Kohlenstoffstahl ist eine Eisen-Kohlenstofflegierung, die bis zu 2,1 Gewichtsprozent Kohlenstoff enthält.Die maximale Menge an ManganDer Gehalt an Silizium und Kupfer sollte weniger als 1,65 Gewichtsprozent, 0,6 Gewichtsprozent bzw. 0,6 Gewichtsprozent betragen.
Typen von Kohlenstoffstahl und ihre Eigenschaften
Kohlenstoffstahl kann nach seinem Kohlenstoffgehalt in drei Kategorien eingeteilt werden: kohlenstoffarmer Stahl (oder mild-carbon steel), mittelkohlenstoffarmer Stahl und kohlenstoffarmer Stahl [1].Mikrostruktur und Eigenschaften wie folgt vergleichen:
Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt
Niedrigkohlenstoffstahl ist die am weitesten verbreitete Form von Kohlenstoffstahl. Diese Stähle haben normalerweise einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,25 Gewichtsprozent.Sie können nicht durch Wärmebehandlung gehärtet werden (um Martensit zu bilden), so dass dies in der Regel durch Kaltbearbeitung erreicht wird.
Kohlenstoffstahle sind in der Regel relativ weich und haben eine geringe Festigkeit. Sie haben jedoch eine hohe Duktilität, was sie hervorragend für die Bearbeitung, das Schweißen und die geringen Kosten macht.
Hochfeste, niedriglegierte Stähle (HSLA) werden auch häufig als kohlenstoffarme Stähle eingestuft, enthalten jedoch auch andere Elemente wie Kupfer, Nickel, Vanadium und Molybdän.Diese enthalten bis zu 10 wtHochfestigkeit und Niedriglegierung haben, wie der Name schon sagt, eine höhere Festigkeit, die durch Wärmebehandlung erreicht wird.so dass sie leicht formbar und bearbeitbar sindHSLA sind korrosionsbeständiger als einfache kohlenstoffarme Stähle.
Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt
Der Kohlenstoffgehalt des mittleren Kohlenstoffstahls beträgt 0,25 ∼ 0,60 Gewichtsprozent und der Mangangehalt 0,60 ∼ 1,65 Gewichtsprozent.Die mechanischen Eigenschaften dieses Stahls werden durch eine Wärmebehandlung mit Autenitisation und anschließender Abschärfung und Härtung verbessert., was ihnen eine martensitische Mikrostruktur verleiht.
Wärmebehandlung kann nur auf sehr dünnen Prozessen durchgeführt werden, jedoch zusätzliche Legierungselemente wie Chrom, Molybdän und Nickelkann hinzugefügt werden, um die Wärmebehandlungsfähigkeit der Stähle zu verbessern und, also gehärtet.
Verhärteten mittelkohlenstoffhaltigen Stählen ist die Festigkeit größer als bei kohlenstoffarmen Stählen, allerdings auf Kosten von Duktilität und Zähigkeit.
Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt
Kohlenstoffhaltiges Stahl hat einen Kohlenstoffgehalt von 0,60-1,25 Gewichtsprozent und einen Mangangehalt von 0,30-0,90 Gewichtsprozent. Es hat die höchste Härte und Zähigkeit der Kohlenstoffstähle und die geringste Duktilität.Kohlenstoffstahle sind sehr verschleißfest, da sie fast immer gehärtet und gehärtet werden.
Werkzeugstahl und Druckstahl sind Kohlenstoffstahlsorten mit hohem Kohlenstoffgehalt, die zusätzliche Legierungselemente wie Chrom, Vanadium, Molybdän und Wolfram enthalten.Durch die Zugabe dieser Elemente entsteht ein sehr belastbarer Stahl., die durch die Bildung von Karbidverbindungen wie Wolframkarbid (WC) entsteht.
Kohlenstoffstahl kann aus recyceltem Stahl, unberührtem Stahl oder einer Kombination aus beiden hergestellt werden.
Jungstahl wird hergestellt, indem Eisenerz, Koks (erzeugt durch Heizung von Kohle ohne Luft) und Kalk in einem Hochofen bei etwa 1650 °C kombiniert werden.Das aus dem Eisenerz gewonnene geschmolzene Eisen wird mit Kohlenstoff aus dem brennenden Koks angereichertDie verbleibenden Verunreinigungen verbinden sich mit dem Kalk und bilden Schlacke, die auf dem geschmolzenen Metall schwimmt, wo sie extrahiert werden kann.
Der daraus entstehende geschmolzene Stahl enthält etwa 4 Gewichtsprozent Kohlenstoff. Dieser Kohlenstoffgehalt wird dann in einem Verfahren namens Dekarburisierung auf die gewünschte Menge reduziert.Dies geschieht, indem der Sauerstoff durch die Schmelze geht, die den Kohlenstoff im Stahl oxidiert und Kohlenmonoxid und Kohlendioxid erzeugt.
Beispiele und Anwendungen
Niedrigkohlenstoffstahle werden häufig in Karosseriekomponenten von Autos, Strukturformen (I-Bale, Kanal- und Winkelstahl), Rohren, Bau- und Brückenkomponenten und Lebensmitteldosen verwendet.
Aufgrund ihrer hohen Festigkeit, Verschleißfestigkeit und Zähigkeit werden mittelkohlenstoffhaltige Stähle häufig für Schienenbahnen, Zugräder, Kurbelwellen,und Zahnräder und Maschinenteile, die diese Kombination von Eigenschaften erfordern.
Aufgrund ihrer hohen Verschleißfestigkeit und Härte werden hochkohlenstoffhaltige Stähle in Schneidwerkzeugen, Federn, hochfesten Drähten und Werkzeugformungen verwendet.
Beispiele, Eigenschaften und Anwendungen der verschiedenen Kohlenstoffstähle werden in der folgenden Tabelle verglichen.
