Ugljični čelici, njihove vrste i stupnjevi. Ugljični čelik – svojstva i primjena Element od ugljičnog čelika i
U današnje vrijeme jednostavno je nemoguće zamisliti ljudsku djelatnost bez upotrebe metalurških proizvoda. Razni metali i legure doslovno su ispunili naše živote. Ugljični čelik, koji je pronašao svoju aktivnu upotrebu u gotovo svim industrijama i sferama nacionalnog gospodarstva, nije bio iznimka. O njegovim svojstvima, namjeni i sastavu raspravljat ćemo u ovom članku.
Definicija
Dakle, prije svega, ističemo da je ugljični čelik legura željeza i ugljika. U ovom slučaju, sadržaj posljednjeg elementa ne smije biti veći od 2,14%. Zasebno je vrijedno razmotriti klasifikaciju. Takav se čelik može podijeliti na:
- struktura;
- način primitka;
- stupanj deoksidacije;
- kvaliteta;
- Svrha.
O svemu ovome bit će riječi u nastavku.
Struktura legure
Ugljični čelik je:
- hipoeutektoid (sadržaj ugljika manji od 0,8%);
- eutektoid (ugljik ima koncentraciju od 0,8%);
- hipereutektoid (ugljik više od 0,8%).
Ova gradacija omogućuje određivanje svojstava ugljičnog čelika. 
Metode proizvodnje
Apsolutno svaki čelik u početku se temelji na lijevanom željezu, koji se naknadno obrađuje posebnom tehnologijom. Ugljični čelik može se izraditi na tri glavne metode:
- taljenje pretvarača;
- taljenje na otvorenom ognjištu;
- elektrotermalna obrada.
Čelik se proizvodi u konverteru upuhivanjem rastaljenog lijevanog željeza s kisikom pod pritiskom. Sam pretvarač je peć u obliku kruške, obložena iznutra posebnim vatrostalnim opekama. Ovisno o tome kakav se zid (dinas SiO 2 ili dolomitna masa CaO i MgO) nalazi unutar konvertora, ova se metoda dijeli na Bessemerovu i Thomasovu. 
Kuhanje čelika u peći s otvorenim ložištem svodi se na spaljivanje ugljika iz lijevanog željeza s kisikom koji se nalazi ne samo u zraku, već iu željeznim oksidima, koji ulaze u peć u obliku otpadnog metala i željezne rude.
Metoda otvorenog ognjišta, za razliku od metode pretvarača, uključuje reguliranje kemijskog sastava gotovog proizvoda na izlazu uvođenjem metalnih komponenti u potrebnom omjeru. Nažalost, usprkos svojim prednostima, otvoreni ložišni način proizvodnje čelika danas više nije aktualan zbog svoje tehnološke zaostalosti i prevelike količine štetnih emisija u okoliš.
Elektrotermalne peći proizvode najkvalitetniji čelik. To je moguće zahvaljujući činjenici da praktički zrak izvana ne ulazi u pećnicu. Zbog toga se gotovo ne stvara štetni željezni monoksid, koji smanjuje svojstva čelika i zagađuje ga. Osim toga, temperatura u peći ne pada ispod 1650 °C, što zauzvrat omogućuje uklanjanje neželjenih nečistoća u obliku fosfora i sumpora.
Naknada za takve peći varira: lijevano željezo može prevladavati u količini, ali ponekad otpadni metal čini većinu. Također je moguće legirati čelik s vrlo vatrostalnim materijalima - volframom i molibdenom. Možda jedini značajni nedostatak ovog načina proizvodnje čelika može se smatrati njegovim energetskim intenzitetom, jer jedna tona otopljene mase može dati do 800 kW/h.
Kemijske komponente
Sastav ugljičnog čelika vrijedi detaljnije razmotriti. Pogledajmo prvo ugljik. Upravo ovaj element ima izravan utjecaj na čvrstoću i tvrdoću čelika: što ga je više, gore navedene karakteristike su veće, dok se duktilnost smanjuje.
Mangan i silicij nisu one komponente koje značajno utječu na svojstva čelika. Tijekom procesa taljenja uvode se u svrhu cijepanja.
Sumpor se smatra izuzetno štetnom nečistoćom. Zbog toga čelik postaje krt tijekom obrade pod pritiskom predgrijavanja. Sumpor također smanjuje čvrstoću, otpornost na habanje i koroziju.
Fosfor dovodi do hladnokrtosti – lomljivosti na niskim temperaturama.
Ferit daje čeliku meku i duktilnu mikrostrukturu. Njegov antipod je cementit, željezni karbid koji povećava tvrdoću. 
Vrste toplinske obrade
Ugljični čelici, čija je uporaba moguća gotovo svugdje gdje čovjek obavlja svoje životne aktivnosti, sposobni su značajno promijeniti svoja mehanička svojstva. Da bi se to postiglo, mora se izvršiti toplinska obrada, čiji je smisao promjena strukture čelika tijekom zagrijavanja, držanja i naknadnog hlađenja na temelju posebnog režima.
Postoje sljedeće vrste temperaturnog tretmana:
- Žarenje – smanjuje tvrdoću i pročišćava zrna, povećava obradivost, viskoznost i plastičnost, smanjuje unutarnje naprezanje i uklanja strukturne nehomogenosti.
- Normalizacija – ispravlja strukturu pregrijanog i lijevanog čelika, uklanja mrežu sekundarnog cementita u hipereutektoidnom čeliku.
- Stvrdnjavanje – omogućuje postizanje najveće tvrdoće i čvrstoće.
- Odmor.
Razlikovanje prema namjeni
Ugljični čelik podijeljen je u dvije velike skupine:
- instrumental;
- strukturni (postoje obične, visokokvalitetne i automatske sorte).
Obični čelici označeni su slovima “St” i brojem od 0 do 6. Svi čelici s brojem razreda od 1 do 4 proizvode se kipući, polumirni i mirni. Brojevi 5 i 6 mogu biti samo mirni ili polumirni. Osim toga, ovi se čelici dijele u tri velike skupine: A, B, C.
- Skupina A. Što je veći broj u oznaci čelika, veća je čvrstoća.
- Skupina B. Povećanjem broja raste i sadržaj ugljika.
- Grupa B. Mehanička svojstva odgovaraju skupini A, kemijski sastav - skupini B istog broja.
U građevinarstvu se najčešće koriste tipovi St1 i St2. Upravo se ove marke koriste u izradi spremnika, cjevovoda i stupova. St3 i St4 relevantni su za izgradnju konstrukcija, a od njih se proizvodi i armatura za armirani beton. Ugljični čelik GOST 380-2005 je osnova za proizvode od lima, okruglog, I-zraka i kanala.
Visokokvalitetne čelike karakterizira niska cijena i visoka kvaliteta. Označavaju se na sljedeći način: od 08 do 85 s prefiksom na kraju "PS" (polumirno), "SP" (mirno), "KP" (kipuće). Brojevi pokazuju koncentraciju ugljika u stotinkama postotka.
Alatni čelici koriste se za izradu tri glavne skupine alata: rezni, mjerni, žigosani. Brojevi u oznakama označavaju sadržaj ugljika u desetinkama postotka.
Kemijsko-toplinski učinak
Ugljični i legirani čelici mogu se podvrgnuti posebnim vrstama obrade.
Jedan od njih je karburizacija, proces koji predstavlja difuzijsko zasićenje površinskog sloja čelika ugljikom kada se zagrijava u odgovarajućem okruženju. Krajnji cilj operacije je postići visoku površinsku tvrdoću i otpornost na habanje sa čvrstom jezgrom. Cementiranje se također može dogoditi u krutom karburizatoru, koji je mješavina ugljena i soli ugljičnog dioksida.
Nitriranje čelika je proces koji uključuje difuzijsko zasićenje površinskog sloja čelika dušikom. Ovaj postupak se provodi u atmosferi amonijaka na temperaturi u rasponu od 500-700 stupnjeva Celzijusa. Nitriranje se provodi kako bi se dobila površina dijela koja je otporna na habanje i koroziju te ima veliku tvrdoću.
Boridiranje - gornji sloj čelika je zasićen borom. To se radi kako bi se povećala otpornost na habanje, toplinska otpornost i tvrdoća.
Također, za dobivanje površina otpornih na toplinu, koristi se aluminiziranje - zasićenje čelika aluminijem.
Legirane vrste ugljičnog čelika
Ova velika skupina dijeli se na konstrukcijske, alatne i čelike s posebnim svojstvima. Prvi se koriste za proizvodnju zupčanika, čahura, klinova i dijelova koji rade u izuzetno teškim, stresnim uvjetima. Osim toga, ova skupina uključuje opružno-opružni i čelik za kuglične ležajeve.
Rezni i mjerni alati izrađuju se od alatnih čelika.
Posebna svojstva opisanog materijala očituju se u njegovoj otpornosti na kamenac i toplinu. Ovo također uključuje vrste nehrđajućeg čelika.
Zaključak
Kao što ste očito već shvatili iz svega gore navedenog, jedan od najpopularnijih materijala danas je ugljični čelik (njegova namjena ima širok raspon). To je relativno jeftina osnova za stvaranje mnogih strojeva, mehanizama, dijelova, struktura, zgrada, struktura i, općenito, mnogo toga što nas okružuje. Svjetski lideri u proizvodnji čelika danas su Kina, Japan, Njemačka i SAD. Upravo te zemlje daju ton metalurgiji na planetu.
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 početnu i završnu temperaturu 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 комнатной температуре будет состоять из 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.
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. To je glavni 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 imaju mali 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
Svojstva i struktura metala mijenjaju se toplinskom obradom, kojom se postiže potrebna površinska tvrdoća ili drugi zahtjevi za korištenje čelične konstrukcije. 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. Upotreba metalnih proizvoda u kućanstvu zahtijevala je razvrstavanje čelika u različite kategorije sa specifičnim svojstvima: otporan na toplinu, kriogene i otporan 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.
- hipereutektoid, u kojem količina ugljika prelazi 0,8%;
- eutektoid, sa sadržajem od 0,8%;
- hipoeutektoid - manje od 0,8%.
To je struktura koja je karakteristična značajka u 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:
- niski ugljik (do 0,29%);
- srednji ugljik (od 0,3 do 0,6%);
- visok ugljik (više od 0,6%).
Obilježava
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 upisan broj koji potvrđuje postotak ugljika u 10-strukom iznosu, bez obzira da li je dvoznamenkasti ili jednoznamenkasti. broj. 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 nam razlikovanje različitih vrsta taljenja.
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 na nisku kvalitetu čelika proizvedenog Bessemerovom metodom, ona se više nije koristila. Zamijenjena je metodom pretvarača kisika, čija je razlika korištenje čistog kisika, umjesto zraka, pri pročišćavanju tekućeg lijevanog željeza. Korištenje određenih tehničkih uvjeta tijekom pročišćavanja značajno je smanjilo 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; mogu držati 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 Sovjetskog Saveza, kao iu Indiji.
Elektrotermalna metoda
Moguće je proizvesti visokokvalitetni čelik s minimalnim sadržajem štetnih nečistoća taljenjem u vakuumskim pećima električnog luka ili indukcijskim pećima. 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, pa se ova metoda koristi kada postoji tehnološka potreba za visokokvalitetnim 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 od ugljičnog čelika kritičnih dijelova strojeva kao što su: zamašnjaci, zupčanici, kućišta klipnjača, koljenasta vratila, klipovi klipnih pumpi i tehnološka oprema za obradu drva 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, čije su kvalitete opisane u nastavku, naširoko se koristi u raznim industrijama. Odabir određene vrste ugljičnog čelika temelji se na specifičnoj namjeni za koju će se koristiti. To je zbog činjenice da svaki brend ima različite karakteristike.
Klasifikacija čelika
Svi ugljični čelici, ovisno o području primjene, dijele se na niskougljične, srednje ugljične i visokougljične čelike, a dijele se prema nekoliko parametara:
- Metoda deoksidacije.
- Sastav kemijskih elemenata.
- Mikrostruktura.
- Kvaliteta.
Prema osnovnim standardima ugljični čelici se dijele na:
- Strukturno konvencionalno.
- Strukturna kvaliteta.
- Kvaliteta instrumenta.
- Kvalitetan instrumental.
Tehnologija proizvodnje
Proizvodnja čelika u metalurškoj industriji odvija se na različite načine. Svaki način proizvodnje je drugačiji, ovisno o korištenoj opremi. Dakle, sva oprema za proizvodnju ugljičnih čelika može se podijeliti u tri vrste:
- Konvertorske peći za taljenje.
- Peći s otvorenim ložištem.
- Električne pećnice.
Konverter
Konvertorske peći tope cjelokupni sastav legure. Ovom se metodom rastaljena masa obrađuje tehničkim kisikom. Da bi se vruća masa očistila od raznih nečistoća, u nju se dodaje vapno. To omogućuje pretvaranje nečistoća u trosku. Tijekom proizvodnog procesa aktivno se odvija proces oksidacije metala. To izaziva oslobađanje velike količine otpada.
Proizvodnja ugljičnih čelika u konverterskim pećima ima značajan nedostatak. To uključuje činjenicu da se tijekom rada oslobađa velika količina prašine. To dovodi do potrebe za ugradnjom dodatnih jedinica za filtriranje, što podrazumijeva novčane troškove. Unatoč tome, metoda pretvarača ima visoku produktivnost i naširoko se koristi u metalurgiji.
Otvoreno ognjište
Proizvodnja različitih vrsta ugljičnog čelika pomoću peći s otvorenim ognjištem omogućuje dobivanje visokokvalitetnog konačnog proizvoda. Proces proizvodnje odvija se na sljedeći način:
- Komponente legure učitavaju se u specijalizirani odjeljak peći: lijevano željezo, čelični otpad itd.;
- Cijeli sastav se zagrijava na visoku temperaturu;
- Pod utjecajem temperature sve komponente pretvaraju se u homogenu vruću masu;
- Tijekom taljenja sve komponente legure željeza i ugljika međusobno djeluju;
- Materijal nastao kemijskom reakcijom napušta peć.
Električni
Metoda proizvodnje različitih vrsta ugljičnog čelika u električnim pećima razlikuje se od gore navedenih. Njegova razlika leži u načinu zagrijavanja sastava. Upotreba električne energije za zagrijavanje komponenti smanjuje oksidaciju metala. Time se značajno smanjuje količina vodika u metalu, što poboljšava strukturu legure i utječe na kvalitetu konačnog proizvoda.
Upotreba čelika
Ugljični čelik različitih klasa koristi se za izradu konstrukcija u mnogim industrijama. Ovisno o primjeni proizvoda, koriste se određene marke.
Redovna kvaliteta
Količina stranih nečistoća u gotovim proizvodima regulirana je GOST 380-2005. Ugljični čelik standardne kvalitete koristi se za proizvodnju:
- St0– obloge, okovi itd.;
- St1– kanale, T-grede i I-grede. Ima nisku tvrdoću, ali dobru viskoznost;
- St2– dijelovi nekritičnih građevina. To je vrlo plastičan materijal;
- St3– valjani metal koji se koristi za izradu građevinskih konstrukcija, karoserija, automobilskih naplataka itd.;
- St5– vijci, matice, poluge, klinovi, osovine itd.;
- St6– dijelovi visoke čvrstoće za strojeve za obradu drva i metala.
Visoka kvaliteta
Sljedeće se proizvodi od visokokvalitetnih čelika:
- Cijevi i dijelovi koji se primjenjuju u kotlovskoj gradnji.
- Proizvodi visoke duktilnosti - vijci, matice itd.
- Dijelovi namijenjeni izradi zavarenih konstrukcija.
- Razne vrste cijevi, klinova, osovina.
- Zupčanici, kvačila kamiona, autobusa i ostale opreme.
- Opružne podloške, prstenovi.
instrumental
Ugljični alatni čelici različitih klasa imaju povećanu čvrstoću i visoku udarnu žilavost. Koriste se za izradu svih vrsta alata i zamjenskih elemenata. Tijekom proizvodnje proizvodi se više puta izlažu visokim temperaturama, što poboljšava njihova fizikalna svojstva. Proizvodi su otporni na nagle promjene temperature i vrlo su otporni na koroziju.
Označavanje čelika
Prema oznakama, svi ugljični čelici podijeljeni su u tri kategorije:
- Grupa A. Ovo uključuje legure koje zadovoljavaju strogo određena mehanička svojstva;
- Grupa B.Čelici ove skupine jasno odgovaraju u kemijskom sastavu;
- Grupa B. Proizvodi iz ove skupine moraju istovremeno zadovoljavati mehanička, fizikalna i kemijska svojstva.
Za čelik obične kvalitete, na početku oznake pojavljuju se slova St. Nakon slova St u oznaci nalazi se digitalna oznaka. Broj u oznaci označava broj razreda metala. Dalje, nakon broja, upisuje se vrsta legure. Oznaka vrste legure je sljedeća:
- KP- vrenje;
- P.S– polumirno;
- JV- mirno.
Neposredno prije slovne oznake legure nalazi se slovo koje označava skupinu čelika. Ako proizvod pripada grupi A, tada se slovo ne stavlja.
Za brzo prepoznavanje robne marke, proizvođač nanosi odgovarajuće trake specijaliziranom bojom:
- St0– zelena pruga + crvena.
- St1– jedan žuti + jedan crni.
- St3Gsp– smeđa + plava.
- St3- Crvena.
- St4- crno.
- St5Gps– smeđa + zelena.
- St5– zelena.
- St6– plava.
Stupanj prisutnosti ugljika u materijalu određuje se na samom početku. Količina ugljika za metal skupine A izražena je u stotinkama postotka. Za B i C – u desetinkama. U nekim slučajevima, nakon ovih brojeva proizvođač stavlja slovo G. To znači da proizvod sadrži veliku količinu mangana.
Kategorije kvalitete čelika
Visokokvalitetni čelici različitih oznaka mogu se podijeliti u nekoliko kategorija:
- 08ps, 08kp– imaju visoku plastičnost. Dobro prilagođen za hladno valjanje;
- Od 10 do 25– koristi se za vruće utiskivanje ili valjanje;
- Od 60 do 85– koriste se za izradu kritičnih konstrukcija kao što su opruge, opruge, spojke;
- 30, 50, 30G, 50G– povećana čvrstoća, izdržava velika opterećenja.
Iznimke od notacije
Kvalitetni čelici imaju neke iznimke u oznakama. To uključuje:
- 15K, 20K, 22K– koristi se u izradi kotlova;
- 20-PV– sadrži 0,2 posto ugljika i bakra s kromom. Od njega se izrađuju cijevi za sustave grijanja;
- OSV– sadrži dodatke nikla, kroma i bakra. Od njega se izrađuju osovine željezničkih vagona;
- A75, ASU10E, AU10E– primjenjivo za dijelove mehanizma za satove.
Iz gore navedenog proizlazi da prije uporabe proizvoda od ugljičnog čelika morate obratiti pozornost na njegove oznake. Na taj način možete odrediti fizikalna i kemijska svojstva te područje namjene. Poznavajući značenje označavanja metalnih proizvoda, neće biti poteškoća u odabiru određene vrste za bilo koju svrhu.
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%).
Uz pristojne tehničke karakteristike, valja istaknuti 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 temeljenu 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 klasificiraju se kao eutektoidni, a temelj njihove strukture je pretežno perlit. Daljnjim povećanjem količine ugljika počinje se stvarati sekundarni cementit. Čelici s ovom strukturom 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 razvlačenja 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 svojstva 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 izrađeni od njega postaju prekriveni pukotinama i čak se lome kada su izloženi niskim temperaturama. Taj se fenomen naziva hladna krtost. Tipično, čelici s visokim sadržajem fosfora, ako su u zagrijanom stanju, dobro su podložni zavarivanju i obradi pomoću kovanja, štancanja itd.
Kod proizvoda izrađenih od ugljičnih čelika koji sadrže značajne količine sumpora može doći do pojave koja se naziva crvena krtost. Suština ovog fenomena je da metal, kada je izložen visokim temperaturama, postaje teško obradiv. 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 korištenje posebnih uređaja za čišćenje prašine. Korištenje takvih dodatnih uređaja utječe na trošak dobivenog proizvoda. Međutim, svi nedostaci koji karakteriziraju ovaj tehnološki proces u potpunosti su kompenzirani njegovom visokom produktivnošću.
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 traženih karakteristika, koja se u tekućem stanju ispušta kroz poseban otvor na stražnjoj stijenci peći.
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 učinkovitih načina značajnog poboljšanja karakteristika ugljičnog čelika je kemijsko-toplinska 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.
Ostali klasifikacijski parametri
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).
Čelici prve kategorije (njihov kemijski sastav nije specificiran od strane proizvođača) odabiru se samo na temelju njihovih mehaničkih svojstava. Takvi čelici karakteriziraju minimalni troškovi. 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 izrađuju dijelovi za razne namjene, i alatni čelici, koji se koriste u skladu sa svojim nazivom - za izradu raznih alata. 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 niskim temperaturama te visoka ujednačenost 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 građevinskih konstrukcija, dijelova strojeva, alata i metalnih proizvoda za različite namjene.
2, prosječna ocjena: 5,00
od 5)
Članci na temu
