Где найти углеродистую сталь

Обновлено: 19.05.2024

Железный век начался в IX—VII веках до нашей эры и продолжался до I века нашей эры. Затем в Китае осваивают примитивное производство чугуна — сплава железа с углеродом. В Европе и России производство чугуна начинается лишь в 14-м и 16-м веках соответственно. А производство более-менее качественной высокоуглеродистой стали стало возможно только в последние 200 лет.

Сначала повсеместно использовалась мягкая сталь. До появления высокоуглеродистой стали, клинки оружия специально делались толще, для увеличения прочности, а кромку приходилось часто затачивать. Для тех, кто работал в полевых условиях, точильный камень был обязателен для повседневного ношения. Нельзя было рассчитывать на то, что клинок будет оставаться острым в течение длительного времени.

Высокоуглеродистая сталь была первым типом стали, которая действительно обладала рядом серьезных преимуществ. Это сильно повлияло как на конструкцию инструментов, так и на их использование. Армии, получившие доступ к высокоуглеродистой стали, обладали значительным преимуществом над врагами, которые еще не получили подобную сталь. Углеродистая сталь существенно изменила сталелитейный мир.

Ранним примером высокоуглеродистой стали была знаменитая дамасская сталь. Производство дамаска было серьезным секретом, передаваемым от мастера к ученику. В конце концов секрет истинной дамасской стали был утерян примерно в 1750 году. Об этом мы поговорим в другой раз.

Конечно, с тех пор люди разработали не только дамаск, но и научились использовать другие методы создания высокоуглеродистой стали.

Создание меча из дамасской стали в Сирии

Что такое высокоуглеродистая сталь?

Углеродистая сталь — это сплав железа и углерода. Технически сталь становится высокоуглеродистой, когда содержание углерода превышает 0,55%. Содержание углерода может достигать 3,4%, но это сложнее и дороже в производстве. Поэтому, чаще всего высокоуглеродистая сталь будет содержать от 0,55 до 1% углерода.

Исторически, словосочетание «высокоуглеродистая сталь» использовалось специально для обозначения НЕ нержавеющей стали с высоким содержанием углерода. Однако, современные нержавеющие стали могут иметь такой же процент содержания углерода, что и не нержавеющая сталь. Сегодня в ножевой промышленности почти вся сталь является высокоуглеродистой, за исключением некоторых случаев, например метательных ножей. По сей день многие люди используют термин «высокоуглеродистая сталь» для обозначения не нержавеющей стали, поэтому важно уметь определить термины при обсуждении типов стали.

Высокоуглеродистая НЕ нержавеющая сталь

Как мы упомянули выше, высокоуглеродистая сталь содержит железо и не менее 0,55% углерода. Другие металлы могут быть добавлены для улучшения различных свойств. Обратная сторона углеродистой стали в том, что она очень уязвима для ржавчины — поэтому многие клинки из подобной стали имеют специальные покрытия, предотвращающие ржавчину. Если не обеспечивать ножам с такой сталью должного ухода, ржавчина может испортить клинок и полностью разъесть сталь.

История нержавеющей стали

На протяжении 1800-х годов ученые и промышленники из Великобритании, Франции и Германии вносили свой вклад в разработку нержавеющей стали. Наблюдения и эксперименты ради возможного улучшения стали были отмечены еще в 1820 году, учеными Майклом Фарадеем и Пьером Бертье. Они отметили способность сплава хрома с железом сопротивляться кислотной коррозии. Поскольку учёные ещё не знали о роли низкого содержания углерода, они не смогли получить сплав с высоким содержанием хрома.

Одну из наиболее заметных ролей в этом сыграл Гарри Брирли из английского города Шеффилда. Это неудивительно, поскольку в Шеффилде с шестнадцатого века производили столовые приборы. Брирли был назначен ведущим исследователем в лабораториях Брауна Ферта в 1908 году, и где-то между 1910 и 1914 годами он создал сталь с таким количеством хрома, что она могла считаться нержавеющей. Дата варьируется от источника к источнику.

Гарри Брирли

Изначально Брирли назвал этот сплав его Rustless Steel, но его коллега Эрнест Стюарт предложил Stainless Steel, и это название прижилось.

Эта сталь использовалась для изготовления столовых ножей, которые не должны ржаветь. К сожалению, хотя ножи и были устойчивы к ржавчине, они не резали так хорошо, как можно было бы надеяться. И Брирли вскоре заработал репутацию изобретателя «ножа, который не режет». Этот сплав использовался для изготовления столовых ножей 50 лет, прежде чем металлурги научились делать нержавеющую сталь, которая удерживала бы кромку острой достаточно долго.

Только в 60-х годах прошлого века высокоуглеродистую нержавеющую сталь начали использовать при производстве швейцарских армейских ножей. Вскоре за ними последовала американская компания Schrade, а затем и все остальные компании по производству ножей в Соединенных Штатах.

Со временем, познания человечества о химии и химических связях увеличились, изобрели лучшие микроскопы, мы начали лучше понимать сталь. Металлургия значительно улучшилась за последние несколько десятилетий. И теперь стало возможно создание фантастических высокоуглеродистых и при этом нержавеющих сталей, которые отлично держат режущую кромку.

Высокоуглеродистая нержавеющая сталь

Исследования показали, что когда в стали содержится не менее 10% хрома (Cr), это защищает сталь от коррозии. Свободный хром притягивается и соединяется с молекулами кислорода, образуя защитный слой на поверхности стали. Этот слой предотвращает взаимодействие кислорода (O) с железом (Fe) с образованием ржавчины (Fe2O). К счастью, этот слой самовосстанавливается при появлении царапин, порезов или вмятин. Нержавеющая сталь также устойчива к коррозии при взаимодействии со многими кислотами. Более подробно об этом мы писали в отдельной статье.

Основные проблемы, с которыми сталкиваются производители при изготовлении высокоуглеродистой нержавеющей стали — это содержание углерода, отпуск и содержание хрома. Содержание углерода упрочняет сталь, поэтому при добавлении слишком большого количества сплав становится хрупким. Если производители используют слишком мало углерода, его недостаточно для упрочнения стали. Содержание хрома также может иметь огромное влияние на конечный продукт. Хром притягивается к углероду, а это означает, что углерод может "украсть" хром из общего сплава. Когда это происходит, клинок становится менее устойчивым к коррозии, чем должен быть. Неправильные закалка и отпуск также могут сделать клинок очень хрупким. Высокоуглеродистая нержавеющая сталь обычно имеет довольно низкую устойчивость к нагреванию и может стать слишком хрупкой для использования.

Высокоуглеродистая нержавеющая сталь — это сплав, содержащий железо, не менее 0,55% углерода и не менее 13% хрома. Это делает, например, сталь D2 технически не нержавеющей сталью, поскольку она обычно содержит от 11% до чуть менее 13% хрома.

Заключение

Бывает так, что люди покупают нож из углеродистой нержавеющей стали, а через две недели приносят его обратно, потому что клинок покрылся пятнами после нарезки фруктов, или нож оставили (конечно ненадолго и случайно) в воде, а он почему-то(!) начал ржаветь.

Для разных работ существуют разные стали. Не стоит после покупки любого ножа из нержавеющей стали обкладывать клинок дольками лимона, потом на ночь оставлять в раковине, а затем искренне удивляться - почему нож ржавый, ведь сталь нержавеющая! Если вы, например, большое количество времени проводите на море, вам следует присмотреться к ножам из стали H1.

Стали с высоким содержанием углерода требуют должного ухода - это факт. Но при этом, клинки с такими сталями гораздо медленнее тупятся и имеют более агрессивный рез. Каждый сам решает для себя, что ему важно.

В нашем разделе посвященном ножам, есть специальный фильтр - материал клинка, где вы можете выбрать нужную вам сталь и даже прочитать её описание, нажав на маленький знак вопроса.

Что такое углеродистая сталь – простыми словами

Промышленность, строительство, транспорт и другие отрасли науки и техники немыслимы без сталей. Из нашей статьи Вы узнаете, что такое углеродистая сталь, в чем их отличие, как их получают и где применяют.

Углеродистая сталь: что это

По определению этот материал представляет собой сплав железа (Fe) и углерода (С), в котором последнего содержится не более 2,14% (или до 2,1% по массе). Углеродистая сталь не имеет в своем составе легирующих элементов, только случайные примеси меди, никеля, хрома, ванадия, титана, прочих металлов и неметаллов – с процентным содержанием до десятых или сотых долей.

С точки зрения химического состава любой такой сплав, не являющийся специально легированным, может называться углеродистым. Материал популярен, он нужен для изготовления инструментов, ножей, пружин, металлопроката и многого другого.

Классификация и марки

Стали углеродистые подразделяются по своему несложному химическому составу и по сфере назначения. При оценке первого критерия можно заметить схожесть сплавов и по второму.

По химическому составу

Состав углеродистой стали включает в себя 2 основных химических элемента: железо Fe и углерод С. Ключевая роль в составе стали принадлежит углероду. Свойства основываются на содержании углерода — бывает сплав:

низкоуглеродистый: доля С – в интервале 0,02-0,25% (к примеру, такие марки как 10, 05кп, Ст1);
среднеуглеродистый: 0,26-0,6% (35, Ст4);
высокоуглеродистый: 0,61-1,35% (70, У13).

Первая группа качественно подходит для свариваемых деталей – низкое содержание углерода позволяет вести сварку практически без дефектов. Материалы удовлетворительно работают на изгиб, отличаются небольшой прочностью.

Вторая группа уверенно себя чувствует в большинстве ситуаций с механической, химической и температурной нагрузкой, материалы усиливаются при термической обработке и увеличивают прочность. Свариваются с определенными условиями. Применяются для постоянно нагруженных деталей по типу шкивов, осей и шестерней

Третья группа не сваривается из-за высокой доли С (образуются поры, трещины и прочие дефекты), но отличается высокой твердостью и прочностью. Материалы задействуются для создания инструмента, пружинящих деталей и специальных механизмов.

По области применения

Состав углеродистой стали прямо определяет сферу ее использования, которые давно разделены на такие группы:

конструкционные, подразделяемые на стали общего назначения (например, марки Ст1, Ст5), качественные (10, 60) и с повышенной обрабатываемостью (А30);
специальные: рессорно-пружинные (65, 85), подшипниковые (ШХ4) и для строительных конструкций (С285);
инструментальные (У10).

Конструкционные применяют в любой области экономики: от сельского хозяйства до атомного машиностроения.

Специальные используют для создания металлопроката, узлов качения и скольжения, а также рельсов. Последние работают в условиях высокой удельной нагрузки и сильного трения.

Инструментальные — нужны для создания металлорежущей оснастки и инструмента. Высокая твердость позволяет снимать поверхностный слой обрабатываемого металла без появления дефектов на самом резце.

Маркировка углеродистых сталей

Сталь углеродистая маркируется цифрами и буквами, а сам поставляемый прокат дополнительно подкрашивается специальным образом.

Основные правила чтения маркировки и состава углеродистой стали:

если сплав имеет качество нормального уровня, в начале пишется «Ст», после чего указывается цифра, соответствующая максимальному количеству углерода в десятых долях процента, название завершается способом раскисления (к примеру, «Ст2кп»);
при качестве повышенного уровня пишется «Сталь», затем – количество С в сотых долях процента и обозначение имеющейся лигатуры (например, «Сталь 40Х»);
к названию стали высокого качества в конце добавляется «А» («Сталь 20А»);
буква «У» укажет на сталь инструментальную, высокоуглеродистую или специальную («У7»), буква «Р» — на сталь быстрорежущую («Р6М5К5»).

Маркировка цветом производится полосой определенного цвета:

желтая – Ст2;
красная – Ст3;
зеленая – Ст5;
синяя – Ст6, и т.д.

Точная расшифровка химического состава материала, его механических и физических свойств легко находится в специальных справочниках.

Свойства углеродистой стали

Поведение материала зависит не только от содержания углерода, сколько от комплекса физико-химических свойств. На их основе становится возможным охарактеризовать эксплуатационные параметры. Все эти значения сведены в таблицы и справочники, поэтому задача чаще всего сводится к определению ключевых параметров и подборе технического решения.

Прочностные характеристики

Базовое требование к стали – механическая прочность как устойчивость к различным нагрузкам. Прочностные характеристики представляют собой комплекс количественно измеряемых свойств:

твердость: устойчивость к вхождению в поверхность материала более твердой поверхности;
предел текучести: величина усилия, от которого материал переходит в деформированное состояние;
предел прочности: величина усилия, от которого начинается разрушение материала;
удлинение: способность к увеличению линейных размеров детали до начала разрушения;
ударная вязкость: устойчивость к динамическим силовым нагрузкам.

Интересно, что при отсутствии значений каких-то показателей возможно достаточно точно указать на поведение стали по другим параметрам – из-за взаимосвязи свойств. После термической обработки соотношение значений меняется. К примеру, после закалки повышается прочность и падает относительное удлинение.

Коррозионная стойкость

В лучшие свойства углеродистых сталей не входит коррозионная стойкость: любая марка теряет свои эксплуатационные показатели при воздействии на нее воды, пара и просто открытого воздуха с высоким содержанием влаги.

Проблема заключается в отсутствии лигатуры. В других материалах устойчивость к окислению получается добавкой отдельных химических элементов (Cu, Mo, Ni, Zn), для углеродистой стали это неприменимо в принципе. Здесь могут присутствовать никель и хром, но в количестве до 0,2%, чего очень недостаточно. Как следствие сплавы уязвимы перед водой.

Коррозионная стойкость повышается с помощью защитных покрытий и термообработки:

нанесение лакокрасочных материалов;
кадмирование, никелирование, хромирование и т.д.

Задача этих техник – создать оксидированный защитный слой, ограждающий сталь от прямого контакта с кислородом.

А вы знаете сколько сохнет холодная сварка? Если нет, то переходите по ссылке на нашу статью.

Износостойкость

Устойчивость к трению и сохранению своей поверхности является одним из базовых свойств стали. Оно проявляется при работе в контакте с другими деталями и в потоках рабочих газовой и жидкой средах.

Износостойкость создается методом снижения шероховатости поверхности и повышением ее твердости. С этим успешно справляются термическая и химико-термическая обработка с последующей шлифовкой:

низкоуглеродистые марки: цианирование и цементация;
среднеуглеродистые и высокоуглеродистые: закалка;
все разновидности: нитроцементация.

При этом на металл воздействуют углеродом, азотом, цианистыми солями. В результате твердость поверхностного слоя доводится до 60-63 HRC, немного повышается устойчивость к коррозии.

Стойкость к воздействию температур

Оптимальный интервал рабочих температур для большинства марок: -100°С..+350°С. Выход за указанные пределы ведет к быстрой потере прочности – из-за слабой устойчивости связки «железо-углерод» в отношении температуры. Типовое эффективное решение – введение лигатуры (Mo, Ma, Si, Ni), но в таком случае теряется суть углеродистой стали.

Больше всего изменения проявляются при нагреве свыше 400°С (потеря до 25% прочности) и свыше 500°С (до 50%).

Технологичность в обработке

Параметр описывает степень сложности при формировании геометрии изделия и полезных свойств материала. У углеродистых сталей технологичность очень высокая, они качественно воспринимают все основные типы технического воздействия:

резание, сверление и другие типы механической обработки – без существенных ограничений;
штамповка, вальцовка – в горячем и холодном состояниях без ограничений;
сварка – с учетом содержания углерода: чем оно выше, тем больше сложностей возникает с предварительным и сопутствующим подогревом, но процесс соединения принципиально выполняется (даже если требуются последующие отжиг или нормализация);
термическая обработка – также по содержанию углерода, но сплавы легко подвергаются всем типам процессов.

Применение именно таких сталей с точки зрения производства детали – оптимальный путь для инженера.

Производство

Получить равномерно распределенный углерод в стали – непростая техническая задача. Сегодня производство стали ведется 3-мя основными способами, каждый из которых требует специализированного оборудования.

Кислородно конвертерный способ

Технология производства основывается на расплавлении всего объема чугунной и стальной шихты, загружаемой в конвертер. Масса, перешедшая в жидкую форму, обрабатывается кислородом, в нее добавляется известь – в результате примеси и нежелательные включения выводятся из состава будущей стали.

Особенностями процесса являются сильное окисление металлов (приводит к образованию значительного количества так называемого «угара») и приличный объем пыли. Для очистки воздуха и улавливания летучих загрязнений приходится затрачивать деньги на соответствующие фильтры.

Способ отличается производительностью и не требует значительных затрат на топливо.

Электротермический способ

Технология заключается в целенаправленном нагреве загружаемого сырья теплостойкими электродами. Через них в закрытую печь подается электрический ток, преобразующийся в теплоту. Генерируемое тепло разогревает шихту и чугун, которые преобразуются в сталь.

Весомое достоинство способа – в низкой степени окисляемости железа внутри печи. Из-за этого сталь удается качественная и с равномерной структурой.

Мартеновский метод

Технология выполняется в мартеновской печи – плавильной установке с уникальной конструкцией (называется по имени своего создателя). В ее отсек подаются куски чугуна и металлический лом.

Готовую шихту разогревают, в ходе чего она становится жидкой однородной массой. На выходе получаются стали в широком спектре марок и с высоким качеством каждой плавки. Метод достаточно старый и в настоящее время применяется все реже и реже. Почти все крупные мартеновские печи в России закрыты.

Применение углеродистой стали

Для создания продукции углеродистые стали подходят как технологичный материал: они хорошо воспринимают обработку и сварку. Их характеристики позволяют работать в широком спектре нагрузок и условий.

Производство деталей машин

Массовое применение находит углеродистая сталь в мире машин и механизмов. Условия работы изделия полностью зависят от содержания углерода в сплаве.

Стали низкоуглеродистые нужны для деталей, на которые не воздействуют сильные нагрузки: втулки, колпаки, крышки, маховики, планки, кольца и пр. Много делается различных металлоконструкций и каркасов. Невысокая механическая прочность компенсируется увеличением поперечного сечения.

Стали среднеуглеродистые хорошо работают при значительных нагрузках: шкивы, зубчатые колеса, валы, рычаги, шпиндели, ролики, штоки и т.д. После механической обработки обязательно выполняется термическая обработка (к примеру, цементация).

Стали высокоуглеродистые применяются в исключительных случаях: пружины, рессоры, цанги, прочие твердые или упругие изделия. Они сложны в изготовлении, поэтому продукция имеет повышенную стоимость.

Производство инструмента

Содержание углерода и лигатуры делает углеродистые стали оптимальным материалом для всевозможного инструмента:

отвертки;
ножницы садовые и по металлу;
ключи гаечные и другие;
ножовки, пилы, режущие полотна, топоры;
напильники и надфили;
плоскогубцы и другой шарнирно-губцевый инструмент;
метчики, плашки;
резцы по металлу и иным материалам;
микрометры, штангенциркули и иные измерительные инструменты;
матрицы для штамповки и многое другое.

Для производства применяют ковку (литье не допускается), прокат упрочняют, заготовки подвергают точению, сверлению, фрезеровке и шлифовке. Одна из основных сложностей – удалить поверхностный слой металла с дефектами от термообработки.

Полезная статья – Что должен знать и уметь сварщик 6 разряда

Производство крепежа

Шпильки, болты, винты и прочие крепежные изделия изготавливаются из таких марок углеродистых сталей:

10, 20: для получения класса прочности до 6.8 включительно, изделие не подвергается термообработке;
30, 35, 45: с классами прочности 5.6, 6.6, изделия проходят термообработку;
35: для класса прочности от 8.8 до 12.9, с термообработкой.

Метод производства: штамповка на автоматах для крупносерийного и массового выпуска и обработка на металлорежущих станках для менее масштабной программы производства.

Углеродистая сталь

Углеродистая сталь отличается содержанием углерода до 2,14% без наличия легирующих элементов, небольшим количеством примесей в составе, и небольшим содержанием магния, кремния и марганца. Это в свою очередь влияет на свойства и особенность применения. Она является основным видом продукции металлургической промышленности.

Состав

В зависимости от количества углерода, разделяют углеродистую и легированную сталь. Наличие углерода придает материалу прочность и твердость, а также уменьшает вязкость и пластичность. Его содержание в сплаве на уровне до 2,14%, а минимальное количество примесей, обусловленное технологическим процессом изготовления, позволяет основной массе до 99,5% состоять из железа.

Высокая прочность и твёрдость - вот что характеризует углеродистую сталь.

Примеси, которые постоянно входят в структуру углеродистой стали, имеют небольшое содержание. Марганец и кремний не превышают 1 %, а сера и фосфор находятся в пределах 0,1 %. Увеличение количества примесей характерно для другого типа стали, который называют легированным.

Отсутствие технической возможности полного удаления примесей из готового сплава, позволяет входить в состав углеродистой стали таким элементам как:

водороду;
азоту;
кислороду;
кремнию;
марганцу;
фосфору;
сере.

Наличие этих веществ обусловлено методом плавки стали: конвертерным, мартеновским или другим. А углерод, добавляется специально. Если количество примесей, трудно отрегулировать, то корректируя уровень углерода, в составе будущего сплава, влияют на свойства готового изделия. При наполнении материала углеродом до 2,4 %, стали относят к углеродистым.

Характеристика

Характеристики и структуру металла меняют, используя термическую обработку, посредством которой, достигают нужной твердости поверхности или других требований для применения стальной конструкции. Однако, не все структурные свойства поддаются корректировке с помощью термических методов. К таким структурно-нечуствительным характеристикам относят жесткость, выраженную модулем упругости или модулем сдвига. Это учитывают при проектировании ответственных узлов и механизмов в различных сферах машиностроения.

В случаях, когда расчет прочности узла требует применения деталей малых размеров, способных выдержать требуемую нагрузку, применяют термическую обработку. Такое воздействие на «сырую» сталь позволяет увеличить жесткость материала в 2-3 раза. К металлу, который подвергают такому процессу, предъявляют требования по количеству углерода и других примесей. Называют эту сталь – повышенного качества.

Классификация углеродистых сталей

По направленности применения продукции, углеродистую сталь разделяют на инструментальную и конструкционную.

Последнюю из них используют для возведения различных строений и остовов деталей. Из инструментальных, изготавливают прочный инструмент для выполнения любых работ, вплоть до обработки металлов резанием. Применение металлических изделий в хозяйстве, потребовало выделить сталь в разные категории, обладающие специфическими свойствами: жаропрочную, криогенную и коррозионно-стойкую.

По способу получения углеродистые стали делят на:

электростали;
мартеновские;
кислородно-конвертерные.

Различия структуры сплава обусловлены наличием разных примесей, характерных для того или иного способа плавки.

Отношение стали к химически активным средам, позволило разделить изделия на:

кипящие;
полуспокойные;
спокойные.

Содержание углерода делит сталь на 3 категории:

заэвтектоидные, в которых количество углерода превышает 0,8 %;
эвтектоидные, с содержанием на уровне 0,8 %;
доэвтектоидные – менее 0,8 %.

Именно структура, является характерным признаком, при определении состояния металла. У доэвтектоидных сталей, структура состоит из перлита и феррита. У эвтектоидных – чистый перлит, а заэвтектоидные, характеризуются перлитом с примесями вторичного цементита.

При увеличении количества углерода, сталь повышает прочность и уменьшает пластичность. Большое влияние оказывается также на вязкость и хрупкость материала. При повышении процентного содержания углерода, уменьшается ударная вязкость и повышается ломкость материала. Не случайно, при содержании, на уровне более 2,4 %, металлические сплавы относят уже к чугунам.

По количеству углерода, в составе сплава, сталь бывает:

низкоуглеродистая (до 0,29 %);
среднеуглеродистая (от 0,3 до 0,6 %);
высокоуглеродистая (более 0,6 %).

Маркировка

При обозначении углеродистых сталей обычного качества, используют буквы Ст, которые сопровождаются цифрами, характеризующими содержание углерода. Одна цифра показывает количество, увеличенное в 10, а две цифры – в 100 раз. При гарантии механического состава сплава, перед обозначением добавляют Б, а соблюдение химических составляющих веществ – В.

В окончании маркировки, две буквы показывают степень раскисления: пс – полуспокойного, кп – кипящего состояния сплавов. Для спокойных металлов этот показатель не указывают. Увеличенное количество марганца в структуре изделия, обозначают буквой Г.

При обозначении углеродистых сталей высокого качества, используемых при изготовлении инструментов, применяют букву У, рядом с которой прописывают число, подтверждающее количество процентов углерода в 10-кратном размере, независимо от того, будет оно двухзначным или однозначным. Для выделения сплавов повышенного качества, к обозначению инструментальных сталей добавляют букву А.

Примеры обозначения углеродистых сталей: У8, У12А, Ст4кп, ВСт3, Ст2Г, БСт5пс.

Изготовлением металлических сплавов занимается металлургическая промышленность. Специфика процесса получения углеродистой стали, заключается в переработке чугунных заготовок с уменьшением таких взвесей, как сера и фосфор, а также углерод, до требуемой концентрации. Различия методики окисления, посредством которой удаляют углерод, позволяет выделить различные виды плавки.

Кислородно-конвертерный способ

Основой методики был бессемеровский метод, который предусматривает продувку жидкого чугуна воздухом. Во время этого процесса, углерод окислялся и удалялся из сплава, после чего, чугунные слитки постепенно превращаются в сталь. Производительность данной методики высока, но сера и фосфор оставались в металле. Кроме того, углеродистая сталь насыщается газами, в том числе, азотом. Это улучшает прочность, но снижает пластичность, сталь становится более склонной к старению и изобилию неметаллическими элементами.

Учитывая низкое качество стали, получаемой бессемеровским методом, его перестали использовать. На замену пришел кислородно-конвертерный способ, отличием которого является использование чистого кислорода, вместо воздуха, при выполнении продувки жидкого чугуна. Использование определенных технических условий, при продувке, значительно снизило количество азота и других вредных примесей. В результате, углеродистая сталь, полученная кислородно-конвертерным способом, по качеству приближена к сплавам, переплавляемым в мартеновских печах.

Технико-экономические показатели конверторного способа подтверждают целесообразность такой плавки и позволяют вытеснить устаревшие методы изготовления стали.

Особенностью способа получения углеродистой стали, является выжигание углерода из чугунных сплавов не только с помощью воздуха, но и за счет добавления железных руд и ржавых изделий из металла. Этот процесс обычно происходит внутри печей, к которым подводят подогретый воздух и горючий газ.

Размер таких плавильных ванн очень велик, они могут вмещать до 500 тонн расплавленного металла. Температура в таких емкостях поддерживается на уровне 1700 ºC, а выжигание углерода происходит в несколько этапов. Сначала, благодаря избытку кислорода в горючих газах, а когда образуется шлак над расплавленным металлом, посредством оксидов железа. При их взаимодействии образуются шлаки фосфатов и силикатов, которые, в дальнейшем удаляются и сталь приобретает требуемые по качеству свойства.

Плавка стали в мартеновских печах проходит около 7 часов. Это позволяет отрегулировать нужный состав сплава, при добавлении различных руд или лома. Углеродистая сталь давно изготавливается этим методом. Такие печи, в наше время, можно найти на территории стран бывшего Советского Союза, а также – в Индии.

Изготовить качественную сталь с минимальным содержанием вредных примесей, удается при плавке в вакуумных топках электродуговых или индукционных печей. Благодаря улучшенным свойствам электростали, удается изготовить жаростойкие и инструментальные сплавы. Процесс преобразования сырья в углеродистую сталь, происходит в вакууме, благодаря чему качество полученных заготовок, будет выше, относительно рассмотренных ранее методов.

Стоимость такой обработки металлов дороже, поэтому данный метод используют при технологической необходимости в качественном изделии. Для удешевления технологического процесса используют специальный ковш, который разогревают внутри вакуумной емкости.

Применение

Углеродистая сталь, благодаря своим свойствам, нашла широкое применение в различных отраслях народного хозяйства, особенно, в машиностроении. Использование в конструкторских расчетах способности металла сопротивляться нагрузкам и иметь высокие пределы усталости, позволяет изготавливать из углеродистой стали такие ответственные детали машин, как: маховики, зубчатые передачи редукторов, корпуса шатунов, коленчатые валы, поршни плунжерных насосов, технологическую оснастку для деревообрабатывающей и легкой промышленности.

Высокоуглеродистые стали с увеличенным количеством марганца, применяют для изготовления таких деталей, как пружины, рессоры, торсионы и подобные узлы, требующие упругости сплава. Инструментальные сплавы повышенного качества, широко применяют при производстве инструментов, которыми обрабатывают металлы: резцы, сверла, зенковки.

Использование углеродистой стали с низким и средним количеством содержания углерода, нашло применение при возведении металлических конструкций и коммуникаций. Специальные прокатные станы металлургических комбинатов изготавливают, постоянно пользующиеся спросом, различные профили:

уголки;
швеллеры;
трубы;
двутавры;
другие, в том числе заказные, виды профилей.

Во всех отраслях широко используется листовой прокат, который отличается размерами, качеством и толщиной изготавливаемых изделий.

Используя специфические свойства углеродистых сталей, их применяют в различных областях народного хозяйства. Знание специфики отличий тех или иных сплавов, позволит грамотно и технологично применить требуемый материал в нужном месте.

Читайте также: