Основни функции
В зависимост от основното си предназначение, въглеродните стомани се разделят на инструментални и конструктивни, практически няма легиращи елементи в състава им. Те се различават от обикновените стоманени сплави, тъй като имат много по-малко основни примеси в състава си: манган, магнезий и силиций. Съдържанието на основния елемент - въглерод - варира в доста широки граници . Съставът на въглеродната стомана съдържа 0.6−2% С, среден въглерод - 0.3−0.6%, нисък въглерод - до 0.25%.
Основният елемент определя свойствата и структурата. Във вътрешната структура на сплавите с по-малко от 0, 8% С (хипоевтектоидна стомана), тя е главно перлит и ферит, и с увеличаване на концентрацията на основния елемент се образува вторичен цимент.
Представената стомана с преобладаване на феритна структура е силно пластична и има ниска якост. Ако в структурата преобладава цементитът, металът се характеризира с висока якост и голяма крехкост. С увеличаване на съдържанието на С до 0.8–1%, силата и твърдостта се увеличават, но вискозитетът и пластичността се влошават значително.
Количественото съдържание на въглерод засяга технологичните характеристики, по-специално заваряемостта, лекотата на обработка и налягането.
- Части и конструкции, които не са предназначени за тежки товари, са изработени от нисковъглеродни стомани.
- Характеристиките на средноуглеродните стомани ги правят основния конструктивен материал, използван при производството на конструкции и части за транспорт и общо инженерство.
- Високовъглеродните сплави са оптимални за производството на части, които трябва да имат повишена износоустойчивост при производството на измервателни и ударни инструменти.
Металът, както и други стоманени сплави, съдържа примеси в състава:
- силиций;
- фосфор;
- манган;
- азот;
- сяра;
- водород;
- кислород.
Силиконът и манганът са полезни примеси, които се въвеждат в състава на етапа на топене за деоксидация. Фосфорът и сярата са вредни примеси, които нарушават качествените характеристики на сплавта.
Смята се, че допингът и въглеродните видове са несъвместими, но за да се подобрят техните технологични и физико-механични характеристики, микролегирането може да се извърши чрез добавяне на различни добавки:
- бор;
- титан;
- цирконий;
- редкоземни елементи.
С тяхна помощ няма да бъде възможно да се превърне металът в неръждаема стомана, но ще работи за значително подобряване на свойствата.
Класификация по степен на деоксидация
Разделянето на видове е засегнато по-специално от степента на деоксидация. В зависимост от този параметър, нашите сплави се разделят на полу-спокойни, спокойни и кипящи.
Доста стомани имат по-равномерна вътрешна структура, чието деоксидиране се постига чрез добавяне на алуминий, феросилиций и феромарган към разтопения метал . Поради факта, че сплавите от нашата категория са напълно дезоксидирани в пещта, те не съдържат железен оксид. Остатъчният алуминий, който предотвратява растежа на зърното, осигурява финозърнеста структура. Той и почти пълното отсъствие на разтворени газове позволяват да се получи висококачествен метал за производството на най-важните части и структури. Наред с предимствата на тихите сплави, има голям минус - доста скъпо топене.
Има по-евтини, макар и с по-ниско качество, въглеродни сплави, при чието топене се използват минимум специални добавки. В структурата на такъв метал, тъй като процесът на деоксидация в пещта не е завършен, има разтворени газове, които влияят отрицателно на характеристиките. Азотът, например, силно повлиява заваряемостта и провокира образуването на пукнатини в зоната на заваряване. Разработената сегрегация в структурата на сплавите води до факта, че валцуваният метал от тях се отличава с хетерогенност по структура и механични характеристики.
Полу-покорените стомани имат междинно положение по отношение на свойствата и степента на деоксидация. Преди да се излее в матрицата, в състава се въвежда известно дезоксидиране, поради което втвърдяването на метала става практически без кипене, но отделянето на газове в него продължава. Резултатът е отливка с по-малко газови мехурчета в структурата, отколкото в кипящите стомани. Тези вътрешни пори при последващото валцуване на метала се правят почти напълно.
Повечето полу-тихи въглеродни стомани се използват като конструктивни материали.
Производство и разделяне по качество
Въглеродната стомана се произвежда чрез различни технологии. Има:
- висококачествени въглеродни стомани;
- висококачествени стоманени сплави;
- сплави от въглеродна стомана с обикновено качество.
В открити пещи се произвеждат сплави с обичайно качество и от тях се оформят големи блокове. Оборудването за топене, използвано за получаване на такива стомани, са по-специално кислородни конвертори. В сравнение с висококачествените стоманени сплави, металът може да съдържа много вредни примеси, което влияе върху характеристиките и производствените разходи.
Образувани и замразени блокове горещо или студено. Горещото валцуване се получава чрез сортови и профилни продукти, листови и метални плочи, широки метални ленти. Студеното валцуване на метални листове.
За производството на висококачествена и висококачествена стомана се използват мартенови пещи и конвертори, както и топилни пещи, които работят на електроенергия.
Съставът, а именно наличието в структурата на вредни и неметални примеси, ГОСТ налага строги изисквания. При висококачествените стомани не трябва да има повече от 0, 04% сяра и не повече от 0, 035% фосфор . Висококачествените и висококачествени стоманени сплави поради строгите изисквания за метода на топене и характеристики имат повишена чистота на конструкцията.
Прилагане и етикетиране
Инструменталните сплави, при които 0, 65−1, 32% С, се използват за производството на различни инструменти. За подобряване на механичните свойства на инструментите материалът се втвърдява.
Структурните сплави правят части за различно оборудване, конструктивни елементи на строителството и инженерни цели, крепежни елементи и др. Въглеродна тел е изработена от стоманена конструкция , която се използва в ежедневието, в производството на крепежни елементи, в строителството, за производство на пружини. След циментацията структурните сплави се използват успешно при производството на части, които претърпяват тежко износване на повърхността по време на работа и се подлагат на високи динамични натоварвания.
Маркирането говори за химическия състав на сплавта и нейната категория. При обозначението на въглеродна стомана с обикновено качество има букви "St". ГОСТ предвижда седем условни номера на марката (0−6), които също са посочени в обозначението. Степента на деоксидация се обозначава с буквите „kp“, „ps“, „cn“, поставени в края на маркировката. Сортове от висококачествени и висококачествени стомани се посочват с числа, които показват съдържанието в сплав С в стотни от процента.
Фактът, че инструментът от сплав може да бъде разбран от буквата "U" в началото на маркировката. Числото след тази буква показва съдържанието на C в десети от процента. Буквата “А”, ако присъства в обозначението на инструментална стомана, показва подобрените качествени характеристики на сплавта.
Стомани с високо съдържание на въглерод могат да бъдат по-малко склонни към образуване на структури с ниска пластичност. При излагане на структурни и заваръчни напрежения може да се срине метал с ниска пластичност. Това се улеснява от наличието на дифузия на водород в него и неговия заваръчен шев. За да се предотврати появата на студени пукнатини, се използват методи за отстраняване на факторите, допринасящи за появата на такива дефекти.