• Что такое углеродистая сталь
• Что такое легированная сталь
• Область применения
• Где применяется углеродистая сталь и ее особенности
• Где применяется легированная сталь и ее особенности
• Как отличить легированную сталь от углеродистой по маркировке
• Что лучше: легированная или углеродистая сталь

Сталь – металл, созданный на основе железа с содержанием углеродов, а также с примесью других элементов. Применение легирующих добавок, а также процент содержания углерода влияют на технические характеристики материала. Рассмотрим, какими свойствами обладают углеродистые и легированные стали, в чем их отличия, какова область применения.

Что такое углеродистая сталь

К углеродистым сталям относят сплавы железа, в которых отсутствуют легирующие добавки, а процент содержания СО2 не превышает 2,14%. В состав углеродистой стали также входит небольшое количество кремния (до 1%), магния (до 1%), серы (до 0,05%), фосфора (до 0,06%).

Наличие различных примесей в металле обусловлено особенностями изготовления, марганец, кислород фосфор, сера и т.д. Они попадают в сплав при плавлении металла в мартеновских или конверторных печах. Что касается углерода, то это вещество добавляют в сплавы специально и регулируют его количество.

Выделяют следующие виды углеродистой стали, в зависимости от процентного состава СО2:

• низкоуглеродистая (содержание углерода от 0,02 до 0,25%);
• среднеуглеродистая (содержание углерода от 0,26 до 0,6%);
• высокоуглеродистая (содержание углерода превышает 0,6%).

Количество углерода в составе стали влияет на технические характеристики. Низкоуглеродистые сорта обеспечивают хорошую свариваемость элементов, шов получается ровный и без дефектов. Сварное соединение отличается высокой прочностью.

Среднеуглеродистая сталь обладает высокой механической, термической прочностью, а также химической устойчивостью. Детали и элементы из среднеуглеродистой стали можно использовать в нагружаемых конструкциях.

Высокоуглеродистые сорта стали отличаются высокой прочностью и повышенной твердостью. Этот металл используют для изготовления пружин и специальных механизмов.

Из основных характеристик углеродистых сталей выделяют:

• механическую прочность;
• невысокую коррозийную стойкость;
• высокую износостойкость;
• возможность использования в широком диапазоне температур.

Подобные характеристики обеспечивают широкий спектр применения углеродистых сталей.

Что такое легированная сталь

Как уже упоминалось, легированная сталь – металл, в состав которого помимо железа и углерода входят различные легирующие присадки. Процент дополнительных элементов не высок (до 3%), при этом присадки оказывают большое влияние на технические и эксплуатационные характеристики сплава. По сути, отличие углеродистой стали от нержавеющей заключается именно в использовании присадок.

В качестве присадок используют следующие виды металлов и элементов:

• хром (повышает антикоррозийные характеристики, твердость, ударопрочность);
• никель (способствует повышению пластичности металла, снижает показатель хрупкости, позволяет использовать при обработке технология штамповки и прессования);
• титан (используется для придания металлу более однородной структуры, повышает восприимчивость к разным способам металлообработки);
• ванадий (уменьшает зернистость, придает текучесть при плавке);
• молибден (снижает хрупкость, повышает эффективность при применении технологии закалки);
• вольфрам (повышает твердость металла);
• кремний (увеличивает прочность с сохранением высокого уровня вязкости металла);
• кобальт (повышает термостойкость);
• алюминий (повышает устойчивость к окислению);
• сера (повышает устойчивость к коррозии и пластичность);
• фосфор (повышает хрупкость, снижает вязкость и пластичность).

Легированную сталь изготавливают двумя способами: металлургическим и с помощью технологии легирования. В первом случае в расплавленный металл добавляют все необходимые присадки, затем создают условия, способствующие повышению скорости химических реакций.

Технология легирования заключается в нанесении на поверхность металла присадок и последующее взаимодействие веществ.

Область применения

И углеродистая, и легированная сталь имеют широкий спектр применения. Из металла изготавливают оборудование, станки, машины и механизмы. Стальные конструкции используются при строительстве зданий и сооружений, тоннелей и мостов и проч. Выбор сорта металла зависит от области применения.

Где применяется углеродистая сталь и ее особенности

Особенности, следовательно, область применения углеродистой стали зависят от типа сплава. При выборе металла оценивают следующие характеристики прочности:

• способность к деформации и предел текучести;
• предел прочности (показатель, определяющий уровень воздействие, которое приводит к разрушению металла);
• устойчивость к динамическим нагрузкам.

Также стоит учитывать низкую устойчивость к коррозии всех видов углеродистых сталей. Для повышения этого показателя могут применять технологию цинкования, покрытия слоем меди или алюминия, нанесение различных видов защитных покрытий (покраска, порошковая покраска, полимерная защита и проч.).

Что касается температурного диапазона, то большинство марок углеродистой стали не меняют своих характеристик при температурах от -100 до +350С.

Еще один важный момент, который следуют учитывать при выборе металла, устойчивость к различным видам обработки. По углеродистой стали показатели следующие:

• все сорта можно подвергать любым видам механической обработки: резание, сверление и проч.;
• холодная и горячая штамповка и вальцовка;
• термическая обработка и сварка в зависимости от процентного содержания углерода.

Сварке хорошо поддаются низкоуглеродистые сорта, чем больше процентный состав СО2, тем сложнее процесс сварки. Однако в любом случае в результате получается прочное и устойчивое соединение.

Углеродистая сталь имеет широкий спектр применения за счет возможности использовать различные технологии металлообработки, а также за счет технических и эксплуатационных характеристик изделий.

Углеродистую сталь применяют для изготовления деталей машин и механизмов, при этом выбор зависит от условий эксплуатации изделия. Из низкоуглеродистых сталей изготавливают элементы, которые должны обладать повышенной износостойкостью и в процессе эксплуатации подвергаются вибрациям или ударам. Это различные виды втулок, маховиков, планок и проч.

Среднеуглеродистые стали, обработанные при помощи технологии закалки для повышения прочности, применяют для деталей, обладающих повышенной устойчивостью к нагрузкам: шестеренки, зубчатые колеса, рычаги и проч.

Высокоуглеродистая сталь используется в машиностроительной области не часто, так как этот металл плохо поддается сварке и при образовании дефекта исправить его будет затруднительно. Из этого сорта обычно изготавливают пружины, рессоры, цанги.

Углеродистые стали также применяют для изготовления бытовых и профессиональных инструментов: пил, напильников, измерительного инструмента, ножниц, отверток и проч.

Однако здесь следует учитывать, что из углеродистых сталей не изготавливают инструмент, который в процессе работы может нагреваться до температур свыше 350С. Также берут во внимание то, что инструмент из углеродистых сталей уступает по прочности легированным изделиям, поэтому используется только для режущих инструментов по обработке дерева или пластика.

Еще одна область применения - изготовление метизов. В этом случае для обработки применяют технологию холодной или горячей штамповки.

Где применяется легированная сталь и ее особенности

Легированная сталь делится на три группы:

• конструкционная;
• инструментальная;
• с особыми свойствами.

Конструкционная легированная сталь применяется для изготовления деталей и механизмов. Этот сорт металла востребован в станкостроении, машиностроении, кораблестроении. Из основных особенностей легированной стали конструкционной марки отмечают высокую устойчивость к статическим и динамическим нагрузкам, что позволяет использовать металл для изготовления двигателей и деталей для автомобилей.

Инструментальная сталь отличается повышенной жаропрочностью. Эта марка подходит для изготовления режущего и других видов инструментов.

Сталь с особыми свойствами в свою очередь делится на три вида:

• жаропрочная;
• с повышенной устойчивости к коррозии;
• жароустойчивая и окалиностойкая.

Жаропрочные сорта легированной стали выдерживают температуру свыше 1000С. Марка с повышенной устойчивостью к коррозии применяются для изготовления деталей и элементов, предназначенных для эксплуатации в условиях повышенной влажности. Жаропрочные и окалиностойкие стали обладают способностью сохранять первоначальные характеристики при экстремально высоких температурах.

Из общих характеристик легированных сталей выделяют:

• повышенную устойчивость к коррозии;
• высокую твердость;
• отсутствие хрупкости;
• устойчивость к сжатию и растяжению.

Конструкционные легированные стали применяют в машиностроении и строительстве. При этом сплавы для машиностроения классифицируются следующим образом:

• жаропрочные (служат для изготовления изделий, предназначенных для эксплуатации при повышенных температурах, например, оборудование для энергетики, элементы отопительных котлов и проч.);
• улучшаемые (используется для изготовления нагружаемых деталей и элементов);
• цементируемые (для изготовления валов, шестеренок и проч.).

Строительные сорта инструментальной стали подходят для изготовления сварных каркасов и конструкций. Изготавливают следующие сорта стали:

• массовые (использует низколегированную сталь, выпускают в виде трубного, листового или фасонного проката);
• мостостроительные (отличаются высокой прочностью и устойчивостью к вибрациям, используют для строительство мостов, арок, тоннелей и проч.);
• судостроительные нормальной, повышенной и средней прочности;
• для пара и горячей воды (допустима эксплуатация с рабочей средой температурой до 600С);
• низкоопущенные высокой прочности (для авиастроения).

Инструментальная легированная сталь применяется для изготовления ручного, электрического и пневмоинструмента. Инструментальные сорта стали отличаются повышенной прочностью и устойчивостью к истиранию.

Для изготовления измерительных инструментов используют сорта стали, которые сохраняют постоянство размеров при изменении параметров окружающей среды. Также важны такие характеристики, как прочность и износостойкость. Для изготовления измерительных инструментов сталь подвергают закалке и цементированию.

Из инструментальных сортов также выделяют штамповые стали. Этот металл обладает износостойкостью, прочностью, твердостью, высокой теплостойкостью.

К сортам стали с особыми свойствами относят:

• электротехническую сталь;
• суперинвар;
• жаростойкую сталь;
• жаропрочную сталь;
• медицинскую сталь.

Электротехническую сталь легируют кремнием, иногда в сплав добавляют алюминий. Полученный металл обладает электромагнитными свойствами, высокой индукцией насыщения. Материал может отличаться магнитными свойствами и содержанием кремния. Выделяют горячекатаную и холоднокатаную электротехническую сталь. Холоднокатаный металл более мягкий, используется в силовых трансформаторах, для изготовления проводов, сердечников и проч. Горячекатаную сталь применяют для изготовления различных элементов электротехнических приборов.

Суперинвар – сплав, в состав которого входит никель и кобальт. Материал применяется для изготовления высокоточных приборов. Металл обладает следующими характеристиками:

• высокая механическая прочность (можно использовать сплав для изготовления высоко нагружаемых деталей и элементов);
• термостойкость;
• устойчивость к агрессивной среде;
• стойкость к коррозии;
• пластичность.

Суперинвар также обладает постоянным коэффициентом теплового расширения, что делает возможным использование элементов из этого сплава в приборах и датчиках.

Жаростойкая сталь выдерживает повышенные температуры (до 900С). Для обеспечения требуемых характеристик металл легируется алюминием, никелем и кремнием.

Жаропрочные стали обладают способностью сохранять первоначальную форму при экстремально высоких температурах. Сплав легируется алюминием, кремнием и хромом. Именно хром повышает жаропрочность металла. Этот вид стали применяют для газотурбинных установок, для отопительного оборудования и т.д.

Медицинская сталь используется для изготовления инструментов, контейнеров, приборов и проч. Металл должен обладать повышенной прочностью, устойчивостью к стерилизации, устойчивостью к окислению. В качестве легирующих присадок используют молибден, хром, никель.

Также в ассортименте производителей представлены другие сорта стали, подходящие для авиационного строения, судостроения, космической отрасли и проч.

Как отличить легированную сталь от углеродистой по маркировке

Маркировка стали производится в соответствии с требованиями ГОСТ. Запись представляет собой краткие характеристики металла. Разобраться в маркировке легко, если знать, что обозначают различные цифры и буквенные обозначение.

Для маркировки углеродистых сталей используют следующие параметры:

Сорт стали	Процентное соотношение углерода	Содержание марганца
У (углеродистая)	Обозначается цифрой, показывает сотые доли процента	Обозначается буквой Г

Также в маркировке углеродистых сталей в конце можно увидеть букву А. Это обозначение используют для сортов стали повышенного качества, с минимальным содержанием серы и фосфора.

Маркировка легированной стали включает следующие параметры:

Тип стали	Легирующие элементы	Качество стали	Процент содержания углерода
Инструментальная, конструкционная с особыми свойствами	Указываются буквами русского алфавита и цифрами, обозначающими процентное содержание легирующего вещества.	Качественная (К), высококачественная (А), особо качественная (в этом сорте буквенные обозначения обозначают	Обозначается цифрой, показывает сотые доли процента

Легирующие присадки обозначаются следующими буквами:

Марганец – Mn	Г
Хром – Cr	Х
Никель – Ni	Н
Титан – Ti	Т
Молибден – Mo	М
Бериллий – Be	Л
Медь – Cu	Д
Азот – N	А
Ванадий – V	Ф
Ниобий – Nb	Б
Алюминий – Al	Ю (от ювенал)
Селен – Se	E
Кобальт – Co	К
Бор – B	P
Фосфор – P	П
Кремний – Si	С (от силициум)
Цирконий – Zr	Ц

Каждый сорт легирующих сталей имеет свои особенности маркировки. Так для конструкционных сортов действуют следующие обозначения:

• Строительная – С;
• Подшипниковая – Ш;
• Быстрорежущая – Р.

Инструментальные легированные стали обозначаются буквами Ст, также указывается состав сплава.

Маркировки качества обозначают количество вредных включений. Качественная сталь имеет высокое содержание фосфора, серы, азота, кислорода. Такой металл маркируется буквой К и подходит для изготовления инструментов, конструкций, не несущих деталей.

Буквой А маркируется высококачественная сталь. В этом случае количество примесей минимально.

Особо качественная сталь маркируется, как упоминалось в таблице, в соответствии с технологией, позволяющей минимизировать количество примесей. Используются следующие виды буквенных обозначений:

• ВД (вакуумно-дуговая переплавка);
• Ш (электрошлаковый переплав);
• ВИ (вакуумно-индукционный переплав);
• ПД (плазменно-дуговая переплавка).

Существуют специальные таблицы, в которых указываются все параметры маркировки стали разных сортов. С помощью таких таблиц легко расшифровать любые записи.

Что лучше: легированная или углеродистая сталь

Если провести сравнение легированной и углеродистой стали, то легированная имеет улучшенные технические и эксплуатационные характеристики за счет использования специальных присадок. Однако углеродистые сорта стали стоят дешевле, и в некоторых случаях просто не целесообразно применять дорогой металл.

Выбор зависит от следующих параметров:

• вид используемой металлообработки;
• область применения;
• особенности эксплуатации и требования к эксплуатационным характеристикам готового изделия.

Углеродистая сталь является универсальным решением для изготовления деталей машин или элементов конструкций. Это универсальный вид металла, который отличается невысокой стоимостью и доступностью.

Легированную сталь обычно используют для изготовления деталей и элементов, используемых в особых условиях: при повышенных либо пониженных температурах, с агрессивной средой, в условиях постоянного нагрева и проч.

Если вы затрудняетесь с выбором сорта металла для вашего производства, вы всегда сможете получить консультацию у производителя или поставщика.