Углеродистая сталь лучше мягкой стали?

Или они одинаковые?

Углеродистая сталь лучше мягкой стали? Хитрый вопрос! Мягкая сталь представляет собой тип углеродистой стали. Элемент углерода присутствует во всех сталях. Всякий раз, когда этот углерод является основным легирующим элементом, сплав считается углеродистой сталью. «Низкоуглеродистая» сталь — это другое название мягкой стали. Существуют и другие углеродистые стали с разным содержанием углерода. Какой из них лучше, зависит от области применения, для которой будет использоваться сталь.

Ежегодно производится более 1,5 миллиарда тонн стали, чтобы производить такую разнообразную продукцию, как швейные иглы и конструкционные балки для небоскребов. Углеродистые стали являются наиболее часто используемыми стальными сплавами, составляя примерно 85% всего производства в США. Содержание углерода в продукте находится в диапазоне 0–2%. Этот углерод влияет на микроструктуру стали, придавая ей легендарную прочность и ударную вязкость. Эти сплавы также содержат небольшое количество марганца, кремния и меди. Мягкая сталь — это коммерческий термин для обозначения низкоуглеродистой стали, в которой содержание углерода находится в диапазоне 0,04–0,3 %.

Категории углеродистой стали

Углеродистую сталь можно классифицировать в зависимости от химического состава и характеристик продукта. Мягкая сталь также относится к категории низкоуглеродистой стали, поскольку она состоит из аналогичного содержания углерода. Обычная углеродистая сталь не содержит сплавов и может быть отнесена к четырем категориям:

1. Низкоуглеродистая сталь или мягкая сталь

Низкоуглеродистая сталь имеет содержание углерода 0,04–0,3% и является наиболее распространенной маркой углеродистой стали. Мягкая сталь также считается низкоуглеродистой сталью, поскольку она определяется как имеющая низкое содержание углерода 0,05–0,25%. Мягкая сталь пластична, хорошо поддается формованию и может использоваться для деталей кузова автомобилей, пластин и изделий из проволоки. На верхней границе диапазона низкого содержания углерода и при добавлении марганца до 1,5 % механические свойства подходят для штамповок, поковок, бесшовных труб и котельных плит.

2. Среднеуглеродистая сталь

Среднеуглеродистая сталь имеет диапазон содержания углерода 0,31–0,6% и диапазон марганца 0,6–1,65%. Эта сталь может подвергаться термической обработке и закалке для дальнейшего изменения микроструктуры и механических свойств. Популярные области применения включают валы, оси, шестерни, рельсы и железнодорожные колеса.

3. Высокоуглеродистая сталь

Высокоуглеродистая сталь имеет диапазон содержания углерода 0,6–1% с содержанием марганца 0,3–0,9%. Свойства высокоуглеродистых сталей делают их пригодными для использования в качестве пружин и высокопрочной проволоки. Эти изделия нельзя сваривать, если в процедуру сварки не включена подробная программа термической обработки. Высокоуглеродистая сталь используется для режущих инструментов, высокопрочной проволоки и пружин.

4. Сверхвысокоуглеродистые стали

Сверхвысокоуглеродистая сталь имеет диапазон содержания углерода 1,25–2% и известна как экспериментальный сплав. Закалка позволяет получить сталь с высоким уровнем твердости, что полезно для таких изделий, как ножи, оси или штампы.

Производство углеродистой стали

Углеродистая сталь и низкоуглеродистая сталь производятся в три этапа:

Первичное производство стали
Вторичное производство стали
Кастинг

За ними следуют различные методы отделки, которые напрямую влияют на характеристики конечного продукта.

1. Первичное производство стали

Сталь может быть изготовлена либо из 100% переработанного материала, либо из комбинации переработанного материала и первичной стали. Первичная сталь производится в доменной печи из железной руды, кокса (полученного из угля) и извести. Сырье добавляется в верхнюю часть печи, которая работает при температуре 3000°F. Когда железная руда плавится и смешивается с горящим коксом, в расплавленный продукт выделяется углерод. Примеси поглощаются известью в виде шлака на поверхности, который можно снять с жидкой стали. Продукт на этой стадии содержит около 4% углерода и все еще содержит некоторые примеси. Расплавленную первичную сталь переносят в конвертерную печь, которая уже содержит переработанный металлический лом. Чистый кислород продувается через жидкую сталь для окисления избыточного углерода, образуя готовый продукт с содержанием углерода до 1,5%.

Переработанный стальной лом может быть переработан без добавления исходной стали в электродуговой печи. Электрические дуги большой мощности плавят металл при температуре до 3000°F. По мере плавления стального лома в печь можно добавлять дополнительные партии лома до ее вместимости. После получения плоской ванны расплавленной стали кислород продувают так же, как и в кислородном конвертере. В обоих случаях жидкая сталь сливается из печи в ковши или сталеплавильные ванны для дальнейшей обработки, при этом поверхностный шлак, содержащий примеси, удаляется.

2. Производство вторичной стали

Рыночный спрос на более качественную стальную продукцию и стабильные свойства стимулировал развитие процессов вторичного производства стали.

Дуговая печь

Состав стали изменяется в электродуговой печи путем добавления или удаления отдельных компонентов или изменения температуры.

Перемешивание
Электромагнитные поля используются для создания турбулентных токов в ковше. Этот метод легко отделяет неметаллические включения, всплывающие на поверхность, при этом обеспечивается однородность смеси и состава стали.
Печь-ковш
Ковш действует как вторичная электродная печь, обеспечивая точный контроль температуры и дозированное впрыскивание компонентов сплава.
Впрыск ковша
На дно стальной ванны вдувают инертный газ. Когда газ нагревается и поднимается сквозь расплавленную сталь, достигается эффект перемешивания.
Дегазация
Удаляет водород, кислород и азот, а также снижает содержание серы в продукте. Различные методы, используемые для дегазации расплавленной стали, включая вакуум, инжекцию инертного газа и контроль температуры.
Регулировка состава (герметичная барботирование аргоном с продувкой кислородом – CAS-OB)
Перемешивание достигается за счет подачи аргона в герметичную стальную ванну. Устройство шноркеля предотвращает нарушение шлака, в то время как содержание водорода снижается, а оксидные включения всплывают на поверхность. Кислород подается в ванну через трубку, а алюминий добавляется через трубку, что обеспечивает повышенный уровень контроля температуры и точную конечную композицию.

Раскисление стали

Важнейшим аспектом вторичного производства стали является удаление кислорода. Присутствие кислорода в расплавленной стали по мере того, как она начинает затвердевать, приводит к реакции с углеродом с выделением монооксида углерода. Контроль раскисления можно использовать для изменения характеристик готового продукта и, следовательно, пригодности стали для использования в различных областях.

Римовая сталь
Ободочные стали представляют собой нераскисленные или частично раскисленные стали. Во время затвердевания образуется большое количество угарного газа, что приводит к хорошему качеству поверхности, но с наличием большого количества газовых отверстий.
Стали с покрытием
Сталь с колпачком сначала следует той же схеме, что и для кромки, но примерно через минуту форма закрывается, чтобы подавить образование монооксида углерода.
Полуспокойные стали
Полуспокойные стали частично раскисляются перед заливкой в форму и обычно имеют содержание углерода в диапазоне 0,15–0,3%.
Спокойная сталь
Спокойные стали полностью раскислены, так что во время затвердевания вообще не образуется монооксид углерода. Готовый продукт имеет однородную структуру и не имеет вздутий. Алюминий добавляется в ковш или изложницу в качестве основного раскислителя, чтобы «убить» образование монооксида углерода; однако есть случаи, когда добавление алюминия в готовый продукт нежелательно. Альтернативой алюминию являются ферросплавы марганца и кремния или силицид кальция.

3. Кастинг

Традиционные методы литья подразумевают подъем ковша краном, чтобы расплавленную сталь можно было разливать в отдельные формы, установленные на железнодорожных вагонах. Изложницы слегка скошены для облегчения извлечения слитков после затвердевания. Слитки переносятся в ямы для выдержки, где они повторно нагреваются для горячей прокатки.

Литейные машины обеспечивают непрерывную разливку расплавленной стали в формы, более подходящие для последующей обработки. Ковши поднимаются на приподнятую платформу, где они сливают расплавленную сталь в промежуточный ковш, который питает разливочную машину. Расплавленная сталь подается из промежуточного ковша в водоохлаждаемую кристаллизатор с подвижной нижней плитой. По мере затвердевания стальной корки плита медленно опускается, позволяя большему количеству расплавленной стали попасть в форму. Сталь формуют в слябы, блюмы или заготовки на машине непрерывного литья заготовок. Затвердевший продукт вытягивается роликами, затем выпрямляется и разрезается в конце машины. Этот процесс может продолжаться дни или недели без перерыва.

Отделка из углеродистой стали

После того, как процесс производства углеродистой стали завершен, он завершается с помощью прокатки, термообработки, обработки поверхности или последующей вторичной обработки.

Прокат товаров

Цельнолитые слитки необходимо прокатывать в более подходящие формы и размеры, подобные тем, которые производятся при непрерывном литье. Сталь сжимается и вытягивается вращающимися валками. Валки вращаются быстрее, чем сталь, когда она входит в машину, толкая сталь вперед и сжимая ее.

Горячее формование

Сталь нагревают выше температуры рекристаллизации, чтобы разрушить литейную микроструктуру. Это обеспечивает более однородный размер зерна и равномерное распределение углерода в стали.

Холодное формование

Холодное формование проводят ниже температуры рекристаллизации. Этот процесс увеличивает прочность за счет деформационного упрочнения до 20%, улучшая при этом отделку и допуская более жесткие допуски. Сталь выходит из процесса прокатки в виде полуфабрикатов в виде блюмов, заготовок или слябов, в зависимости от конечных размеров. Блюм — это очень толстый прямоугольный сляб, заготовка имеет аналогичную толщину, но меньшую ширину, а сляб — более тонкое и широкое изделие.

Полуфабрикаты далее перерабатываются в промежуточные продукты на прокатном стане, чтобы подготовить их к производству и окончательной обработке последующими компаниями.

ХОЛОДНАЯ ФОРМОВКА ПРОДУКТОВ И ПРИМЕНЕНИЯ

ПРОДУКТЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Цветы

Структурные приложения

Перила

Ограждения
Поручни
Пользовательские перила

Скрученные стержни

Машиностроение
Строительство

Плиты (толщина более 1/4 дюйма)

Тяжелое производство
Котлы
Мосты
Промышленные суда
Танки
Корабли

Таблицы (толщина менее 1/4 дюйма)

Кузова автомобилей
Бытовая техника
Оргтехника
Банки из-под напитков

Круглые/квадратные стержни

Строительные каркасы
Брекеты
Валы
Оси

После того, как сталь покидает прокатный стан, последующие компании используют различные методы вторичной обработки для предотвращения коррозии и улучшения свойств металла. Преобладающим методом для этого является термообработка.

Термическая обработка

Цель термообработки стали – изменить ее механические свойства путем изменения распределения углерода в изделии и внутренней микроструктуры. При изменении механических свойств стали повышение пластичности приводит к снижению твердости и прочности и наоборот.

Нормализация

Сталь нагревают до температуры примерно на 130°F выше верхней критической температуры. Температуру поддерживают до равномерного прогрева всего продукта, после чего проводят воздушное охлаждение. Это наиболее распространенный вид термической обработки, придающий стали высокую прочность и твердость.

Отжиг

Температуру стали повышают до состояния твердого раствора в течение одного часа перед охлаждением со скоростью 70°F в час. В результате получается мягкая и пластичная сталь без внутренних напряжений.

Закалка

Процесс аналогичен нормализации, но охлаждение ускоряется закалкой стали в воде, рассоле или масле. Полученный продукт очень твердый — до четырех раз тверже нормализованной стали — но очень хрупкий, что делает его уязвимым для разрушения и растрескивания. По этой причине закалка до заданной температуры обычно сопровождается регулируемой скоростью охлаждения до комнатной температуры в процессе, называемом отпуском или снятием напряжения. Задав параметры температуры и скорости охлаждения во время термообработки, можно точно контролировать свойства стали.

Обработка поверхности

Приблизительно одна треть производимой стали обрабатывается поверхностным покрытием для предотвращения коррозии, улучшения свариваемости и окрашиваемости.

Горячее цинкование

Цинкование – это процесс нанесения цинкового покрытия на сталь. Сталь нагревается перед поступлением в цинковую ванну, где жидкий цинк покрывает поверхность изделия. Толщина покрытия контролируется газовыми ножами. Чтобы цинковое покрытие не растрескалось, в раствор цинка добавляют небольшое количество алюминия.

Электролитическое цинкование

Еще одним способом нанесения цинкового покрытия на стальные изделия является электролитическое цинкование. Цинк наносится на поверхность стали путем регулирования тока в растворе электролита. Этот метод позволяет лучше контролировать толщину покрытия. Его также можно использовать для нанесения дифференциальных покрытий различной толщины на обе стороны изделия или покрытий из цинкового сплава для оптимизации желаемых характеристик.

Последующая вторичная обработка

Перерабатывающие компании далее перерабатывают стальное сырье в готовую продукцию. Используются различные методы обработки, такие как механическая обработка, которая включает в себя равномерное удаление поверхностного металла с помощью станков. Соединение стали также распространено и использует различные методы сварки.

Переработка углеродистой стали

Переработка металлов — это одна из историй успеха устойчивого образа жизни и сведения к минимуму воздействия деятельности человека на окружающую среду. Сталь — это самый перерабатываемый материал на планете — больше, чем все остальные материалы вместе взятые.

Источники переработанной стали включают лом от сталелитейных заводов, вторичных производителей и стальную продукцию в конце ее жизненного цикла. Часто переработанной стали недостаточно для удовлетворения производственного спроса, поэтому почти всегда при производстве готовой продукции используется сочетание первичной и переработанной стали.

Переработка стали также экономична, поскольку снижает стоимость готовой продукции. По этой причине сталелитейная промышленность активно участвует в продвижении и создании сетей переработки, чтобы упростить переработку изделий с истекшим сроком службы.

Чтобы получить дополнительную информацию о стали или запросить стоимость индивидуального проекта, свяжитесь с нами.