Легированная сталь против углеродистой стали: краткий обзор различий

Быстрый ответ: 

Легированная сталь и углеродистая сталь различаются в первую очередь по составу. Легированная сталь содержит добавленные элементы, такие как хром или никель, для улучшения свойств, в то время как углеродистая сталь полагается на содержание углерода (до 2,1%) для прочности. Выбирайте легированную сталь для коррозионной стойкости и долговечности; выбирайте углеродистую сталь для экономически эффективных структурных применений.

В SteelPro Group мы имеем многолетний опыт предоставления стальных решений. В этой статье мы рассмотрим основные различия между легированной и углеродистой сталью. Мы также поможем вам выбрать лучший материал для вашего проекта.

Что такое легированная сталь?

Легированная сталь — это тип стали, в котором железо сочетается с различными дополнительными элементами, такими как хром, никель, марганец или молибден, специально для улучшения таких свойств, как прочность, долговечность и устойчивость к коррозии или нагреву. Эти легирующие компоненты повышают универсальность стали, делая ее более подходящей для сложных или особых условий. 

В отличие от обычной углеродистой стали, легированная сталь разрабатывается с учетом особых требований к эксплуатационным характеристикам: от повышенной износостойкости до улучшенной свариваемости.

Типы и свойства легированной стали

• Низколегированная сталь

Содержит небольшое количество легирующих элементов (обычно 1-5%), обеспечивая баланс прочности и пластичности для таких применений, как структурные компоненты и детали машин. Он обеспечивает улучшенную прочность по сравнению с углеродистой сталью без значительного увеличения цены.

• Высоколегированная сталь

Эта сталь содержит больший процент легирующих элементов (более 5%), что придает ей исключительные свойства, такие как устойчивость к экстремальным температурам, коррозии или окислению. Примерами служат стали, используемые в химических реакторах и морской среде.

• Инструментальная сталь

Инструментальная сталь подвергается термической обработке для достижения высокой твердости и износостойкости. Часто содержит такие элементы, как вольфрам, ванадий или молибден, что делает его идеальным для резки, сверления и формовки других материалов.

• Нержавеющая сталь

Нержавеющая сталь, известный своим значительным содержанием хрома (минимум 10,5%), обладает высокой устойчивостью к ржавчине и изменению цвета. Он широко используется в медицинских инструментах, кухонном оборудовании и строительстве, обеспечивая как прочность, так и долговечность.

• Сталь HSLA (высокопрочная низколегированная сталь)

Эти стали специально разработаны для более высоких соотношений прочности к весу. Они обеспечивают улучшенную устойчивость к атмосферной коррозии и широко используются в автомобильной промышленности и строительстве, где как прочность, так и экономия веса имеют решающее значение.

Что такое углеродистая сталь?

Углеродистая сталь — это сплав, содержащий не более 2,1% углерода и очень мало дополнительных элементов. Ее простота обеспечивает доступность и легкость изготовления, хотя ей не хватает специализированных свойств легированных вариантов.

Типы и свойства углеродистой стали

• Низкоуглеродистая сталь (Мягкая сталь, ≤ 0,3% углерода): Пластичная и свариваемая, широко используется в строительстве и машиностроении.
• Среднеуглеродистая сталь (углерод 0,3%–0,6%): обеспечивает баланс прочности и обрабатываемости, широко применяется в зубчатых передачах и осях.
• Высокоуглеродистая сталь (углерод от 0,6% до 2,1%): чрезвычайно твердый, но хрупкий, идеально подходит для лезвий и пружин.

Легированная сталь против углеродистой стали: краткая сравнительная таблица

Легированная сталь против углеродистой стали: химический состав

Легированная сталь: Содержит хром (для стойкости к ржавчине), никель (жаростойкость) или молибден (твердость). Эти добавки позволяют точно настраивать свойства.

Углеродистая сталь: Зависит исключительно от содержания углерода. Более высокое содержание углерода увеличивает твердость, но снижает пластичность.

Почему это важно?

Легирующие элементы делают легированную сталь пригодной для использования в экстремальных условиях, в то время как углеродистая сталь отличается простотой и экономичностью.

Легированная сталь против углеродистой стали: механические свойства

Прочность и твердость

Легированные стали прочнее благодаря таким механизмам, как измельчение зерна и фазовые изменения. Например, карбиды ванадия помогают упрочнять сталь, закрепляя дислокации, в то время как хромомолибденовые сплавы подвергаются мартенситной закалке для повышения твердости.

• Стали HSLA: Микролегирование ниобием (~0,05%) может повысить предел текучести до 120 000 фунтов на кв. дюйм без закалки. Это делает стали HSLA идеальными для легких, но прочных компонентов в сейсмостойком мостостроении.
• Инструментальные стали: Сплавы вольфрама и кобальта сохраняют свою твердость (Rockwell C 65+) даже при высоких температурах (600 °C), что делает их идеальными для использования в качестве пластин для высокоскоростной обработки.

Напротив, твердость углеродистых сталей зависит от содержания углерода, но это ограничивает их эксплуатационные характеристики:

• Закаленная сталь 1095: Может достигать HRC 66, но становится хрупким без отпуска. Более высокое содержание углерода снижает свариваемость из-за риска растрескивания в зоне термического влияния.

Коррозионная стойкость

Легированные стали противостоят коррозии за счет образования защитных оксидных слоев или использования жертвенных элементов, особенно в случае нержавеющих сталей.

• Нержавеющая сталь 316: Включение молибдена (2–3%) придает исключительную стойкость к точечной коррозии в средах с высоким содержанием хлоридов, например, в морской воде.

Однако углеродистая сталь более подвержена коррозии и требует дополнительной защиты:

• Цинкование: Цинковые покрытия используются для защиты углеродистой стали, но они могут разрушаться при температурах выше 200°C, что ограничивает их применение в условиях высоких температур.
• Эпоксидно-полиуретановые покрытия: Эти покрытия защищают трубопроводы, но их необходимо проверять и обновлять каждые 3–5 лет.

Пластичность

Пластичность — это способность материала сгибаться или растягиваться без разрушения. Низкоуглеродистая сталь обладает высокой пластичностью, тогда как легированные стали достигают пластичности за счет баланса элементов.

• Низкоуглеродистая сталь: Благодаря содержанию углерода 0,05–0,25% его легко формовать и обрабатывать, что делает его идеальным для таких применений, как холоднокатаные панели кузова автомобиля.
• Аустенитная нержавеющая сталь (304): Добавление никеля позволяет стали растягиваться до марки 70%, что отлично подходит для изготовления изделий глубокой вытяжки, таких как кухонные мойки.

Износостойкость

Легированные стали содержат легирующие элементы, такие как вольфрам, ванадий, хром и молибден, которые образуют твердые карбиды внутри стали. Эти карбиды значительно повышают прочность и износостойкость легированных сталей. 

Напротив, износостойкость углеродистой стали в основном зависит от содержания в ней углерода, но она не способна образовывать твердые карбиды, что делает ее менее эффективной в условиях сильного износа.

Легированная сталь против углеродистой стали: производство и изготовление

• Обработка: Углеродистая сталь легче режется и сверлится. Легированные стали могут потребовать более медленных скоростей или смазок.
• Сварка: Углеродистая сталь легко сваривается. Легированные стали (например, нержавеющая) требуют защиты инертным газом (TIG/MIG).
• Расходы: Углеродистая сталь 20–50% дешевле, идеально подходит для крупносерийных проектов.

Легированная сталь против углеродистой стали: применение

Легированная сталь

• Авиакосмическая промышленность: Детали реактивных двигателей (жаропрочные никелевые сплавы).
• Медицина: Хирургические инструменты (нержавеющая сталь).
• Энергетика: Трубопроводные системы (коррозионная стойкость HSLA).

Углеродистая сталь

• Конструкция: двутавровые балки, арматура.
• Автомобилестроение: шасси, блоки двигателей.

Часто задаваемые вопросы: Легированная сталь против углеродистой стали

В: Какой вариант лучше подходит для использования на открытом воздухе?

A: Легированная сталь (например, нержавеющая) устойчива к ржавчине без покрытия. Углеродистая сталь нуждается в защитной обработке.

В: Может ли углеродистая сталь заменить легированную сталь?

A: Только в условиях низких напряжений и сухой среды. Для коррозионных или высоконагруженных применений легированная сталь незаменима.

Лучшие решения из углеродистой и легированной стали

В SteelPro Group мы поставляем высококачественную легированную и углеродистую сталь, соответствующую самым высоким международным стандартам. 

Мы предлагаем широкий спектр видов обработки поверхности, таких как цинкование, нанесение покрытий и пассивация для повышения коррозионной стойкости, а также услуги по индивидуальной обработке, включая резку, сварку и отделку, в точном соответствии с требованиями вашего проекта.

Свяжитесь с нами сегодня, чтобы обсудить требования вашего проекта и получить персональное предложение.