1004 Сталь: Свойства и ключевые применения
Поделиться
Table Of Content
Table Of Content
Сталь 1004 классифицируется как низкоуглеродистая сталь, в частности, подкатегория среднеуглеродистых легированных сталей. Эта марка обычно содержит углерод в количестве примерно 0,04%, что способствует ее общим свойствам и производительности. Основные легирующие элементы в стали 1004 включают марганец (Mn) и кремний (Si), которые повышают прочность и твердость, одновременно улучшая обрабатываемость и свариваемость.
Комплексный обзор
Сталь 1004 отличается отличной обрабатываемостью и формуемостью, что делает ее подходящей для различных инженерных приложений. Низкое содержание углерода позволяет хорошо сваривать, в то время как наличие марганца облегчает закалку стали, не ухудшая ее прочности. Эта марка стали часто используется в приложениях, где требуются умеренная прочность и хорошая стойкость к износу.
Преимущества стали 1004:
- Хорошая свариваемость: Низкое содержание углерода облегчает процессы сварки.
- Обрабатываемость: Высокая обрабатываемость позволяет добиваться значительных деформаций без разрушения.
- Экономичность: Обычно стоит дешевле по сравнению с высоколегированными сталями, что делает ее экономичным выбором для многих приложений.
Ограничения стали 1004:
- Низкая прочность: По сравнению с высокоуглеродистыми сталями, сталь 1004 может не справляться в условиях высоких нагрузок.
- Устойчивость к коррозии: Ей не хватает коррозионной стойкости, характерной для нержавеющих сталей, что ограничивает ее использование в жестких условиях.
Исторически сталь 1004 использовалась в различных секторах, включая автомобилестроение и производство, где ее баланс прочности, обрабатываемости и экономичности имеет высокую ценность. Ее рыночная позиция остается стабильной, с постоянным спросом в приложениях, требующих умеренной прочности и хорошей формуемости.
Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты
| Стандартная организация | Обозначение/марка | Страна/регион происхождения | Примечания |
|---|---|---|---|
| UNS | G10040 | США | Ближайший эквивалент AISI 1004 |
| AISI/SAE | 1004 | США | Небольшие составные различия, о которых следует знать |
| ASTM | A108 | США | Стандартная спецификация для холоднотянутых углеродных стальных прутков |
| EN | 1.0402 | Европа | Эквивалент в европейских стандартах |
| JIS | S10C | Япония | Похожие свойства, но с небольшими вариациями в составе |
В таблице выше представлены различные стандарты и эквиваленты стали 1004. Следует отметить, что, хотя многие марки могут выглядеть эквивалентными, тонкие различия в композиции могут значительно повлиять на механические свойства и производительность в конкретных приложениях. Например, наличие дополнительных легирующих элементов в некоторых эквивалентах может улучшить определенные характеристики, такие как твердость или коррозионная стойкость.
Ключевые свойства
Химический состав
| Элемент (символ и название) | Процентный диапазон (%) |
|---|---|
| C (Углерод) | 0.04 - 0.06 |
| Mn (Марганец) | 0.30 - 0.60 |
| Si (Кремний) | 0.10 - 0.40 |
| P (Фосфор) | ≤ 0.04 |
| S (Сера) | ≤ 0.05 |
Основная роль ключевых легирующих элементов в стали 1004 включает:
- Углерод (C): Обеспечивает твердость и прочность; однако в малых количествах сохраняет обрабатываемость.
- Марганец (Mn): Увеличивает закаливаемость и прочность, одновременно улучшая стойкость к износу.
- Кремний (Si): Улучшает прочность и полезен для дегазации при производстве стали.
Механические свойства
| Свойство | Условие/Температура | Температура испытания | Типичное значение/диапазон (метрический) | Типичное значение/диапазон (имперский) | Ссылка на стандарт для метода испытания |
|---|---|---|---|---|---|
| Тянущее усилие | Отожженая | Комнатная температура | 370 - 450 МПа | 54 - 65 ksi | ASTM E8 |
| Прочность на сдвиг (0.2% отклонение) | Отожженая | Комнатная температура | 210 - 300 МПа | 30 - 43.5 ksi | ASTM E8 |
| Деформация | Отожженая | Комнатная температура | 20 - 30% | 20 - 30% | ASTM E8 |
| Твердость (Бринелля) | Отожженая | Комнатная температура | 120 - 160 HB | 120 - 160 HB | ASTM E10 |
| Ударная прочность | Шарпи (при -20°C) | -20°C | 30 - 50 Дж | 22 - 37 фт-лб | ASTM E23 |
Механические свойства стали 1004 делают ее подходящей для приложений, требующих умеренной прочности и хорошей обрабатываемости. Сочетание предела прочности на сдвиг и тянущей прочности указывает на то, что, хотя она может выдерживать значительные нагрузки, она также способна деформироваться без разрушения, что является важным в строительных приложениях.
Физические свойства
| Свойство | Условие/Температура | Значение (метрический) | Значение (имперский) |
|---|---|---|---|
| Плотность | Комнатная температура | 7.85 г/см³ | 0.284 фунт/дюйм³ |
| Температура плавления | - | 1425 - 1540 °C | 2600 - 2800 °F |
| Теплопроводность | Комнатная температура | 50 Вт/м·К | 29 BTU·дюйм/(ч·фт²·°F) |
| Удельная теплоемкость | Комнатная температура | 0.49 кДж/кг·К | 0.12 BTU/фунт·°F |
| Электрическое сопротивление | Комнатная температура | 0.0000017 Ω·м | 0.0000017 Ω·фут |
Ключевые физические свойства, такие как плотность и теплопроводность, важны для приложений, связанных с термической обработкой и тепловой переработкой. Плотность указывает на вес материала, что имеет решающее значение для строительных приложений, в то время как теплопроводность влияет на то, как материал будет вести себя при изменении температуры.
Коррозионная стойкость
| Коррозионный агент | Концентрация (%) | Температура (°C) | Рейтинг стойкости | Примечания |
|---|---|---|---|---|
| Хлориды | 3-5 | 25-60 | Умеренная | Риск питтинговой коррозии |
| Серная кислота | 10 | 25 | Плохая | Не рекомендуется |
| Гидроксид натрия | 5 | 25 | Хорошая | Ограниченная стойкость |
Сталь 1004 проявляет умеренную коррозионную стойкость, особенно в средах с хлоридами и щелочными растворами. Однако она подвержена питтинговой и стрессовой коррозии в условиях, богатых хлором. По сравнению с нержавеющими сталями, такими как 304 или 316, коррозионная стойкость стали 1004 значительно ниже, что делает ее менее подходящей для морских или сильно коррозионных применений.
Тепловая стойкость
| Свойство/лимит | Температура (°C) | Температура (°F) | Примечания |
|---|---|---|---|
| Максимальная температура непрерывной эксплуатации | 400 | 752 | Подходит для умеренных температур |
| Максимальная температура прерывистой эксплуатации | 450 | 842 | Только для краткосрочного воздействия |
| Температура обгорания | 600 | 1112 | Риск окисления выше этой температуры |
При повышенных температурах сталь 1004 сохраняет свою структурную целостность до примерно 400 °C (752 °F). За этой границей риск окисления возрастает, что может привести к деградации свойств материала. Это делает ее подходящей для приложений, где высокие температуры не являются постоянным фактором.
Свойства при обработке
Свариваемость
| Процесс сварки | Рекомендуемый присадочный металл (классификация AWS) | Типичный защитный газ/флюс | Примечания |
|---|---|---|---|
| MIG | ER70S-6 | Аргон + CO2 | Хорошо для тонких секций |
| TIG | ER70S-2 | Аргон | Чистая сварка, низкая деформация |
| Электродная сварка | E7018 | N/A | Требует предварительного прогрева для толстых секций |
Сталь 1004 хорошо сваривается, что делает ее подходящей для различных процессов сварки. Предварительный прогрев может быть необходим для более толстых секций, чтобы избежать трещин. Термальная обработка после сварки может улучшить механические свойства сварного шва.
Обрабатываемость
| Параметр обработки | Сталь 1004 | AISI 1212 | Примечания/Советы |
|---|---|---|---|
| Индекс относительной обрабатываемости | 70 | 100 | 1004 имеет среднюю обрабатываемость |
| Типичная скорость резания (Токарная обработка) | 50 м/мин | 80 м/мин | Корректировать в зависимости от инструмента |
Сталь 1004 обеспечивает умеренную обрабатываемость, которая может быть улучшена при правильном инструменте и условиях резания. Важно использовать острые инструменты и соответствующие скорости резания для достижения оптимальных результатов.
Формуемость
Сталь 1004 обладает отличной формуемостью, что делает ее подходящей для холодной и горячей обработки. Ее можно легко сгибать и формовать без трещин, что позволяет создавать сложные геометрические формы в производстве. Скорость упрочнения умеренная, что означает, что, хотя ее можно значительно формировать, необходимо избегать чрезмерных напряжений.
Термическая обработка
| Процесс обработки | Температурный диапазон (°C/°F) | Типичное время выдержки | Способ охлаждения | Основная цель / Ожидаемый результат |
|---|---|---|---|---|
| Отжиг | 600 - 700 / 1112 - 1292 | 1 - 2 часа | Воздух | Улучшение обрабатываемости и уменьшение твердости |
| Нормализация | 850 - 900 / 1562 - 1652 | 1 - 2 часа | Воздух | Уточнение зернистой структуры |
| Закалка | 800 - 850 / 1472 - 1562 | 30 минут | Масло или вода | Увеличение твердости |
Процессы термической обработки, такие как отжиг и нормализация, имеют решающее значение для изменения микроструктуры стали 1004. Отжиг улучшает обрабатываемость и уменьшает твердость, в то время как нормализация уточняет зернистую структуру, повышая общие механические свойства.
Типичные применения и область использования
| Отрасль/Сектор | Конкретный пример применения | Ключевые свойства стали, используемые в этом приложении | Причина выбора |
|---|---|---|---|
| Автомобильная | Компоненты шасси | Хорошая свариваемость, обрабатываемость | Экономичная, легко формуется |
| Производство | Механические части | Умеренная прочность, обрабатываемость | Подходит для массового производства |
| Строительство | Структурные балки | Прочность, формуемость | Экономична для крупных конструкций |
Другие применения включают:
- Сельскохозяйственное оборудование
- Трубопроводы и трубки
- Автомобильные кузова
Выбор стали 1004 в автомобилестроении и производстве в основном обусловлен ее балансом прочности, обрабатываемости и экономичности, что делает ее идеальной для компонентов, требующих хорошей формуемости и свариваемости.
Важные соображения, критерии выбора и дополнительные сведения
| Особенность/Свойство | Сталь 1004 | AISI 1010 | AISI 1020 | Краткая заметка о преимуществах/недостатках или компромиссе |
|---|---|---|---|---|
| Ключевое механическое свойство | Умеренная прочность | Низкая прочность | Высокая прочность | 1004 предлагает баланс свойств |
| Ключевой аспект коррозии | Умеренная | Плохая | Плохая | Все марки имеют ограниченную коррозионную стойкость |
| Свариваемость | Хорошая | Умеренная | Хорошая | 1004 легче сваривать, чем 1010 |
| Обрабатываемость | Умеренная | Хорошая | Умеренная | 1004 менее обрабатываема, чем 1010 |
| Формуемость | Отличная | Хорошая | Хорошая | 1004 превосходит в процессах формования |
| Приблизительная относительная стоимость | Низкая | Низкая | Умеренная | Экономически эффективна для многих приложений |
| Типичное наличие | Высокое | Высокое | Высокое | Широко доступна в различных формах |
При выборе стали 1004 следует учитывать такие факторы, как ее экономичность, наличие и пригодность для конкретных приложений. Ее умеренная прочность и отличная формуемость делают ее популярным выбором в отраслях, где эти свойства имеют первостепенное значение. Однако ее ограничения в коррозионной стойкости и прочности по сравнению с высоколегированными сталями должны быть тщательно оценены в зависимости от требований приложения.
В заключение, сталь 1004 служит универсальным материалом в различных инженерных приложениях, предлагая баланс свойств, соответствующих потребностям производителей и инженеров. Ее историческое значение и продолжающаяся актуальность на рынке подчеркивают ее ценность в современных приложениях.