Углеродистая сталь против нержавеющей стали

Углеродистая сталь против нержавеющей стали

Понимание углеродистая сталь против нержавеющей стали различие имеет решающее значение для инженеров, дизайнеры, производители, производители, и даже проницательный потребителей.

В то время как оба происходят из железа и углерода, их композиции, характеристики, характеристики производительности, и идеальные приложения значительно расходятся.

Выбор правильного типа стали напрямую влияет на долговечность продукта, сила, расходы, появление, и пригодность для его предполагаемой среды.

Это всеобъемлющее руководство углубляется в мир углеродистой стали и нержавеющей стали.

Мы рассмотрим их фундаментальные определения, рассечь их композиции, Проанализировать их ключевые свойства, Сравните их, Обсудить общие оценки и приложения, и предоставить практическое руководство по выбору соответствующего материала.

Наша цель - оборудовать вас тщательным и авторитетным пониманием, Включение информированных решений при навигации по критическому выбору между углеродистая сталь и нержавеющая сталь.

Что такое углеродистая сталь? Сплава рабочей лошадки

По своей сути, углеродистая сталь сплав в основном из железа (Фе) и углерод (С).

В то время как другие элементы могут присутствовать в следовых количествах (остатки из процесса создания стали), Определяющая характеристика заключается в том, что их максимальный указанный контент обычно не превышает определенных порогов: марганец (1.65%), кремний (0.60%), и медь (0.60%).

Важно, Углеродная сталь не имеет значительного добавления хрома, который определяет нержавеющую сталь.

Роль углерода

Углерод является основным упрочненным элементом в стали.

Изменяя содержание углерода, Производители могут манипулировать фундаментальными свойствами стали:

• Увеличение углерода: Как правило, приводит к более высокой твердости, предел прочности, и износить стойкость после соответствующая термообработка.
• Снижение углерода: Обычно приводит к большей пластичности (способность деформироваться без разрушения), прочность (способность поглощать энергию перед разрушением), и свариваемость.

Классификация углеродистой стали

Углеродные сталики в целом классифицируются на основе их содержания углерода, который диктует их основные характеристики:

1. Низкоуглеродистая сталь (Мягкая сталь):
   • Содержание углерода: Обычно 0.05% к 0.25%.
   • Характеристики: Относительно мягкий, Высоко, жесткий, легко обрабатывается, Отличная сварка, и сравнительно недорого. Более высокая прочность на растяжение по сравнению с более высокими уровнями углерода. Каннот будет значительно укрепиться термической обработкой (утомить и отпуск) За исключением упрочнения дела.
   • Ключевые слова: Мягкая сталь, Свойства с низкой углеродной сталью, пластичная сталь, сварная сталь.
2. Среднеуглеродистая сталь:
   • Содержание углерода: Обычно 0.25% к 0.60%.
   • Характеристики: Предлагает баланс между пластичностью низкоуглеродистой стали и прочностью/твердостью высокоуглеродистой стали. Определяет хорошую износостойкость. (Austenitizing, закалка, закалка) Для достижения значительных улучшений в механических свойствах.
   • Ключевые слова: Свойства средней углеродистой стали, термообработанная сталь, прочная сталь.
3. Высокоуглеродистая сталь (Углеродный инструмент сталь):
   • Содержание углерода: Обычно 0.60% к 1.25% (иногда до 2.0%).
   • Характеристики: Очень тяжело, сильный, и обладает отличной износостойкостью после термообработки. Однако, Это менее пластич и жестче, чем более низкие углеродные оценки, Сделать его более хрупким. СДЕЛАТЬ СЛУЧА.
   • Ключевые слова: Свойства с высокой углеродной сталью, твердая сталь, инструментальная сталь, износостойкая сталь.

(Также есть ультра-высокоуглеродная категория, в основном используется для специализированных приложений, таких как ножи и оси, С еще более высоким содержанием углерода).

Ключевые свойства углеродистой стали (Общий):

• Сила и твердость: Может варьироваться от умеренного до очень высокого, в значительной степени контролируется содержанием углерода и термической обработкой.
• Пластичность и прочность: Как правило, уменьшается по мере увеличения содержания углерода. Углеродные стали.
• Обрабатываемость: Вообще хорошо, Особенно для низкоуглеродичных сортов..
• Свариваемость: Отлично подходит для низкоуглеродичных сталей, становится все более сложным (Требование предварительного нагрева и термообработки после пост.) По мере увеличения углерода для предотвращения растрескивания.
• Расходы: Обычно дешевле, чем нержавеющая сталь из -за отсутствия дорогостоящих легирующих элементов, таких как хром и никель.
• Коррозионная стойкость: Бедный. Это основной недостаток углеродной стали. Он легко реагирует с кислородом и влажностью в окружающей среде с образованием оксида железа (ржавчина).Защита через покрытия (краска, Гальванизация, масло) почти всегда необходимо для долголетия в большинстве средств.
• Магнетизм: Углеродистая сталь является ферромагнитной.

Общее применение углеродистой стали

Универсальность и экономическая эффективность углеродистой стали делают ее вездесущим:

• Низкоуглеродистая сталь: Структурные формы (I-beams, каналы), тарелки для судостроения и мостов, автомобильные тела, трубопроводы, ограждение, проволока, гвозди, консервные банки (часто овост покрыт).
• Среднеуглеродистая сталь: Железнодорожные пути, Поезда колеса, Кратчики, передачи, муфты, оси, части машин, Структурные компоненты, требующие более высокой прочности.
• Высокоуглеродистая сталь: Режущие инструменты (долоты, тренировки), источники, Высокопрочная проволока, удары руками, умирает, Масонство ногти, ножи.

Что такое нержавеющая сталь? Коррозия претендента

Нержавеющая сталь принципиально отличается от углеродистой стали из -за преднамеренного добавления значительного количества хром (Кр) – минимум 10.5% по массе - определяющий порог.

Многие оценки из нержавеющей стали также содержат значительные количества никель (В), и другие легирующие элементы, такие как молибден (Мо), марганец (Мин.), кремний (И), азот (Не), и медь (Cu) часто добавляют для придания конкретных свойств.

Магия хрома: Пассивный слой: Определяющая характеристика нержавеющей стали - ее «нержавеем» или верхней коррозионной устойчивости - связана с взаимодействием хрома с кислородом.

При воздействии кислорода (Из воздуха или воды), Хром на поверхности стали быстро образует очень тонкий, невидимый, приверженый, и высоко защитный слой оксида хрома (Cr₂o₃).

Этот пассивный слой действует как барьер, Экранирование основного железа от коррозионных агентов.

Критически, этот слой есть самовосстановление.

Если поверхность поцарапана или повреждена, разоблачение основной стали, Хром немедленно реагирует с кислородом снова для реформирования защитного пассивного слоя, При условии присутствует кислород.

Это замечательное свойство придает нержавеющей стали долговечность в средах, где углеродистая сталь быстро поддается ржавчине.

Классификация нержавеющей стали

Несущих сталей разделены на пять основных семейств на основе их кристаллической микроструктуры, который определяется их химическим составом (в первую очередь кр, Ni содержание):

Аустенитные нержавеющие стали (например, 304(1.4301 Нержавеющая сталь), 316):

• Композиция: Высокий хром (обычно 16-26%), значительный никель (обычно 6-22%), низкий углерод (<0.08%, Иногда ниже для L-Grades).Азот может быть добавлен для силы.
• Микроструктура: Фекс-центрированный кубический (FCC) Аустенитная структура, стабильный в широком диапазоне температуры.
• Характеристики: Отличная коррозионная стойкость (Лучший в целом), Отличная формируемость и сварка, Хорошая прочность (даже при криогенных температурах), немагнитный в отожженном состоянии (может стать слегка магнитным после холодной работы), не может быть ожесточено термообработкой, но значительно укреплена холодной работой.
• Ключевые слова: Аустенитная нержавеющая сталь, 304 нержавеющая сталь, 316 нержавеющая сталь, Несагнитная сталь, Пищевая из нержавеющая сталь.

Ферритные нержавеющие стали (например, 430, 409):

• Композиция: От умеренного или высокого хрома (обычно 10.5-30%), Очень низкий углерод (<0.1%), Как правило, низкое содержание никеля.
• Микроструктура: Кубик-ориентированный (BCC) Ферритовая структура.
• Характеристики: Хорошая устойчивость к коррозии (Лучше, чем мягкая сталь, но, как правило, меньше, чем аустенита), умеренная сила, магнитный, Хорошая пластичность, не может быть ожесточено термообработкой, Как правило, более низкие затраты, чем Austenitics. Получив для охлаждения при высоких температурах или после сварки толстых срезов.
• Ключевые слова: Ферритная нержавеющая сталь, 430 нержавеющая сталь, Магнитная нержавеющая сталь, Автомобильная выхлопная сталь.

Мартенситные нержавеющие стали (например, 410, 420, 440С):

• Композиция: Умеренный хром (обычно 11.5-18%), более высокий углерод (до 1.2%), относительно низкий никель.
• Микроструктура: Может быть преобразован в жесткий, Тетрагональный тетраговый (Бентс) мартенситная структура за счет термообработки (Austenitization с последующим быстрым гашением).
• Характеристики: Высокая твердость и сила (достигается с помощью термообработки), Умеренная коррозионная стойкость (менее чем аустенитный и ферритный), магнитный, менее формируемый и сварка, чем Austenitics.
• Ключевые слова: Мартенситная нержавеющая сталь, 410 нержавеющая сталь, 420 нержавеющая сталь, Утверждаемая нержавеющая сталь, нож сталь.

Дуплексные нержавеющие стали (например, 2205, 2507):

• Композиция: Высокий хром (обычно 19-32%), умеренный никель (обычно 3-8%), часто включает молибдена и азот.
• Микроструктура: Смешанный (дуплекс) структура приблизительно равных частей аустенит и феррита.
• Характеристики: Отличная коррозионная стойкость (Особенно для коррозионного растрескивания на стрессе хлорида), более высокая сила, чем аустенитные оценки, хорошая свариваемость (с надлежащими процедурами), Magnetic.combines Преимущества как аустенитных, так и ферритных структур.
• Ключевые слова: Дуплексная нержавеющая сталь, 2205 Дуплекс из нержавеющей стали, Высокая прочность из нержавеющей стали, Хлористое сопротивление сталь.

Осаждение (PH) Нержавеющие стали (например, 17-4PH, 15-5PH):

• Композиция: Содержать такие элементы, как медь, Ниобий, или алюминий, который обеспечивает укрепление путем осаждения или возрастного процесса термообработки после начального лечения раствора. Может иметь аустенитные или мартенситные базовые структуры.
• Характеристики: Может достичь очень высоких уровней прочности в сочетании с хорошей коррозионной стойкостью (в некоторых случаях сопоставимо с Austenitics).Может быть обработан в более мягком состоянии, а затем затвердевает.
• Ключевые слова: PH нержавеющая сталь, 17-4PH нержавеющая сталь, высокопрочная коррозионная сталь, Возраст затвердел сталь.

Ключевые свойства нержавеющей стали (Общий):

• Коррозионная стойкость: Отлично подходит для выдающихся, в зависимости от оценки и окружающей среды. Это его определяющее преимущество.
• Появление: Предлагает широкий ассортимент отделки, От тусклого матового до яркого зеркального лака, Часто эстетически приятный.
• Гигиена: Гладкий, Непористая поверхность легко чистить и чистить, решает для еды, медицинский, и фармацевтические приложения.
• Сила и твердость: Широко варьируется в зависимости от типа и лечения (Мартенситные и рН -оценки могут быть очень тяжелыми; Austenitics жесткая и пластичная).
• Температурная стойкость: Многие оценки поддерживают силу и коррозионную стойкость как при повышенных, так и при криогенных температурах.
• Работоспособность: Аустенитные оценки очень формируются. Мухинузируемость варьируется-Austenitics может работать с трудом, Сделать обработку более сложной, чем углеродичная сталь.
• Свариваемость: Вообще хорошо, Особенно для аустенитных оценок, Хотя конкретные процедуры необходимы в зависимости от типа для поддержания коррозионной стойкости и механических свойств.
• Расходы: Значительно дороже, чем углеродистая сталь из -за высокой стоимости легированных элементов (Хром, Никель, Молибден).
• Магнетизм: Зависит от типа (Ферритный, Мартенситный, Дуплекс магнитные; Austenitic не магнитный в отожженном состоянии).

Общее применение нержавеющей стали

Его уникальные свойства придают нержавеющей стали из обширного множества применений:

• Аустенитный: Кухонные раковины, Столовые приборы, посуда, Продовольственное оборудование, Химические резервуары, архитектурная облицовка, медицинские имплантаты, пивоваренный оборудование, Автомобильная отделка.(304 это рабочая лошадка; 316 используется для более высокой коррозионной стойкости, Особенно против хлоридов).
• Ферритный: Автомобильные выхлопные системы, барабаны стиральной машины, кухонная посуда, архитектурная отделка (интерьер), оборудование для обработки сахара.
• Мартенситный: Ножи, хирургические инструменты, режущие инструменты, турбинные лезвия, клапаны, валы, крепеж.
• Дуплекс: Химическое оборудование, компоненты целлюлозной и бумажной промышленности, Морские приложения, нефтяные трубопроводы, теплообменники, Структурные компоненты в коррозионной среде.
• PH: Аэрокосмические компоненты, Высокие валы, Части клапана, передачи, Компоненты ядерного реактора.

Углеродистая сталь против нержавеющей стали: Сравнение навсегда

Углубляясь глубже: Примечательные оценки

В то время как семьи предоставляют широкие категории, конкретные оценки в каждом предложении, адаптированные свойства:

Обычные оценки углеродной стали:

• Айси 1018: Популярная низкоуглеродистая сталь, известная как хорошая механизм, свариваемость, и формируемость. Используется для валов, штифт, и общие структурные части.
• Айси 1045: Среднеугневую сталь, предлагающую более высокую прочность и твердость, чем 1018.-ответить на термическую обработку. Используется для передач, оси, болты, шпильки.
• ASTM A36: Широко используемая спецификация конструкционной стали с низким содержанием углерода для зданий, мосты, и т.д..

Общие оценки нержавеющей стали:

• Тип 304 (Аустенитный): Самая распространенная нержавеющая сталь (~ 18% кр, 8% В).Отличная коррозионная стойкость во многих средах, Хорошая формируемость. Используется для кухонного оборудования, Продовольственная обработка, Архитектурные применения. Иногда называются 18/8.
• Тип 316 (Аустенитный): Похоже на: 304 Но с добавленным молибденом (~ 2-3%).Предлагает превосходную коррозионную стойкость, Особенно против хлоридов и кислот. Используется в морской среде, химическая обработка, медицинские имплантаты, Фармацевтические препараты.
• Тип 430 (Ферритный): Базовый, более низкая стоимость, Ежедневная сталь только для хрома. Коррозионная стойкость в мягкой среде., достойная формируемость, Магнитный. Используется для декоративной отделки, панели приборов, автомобильная отделка.
• Тип 410 (Мартенситный): Основная укрепляемая нержавеющая сталь. Коррозионная стойкость модерации, Высокая прочность/твердость после термообработки. Используется для столовых приборов, Части клапана, крепеж.

Выбор между углеродичной сталью против нержавеющей стали

Выбор правильного материала включает в себя сбалансирование требований к эффективности с экономическими ограничениями.

Рассмотрим эти факторы:

Коррозия среда:

• • Будет ли часть подвержена воздействию влаги, влажность, химикаты, соленая вода, или пищевые продукты? Если да, нержавеющая сталь почти всегда является предпочтительным или необходимым выбором. Конкретная оценка зависит от серьезности и типа коррозионного агента (например, 316 для хлоридов).
  • Окружающая среда сухая и контролируется, или может быть надежно защищена деталь? Если да, углеродистая сталь может быть достаточно и более экономически эффективным.

Прочность и механические требования:

• Какой уровень растягивающей силы, Урожайность, твердость, или требуется выносливость? Обе семьи предлагают высокопрочные опции. (например, тепло, обработанная высокоуглеродной сталью против Martensitic или дуплексной нержавеющей стали).Рассмотрим воздействие на рабочую температуру.

Бюджет:

• Какова допустимая стоимость материала? Углеродная сталь предлагает значительную начальную экономию затрат. Однако, Рассмотрим общую стоимость жизненного цикла, включая потенциальное покрытие, обслуживание, и затраты на замену, если коррозия является фактором. Более высокая первоначальная стоимость самой стальной стали может быть компенсирована более длительным сроком службы и более низким обслуживанием в коррозионных приложениях.

Эстетические требования:

• Визуальный внешний вид конечного продукта важным? Нужно ли яркий, чистый, или отполированный вид? Нержавеющая сталь предлагает присущие эстетическим преимуществам и различные варианты отделки без необходимости краски или покрытия.

Процессы изготовления:

• Потребует ли часть обширную сварку, обработка, или формирование? Рассмотрим относительную простоту изготовления. Плохоуглинейшая сталь, как правило, легче работать, чем многие оценки из нержавеющей стали (особенно те, которые склонны к укреплению работы).Убедитесь, что для выбранного материала доступны соответствующие методы и инструменты.

Температурные крайности:

• Будет ли часть работать с очень высоким или очень низким (криогенный) температура? Конкретные оценки нержавеющей стали (Особенно аустенит) Excel в сохранении свойств в экстремальных температурах, где углеродистая сталь может потерпеть неудачу или стать хрупкой.

Магнитные свойства:

• Магнетизм нежелательным для применения (например, МРТ оборудование, Чувствительная электроника)? Отжигая аустенитная нержавеющая сталь не магнитная. Углеродная сталь и другие типы из нержавеющей стали-магнитные.

Техническое обслуживание и уход: Сохранение вашей стали

• Углеродистая сталь: Ключ - это предотвращение методов rust.common включать:
  • Живопись/покрытие: Обеспечивает барьер против влаги и кислорода..
  • Galvanizing: Покрытие слоем цинка для жертвенной защиты.
  • Смазание/смазки: Временная защита, Подходит для инструментов и деталей оборудования.
  • Сохраняя сухость: Самый простой метод, когда это возможно.
• Нержавеющая сталь: Хотя он очень устойчив, Это не совсем «защищен от пятен». Правильный уход обеспечивает долговечность:
  • Регулярная уборка: Удалить грязь, грязь, и загрязняющие вещества, которые могут ловить влажность или коррозионные вещества. Используйте мягкое мыло/моющие средства и вода, тщательно промойте, и вытирать сухой.
  • Избегайте хлоридов: Контакт с хлоридами (соль, отбеливать, Некоторые чистящие средства) должен быть сведен к минимуму, Специально для сортов, менее устойчивых, чем 316. РИНСИТЕЛЬНАЯ НАСТОЯЩИЙ, если происходит контакт.
  • Избегайте загрязнения углеродистой стали: Не используйте стальную шерсть или щетки, ранее используемые на углеродистой стали, В качестве встроенных частиц железа могут ржаветь и испачкать поверхность.
  • Пассивация: Химическая обработка (Часто используя азотную или лимонную кислоту) это удаляет свободное железо и усиливает естественный пассивный слой. Иногда выполняется после изготовления или если загрязнение подозревается.

Будущее стали: Инновации продолжаются

Исследования и разработки постоянно раздвигают границы как для углерода, так и для нержавеющих сталей.

Тенденции включают:

• Усовершенствованные высокопрочные стали (АХСС): Широко используется в автомобильной промышленности для более легких, безопасные транспортные средства. Они часто включают сложные микроструктуры, достигаемые с помощью точного легирования и обработки.
• Улучшенная коррозионная стойкость: Разработка новых сплавов из нержавеющей стали (как супер-глупое или гипер-летучный) Для чрезвычайно суровых химических и морских средств.
• Повышение устойчивости: Сосредоточьтесь на уменьшении углеродного следа производства стали посредством оптимизации процессов, Повышенные показатели переработки, и исследование изготовления стали на водородной основе.
• Аддитивное производство (3D Печать): Растущие возможности для печати комплексных деталей из различных стальных порошков, Открытие новых возможностей дизайна.

Заключение

The углеродистая сталь против нержавеющей стали дебаты в конечном итоге разрешаются не с заявлением о том, что один из них «лучше,”Но с пониманием которого лучше подходит Для конкретного приложения.

Углеродистая сталь остается незаменимой рабочей лошадкой, предлагая универсальную силу, Хорошая изготовление, и непревзойденная экономическая эффективность, когда коррозия не является основной проблемой или может управляться через защитные меры.

Его свойства очень настраиваются через содержание углерода и термообработку, сделать его идеальным для структурных применений, техника, инструменты, и бесчисленные повседневные предметы.

Нержавеющая сталь, определяется содержанием хрома и замечательным пассивным слоем самовосстановления, превосходно где коррозионная стойкость имеет первостепенное значение.

Это обеспечивает долговечность, низкое обслуживание, гигиенические поверхности, и эстетическая привлекательность в требовательной среде.

Разнообразные семьи - аустенитный, Ферритный, Мартенситный, Дуплекс, и pH - предлагает широкий спектр механических свойств, Позволяя инженерам выбирать оценки, сочетающие коррозионную стойкость с особой прочностью, температурная стойкость, или потребности изготовления, хотя при более высокой начальной стоимости.

Тщательно рассмотрив условия окружающей среды, механические требования, требования к изготовлению, Эстетические цели, и бюджетные ограничения, Вы можете уверенно ориентироваться в выборе между этими двумя фундаментальными типами стали.

Понимание их основных различий дает вам возможность выбрать оптимальный материал, обеспечение производительности, долговечность, и успех вашего проекта или продукта.