Нержавеющая сталь против. Углеродистая сталь: Окончательное противостояние материалов

Введение

Выбор правильного металла для вашего проекта может существенно повлиять на производительность и долговечность..

В этой статье, мы углубимся в характеристики нержавеющей и углеродистой стали, два наиболее широко используемых металла в различных отраслях промышленности.

Мы изучим их виды, преимущества, недостатки, и ключевые сравнения, которые помогут вам определить, какой материал лучше всего соответствует вашим потребностям..

1. Определения

Нержавеющая сталь:

Нержавеющая сталь — универсальный и прочный материал, содержащий как минимум 10.5% хром, который образует на поверхности защитный слой оксида хрома, обеспечение превосходной коррозионной стойкости.

Он также может включать другие легирующие элементы, такие как никель., молибден, и титан для улучшения специфических свойств.

Этот защитный слой самовосстанавливается в присутствии кислорода., делает нержавеющую сталь очень устойчивой к ржавчине и коррозии.

Углеродистая сталь:

Углеродистая сталь – это железоуглеродистый сплав с содержанием углерода от 0.05% к 2.1% по весу.

Он известен своей прочностью и экономичностью., но ему не хватает коррозионной стойкости нержавеющей стали..

Чем выше содержание углерода, тем прочнее и тверже становится сталь, но он также становится более хрупким.

Углеродистая сталь широко используется в различных областях применения благодаря своей универсальности и доступности..

2. Виды нержавеющей стали

• Аустенитная нержавеющая сталь:

• • Характеристики: Немагнитный, легко формуемый, и свариваемый. Отличная коррозионная стойкость.
  • Общие оценки: 304 (общего назначения), 316 (морская и химическая обработка).
  • Приложения: Кухонная техника, оборудование для пищевой промышленности, и архитектурная облицовка.

• Мартенситная нержавеющая сталь:

• • Характеристики: Магнитный, закаливающийся посредством термической обработки, и подходит для высокопрочных применений.
  • Общие оценки: 410 (столовые приборы и лезвия), 420 (хирургические инструменты).
  • Приложения: Лезвия, хирургические инструменты, и износостойкие компоненты.

• Ферритная нержавеющая сталь:

• • Характеристики: Магнитный, менее формуемый, чем аустенитный, и хорошая коррозионная стойкость.
  • Общие оценки: 409 (автомобильные выхлопные системы), 430 (бытовая техника и кухонная утварь).
  • Приложения: Автозапчасти, кухонные мойки, и декоративная отделка.

• Дуплекс из нержавеющей стали:

• • Характеристики: Сочетание аустенитной и ферритной микроструктур., обеспечивает высокую прочность и отличную коррозионную стойкость.
  • Общие оценки: 2205 (нефтегазовая промышленность).
  • Приложения: Химическая обработка, морская среда, и структурные компоненты.

• Дисперсионно-твердеющая нержавеющая сталь:

• • Характеристики: Может быть упрочнен термической обработкой, сочетание высокой прочности с хорошей коррозионной стойкостью.
  • Общие оценки: 17-4 PH (аэрокосмическое и медицинское оборудование).
  • Приложения: Аэрокосмические компоненты, медицинские инструменты, и детали, подвергающиеся высоким нагрузкам.

• Супердуплексная нержавеющая сталь:

• • Характеристики: Улучшенные версии дуплексных сталей, обеспечивает превосходную прочность и устойчивость к коррозии.
  • Общие оценки: 2507 (морские нефтегазовые платформы).
  • Приложения: Морские структуры, опреснительные установки, и средах с высокой коррозией.

3. Виды углеродистой стали

• Мягкая сталь (Низкоуглеродистая сталь):

• • Характеристики: Содержит до 0.3% углерод, что делает его очень пластичным и простым в работе..
  • Общий класс: АИСИ 1018.
  • Приложения: Структурные балки, листовой металл, и общее производство.

• Среднеуглеродистая сталь:

• • Характеристики: Содержит 0.3% к 0.6% углерод, предлагая баланс между прочностью и пластичностью.
  • Общий класс: АИСИ 1045.
  • Приложения: Шестерни, валы, и детали машин.

• Высокоуглеродистая сталь:

• • Характеристики: Содержит 0.6% к 2.1% углерод, обеспечение высокой прочности и твердости, но меньшей пластичности.
  • Общий класс: АИСИ 1095.
  • Приложения: Режущие инструменты, источники, и быстроизнашивающиеся компоненты.

4. Преимущества

Нержавеющая сталь:

• Коррозионная стойкость: Отличная устойчивость к ржавчине и коррозии, что делает его идеальным для суровых условий.
• Эстетическая привлекательность: Яркий, блестящая отделка, часто используется в декоративных и архитектурных целях.
• Гигиенический: Легко чистить и дезинфицировать, что делает его идеальным для пищевых и медицинских применений.
• Долговечность: Длительный срок службы и низкие эксплуатационные расходы, сокращение долгосрочных затрат.
• Теплостойкость: Устойчивость к высоким температурам, подходит для применения в условиях высоких температур.
• пригодный для вторичной переработки: Высокая степень вторичной переработки, вклад в устойчивое развитие.

Углеродистая сталь:

• Сила: Высокий предел прочности и текучести, особенно в высокоуглеродистых сталях, что делает его пригодным для структурных и несущих конструкций.
• Экономичный: Обычно дешевле, чем нержавеющая сталь., что делает его экономически эффективным выбором для многих проектов.
• Универсальность: Широкий спектр применения благодаря своей прочности и формуемости..
• Свариваемость: Легче сваривать по сравнению с некоторыми марками нержавеющей стали., возможность гибкого изготовления.
• Обрабатываемость: Хорошая обрабатываемость, особенно в мягких и среднеуглеродистых сталях, способствует эффективному производству.
• Доступность: Широко доступны и просты в поиске, сокращение сроков и затрат на выполнение заказов.

5. Недостатки

Нержавеющая сталь:

• Расходы: Более дорогая, чем углеродистая сталь, из-за добавления легирующих элементов, таких как хром и никель..
• Обрабатываемость: Может быть сложнее обрабатывать из-за его твердости., требующие специальных инструментов и технологий.
• Свариваемость: Некоторые оценки, как мартенситный, может быть сложно сваривать, требующий тщательного управления теплом.
• Масса: Обычно тяжелее углеродистой стали, что может быть недостатком в приложениях, чувствительных к весу.
• Теплопроводность: Более низкая теплопроводность по сравнению с углеродистой сталью., которые могут повлиять на теплопередачу в определенных приложениях.

Углеродистая сталь:

• Коррозия: Без должной обработки подвержен ржавчине и коррозии., требующие регулярного ухода и защиты.
• Обслуживание: Требует регулярной покраски., покрытие, или другие защитные меры для предотвращения коррозии.
• Появление: Менее эстетичен по сравнению с нержавеющей сталью., часто требуется дополнительная отделка для лучшего внешнего вида.
• Тепловая чувствительность: Может потерять прочность и стать хрупким при высоких температурах., ограничение его использования в условиях высоких температур.
• Воздействие на окружающую среду: Менее экологична по сравнению с нержавеющей сталью., поскольку его не так легко переработать.

6. Всестороннее сравнение нержавеющей стали и. Углеродистая сталь

6.1 Вес и плотность

• Нержавеющая сталь: Тяжелее, с плотностью около 7.9 г/см³, что делает его более существенным, а иногда и менее желательным для приложений, чувствительных к весу..
• Углеродистая сталь: Зажигалка, с плотностью около 7.85 г/см³, предлагая небольшое преимущество в конструкциях, чувствительных к весу.

6.2 Прочность и долговечность

• Предел прочности:

• • Нержавеющая сталь: Обычно варьируется от 500 к 800 МПа, с некоторыми степенями дисперсионной твердости, достигающими более 1000 МПа.
  • Углеродистая сталь: Может варьироваться от 400 к 1200 МПа, в зависимости от содержания углерода, при этом высокоуглеродистые стали являются самыми прочными.

• Усталостная устойчивость:

• • Нержавеющая сталь: Хорошая усталостная устойчивость, особенно в аустенитных марках, что делает его пригодным для приложений с циклической нагрузкой.
  • Углеродистая сталь: В целом лучшее сопротивление усталости, особенно в высокоуглеродистых сталях, которые часто используются в приложениях с высокими нагрузками.

• Износостойкость:

• • Нержавеющая сталь: Хорошая износостойкость, особенно в дисперсионно-твердеющих марках, что делает его подходящим для сред с высоким износом.
  • Углеродистая сталь: Отличная износостойкость, особенно в высокоуглеродистых сталях, которые обычно используются в режущих инструментах и ​​износостойких компонентах.

• Ударопрочность:

• • Нержавеющая сталь: Более высокая ударопрочность, особенно в аустенитных марках, что делает его пригодным для применений, где прочность имеет решающее значение..
  • Углеродистая сталь: Более низкая ударопрочность, но все же достаточно для многих приложений. Высокоуглеродистые стали могут стать хрупкими при ударах.

6.3 Механические свойства

• Нержавеющая сталь: Обладает широким спектром механических свойств., от высокой прочности до высокой пластичности, в зависимости от класса. Аустенитные марки обладают высокой пластичностью., в то время как мартенситные марки обеспечивают высокую прочность.
• Углеродистая сталь: Известен своей высокой прочностью и выносливостью., но может быть более хрупким в марках с высоким содержанием углерода. Мягкие и среднеуглеродистые стали обеспечивают хороший баланс прочности и пластичности..

6.4 Коррозионная стойкость

• Нержавеющая сталь: Отличная коррозионная стойкость, особенно в аустенитных и дуплексных марках, что делает его пригодным для суровых условий.
• Углеродистая сталь: Плохая устойчивость к коррозии, требующие защитных покрытий или обработки. Регулярное техническое обслуживание необходимо для предотвращения ржавчины и коррозии..

6.5 Теплостойкость

• Нержавеющая сталь: Превосходная термостойкость, сохранение прочности при высоких температурах. Аустенитные марки, в частности, выдерживает температуру до 1000°C.
• Углеродистая сталь: Теряет прочность при высоких температурах и может стать хрупким.. Не подходит для применения при высоких температурах без специальной обработки..

6.6 Свариваемость

• Нержавеющая сталь: Как правило, сваривать сложнее., но некоторые оценки, такие как 304 и 316 проще. Могут потребоваться специальные методы сварки и присадочные материалы..
• Углеродистая сталь: Легче сваривать, с широким спектром доступных методов сварки. Обычно используется в конструкционных и производственных целях..

6.7 Формируемость и обрабатываемость

• Нержавеющая сталь: Это может быть сложнее сформировать и обработать., особенно в более сложных классах. Часто требуются специальные инструменты и методы..
• Углеродистая сталь: Хорошая формуемость и обрабатываемость, особенно в мягких и среднеуглеродистых сталях. Подходит для широкого спектра процессов формовки и механической обработки..

6.8 Контактная коррозия

• Нержавеющая сталь: Устойчив к контактной коррозии, что делает его пригодным для сред, где контактируют различные металлы. Защитный слой оксида хрома предотвращает гальваническую коррозию..
• Углеродистая сталь: Склонен к контактной коррозии., требующие тщательного проектирования и выбора материалов. Гальваническая коррозия может возникнуть при контакте углеродистой стали с разнородными металлами..

6.9 Появление

• Нержавеющая сталь: Яркий, блестящая отделка, часто используется в эстетических целях. Доступен в различных вариантах отделки, в том числе матовый, полированный, и зеркальный.
• Углеродистая сталь: Тупой, сероватый вид, может потребоваться покраска или покрытие для улучшения эстетики. Часто используется в функциональных, а не декоративных целях..

6.10 Магнитные свойства

• Нержавеющая сталь: Аустенитные марки немагнитны., в то время как ферритные и мартенситные марки являются магнитными. Это свойство важно для применений, где необходимо избегать магнитных помех..
• Углеродистая сталь: Обычно магнитный, что делает его пригодным для применений, где желательны магнитные свойства, например, в двигателях и генераторах.

6.11 Цена

• Нержавеющая сталь: Более дорогой из-за добавления легирующих элементов, таких как хром и никель.. Стоимость может существенно варьироваться в зависимости от сорта и конъюнктуры рынка..
• Углеродистая сталь: Обычно дешевле, что делает его экономически эффективным выбором для многих приложений. На стоимость влияет содержание углерода и конкретная марка..

7. Приложения и отрасли

• Строительная промышленность:

• • Нержавеющая сталь: Используется в архитектурных особенностях, облицовка, и структурные компоненты. Распространен в прибрежных районах и районах с высокой влажностью из-за своей коррозионной стойкости..
  • Углеродистая сталь: Широко используется в структурных балках, столбцы, и арматурные стержни. Экономичный и мощный, что делает его популярным выбором для общего строительства..

• Автомобильная промышленность:

• • Нержавеющая сталь: Используется в выхлопных системах., подрезать, и декоративные элементы. Обеспечивает долговечность и превосходный внешний вид..
  • Углеродистая сталь: Используется в кузовных панелях., рамки, и компоненты двигателя. Экономичный и мощный, подходит для массового производства.

• Аэрокосмическая промышленность:

• • Нержавеющая сталь: Используется в авиационных двигателях., крепежные детали, и структурные компоненты. Высокая температура и коррозионная стойкость делают его пригодным для требовательных применений в аэрокосмической отрасли..
  • Углеродистая сталь: Используется в шасси, структурные компоненты, и крепеж. Мощный и экономичный, но требует тщательного рассмотрения в высокотемпературных и агрессивных средах.

• Электроника и телекоммуникации:

• • Нержавеющая сталь: Используется в корпусах, разъемы, и оборудование. Обеспечивает долговечность и профессиональный внешний вид..
  • Углеродистая сталь: Используется в корпусах, шасси, и вспомогательные структуры. Экономичный и мощный, подходит для широкого спектра электронного и телекоммуникационного оборудования.

• Инструменты и машины:

• • Нержавеющая сталь: Используется в режущих инструментах., формы, и умирает. Высокая износостойкость и коррозионная стойкость делают его пригодным для высокоточных и быстроизнашивающихся применений..
  • Углеродистая сталь: Используется в оснастке, техника, и оборудование. Мощный и экономичный, подходит для широкого спектра промышленных и производственных применений.

8. Какой материал подойдет именно вам? Нержавеющая сталь против. Углеродистая сталь

Ваш выбор зависит от конкретных требований вашего проекта.. Выбирайте нержавеющую сталь, если вам нужна устойчивость к коррозии и эстетическая привлекательность..

Выбирайте углеродистую сталь для применений, требующих прочности., твердость, и экономическая эффективность.

Если у вас есть вопросы о литье из углеродистой стали и литье из нержавеющей стали, свяжитесь с нами свободно.

9. Заключение

И нержавеющая сталь, и углеродистая сталь имеют свои уникальные преимущества и недостатки., делая их пригодными для различных применений.

Понимая свойства и характеристики каждого, вы можете принять обоснованное решение, которое наилучшим образом соответствует требованиям вашего проекта.

Учитывайте конкретные требования вашего приложения, среда, в которой будет использоваться материал, и ваш бюджет, чтобы выбрать наиболее подходящий материал.

Ссылка на содержимое：https://www.xometry.com/resources/materials/alloy-steel-vs-carbon-steel/

Часто задаваемые вопросы

вопрос: Нержавеющая сталь прочнее углеродистой стали??

А: Не обязательно. Хотя некоторые марки нержавеющей стали обладают высокой прочностью, углеродистая сталь, особенно высокоуглеродистая сталь, может быть сильнее.

Прочность зависит от конкретного сорта и применения.. Например, высокоуглеродистая сталь (как AISI 1095) прочнее многих марок нержавеющей стали, но он также более хрупкий.

вопрос: Может ли ржаветь углеродистая сталь?

А: Да, углеродистая сталь подвержена ржавчине, особенно во влажной среде без защитных покрытий.

вопрос: Что дороже, нержавеющая сталь или углеродистая сталь?

А: Нержавеющая сталь обычно стоит дороже из-за наличия в ней легирующих элементов., но он обеспечивает большую долгосрочную ценность во многих приложениях.