Мягкая сталь: обзор, свойства, применение и коррозия
В данной статье рассматривается явление металлической коррозии на мягкой стали — ключевом инженерном материале, используемом в строительстве и производстве оборудования.…
Благодаря своим превосходным свойствам мягкая сталь стала востребованным материалом в стальной обработке. Она обладает уникальной свариваемостью и удобством обработки, что привело к стремительному росту её использования.
В этой статье мы рассмотрим значение мягкой стали, области её применения и способы производства.
Мягкая сталь — это разновидность углеродистой стали с низким содержанием углерода, поэтому термины низкоуглеродистая и мягкая сталь часто используются как синонимы. Углеродистые стали — это металлы, содержащие небольшой процент углерода (максимум 2,1%), что улучшает свойства чистого железа. Содержание углерода варьируется в зависимости от требований к стали. В низкоуглеродистых сталях углерод содержится в диапазоне от 0,05 до 0,25%.
Существует несколько марок мягкой стали, но у всех них содержание углерода находится в указанных пределах. Для улучшения эксплуатационных свойств, таких как коррозионная стойкость, износостойкость и предел прочности, в сплав могут добавляться другие элементы.
Содержание углерода равномерно увеличивается путем термической обработки стали. По мере увеличения доли углерода сталь приобретает твердость, но теряет пластичность. Это означает, что металл становится хрупким и может ломаться при чрезмерной нагрузке, вместо того чтобы изгибаться.
Процессы производства мягкой стали аналогичны процессам получения других углеродистых сталей. В сталях с более высоким содержанием углерода просто больше углерода, что придает им иные свойства — большую прочность и твердость по сравнению с мягкой сталью.
С течением времени эти процессы были усовершенствованы и стали гораздо более экономичными. В современном производстве из чистого железа мягкая сталь изготавливается в три этапа.
На этом этапе железная руда смешивается с углём и известью и нагревается в доменной печи вместимостью от 100 до 400 тонн. Известь служит флюсом и образует на поверхности расплавленного металла защитный слой.
В современных условиях первичное сталеплавление осуществляется с применением кислородно-конвертерного процесса (BOS) или электропечи (EAF). Оба метода основаны на классическом бессемеровском процессе.
В кислородно-конвертерном процессе через расплавленное железо продувается кислород, при этом в конвертер добавляется стальной лом. Это снижает содержание углерода до максимума в 1,5%.
В развитых странах для переработки стального лома применяются электропечи, работающие на мощных электрических дугах, что позволяет получать сталь высокого качества.
Второй этап производства мягкой стали включает дальнейшее снижение содержания углерода и добавление легирующих элементов.
Корректировка параметров печи (температура, скорость охлаждения и др.) также способствует этому процессу. В конечном итоге выбранный способ вторичного сталеплавления зависит от требуемого типа стали. Среди них:
После достижения требуемого содержания углерода и легирующих элементов сталь готова к литью. Современное производство стали в основном использует непрерывное литьё, когда расплавленная сталь заливается в водоохлаждаемые формы и постепенно затвердевает по мере выхода из них. Этот процесс придаёт стали полуфабрикатные формы, такие как слябы, блюмы или заготовки.
Эти полуфабрикаты могут иметь поверхностные дефекты или внутренние напряжения. Для улучшения качества поверхности и однородности механических свойств обычно проводится горячая прокатка как этап первичной обработки. Горячекатаная сталь подразделяется на плоские изделия, длинномерные изделия, профили сложной формы и бесшовные трубы.
Хотя после горячей прокатки сталь считается готовой, часто применяются дополнительные процессы для корректировки формы и механических свойств в соответствии с требованиями к конечному изделию.
Мягкая сталь — это разновидность низкоуглеродистой стали, обычно содержащая до 0,25% углерода. В некоторых классификациях содержание углерода до 0,45% также допускается для мягкой стали, в зависимости от назначения.
Низкое содержание углерода обеспечивает отличную обрабатываемость и свариваемость мягкой стали, позволяя её легко резать, формовать и соединять с минимальными внутренними напряжениями.
Добавление различных легирующих элементов позволяет улучшить химические и механические свойства стали:
Для повышения износостойкости, предела прочности на разрыв и жаростойкости могут добавляться другие элементы в зависимости от области применения. Хотя необработанная мягкая сталь подвержена коррозии, для повышения долговечности и устойчивости к воздействию окружающей среды часто применяют процессы оцинкования или нанесения покрытий.
Мягкая сталь обладает рядом физических характеристик, делающих её подходящей для самых разных промышленных задач. Ключевые свойства включают:
Благодаря этим качествам, а также доступности и невысокой цене, мягкая сталь широко применяется в строительстве, производстве и инженерных сферах.
Не будет преувеличением сказать, что если вы выглянете в окно, то обязательно увидите что-то, изготовленное из мягкой стали. Это самый распространённый вид металла вокруг нас.
От зданий до огромных морских судов — везде используется мягкая сталь. Вот некоторые из сфер её применения.
В строительстве востребованы материалы, которые легко соединяются и способны выдерживать переменные нагрузки. Мягкая сталь идеально подходит для массового применения по этим причинам. Некоторые марки мягкой стали даже называют конструкционными сталями.
Её также отличают высокая сейсмоустойчивость, устойчивость к ветровым нагрузкам, стойкость к воздействию насекомых, гниению и огню.
Кроме того, по сравнению с другими сталями, она относительно недорогая. Поэтому мягкая сталь используется как в крупных, так и в малых сооружениях — от мостов до зданий.
Мягкая сталь широко применяется в машиностроении и производстве автомобилей. Она дёшева, подходит для различных методов резки и нанесения покрытий, легко сваривается и при этом обладает достаточными физическими характеристиками. Эти свойства делают её востребованной для изготовления рам, панелей и других компонентов.
Отличная пластичность мягкой стали делает её идеальным материалом для производства трубопроводов и опор, которые эксплуатируются в суровых условиях.
Мягкостальные трубы легко свариваются между собой и сохраняют определённую гибкость. Так как трубопроводы могут сжиматься на холоде и расширяться в жару, эта особенность металла крайне важна.
Несмотря на то, что раньше нержавеющая сталь была основным материалом для посуды, современные повара всё чаще выбирают мягкую сталь из-за её преимуществ.
Оборудование дольше сохраняет остроту, имеет более высокую температуру плавления и может быть модифицировано для получения антипригарных свойств.
Специальная обработка поверхности (seasoning) позволяет минимизировать коррозионный износ.
Мягкую сталь можно формовать в самые различные формы, что делает её идеальным материалом для изготовления ограждений. Кроме того, она привлекательна внешне, что добавляет декоративности.
Мягкая сталь может быть также оцинкована или покрыта специальной краской для увеличения срока службы и защиты от коррозии.
Ниже перечислены некоторые из наиболее распространённых марок мягкой стали. Объединяющее их свойство — универсальность, благодаря которой они востребованы в самых разных сферах.
Эквивалентные марки: AISI 1008; C10; DC01
Сталь марки EN 1.0301 содержит 0,1% углерода, 0,4% марганца и 0,4% кремния. В составе также присутствуют небольшие количества меди (Cu), никеля (Ni), хрома (Cr), алюминия (Al) и молибдена (Mo).
Эта марка отличается отличной свариваемостью и чаще всего применяется для изготовления экструдированных, кованых, холодновысаженных и прессованных деталей. Основные области применения — автокомпоненты, мебель и бытовая техника.
Эквивалентные марки: AISI 1010
Сталь EN 1.1121 содержит углерод в диапазоне от 0,08% до 0,13%. Марганец — от 0,3% до 0,6%. Применяется для производства холодновысаженных крепежных изделий и болтов.
Эта марка мягкой стали также отличается хорошей формуемостью и пластичностью, может обрабатываться традиционными методами. Подходит для соединения практически всеми способами сварки. Прочность можно повысить термической обработкой, например, закалкой и отпуском, однако эти процессы достаточно затратны.
Это универсальная сталь, широко используемая в строительстве и автомобильной промышленности.
Эквивалентные марки: AISI 1020; C22
Эта марка стали отличается превосходной свариваемостью. EN 1.0402 особенно подходит для цементированных деталей. Обладает сбалансированными характеристиками по пластичности, прочности и вязкости.
Содержание углерода — от 0,18% до 0,23%, марганца — от 0,3% до 0,6%. В отличие от EN 1.1121, используется не так часто, но хорошо поддается обработке в кованом состоянии.
Эта марка применяется в машиностроении для изготовления гидравлических деталей и распределительных валов.
