Углеродистая сталь против нержавеющей стали

США. Пример использования армии

Что на самом деле означает углеродистая сталь?

«Углеродистая сталь» имеет два значения - техническое определение и более общую классификацию. Техническое определение очень четкое:согласно Американскому институту черной металлургии (AISI), сталь должна соответствовать следующим стандартам, чтобы соответствовать техническому определению углеродистой стали:

1. Не указывается и не требуется минимальное содержание хрома, кобальта, колумбия [ниобия], молибдена, никеля, титана, вольфрама, ванадия или циркония, или любого другого элемента, добавляемого для получения желаемого эффекта легирования.
2. Когда указанный минимум для меди не превышает 0,40 процента.
3. Если максимальное содержание любого из следующих элементов не превышает указанных процентных значений:марганец 1,65, кремний 0,60, медь 0,60.
   

Техническое определение, хотя и сложное, сводится к одному простому ограничению - настоящая углеродистая сталь должна почти не содержать легирующих элементов, что делает их в основном состоящими из двух материалов:железа и углерода. Количество углерода может варьироваться, и есть несколько приемлемых легирующих материалов, но эти стали простые.

Помимо точного определения, термин углеродистая сталь также используется для обозначения широкой группы легированных сталей, которые не являются нержавеющими сталями. В отличие от углеродистых сталей, низколегированные стали могут содержать в небольших количествах широкий спектр легирующих элементов, что позволяет адаптировать их для более широкого круга применений. Эти стали, хотя и не удовлетворяют техническим требованиям к углеродистой стали, означают большее разделение между сталью:нержавеющая сталь и все остальное.

Углеродистая сталь (по определению)

Проще говоря, углеродистая сталь по определению чрезвычайно проста. Это железо с небольшим содержанием углерода и ограниченным количеством легирующих элементов. Кроме того, любая сталь, для которой требуются легирующие элементы (например, 4140 и 4340), не углеродистые стали. В рамках определения углеродистой стали материалы могут быть определены как низкоуглеродистая сталь или высокоуглеродистая сталь. Низкоуглеродистые стали чрезвычайно распространены, в то время как высокоуглеродистые стали используются только в высокопрочных, некоррозионных средах. Сталь 1020, низкоуглеродистая сталь, является одной из самых популярных сталей, производимых сегодня.

‍Прочитайте наше Руководство по дизайну Metal X

Углеродистая сталь имеет различные механические свойства в зависимости от содержания углерода. Низкоуглеродистые стали слабее и мягче, но их легко обрабатывать и сваривать; в то время как высокоуглеродистая сталь прочнее, но значительно труднее в обработке. Все углеродистые стали подвержены ржавчине, что делает их непригодными для широкого спектра конечных применений. В целом углеродистая сталь превосходна, если вы ищете недорогой металл, но, как правило, не подходит для высококачественных или высокоточных производственных операций.

Низколегированные стали (иногда называемые углеродистыми сталями)

Низколегированные стали содержат один или несколько легирующих элементов (например, хром, кобальт, ниобий, молибден, никель, титан, вольфрам, ванадий или цирконий) для улучшения свойств материалов традиционных углеродистых сталей. Часто они прочнее, жестче и немного более устойчивы к коррозии, чем традиционные углеродистые стали.

Легированные стали определяются по основным легирующим материалам (помимо углерода). 4140, одна из наиболее распространенных легированных сталей, представляет собой хромомолибденовую легированную сталь. Это означает, что основными легирующими элементами являются хром (повышающий коррозионную стойкость) и молибден (повышающий ударную вязкость). В результате 4140 используется в условиях сильного износа и повышенных температур.

Легированные стали сегодня являются одними из наиболее широко используемых в промышленности. Они поддаются механической обработке, доступны по цене, легко доступны и обладают хорошими механическими свойствами. Если деталь не обязательно должна быть устойчивой к коррозии, низколегированная сталь дает наилучший результат.

Свойства, которые делают легированную сталь выгодной для производства обычными методами, делают ее менее ценной для 3D-печати. Поскольку металлическая 3D-печать легко обрабатывается и дешево приобретается, более высокая стоимость деталей делает ее экономически невыгодной для печати. Некоторые компании, занимающиеся печатью на металле, предлагают низколегированные стали, например 4140, но, как правило, они встречаются редко.

Нержавеющая сталь

Нержавеющие стали объединяет одно ключевое свойство материала:превосходная коррозионная стойкость, связанная с высоким содержанием хрома (> 10,5% по массе) и низким содержанием углерода (<1,2% по массе). Помимо коррозионной стойкости, механические свойства этих сталей могут сильно различаться.

Аустенитные нержавеющие стали являются наиболее распространенным типом нержавеющей стали. Они устойчивы к коррозии, легко обрабатываются и свариваются, но не подвергаются термообработке. 303 и 304 являются наиболее распространенными типами аустенитных нержавеющих сталей, а 316L - вариантом, который обеспечивает максимальную коррозионную стойкость. Эти стали используются в самых разных операциях - поскольку они устойчивы к атмосферным воздействиям, они работают практически везде. Из-за более высокой стоимости металлическая 3D-печать может быть жизнеспособным методом изготовления этих деталей.

Мартенситные нержавеющие стали обладают лучшими механическими свойствами по сравнению с аустенитными сталями за счет пластичности. В целом им не хватает универсальности аустенитных сталей, однако их высокопрочная твердость в сочетании с коррозионной стойкостью, намного превосходящей низколегированные стали, делает их пригодными для любых высокопрочных деталей, находящихся в окислительной среде. Кроме того, мартенситные стали можно подвергать термообработке для дальнейшего повышения твердости, прочности и жесткости.

17-4 PH - особенно полезный тип мартенситной нержавеющей стали, которую можно подвергать термообработке для соответствия различным свойствам материала. Из-за его высокой твердости и чрезвычайно низкой обрабатываемости 3D-печать зачастую дешевле, чем кропотливая обработка на станке. Если вы хотите узнать больше о 3D-печати металлических деталей, ознакомьтесь с Markforged Metal X.

Запрос цены на Metal X

Углеродистая сталь против нержавеющей стали:окончательный вердикт

Споры между углеродистой сталью и нержавеющей сталью немного сложнее, чем предполагалось изначально, поскольку углеродистая сталь может относиться к двум различным типам стали:традиционной углеродистой стали и низколегированной стали.

По сравнению с низкоуглеродистой сталью нержавеющая сталь предлагает значительное повышение прочности, твердости и, что наиболее важно, коррозионной стойкости. Высокоуглеродистая сталь по прочности не уступает, а иногда и превосходит нержавеющую сталь, но в значительной степени является нишевым материалом в производственном мире. В отличие от любой углеродистой стали, нержавеющая сталь может выжить и процветать без окисления в агрессивных или влажных средах. При этом углеродистая сталь намного дешевле нержавеющей стали и лучше подходит для крупных конструктивных элементов, таких как трубы, балки и листовой прокат.

Низколегированная сталь во многих отношениях превосходит углеродистую, но все же ей не хватает коррозионной стойкости. Он может эффективно соответствовать свойствам материала нержавеющей стали - в результате такие сплавы, как 4140 и 4340, часто обрабатываются и используются во многих областях, где небольшое окисление не повредит. Нержавеющая сталь - это материал более высокого качества, который лучше использовать в промышленных операциях, где качество деталей не может быть снижено.