S55C Сталь (JIS ~1055): Свойства и ключевые применения

Сталь S55C, классифицируемая как среднеуглеродная легированная сталь, признана за сбалансированные свойства, которые делают её подходящей для различных инженерных применений. Этот сорт стали в основном состоит из углерода (примерно 0,50-0,60% по весу), с добавлением легирующих элементов, таких как марганец, силикон и фосфор. Присутствие углерода улучшает твёрдость и прочность, в то время как марганец способствует улучшению ударной вязкости и износостойкости.

Полный обзор

Сталь S55C относится к стандартам JIS (Японские промышленные стандарты) и эквивалентна классу AISI 1055. Среднее содержание углерода обеспечивает хороший баланс между прочностью и пластичностью, что делает её универсальным выбором для различных применений, включая автомобильные компоненты, детали машин и конструктивные применения.

Ключевые характеристики:
- Твёрдость и прочность: S55C демонстрирует хорошую твёрдость и прочность на растяжение, что делает её подходящей для применений, требующих высокой износостойкости.
- Пластичность: Хотя она прочнее низкоуглеродных сталей, сохраняет достаточную пластичность для процессов формования и обработки.
- Закаляемость: Эта сталь может быть закалена для дальнейшего улучшения её механических свойств.

Преимущества:
- Высокое соотношение прочности к весу.
- Хорошая обрабатываемость и свариваемость.
- Подходит для процессов термической обработки для достижения желаемой твёрдости.

Ограничения:
- Умеренная коррозионная стойкость по сравнению с нержавеющими сталями.
- Требует внимательного контроля во время термической обработки, чтобы избежать хрупкости.

Исторически сталь S55C широко использовалась в производстве компонентов, которым требуется сочетание прочности и ударной вязкости, таких как шестерни, оси и валы. Её рыночная позиция остаётся сильной благодаря адаптивности в различных инженерных секторах.

Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты

Стандартная организация	Обозначение/Класс	Страна/Регион происхождения	Заметки/Пометки
UNS	G10550	США	Ближайший эквивалент S55C
AISI/SAE	1055	США	Схожие свойства, незначительные различия в химическом составе
ASTM	A29/A29M	США	Общая спецификация для углеродной стали
EN	C55E	Европа	Эквивалент с небольшими различиями в составе
DIN	C55	Германия	Сравнимый класс с похожими применениями
JIS	S55C	Япония	Основное обозначение для данного сорта стали
GB	Q345B	Китай	Схожая прочность, но низкое содержание углерода

Различия между этими эквивалентными классами часто заключаются в их специфическом содержании углерода и наличии других легирующих элементов, которые могут повлиять на их механические свойства и пригодность для конкретных применений.

Ключевые свойства

Химический состав

Элемент (Символ и название)	Диапазон процентного содержания (%)
C (углерод)	0.50 - 0.60
Mn (марганец)	0.60 - 0.90
Si (силикон)	0.15 - 0.40
P (фосфор)	≤ 0.030
S (сера)	≤ 0.030

Основная роль углерода в S55C заключается в улучшении твёрдости и прочности, в то время как марганец улучшает ударную вязкость и износостойкость. Силикон способствует обезоксидированию при производстве стали и увеличивает прочность, а фосфор и сера держатся на низком уровне, чтобы избежать хрупкости и улучшить пластичность.

Механические свойства

Свойство	Условие/Температура	Типичное значение/Диапазон (метрические - SI единицы)	Типичное значение/Диапазон (дюймовые единицы)	Справочный стандарт для метода испытания
Прочность на растяжение	Закалённая и отпущенная	600 - 800 МПа	87 - 116 ksi	ASTM E8
Прочность на текучесть (0.2% смещение)	Закалённая и отпущенная	400 - 600 МПа	58 - 87 ksi	ASTM E8
Удлинение	Закалённая и отпущенная	10 - 15%	10 - 15%	ASTM E8
Снижение площади	Закалённая и отпущенная	40 - 50%	40 - 50%	ASTM E8
Твёрдость (по Роквеллу C)	Отжиг	20 - 30 HRC	20 - 30 HRC	ASTM E18
Ударная прочность (Шарпи)	-20°C	30 - 50 Дж	22 - 37 фунт-сила-фут	ASTM E23

Сочетание высокой прочности на растяжение и текучесть делает S55C подходящей для применений, подвергающихся значительным механическим нагрузкам. Её умеренное удлинение указывает на то, что, несмотря на высокую прочность, она всё ещё может подвергаться некоторым деформациям перед разрушением, что важно для структурной целостности.

Физические свойства

Свойство	Условие/Температура	Значение (метрические - SI единицы)	Значение (дюймовые единицы)
Плотность	-	7.85 г/см³	0.284 lb/in³
Температура плавления	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Теплопроводность	20°C	45 Вт/м·К	31.2 BTU·in/(ч·фт²·°F)
Удельная теплоёмкость	-	0.46 Дж/г·К	0.11 BTU/фунт·°F
Электрическое сопротивление	-	0.0000017 Ом·м	0.0000017 Ом·дюйм
Коэффициент теплового расширения	20 - 100 °C	11.5 x 10⁻⁶ /K	6.36 x 10⁻⁶ /°F

Плотность S55C указывает на то, что она относительно тяжёлая, что способствует её прочности. Диапазон температур плавления предполагает, что она может выдерживать высокие температуры до перехода в жидкое состояние, что делает её подходящей для применений, связанных с теплом. Теплопроводность умеренная, что полезно в приложениях, где необходимо рассеивание тепла.

Коррозионная стойкость

Коррозионный агент	Концентрация (%)	Температура (°C/°F)	Рейтинг сопротивления	Заметки
Атмосферное	-	-	Умеренная	Подвержена ржавчине без защиты
Хлориды	3-5	20-60 °C (68-140 °F)	Плохо	Риск коррозии точечной
Кислоты	10-20	20-40 °C (68-104 °F)	Плохо	Не рекомендуется для кислотной среды
Щёлочи	5-10	20-60 °C (68-140 °F)	Умеренная	Умеренная стойкость, но со временем может коррозировать
Органические вещества	-	-	Хорошая	Как правило, устойчива к органическим растворителям

Сталь S55C демонстрирует умеренную коррозионную стойкость, особенно в атмосферных условиях. Однако она подвержена точечной коррозии в хлоридных средах и не должна использоваться в кислых условиях. По сравнению с нержавеющими сталями, коррозионная стойкость S55C ограничена, что делает её менее подходящей для применения в суровых условиях.

Теплостойкость

Свойство/Ограничение	Температура (°C)	Температура (°F)	Заметки
Максимальная температура непрерывной эксплуатации	300	572	Подходит для применения при умеренных температурах
Максимальная температура прерывистой эксплуатации	400	752	Может выдерживать кратковременное воздействие более высоких температур
Температура образования корки	600	1112	Риск окисления выше этой температуры
Учет прочности на ползание	400	752	Начинает терять прочность при повышенных температурах

Сталь S55C сохраняет свои механические свойства при умеренных температурах, что делает её подходящей для приложений, подвергающихся тепловым циклам. Однако необходимо избегать длительного воздействия температур выше 400 °C (752 °F), так как это может привести к окислению и потере прочности.

Свойства обработки

Свариваемость

Процесс сварки	Рекомендуемый filler metal (классификация AWS)	Типичный защитный газ/флюс	Заметки
MIG	ER70S-6	Смесь аргона и CO2	Хорошо подходит для тонких секций
TIG	ER70S-2	Аргон	Подходит для чистых швов
Проволочная (SMAW)	E7018	-	Требует предварительного нагрева

Сталь S55C в целом считается свариваемой, однако рекомендуется предварительный нагрев для минимизации риска трещин. Термальная обработка после сварки также может улучшить свойства сварного шва. Следует обратить внимание на выбор подходящих filler metals, чтобы соответствовать свойствам основного материала.

Обрабатываемость

Параметр обработки	S55C	AISI 1212	Заметки/Советы
Относительный индекс обрабатываемости	60%	100%	S55C менее обрабатываема, чем 1212
Типичная скорость резания (Торцовка)	30 м/мин	50 м/мин	Регулируйте скорости в зависимости от инструмента

S55C демонстрирует умеренную обрабатываемость, которую можно улучшить с помощью правильных режущих инструментов и условий. Рекомендуется использовать инструменты из быстрорежущей стали или карбидные инструменты для оптимальной производительности.

Формуемость

Сталь S55C может быть холодно и горячо формована, но необходимо избегать чрезмерного упрочнения. Минимальный радиус изгиба следует учитывать во время формовочных процессов, чтобы избежать трещин.

Термическая обработка

Процесс обработки	Диапазон температур (°C/°F)	Типичное время выдержки	Метод охлаждения	Основная цель / Ожидаемый результат
Отжиг	600 - 700 / 1112 - 1292	1 - 2 часа	Воздух	Смягчение, улучшение пластичности
Закалка	800 - 900 / 1472 - 1652	30 минут	Масло или вода	Упрочнение
Отпуск	200 - 600 / 392 - 1112	1 час	Воздух	Снижение хрупкости, улучшение ударной вязкости

Процессы термической обработки значительно влияют на микроструктуру и свойства стали S55C. Закалка увеличивает твёрдость, в то время как отпуск снижает хрупкость, делая сталь более подходящей для динамических приложений.

Типичные применения и конечные использование

Отрасль/Сектор	Конкретный пример применения	Ключевые свойства стали, используемые в этом приложении	Причина выбора (кратко)
Автомобильная	Шестерни	Высокая прочность на растяжение, износостойкость	Требуется для долговечности
Машиностроение	Валы	Ударная вязкость, обрабатываемость	Ключевое для производительности
Строительство	Структурные компоненты	Прочность, пластичность	Поддерживает нагрузки

Другие применения включают:
- Инструменты и матрицы
- Крепежи
- Сельскохозяйственное оборудование

S55C выбрана для этих применений благодаря своему сочетанию прочности, ударной вязкости и обрабатываемости, что делает её идеальной для компонентов, которые должны выдерживать значительное механическое напряжение.

Важные соображения, критерии выбора и дальнейшие рекомендации

Особенность/Свойство	S55C	AISI 1045	AISI 4140	Краткая заметка о плюсах/минусах или компромиссах
Ключевое механическое свойство	Высокая прочность	Умеренная прочность	Высокая прочность	S55C предлагает баланс прочности и пластичности
Ключевой коррозионный аспект	Умеренная	Умеренная	Хорошая	S55C менее устойчива, чем 4140 в коррозионных средах
Свариваемость	Хорошая	Умеренная	Умеренная	S55C проще сваривать, чем 4140
Обрабатываемость	Умеренная	Хорошая	Умеренная	S55C менее обрабатываема, чем 1045
Формуемость	Хорошая	Хорошая	Умеренная	S55C легче формовать по сравнению с 4140
Приблизительная относительная стоимость	Умеренная	Умеренная	Высшая	Экономически целесообразна для многих применений
Типичная доступность	Распространённая	Распространённая	Менее распространённая	S55C широко доступна в различных формах

При выборе стали S55C важны такие соображения, как экономическая целесообразность, доступность и конкретные механические свойства. Её умеренная коррозионная стойкость делает её подходящей для многих приложений, но для сред с высоким коррозионным потенциалом могут быть более подходящие альтернативные классы. Кроме того, сваряемость и обрабатываемость S55C делают её практичным выбором для производителей, ищущих универсальный сорт стали.

В заключение, сталь S55C является среднеуглеродной легированной сталью, которая предлагает сбалансированное сочетание прочности, ударной вязкости и обрабатываемости, что делает её подходящей для различных инженерных приложений. Её свойства могут быть адаптированы с помощью термической обработки, и хотя она имеет ограничения в коррозионной стойкости, остаётся популярным выбором в индустрии.