady dekódovania označení ocele: oceľ St2kp3 - oceľ bežnej kvality skupiny A, akosť St2, var, kategória 3; oceľ VSt4kp4 - oceľ bežnej kvality, skupina B, stupeň St 4, var, kategória 4.

Vysokokvalitné uhlíkové ocele môžu byť s normálnym obsahom mangánu (05kp, 08kp, 25, 85) alebo so zvýšeným obsahom mangánu (15G, 20G, 85G).

Číslo v pečiatke udáva obsah uhlíka v stotinách percenta a index G udáva prítomnosť mangánu (1 %). Vysokokvalitné ocele obsahujú menej škodlivých nečistôt (S< 0,02 %, Р < 0,03 %) и обозначаются индексом А в конце марки стали. Например: У8А - высококачественная высокоуглеродистая, инструментальная, сталь, содержащая 0,8 % углерода.

Použitie uhlíkových ocelí v stavebníctve a strojárstve:

1. Ocele bežnej kvality sa používajú v konštrukciách, ktoré nie sú vystavené dynamickému zaťaženiu a nízkym teplotám.

2. Ocele 08kp, 05kp - na lisovanie plechov v automobilovom priemysle a iných odvetviach.

3. Ocele St0, St1, St2, St08, St25 - na výrobu valcovaných plechov, kanálov atď.

4. Ocele 10, 15, 25 - pre zvárané a nitované konštrukcie (bez následného tepelného spracovania).

5. Ocele St3kp, St5, Mst3kp atď. na výrobu železobetónových výrobkov (príloha 3).

6. Plechové konštrukcie, nádrže, potrubia sú vyrobené z ocelí MSt1kp, MSt2kp, MSt3ps.

7. Ocele 30, 35, 40 - pre časti (hriadele, nápravy, ozubené kolesá) pracujúce pri veľkom zaťažení (podliehajú normalizácii a kaleniu).

8. Oceľ 45, 50 - pre kľukové hriadele.

9. Ocele 55, 60, 65 a 70 - pružiny, pružiny, ozubené kolesá (kalenie a popúšťanie).

Uhlíková oceľ je vďaka svojej dostupnej cene a vysokej pevnosti jednou z najpoužívanejších zliatin. Z takýchto ocelí, pozostávajúcich zo železa a uhlíka a minima iných nečistôt, sa vyrábajú rôzne strojárske výrobky, časti kolíkov a potrubí, nástroje. Tieto zliatiny sú tiež široko používané v stavebníctve.

Čo sú uhlíkové ocele?

Uhlíkové ocele, ktoré sú v závislosti od hlavného rozsahu použitia rozdelené na konštrukčné a inštrumentálne, prakticky neobsahujú legujúce prísady. Od bežných oceľových zliatin sa tieto ocele odlišujú aj tým, že ich zloženie obsahuje podstatne menšie množstvo takých základných nečistôt, akými sú mangán, horčík a kremík.

Obsah hlavného prvku - uhlíka - v oceliach tejto kategórie sa môže meniť v pomerne širokých medziach. Vysokouhlíková oceľ teda obsahuje 0,6–2 % uhlíka, stredne uhlíková oceľ – 0,3–0,6 %, nízkouhlíková oceľ – do 0,25 %. Tento prvok určuje nielen vlastnosti uhlíkových ocelí, ale aj ich štruktúru. Vnútorná štruktúra oceľových zliatin obsahujúcich menej ako 0,8 % uhlíka teda pozostáva prevažne z feritu a perlitu, so zvyšujúcou sa koncentráciou uhlíka sa začína vytvárať sekundárny cementit.

Uhlíkové ocele s prevládajúcou feritickou štruktúrou sa vyznačujú vysokou ťažnosťou a nízkou pevnosťou. Ak v oceľovej konštrukcii prevláda cementit, potom sa vyznačuje vysokou pevnosťou, no zároveň je aj veľmi krehký. Keď sa množstvo uhlíka zvýši na 0,8–1 %, pevnostné charakteristiky a tvrdosť uhlíkovej ocele sa zvýšia, ale výrazne sa zhorší jej ťažnosť a húževnatosť.

Kvantitatívny obsah uhlíka má tiež závažný vplyv na technologické vlastnosti kovu, najmä na jeho zvárateľnosť, ľahké spracovanie tlakom a rezanie. Nízkouhlíkové ocele sa používajú na výrobu častí a konštrukcií, ktoré nebudú počas prevádzky vystavené značnému zaťaženiu. Charakteristiky stredne uhlíkových ocelí z nich robia hlavný konštrukčný materiál používaný pri výrobe konštrukcií a dielcov pre potreby všeobecného a dopravného strojárstva. Svojimi vlastnosťami sa optimálne hodia na výrobu dielov, na ktoré sú kladené zvýšené požiadavky na odolnosť proti opotrebeniu, na výrobu rázových raziacich a meracích nástrojov.

Uhlíková oceľ, rovnako ako každá iná kategória zliatiny ocele, obsahuje rôzne nečistoty: kremík, mangán, fosfor, síru, dusík, kyslík a vodík. Niektoré z týchto nečistôt, ako je mangán a kremík, sú užitočné a pridávajú sa do zloženia ocele v štádiu jej tavenia, aby sa zabezpečila jej dezoxidácia. Síra a fosfor sú škodlivé nečistoty, ktoré zhoršujú kvalitatívne charakteristiky zliatiny ocele.

Hoci sa mikrolegovanie považuje za nekompatibilné, môže sa vykonávať na zlepšenie ich fyzikálnych, mechanických a technologických vlastností. Na tento účel sa do uhlíkovej ocele zavádzajú rôzne prísady: bór, titán, zirkónium, prvky vzácnych zemín. Samozrejme, pomocou takýchto prísad nebude možné vyrobiť nehrdzavejúcu oceľ z uhlíkovej ocele, ale môžu výrazne zlepšiť vlastnosti kovu.

Klasifikácia podľa stupňa deoxidácie

Rozdelenie uhlíkových ocelí na rôzne druhy ovplyvňuje okrem iného aj taký parameter, akým je stupeň dezoxidácie. V závislosti od tohto parametra sa zliatiny uhlíkovej ocele delia na pokojné, polopokojné a vriace.

Tiché ocele majú homogénnejšiu vnútornú štruktúru, ktorej dezoxidácia sa uskutočňuje pridaním ferosilicia, feromangánu a hliníka do roztaveného kovu. Vzhľadom na to, že zliatiny tejto kategórie boli v peci úplne deoxidované, ich zloženie neobsahuje oxid železnatý. Zvyškový hliník, ktorý inhibuje rast zŕn, dáva takýmto oceliam jemnozrnnú štruktúru. Kombinácia jemnozrnnej štruktúry a takmer úplnej absencie rozpustených plynov umožňuje vytvorenie vysokokvalitného kovu, z ktorého je možné vyrobiť najkritickejšie časti a konštrukcie. Spolu so všetkými svojimi výhodami majú zliatiny uhlíkovej ocele pokojnej kategórie aj jednu významnú nevýhodu - ich tavenie je pomerne drahé.

Lacnejšie, ale aj menej kvalitné sú varné uhlíkové zliatiny, pri ktorých tavení sa používa minimálne množstvo špeciálnych prísad. Vo vnútornej štruktúre takejto ocele, vzhľadom na to, že proces jej dezoxidácie v peci nebol dokončený, sú rozpustené plyny, ktoré negatívne ovplyvňujú vlastnosti kovu. Dusík obsiahnutý v takýchto oceliach má teda zlý vplyv na ich zvárateľnosť a vyvoláva tvorbu trhlín v oblasti zvaru. Vyvinutá segregácia v štruktúre týchto oceľových zliatin vedie k tomu, že valcovaný kov, ktorý je z nich vyrobený, má heterogenitu tak vo svojej štruktúre, ako aj vo svojich mechanických vlastnostiach.

Polotiché ocele zaujímajú medzipolohu ako vo svojich vlastnostiach, tak aj v stupni dezoxidácie. Pred naliatím do foriem sa do ich zloženia zavedie malé množstvo deoxidačných činidiel, vďaka čomu kov stvrdne prakticky bez varu, ale proces vývoja plynu v ňom pokračuje. V dôsledku toho vzniká odliatok, ktorého štruktúra obsahuje menej bublín plynu ako vo varných oceliach. Takéto vnútorné póry sú pri následnom valcovaní kovu takmer úplne zvarené. Väčšina polomäkkých uhlíkových ocelí sa používa ako konštrukčné materiály.

Môžete sa zoznámiť so všetkými požiadavkami GOST na uhlíkovú oceľ stiahnutím tohto dokumentu vo formáte pdf z nižšie uvedeného odkazu.

Výrobné metódy a rozdelenie kvality

Na výrobu uhlíkových ocelí sa používajú rôzne technológie, čo ovplyvňuje ich delenie nielen podľa spôsobu výroby, ale aj podľa kvalitatívnych znakov. Takže rozlišujú:

vysoko kvalitné oceľové zliatiny;
zliatiny uhlíkovej ocele bežnej kvality.

Oceľové zliatiny bežnej kvality sa tavia v otvorených peciach, potom sa formujú do veľkých ingotov. Taviace zariadenie používané na výrobu takýchto ocelí zahŕňa aj kyslíkové konvertory. V porovnaní s vysokokvalitnými oceľovými zliatinami môžu mať predmetné ocele vyšší obsah škodlivých nečistôt, čo ovplyvňuje náklady na ich výrobu, ako aj ich vlastnosti.

Vytvarované a úplne stuhnuté kovové ingoty sa podrobia ďalšiemu valcovaniu, ktoré sa môže vykonávať za tepla alebo za studena. Metódou valcovania za tepla sa vyrábajú tvarované a delené výrobky, hrubé a tenké plechy a kovové pásy s veľkou šírkou. Valcovaním za studena vznikajú tenké plechy.

Pre kategóriu kvalitná a kvalitná je možné použiť konvertorové aj otvorené pece, ale aj modernejšie zariadenia - taviace pece poháňané elektrinou. Zodpovedajúci GOST kladie veľmi prísne požiadavky na chemické zloženie takýchto ocelí a na prítomnosť škodlivých a nekovových nečistôt v ich štruktúre. Napríklad ocele klasifikované ako vysokokvalitné by nemali obsahovať viac ako 0,04 % síry a maximálne 0,035 % fosforu. Vďaka prísnym požiadavkám na spôsob výroby a vlastnosti sa vysokokvalitné a vysokokvalitné oceľové zliatiny vyznačujú zvýšenou štruktúrnou čistotou.

Oblasť použitia

Ako je uvedené vyššie, zliatiny uhlíkovej ocele podľa ich hlavného účelu sú rozdelené do dvoch veľkých kategórií: inštrumentálne a štrukturálne. , obsahujúce 0,65–1,32 % uhlíka, sa používajú v plnom súlade so svojím názvom – na výrobu nástrojov na rôzne účely. Na zlepšenie mechanických vlastností nástrojov sa obracajú na technologickú operáciu, ako je napr., ktorá sa vykonáva bez zvláštnych ťažkostí.

Zliatiny konštrukčnej ocele sa v modernom priemysle používajú veľmi široko. Vyrábajú sa z nich diely pre zariadenia na rôzne účely, konštrukčné prvky pre strojárske a stavebné účely, spojovacie prvky a mnohé ďalšie. Najmä taký populárny výrobok, ako je uhlíkový drôt, je vyrobený z konštrukčnej ocele.

Uhlíkový drôt sa používa nielen na domáce účely, na výrobu spojovacích materiálov a v stavebníctve, ale aj na výrobu takých kritických častí, ako sú pružiny. Po nauhličení môžu byť konštrukčné uhlíkové zliatiny úspešne použité na výrobu dielov, ktoré počas prevádzky podliehajú silnému povrchovému opotrebeniu a sú vystavené značnému dynamickému zaťaženiu.

Zliatiny uhlíkovej ocele samozrejme nemajú veľa vlastností legovaných ocelí (najmä nehrdzavejúcej ocele), ale ich vlastnosti sú úplne dostatočné na zabezpečenie kvality a spoľahlivosti častí a konštrukcií, ktoré sú z nich vyrobené.

Funkcie označovania

Pravidlá zostavovania, ktoré sú prísne stanovené v ustanoveniach príslušnej GOST, vám umožňujú zistiť nielen chemické zloženie predloženej zliatiny, ale aj to, do ktorej kategórie patrí. Označenie uhlíkovej ocele bežnej kvality obsahuje písmená „ST“. Doložky GOST stanovujú sedem konvenčných čísel akostí takýchto ocelí (od 0 do 6), ktoré sú tiež uvedené v ich označení. Akému stupňu deoxidácie zodpovedá konkrétna značka, zistíte podľa písmen „kp“, „ps“, „sp“, ktoré sú umiestnené na samom konci označenia.