Отличие углеродистой стали от легированной

Сталь представляет собой сплав железа с углеродом, дополненный примесями других элементов. Этот материал используется в разных отраслях промышленности - из него производят автомобильные кузова и судовые корпуса, слесарное оборудование и медицинские инструменты, строительные металлоконструкции и домашнюю посуду. По химическому составу выделяют два вида стали - углеродистую и изготовленную с помощью технологии легирования. Сравним разновидности самого "ходового" промышленного металла и рассмотрим, в чём заключается отличие углеродистой стали от легированной.

Особенности углеродистой стали

Основное отличие углеродистой стали отражено в её названии - это повышенное содержание углерода С (до 2,14%) на фоне минимального количества других примесей (марганца, кремния, фосфора, серы).

Высокий уровень включения С придаёт материалу особую твёрдость и прочность, что делает его востребованным в строительном сегменте и производстве деталей механизмов. Железоуглеродистые стальные сплавы различаются по процентному содержанию С, которое бывает:

• высокое - более 0,7% (идут на изготовление деталей, функционирующих в условиях трения и усиленных нагрузок - дисков сцепления, шпинделей, регулировочных шайб, прокатных валок);
• среднее - от 0,3 до 0,7% (используются в создании деталей повышенной прочности - зубчатых колёс, распределительных валов, плунжеров);
• низкое - менее чем 0,3% (сюда относятся мягкие стали, применяемые в изготовлении деталей по технологии холодной штамповки - трубок, колпачков).

Металлосплав маркируется буквой У ("углерод"), за литерой идёт цифра, обозначающая содержание данного элемента в десятых долях процента. Буква А в конце маркировки говорит о том, что материал высококачественный, т. е. в нём мало вредных включений серы и фосфора.

Углеродистая сталь - распространённый и недорогой чермет, который всё же не лишён недостатков. Изделия из "углеродки"подвержены образованию ржавого налёта, не наделены пластичностью и чувствительны к перегреву - при высоких температурах механическая прочность металла снижается.

Особенности легированной стали

Легированные сплавы изготавливают посредством добавления в состав специальных примесей для улучшения физико-химических свойств получаемого материала. В таблице перечислены основные легирующие элементы и указаны свойства, которые они придают стали.

Производят стали с низким (>2,5%), средним (от 2, 5 % до 10 %) и высоким (10-50%) насыщением легирующими элементами. Если классифицировать материалы по сфере применения, выделяются три группы:

• Конструкционные - используются в машиностроении (корпуса, детали) и строительстве (сварные металлоконструкции);
• Инструментальные - становятся сырьём для изготовления режущих, ударно-штамповочных, измерительных инструментов;
• Обладающие особыми характеристиками (устойчивостью к окислению и возникновению ржавчины, кислото- и окалиностойкостью, жаропрочностью, улучшенными электро-магнитными свойствами) - применяются в судостроительстве, производстве электротехнических приборов, деталей реактивных двигателей.

Легированные стали маркируются следующим образом. В начале ставится число, обозначающее уровень содержания углерода. Для конструкционных сплавов он указывается в сотых долях, а для инструментальных - в десятых долях процента. Если число впереди отсутствует, в сплаве 1, 0% углерода. Затем идут буквы, означающие наличие легирующих включений, после каждой буквы стоит число, которое показывает процентное количество дополнительных элементов. Маркировка сталей высокого качества заканчивается литерой А.

В некоторых видах стали в начале указываются дополнительные обозначения: Э - электротехническая, Ш - шарикоподшипниковая, Л - изготовленная с помощью литья, Р - быстрорежущая. Например, ШХ15 - это шарикоподшипниковая сталь с одним процентом углерода и 1, 5 процента хрома.

Сравнение легированной и углеродистой сталей

В состав обоих видов стали входят железо, углерод и различные примеси. Однако разница в соотношении элементов определяет свойства конкретного металлического сплава и специфику его применения. В приведённой ниже таблице отмечены основные различия популярных марок легированной и углеродистой сталей.

Сравнительная таблица свойств марок Х12МФ и Ст2кп

Характеристики	Х12МФ	Ст2кп
Внешний вид
Класс	Сталь инструментальная штамповая	Сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества
Химический состав. Массовая доля (%)	углерод - 1,45 - 1,651 кремний - 0,1 - 0, 4 марганец - 0, 15 - 0, 45 хром - 11 - 12, 5 молибден - 0, 4 - 0, 6 ванадий - 0, 15 - 0,3 медь - < 0,3 фосфор - < 0,03 сера - < 0,03 никель - < 0,35 вольфрам - < 0,197 азот - нет мышьяк - нет всё остальное - железо	углерод - 0,09 - 0,15 кремний - до 0,05 марганец - 0,25 - 0,5 хром - до 0,3 молибден - нет ванадий - нет медь - нет фосфор - до 0,04 сера до 0,05 никель - до 0,3 вольфрам - нет азот - до 0,08 мышьяк - до 0, 008 остальное - железо
Твердость по Бринеллю	255 МПа	116 МПа
Плотность, кг/м3	7700	7850
Склонность к отпускной хрупкости	Склонна	Не склонна
Коррозионная стойкость	Высокая	Слабая
Свариваемость	Материал не используется для сварных конструкций	Высокая, не имеет ограничений

Углеродистая сталь уступает легированным соединениям по ряду эксплуатационных характеристик, зато она стоит дешевле и больше подходит для металлоёмкого производства. Легированные стали незаменимы в тех отраслях промышленности, где нужен металлопрокат с усовершенствованными свойствами - в судостроении, авиастроительстве, производстве профессионального оборудования.