Si vous travaillez sur des projets de construction, machinerie de construction, ou concevoir des pièces mécaniques, Acier de structure en carbone ordinaire est probablement un matériau sur lequel vous comptez. C'est un polyvalent, variante en acier rentable qui équilibre la résistance, activabilité, et l'abordabilité - faisant de son épine dorsale de l'ingénierie structurelle et générale. Dans ce guide, Nous allons briser ses propriétés clés, Utilise du monde réel, Comment c'est fait, Et comment il se compare à d'autres matériaux. Que vous choisissiez de l'acier pour les poutres, engrenages, ou attaches, Ce guide vous aidera à prendre des décisions éclairées.
1. Propriétés des matériaux de l'acier de structure en carbone ordinaire
L'acier de structure en carbone ordinaire est défini par sa teneur en carbone (généralement 0,10 à 0,30%) et des éléments d'alliage minimaux. Ses propriétés sont adaptées à la stabilité structurelle et à la fiabilité mécanique, avec des traits «modérés» qui le rendent adaptable à divers projets.
Composition chimique
C'est simple, Le maquillage rentable se concentre sur le carbone et les oligo-éléments essentiels - aucun alliage coûteux:
- Carbone (C): 0.10 - 0.30% – The core element that controls strength; assez pour fournir une rigidité structurelle (contre. acier à faible teneur en carbone) Mais pas tellement que ça devient cassant (contre. à haut carbone acier).
- Manganèse (MN): 0.30 - 1.00% – Enhances hardenability (aide l'acier à durcir uniformément pendant le traitement thermique) et réduit la fragilité, le rendre plus durable dans le stress.
- Silicium (Et): 0.10 - 0.35% – Acts as a deoxidizer (Élimine les bulles d'oxygène de l'acier fondu) et ajoute une force mineure sans nuire à la formabilité.
- Phosphore (P): ≤0,04% – Minimized to avoid “cold brittleness” (Craquage à basses températures), critique pour les pièces structurelles extérieures comme les poutres.
- Soufre (S): ≤0,05% - maintenu bas pour maintenir la ténacité, bien que de petites quantités puissent améliorer la machinabilité (appelés variantes «maconnage libre»).
- Orientés: Tiny amounts of cuivre ou nickel (De l'acier recyclé) - Ajouter une résistance ou une résistance à la corrosion subtile sans augmenter les coûts.
Propriétés physiques
Ces traits assurent la cohérence dans l'utilisation du monde réel, des changements de température au chargement structurel:
| Propriété | Valeur typique | Pourquoi c'est important pour l'ingénierie |
|---|---|---|
| Densité | ~ 7,85 g / cm³ | Identique à la plupart des aciers, Il est donc facile de calculer le poids pour les conceptions structurelles (Par exemple, Capacité de charge de faisceau). |
| Point de fusion | ~ 1450 - 1500 ° C | Assez haut pour résister à la soudage, usinage, et traitement thermique sans déformation. |
| Conductivité thermique | ~ 40 w /(m · k) | Dissie bien la chaleur - la surchauffe des pratiques en pièces mécaniques comme les engrenages ou les arbres. |
| Coefficient de dilatation thermique | ~ 11 x 10⁻⁶ / ° C | Une faible extension signifie qu'elle conserve la forme des fluctuations de température (Par exemple, poutres extérieures en été / hiver). |
| Propriétés magnétiques | Ferromagnétique | Facile à manipuler avec des outils magnétiques (Par exemple, Plaques d'acier à levage pour la construction) ou utiliser dans les capteurs magnétiques. |
Propriétés mécaniques
Ses traits mécaniques «modérés» établissent un équilibre entre la résistance et la flexibilité - idéal pour les besoins structurels et mécaniques:
- Dureté modérée: 120 - 200 HB (Brinell) ou ~ 15 - 30 HRC (Rockwell) - assez dur pour résister à l'usure dans les engrenages ou les roulements mais suffisamment doux pour se rapprocher facilement.
- Résistance à la traction modérée: 400 - 700 MPA - assez fort pour soutenir les charges structurelles (Par exemple, étages de construction) mais pas si fort qu'il est difficile à façonner.
- Limite d'élasticité modérée: 250 - 500 MPA - se penche légèrement sous stress sans dommages permanents (Par exemple, une poutre fléchinée dans le vent) mais reste rigide sous une utilisation normale.
- Allongement modéré: 15 - 25% - s'étire suffisamment pour éviter de craquer pendant la formation (Par exemple, se pencher dans les arbres) Mais pas tellement qu'il perd forme.
- Ténacité à impact modéré: 40 - 70 J / cm² - absorbe les petits chocs (Par exemple, Un équipement frappant une obstruction mineure) sans rupture, critique pour la fiabilité des machines.
Autres propriétés
- Bonne soudabilité: Facile à souder avec des méthodes standard (Moi / tig) - Aucun préchauffage nécessaire pour les parties minces, Économiser du temps dans la construction.
- Bonne machinabilité: Forets, moulins, et coupe en douceur avec de l'acier à grande vitesse (HSS) Outils - pas besoin de bits en carbure coûteux (Contrairement à l'outil acier).
- Bonne formulation: Peut être roulé à chaud dans les poutres, à froid dans les arbres, ou plié entre parenthèses sans se fissurer - adaptable à diverses formes.
- Résistance à la corrosion modérée: Rouille dans des conditions humides mais faciles à protéger avec des revêtements (galvanisation, peinture) - Convient pour une utilisation extérieure intérieure ou enrobée.
- Réponse au traitement thermique: S'améliore avec la trempe et la trempe - peut être durci à 30 - 35 HRC pour les pièces résistantes à l'usure (Par exemple, engrenages) ou adoucis pour l'usinage.
2. Applications de l'acier de structure en carbone ordinaire
Sa polyvalence en fait un incontournable de la construction, machinerie, et ingénierie générale. Vous trouverez ci-dessous ses utilisations les plus courantes:
Composants structurels
La construction en compte pour stable, cadrage abordable:
- Poutres structurelles & Colonnes: Soutenir les bâtiments, ponts, et entrepôts - sa résistance modérée gère les charges de sol, tandis que la ténacité résiste au vent ou à l'activité sismique mineure.
- Fermes de toit: Tois de construction à cadre - Assez léger pour une installation facile, assez fort pour tenir les bardeaux ou les charges de neige.
- Échafaudage: Supports de construction temporaire - durable et facile à assembler, avec une bonne capacité de chargement.
Composants mécaniques
Les machines l'utilisent pour les pièces de déplacement ou de chargement:
- Arbres et essieux: Transmettre la puissance dans les moteurs, boîtes de vitesses, ou véhicules - sa force modérée empêche la flexion, tandis que la machinabilité le permet d'être façonné en diamètres précis.
- Engrenages: Trouvé dans les machines industrielles (Par exemple, Systèmes de convoyeur) - traité à la chaleur pour stimuler la résistance à l'usure, avec suffisamment de ténacité pour éviter la rupture de dents.
- Roulements: Racés intérieurs / extérieurs pour les machines à basse vitesse (Par exemple, fans) - abordable et fiable pour les utilisations non performances.
Attaches
Sa force et sa machinabilité le rendent parfait pour sécuriser les pièces:
- Boulons, Noix, & Vis: Utilisé dans la construction (sécuriser les poutres) et machines (composants de fixation) - facile à enfiler et à resserrer sans se déshabiller.
- Rivets: Rejoignez des assiettes en acier dans les ponts ou les structures industrielles - suffisamment solides pour contenir des charges lourdes, avec une bonne résistance au cisaillement.
Applications d'ingénierie générale
Il est utilisé pour les pièces personnalisées où l'équilibre compte:
- Supports & Soutien: Équipement (Par exemple, Unités de CVC, pompes industrielles) - assez fort pour supporter le poids, Facile à forer pour le montage.
- Composants du châssis: Cadres pour les petites machines (Par exemple, gazon, générateurs) - léger et durable, avec une bonne résistance à l'impact.
3. Techniques de fabrication pour l'acier de structure en carbone ordinaire
La production de cet acier est simple, avec des étapes adaptées pour équilibrer la force et l'ouvrabilité. Voici le processus:
Merdeuse et moulage
- Processus: Most Plain Carbon Structural Steel is made in a Fournaise de base à l'oxygène (BOF) ou Fournaise à arc électrique (EAF). Scrap en acier et en carbone pur (coke) sont mélangés pour atteindre 0,10 à 0,30% de carbone. L'acier fondu est coulé dans des dalles (pour les poutres / draps), billettes (pour les arbres), ou fleurir (Pour les grandes pièces).
- Objectif clé: Assurer une distribution uniforme du carbone - évite (Par exemple, une poutre avec une section douce se penchant sous charge).
Roulement chaud
- Processus: Les dalles / billettes coulées sont chauffés à 1100 - 1200 ° C (épuisé) et passé à travers des rouleaux pour se former en poutres, bars, ou assiettes. Le roulement chaud aligne la structure des grains de l'acier, Alimentation de la force.
- Usages: Crée des pièces structurelles (I-hâtes, barbe à barres) ou matière première pour les composants mécaniques - rapide et à faible coût.
Roulement froid
- Processus: L'acier roulé à chaud est refroidi, puis roulé à nouveau à température ambiante pour le rendre plus mince, plus lisse, et plus dur. L'acier lancé à froid a des tolérances étroites (± 0,01 mm) et une surface lisse (RA ~ 0,4-1,6 μm).
- Usages: Fait des pièces de précision (petits arbres, Gear Blanks) où la finition de surface ou les dimensions serrées comptent.
Traitement thermique
Facultatif mais utile pour la résistance à la couture:
- Recuit: Chauffé à 800–900 ° C, tenu 2 à 4 heures, puis refroidi lentement - adoucit l'acier pour l'usinage (Par exemple, Forage des trous dans une poutre).
- Durcissement: Chauffé à 750–850 ° C, éteint dans l'huile - augmente la dureté à 30 à 35 HRC pour les pièces résistantes à l'usure (Par exemple, engrenages).
- Tremper: Réchauffé à 200 à 500 ° C après durcissement - réduit la fragilité tout en gardant la dureté, critique pour les pièces de machines.
Usinage
- Traitement préchauffeur (Recuit): Assez doux pour machine avec des outils HSS. Processus courants:
- Tournant: Forme des pièces cylindriques (arbres, boulons) sur un tour.
- Fraisage: Crée des engrenages, supports, ou fentes avec un moulin.
- Forage: Fait des trous pour les attaches dans les poutres ou les assiettes.
- Traitement post-chauffage (Endurci): Nécessite des outils en carbure pour finir (Par exemple, Affûter les dents de l'équipement) - Utilisé uniquement pour les ajustements de précision.
Soudage
- Méthodes: Soudage à l'arc (Moi / tig) est le plus commun. Pour les parties minces (<10 MM), Aucun préchauffage n'est nécessaire; Pour les pièces épaisses (>10 mm), Préchauffer à 150–200 ° C pour éviter de craquer.
- Astuce: Utiliser des électrodes à faible hydrogène (E7018) pour les soudures structurelles - empêche la fragilité, Assurer la sécurité dans les pièces porteuses.
Traitement de surface
Protège contre la corrosion et l'usure:
- Galvanisation: Tremper dans du zinc fondu - crée une couche résistante à la rouille (dure 20 à 30 ans à l'extérieur) - Utilisé pour les poutres ou attaches extérieures.
- Peinture / revêtement en poudre: Ajoute une protection de couleur et de rouille - utilisé pour les pièces de machines ou les composants structurels intérieurs.
- Nitrative: Chauffage au gaz d'ammoniac - Crée une couche de surface dure pour les pièces résistantes à l'usure (engrenages, arbres).
Contrôle et inspection de la qualité
- Analyse chimique: Teste le contenu en carbone pour confirmer qu'il est de 0,10 à 0,30% - critique pour une résistance cohérente.
- Tests mécaniques: Mesure la résistance à la traction (400–700 MPA) et impact de la ténacité (40–70 J/cm²) Pour vérifier les performances.
- Test de dureté: Utilise des testeurs de Brinell / Rockwell pour vérifier les résultats du traitement thermique (Par exemple, 30 HRC pour les engrenages).
- Chèques dimensionnels: Utilise des étriers ou des scanners laser pour confirmer la taille de la pièce (Par exemple, épaisseur de faisceau, diamètre de l'arbre) - Assure le respect des spécifications de conception.
4. Études de cas: Acier de structure en carbone ordinaire en action
Des exemples du monde réel montrent comment cet acier résout les défis d'ingénierie. Vous trouverez ci-dessous trois cas clés:
Étude de cas 1: Fabrication de faisceau structurelle pour un entrepôt
Une entreprise de construction avait besoin de poutres pour un 50,000 sq. ft. entrepôt. Les poutres en acier à faible teneur en carbone étaient trop faibles (Supports supplémentaires requis), tandis que les poutres en acier en alliage étaient trop chères.
Solution: Ils ont utilisé des poutres en acier de structure en carbone ordinaire à chaud (0.20% C), galvanisé pour une exposition à l'extérieur.
Résultats:
- Le nombre de faisceaux réduit de 25% (plus fort que l'acier à faible teneur en carbone, Si moins de supports nécessaires).
- Les coûts des matériaux sont réduits par 30% (moins cher que l'acier en alliage).
- Le temps de construction raccourci de 15% (plus facile à souder et à installer).
Pourquoi ça a fonctionné: L'acierrésistance à la traction modérée (550 MPA) Charges d'entrepôts pris en charge, alors quebonne soudabilité assemblage simplifié.
Étude de cas 2: Production d'équipement pour les tapis roulants
Une usine de fabrication a eu des problèmes avec des engrenages en acier à faible teneur en carbone qui s'utilisaient rapidement et des engrenages en acier à haute teneur en carbone qui se sont fissurés. Ils avaient besoin d'un équilibre entre la résistance aux vêtements et la ténacité.
Solution: Ils sont passés à des engrenages en acier de structure en carbone ordinaire (0.25% C), traité à la chaleur à 32 HRC et nitridé.
Résultats:
- La vie de l'équipement étendu par 180% (résistance à l'usure stimulée en nitrade).
- La rupture est tombée à près de zéro (ténacité 55 J/cm²).
- Les coûts de maintenance réduits de 50% (Moins de remplacements d'équipement).
Pourquoi ça a fonctionné: L'acierRéponse au traitement thermique créé dur, dents résistantes à l'usure, alors queténacité à impact modéré empêché de craquer.
Étude de cas 3: Production de fixation pour la construction
Un fabricant de fixation avait besoin de boulons qui pourraient gérer un couple élevé sans dépouillement. Boulons en acier à faible teneur en carbone dépouillé facilement, tandis que les boulons en acier en alliage étaient trop coûteux pour les commandes en vrac.
Solution: Ils ont produit des boulons en acier de structure en carbone ordinaire (0.30% C), à froid pour la force.
Résultats:
- Le déshabillage des boulons réduit de 80% (limite d'élasticité plus élevée que l'acier à faible teneur en carbone).
- Les coûts de production sont réduits par 20% (moins cher que l'acier en alliage).
- La satisfaction du client a augmenté 70% (Performances fiables dans la construction).
Pourquoi ça a fonctionné: L'acierlimite d'élasticité modérée (480 MPA) couple résisté, alors quebonne formulation rendu efficace à froid.
5. Acier de structure en carbone nature vs. Autres matériaux
Ses propriétés du «terrain d'entente» le rendent meilleur que les aciers spécialisés pour les besoins équilibrés. Voici comment ça se compare:
Acier de structure en carbone nature vs. Variantes en acier en carbone
| Facteur | Acier de structure en carbone ordinaire (0.20% C) | Acier à faible teneur en carbone (0.10% C) | Acier à carbone moyen (0.40% C) | À haut carbone acier (0.80% C) |
|---|---|---|---|---|
| Dureté | 150 HB | 120 HB | 200 HB | 55 HRC |
| Résistance à la traction | 550 MPA | 400 MPA | 800 MPA | 1800 MPA |
| Élongation | 20% | 30% | 15% | 8% |
| Soudabilité | Bien | Excellent | Équitable | Pauvre |
| Coût | Modéré ($5- 7 $ / kg) | Faible ($4- 6 $ / kg) | Modéré ($6- 8 $ / kg) | Modéré ($8- 12 $ / kg) |
| Mieux pour | Poutres, engrenages, attaches | Panneaux, tuyaux | Essieux, vitesses lourdes | Outils de coupe, ressorts |
Acier de structure en carbone nature vs. Acier inoxydable (304)
| Facteur | Acier de structure en carbone ordinaire | 304 Acier inoxydable |
|---|---|---|
| Résistance à la corrosion | Modéré (Besoin de revêtement) | Excellent (antirouille) |
| Force | Plus haut (550 MPA) | Inférieur (515 MPA) |
| Coût | Inférieur ($5- 7 $ / kg) | Plus haut ($15- 20 $ / kg) |
| Machinabilité | Mieux | Bien (coupure plus lente) |
| Mieux pour | Pièces structurelles / mécaniques | Équipement alimentaire, parties marines |
Acier de structure en carbone nature vs. Aluminium
| Facteur | Acier de structure en carbone ordinaire | Aluminium |
|---|---|---|
| Force | Plus haut (550 MPA) | Inférieur (275 MPA) |
| Densité | Plus haut (7.85 g / cm³) | Inférieur (2.70 g / cm³) |
| Résistance à la corrosion | Pire (Besoin de revêtement) | Mieux (couche d'oxyde naturel) |
| Coût | Similaire ($5- 7 $ / kg vs. $4.4- 6,6 $ / kg) | |
| Mieux pour | Pièces de chargement (poutres, engrenages) | Pièces légères (cadres de voiture, composants d'avion) |
Perspective de la technologie Yigu sur l'acier de structure en carbone ordinaire
À la technologie Yigu, L'acier de structure en carbone ordinaire est notre incontournable pour les clients ayant besoin d'une résistance équilibrée, activabilité, et coûter. C'est idéal pour les poutres structurelles, engins de machines, et les attaches de construction - où l'acier à faible teneur en carbone est trop faible et l'acier à carbone moyen / élevé est trop cassant ou coûteux. Nous levons de son effetRéponse au traitement thermique pour adapter la dureté pour des pièces spécifiques (Par exemple, 30 HRC pour les engrenages) et associez-le à la galvanisation pour une utilisation en plein air. Pour la plupart des projets d'ingénierie, il offre la meilleure valeur: Performance fiable sans le prix premium des alliages.
FAQ:
1. L'acier de structure en carbone ordinaire peut-il être utilisé à l'extérieur?
Oui, Mais il a besoin d'une protection. C'estrésistance à la corrosion modérée signifie qu'il rouillera dans des environnements extérieurs humides ou salés. Pour l'utiliser à l'extérieur, appliquer un revêtement commeGalvanisation (couche de zinc) oupeinture résistante aux intempéries- Cela prolonge sa durée de vie à 20 à 30 ans, Le rendre adapté aux poutres, attaches, ou échafaudage.
