Stal węglowa jest stopem żelaza i węgla, który zawiera do 2,1% masy węgla.Maksymalny poziom manganu, zawartość krzemu i miedzi powinna być odpowiednio mniejsza niż 1,65%, 0,6% i 0,6%.
Rodzaje stali węglowej i ich właściwości
Stal węglowa można podzielić na trzy kategorie w zależności od jej zawartości węgla: stali niskoemisyjnej (lub stali o łagodnym zawartości węgla), stali o średnim zawartości węgla i stali o wysokim zawartości węgla [1].Mikrostrukturę i właściwości porównuje się w następujący sposób:
Stal niskoemisyjna
Niski poziom węgla jest najczęściej stosowaną formą stali węglowej.Nie mogą być utwardzane za pomocą obróbki cieplnej (w celu utworzenia martensytu), więc zazwyczaj osiąga się to przez pracę na zimno.
Stal węglowa jest zazwyczaj stosunkowo miękka i ma niską wytrzymałość.
Stali o wysokiej wytrzymałości i niskiej stopni (HSLA) są również często klasyfikowane jako stali o niskiej zawartości węgla, ale zawierają również inne pierwiastki, takie jak miedź, nikiel, wanad i molibden.zawierają do 10 wtStal o wysokiej wytrzymałości i niskiej stopowości, jak sama nazwa wskazuje, mają wyższą wytrzymałość, co osiąga się poprzez obróbkę cieplną.umożliwiając ich łatwe formowanie i obróbkęHSLA są bardziej odporne na korozję niż zwykłe stali niskoemisyjne.
Stalo o średniej zawartości węgla
Stal o średnim poziomie węgla ma zawartość węgla 0,25 0,60 wt. % i zawartość manganu 0,60 1,65 wt.%.Właściwości mechaniczne tej stali są ulepszane poprzez obróbkę cieplną obejmującą autenityzację, a następnie tłumienie i hartowanie, dając im martensytyczną mikrostrukturę.
Obróbkę cieplną można przeprowadzić tylko na bardzo cienkich przekrojach, jednak dodatkowe pierwiastki stopu, takie jak chrom, molibden i nikel,można dodać, aby poprawić zdolność stali do obróbki cieplnej i, a więc, zatwardziały.
Stal o średnim poziomie węgla mają większą wytrzymałość niż stali o niskim poziomie węgla, jednakże dochodzi to kosztem elastyczności i wytrzymałości.
Stali o wysokiej zawartości węgla
Wysoko węglowy ma zawartość węgla 0,60 1,25 wt. % i zawartość manganu 0,30 0,90 wt. %. Ma najwyższą twardość i wytrzymałość ze stali węglowej i najniższą elastyczność.Stali o wysokiej zawartości węgla są bardzo odporne na zużycie, ponieważ prawie zawsze są zatwardziałe i hartowane.
Stal narzędziowa i stali obróbkowe to rodzaje stali o wysokiej zawartości węgla, które zawierają dodatkowe pierwiastki stopu, w tym chromu, wanadu, molibdenu i wolframu.Dodanie tych elementów daje bardzo wytrzymałą stali., która jest wynikiem tworzenia się związków węglowodorów, takich jak węglowodor wolframu ((WC).
Stal węglowa może być wytwarzana z stali poddanej recyklingowi, stali pierwotnej lub kombinacji obu.
Stal dziewicza wytwarzana jest poprzez połączenie rudy żelaza, koksu (wyprodukowanego przez ogrzewanie węgla w braku powietrza) i wapna w wysokim piecu w temperaturze około 1650 °C.Roztopione żelazo pozyskiwane z rudy żelaza wzbogaca się o węgiel z koksuPozostałe zanieczyszczenia łączą się z wapnem, tworząc szlamy, które unoszą się nad stopionym metalem, gdzie można je wydobyć.
W rezultacie stopiona stal zawiera około 4% wagowo węgla. Zawartość węgla jest następnie zmniejszana do pożądanej ilości w procesie zwanym dekarburacją.Osiąga się to poprzez przeniesienie tlenu przez topnienie, który utlenia węgiel w stali, wytwarzając tlenek węgla i dwutlenek węgla.
Przykłady i zastosowania
Niski poziom węgla stali są często stosowane w części samochodowych ciała, kształtów strukturalnych (I-balki, kanał i żelazo kątowe), rury, konstrukcji i mostów komponentów i puszek żywności.
Ze względu na wysoką wytrzymałość, odporność na zużycie i wytrzymałość, stali o średnim węglowym są często stosowane w torach kolejowych, kołach pociągów, wałkach kurczowych,oraz części zębów i maszyn wymagających tej kombinacji właściwości.
Ze względu na wysoką odporność na zużycie i twardość, stali o wysokiej zawartości węgla są stosowane w narzędziach do cięcia, sprężynach, drutów o wysokiej wytrzymałości i matrycach.
W poniższej tabeli porównano przykłady, właściwości i zastosowania różnych stali węglowych.
