Въглеродна стомана: класификация, маркировка, приложение

Съвременната металургия днес произвежда толкова много марки стомана, че изброяването им е сложно и отнема много време. Достъпната цена, универсалните технологични и механични свойства на въглеродната стомана обуславят нейното масово производство и широко приложение в инженерството, енергетиката, селското стопанство, комуналните услуги и други промишлени сектори.

Какво е въглеродна стомана

Въглеродната стомана е сплав, получена чрез комбиниране на желязо с въглерод, като последният съставлява по-малко от 2,14% от сплавта. Съдържа също малки количества различни примеси, като манган, силиций, сяра, никел, хром и мед. Концентрацията им е минимална и не влияе значително на ключовите характеристики на крайния продукт.

Класификация по съдържание на въглерод

Въглеродът има определящо влияние върху свойствата и приложенията на стоманата. По-високото съдържание на въглерод води до по-здрави сплави, но намалява параметрите на пластичност и заваряемост. Затова класификацията по съдържание на въглерод е основна за стоманите.

Въз основа на този принцип те се разделят на следните категории:

1. Нисковъглеродна стомана. В тези сплави съдържанието на въглерод е от 0,025 до 0,25%. Заварява се добре, не е склонна към крехкост, след термична обработка увеличава здравината си, но може да я загуби при последващо нагряване. Обикновено се използва за производство на натоварени елементи на заварени конструкции, сглобяеми рамки и изделия, подложени на химико-термична обработка като азотиране, цементация или нитроцементация (например части, работещи при триене в агресивни среди или при високи температури, матрици и щанци за горещо щамповане, пресформи и др.).
2. Средновъглеродна стомана. Масовият дял на въглерода достига до 0,6%. Те са слабо чувствителни към флокени, но са склонни към закаляване, което създава трудности при заваряването им. За този процес е необходимо предварително или съпътстващо нагряване на метала.
3. Високовъглеродна стомана. Съдържанието на въглерод достига до 2,14%, като този химичен елемент присъства под формата на циментит Fe3C. Тези сплави са здрави, еластични и твърди, но проявяват склонност към стареене и студена крехкост. Материалът е труден за обработка и заваряване.

Класификация по степен на деоксидация

По време на топенето в стоманения разтоп се намира голямо количество газове: кислород, водород, азот, въглероден оксид и продукти от вторични реакции. Това се дължи на многобройните химични реакции, протичащи по време на процеса, които оказват отрицателно въздействие върху химичната структура и хомогенността на метала, като могат да влошат ударната якост, якостта на умора и пластичността.

За да се избегне това, се използва процес на дегазиране, постиган чрез деоксидация в стоманолеярния агрегат с помощта на мощни деоксиданти, най-често силиций и алуминий. Те са силни редуциращи агенти спрямо железния оксид и активно се свързват с вторичните газообразни продукти. Дълбокото дегазиране може да се извърши и с помощта на вакуумен дегазатор.

По време на деоксидацията отделянето на газ е по-малко интензивно, което води до намаляване на газовите включения, сулфиди и други примеси.

В зависимост от интензивността на процеса на дегазиране, стоманите се класифицират на три вида:

1. Спокойни. В тези сплави се постига максимална степен на деоксидация. Структурата им е плътна, финозърнеста и хомогенна. Те притежават подобрени физични, механични и технологични свойства. Процесът обаче е скъп и има намален добив на готов продукт.
2. Кипящи. Тези стомани са с по-ниско качество поради нехомогенната си структура и повишената склонност към образуване на пукнатини след заваряване. Не се използват в натоварени и отговорни конструкции или за агрегати, предназначени за работа при ниски температури. Подходящи са за производство на некритични изделия, експлоатирани при нормални условия.
3. Полуспокойни стомани. Тези сплави са частично деоксидирани, поради което имат средни показатели за качество. По-малко скъпи за производство, по-евтини и в сравнение с кипящите са по-удобни за обработка и надеждни при експлоатация.

Класификация по качество

Вътрешните стандарти ДСТУ и ГОСТ предвиждат разделяне на стоманите според метода на топене, от който зависи качеството на метала. Основните критерии тук са количествените характеристики на сярата и фосфора.

Тези елементи влияят върху структурната и химична хомогенност. Сярата предизвиква образуването на пукнатини при заваряване и намалява ударната якост. Фосфорът увеличава студената крехкост, така че колкото повече от тях има в сплавта, толкова по-ниско е нейното качество.

Въглеродните стомани с обикновено качество имат съдържание на въглерод до 0,49%, като за сярата и фосфора се падат съответно 0,05% и 0,04%.

Съгласно ДСТУ 2651 тези стомани се произвеждат под формата на фасонни профили, горещовалцовани пръти, телове, листове, ленти и изковки. Продуктите от тях се изработват чрез горещо или студено валцуване, но за постигане на определени свойства понякога се подлагат на термична обработка.

Качествените въглеродни стомани съдържат 0,04% сяра и 0,035% фосфор. Тяхното качество, химичен състав и механични свойства се регулират от ДСТУ 7809. Изискват стриктен подход към състава на суровините и методите за пречистване на сплавта.

Те притежават добра издръжливост, пластичност и достатъчна ударна якост. По-устойчиви са на износване след термична обработка и имат твърди повърхностни слоеве.

Класификация по предназначение

По време на производството е важно да се вземе предвид къде и в каква форма ще се използва стоманата. В системата на стандартите на Украйна те се класифицират в следните подгрупи:

• Конструкционни — използват се за метални конструкции, механизми, устройства, предмети за бита, трябва да се обработват добре, да са устойчиви на удари, да имат достатъчна здравина, пластичност и дълготрайност.
• Инструментални — подходящи за производство на щампово оборудване, ръчни и механични режещи инструменти, понякога за измервателно оборудване, качеството се регулира от ДСТУ 3833, обикновено се използват в термично обработено състояние.
• Строителни — осигуряват надеждно и дълготрайно свързване на метални конструкции.
• Специализирани — произвеждат се за конкретни индустрии, като авиация, автомобилостроене или производство на оръжия, могат да имат уникални свойства, висока устойчивост на температурни въздействия, корозия или механични натоварвания.

Маркиране

В момента на световния пазар липсва единна международна система за маркиране на метални сплави, затова всяка страна използва свои собствени и международни между държавни системи. За основа се взема химичният състав или предназначението на сплавта. В Украйна се използва буквено-цифрова система. Номерът на сплавта условно се присвоява въз основа на химичния състав, като за качествените стомани се използват двуцифрени номера, чиито ред указва средното съдържание на въглерод в стотни части от процента.

Степента на деоксидация се обозначава със съответните буквени индекси:

• кп – кипяща;
• пс – полуспокойна;
• сп – спокойна.

Ако стоманата има повишено съдържание на манган (от 0,8%), тя се обозначава с буквата Г. Буквата А в маркировката показва, че стоманата се отличава с добра обработваемост. Тя често се използва в металорежещи машини и автоматични производствени линии. Инструменталните стомани се обозначават с буквата У в началото на маркировката.

В страните от Европейския съюз класификацията и маркирането на стоманите са по-сложни, тъй като стандартът EN 10027 регулира наименованието въз основа на буквено-цифрови обозначения на физичните и механичните свойства. Например марките на въглеродната стомана с обикновено качество имат номер 1.00XX, качествените – 1.01XX–1.09XX, а инструменталните – 1.15XX–1.18XX. Въглеродната стомана предлага оптимална здравина и пластичност. Тя е по-евтина, но е склонна към ръжда под въздействието на атмосферни валежи, електролити или други агресивни вещества и се полира трудно. За минимизиране на корозията може да се боядисва или да се нанасят защитни покрития чрез галваничен метод или горещо потапяне.

Широко се използва в строителството, промишлеността, селското стопанство, горското стопанство и енергетиката.

Въглеродната стомана с обикновено качество се използва за заварени конструкции с некритично предназначение, шайби, огради, анкерни болтове, арматура, елементи на вагонни рамки, мостови ферми, ролки и др.

Качествената конструкционна стомана се използва за производство на части на корпуси на съдове под налягане, корпуси и обшивки на апаратура, фланци на запорна арматура, траверси, лостове, колела на вагони, дискове на съединители, телове за въжета.

Инструменталните стомани се използват за производство на инструменти за обработка на дърво, щанци, стругови машини, игли, матрици, триони за метал, пили, скрепери.

За съвременните метални конструкции изборът се извършва въз основа на задълбочен анализ на свойствата и характеристиките. Необходимо е да се вземе предвид дълготрайността на конструкцията и нивото на надеждност при въздействие на агресивни вещества, температура, налягане и динамични натоварвания.

Компанията ЮТМК ще ви помогне с избора на необходимите валцовани метални продукти. Разполага с широк асортимент от стоманени изделия. Поръчки могат да се правят в складове в Киев, Одеса, Днипро, Полтава, Краков, Варшава и Лодз. Българските клиенти могат да закупят продукцията на складове в София, Варна и Пловдив. Доставяме в цяла Украйна и Европа. Свържете се с нас и ние ще ви помогнем с избора на валцовани продукти. За клиенти на едро се предлагат отстъпки в зависимост от обема на поръчката.