Углеродистая сталь против нержавеющей стали: что лучше?

Сталь играет жизненно важную роль в инфраструктуре любой страны и ее процветании, что означает, что сталь является основой экономики. Сталь произвела революцию в современном мире в области строительства, медицины, пищевой промышленности и судостроения. Стали делятся на две основные категории; углеродистая сталь и нержавеющая сталь. Нержавеющая сталь имеет по меньшей мере 10.5 мас. % хрома, тогда как для углеродистой стали это не является обязательным. Если сравнить нержавеющую сталь с низкоуглеродистой сталью, можно будет наблюдать значительные изменения в механических свойствах и коррозионной стойкости. Эта статья написана для сравнения нержавеющей стали и углеродистой стали по составу, механическим свойствам, физическим свойствам и применению, что поможет читателю лучше выбрать материал для желаемого применения.  

Химический состав углеродистой стали

Углеродистая сталь в основном состоит из ~ 10.5 мас.% легирующего элемента, а основным металлом является железо. Углерод добавляется в количестве 0.12-2 мас.% вместе с другими легирующими элементами, что оказывает огромное влияние как на механические, так и на физические свойства. Область углеродистой стали на фазовой диаграмме обозначена двумя красными пунктирными линиями.

Концентрация углерода, присутствующего в сплаве, может влиять на твердость сплава [1]. Углеродистая сталь делится на четыре основных класса по содержанию углерода:

Состав углеродистой стали от сверхвысокоуглеродистой до низкоуглеродистой стали приведен в следующей таблице;

Для чего используется углеродистая сталь

Углеродистые стали — это сплавы железа, в которых углерод приобретает основные свойства сплава. Увеличение или уменьшение содержания углерода оказывает прямое влияние на твердость материала. Его свойства дополнительно улучшаются за счет различных термических обработок, что делает его подходящим кандидатом для многих применений, а также доступным на рынках в виде различных полуфабрикатов для дальнейшей обработки, например;

Cблок из арбоновой стали

Заготовки или блоки из углеродистой стали формируются путем литья, ковки и прокатки. В случае литья расплав углеродистой стали заливают в матрицу блока, а после затвердевания блок углеродистой стали извлекают из матрицы и направляют на дальнейшую обработку [3]. Как и в некоторых случаях, литая структура не требуется, поскольку она неоднородна, поэтому рекомендуется дальнейшая обработка. Прокатка и ковка применяются в зависимости от желаемого применения [4].

Cарбоновая стальная проволока

Обычным процессом изготовления проволоки из углеродистых сталей является волочение проволоки. Проволока из углеродистой стали используется для изготовления пружин, гаек и болтов, канатов, сеток и тросов. Проволока из углеродистой стали универсальна и обладает хорошими механическими свойствами, а также экономичностью.

Cстержни из арбоновой стали

Полуфабрикаты из углеродистой стали применяются в автомобилестроении, инструментах, ветряных двигателях, нефтехимических заводах и металлургическом машиностроении [6]. Встречается в горячекатаном, холоднотянутом, кованом состоянии круглой, квадратной и шестиугольной формы. Обычно после термообработки поверхность становится черной и шероховатой.

Что такое высокоуглеродистая сталь

Высокоуглеродистая сталь содержит содержание углерода в пределах от 1.6 до 2.0 мас. %. Поскольку он имеет более высокое содержание углерода, что приводит к более высокой твердости и прочности на разрыв за счет снижения пластичности и формовочных свойств. Кроме того, его используют при изготовлении инструментов, лезвий, шарикоподшипников, ножей.

Содержание углерода в нержавеющей стали

Нержавеющая сталь имеет по меньшей мере 10.5 мас. % хрома вместе с менее чем 1.2 мас. % содержания углерода. В нержавеющей стали углерод является не только легирующим элементом, определяющим механические свойства [8]. Также добавляются другие легирующие элементы, такие как никель, молибден, ниобий, титан и марганец. Изменение легирующих элементов в составе нержавеющей стали приводит к образованию мартенситной нержавеющей стали, аустенитной нержавеющей стали, дисперсионно-твердеющей стали, дуплексной стали и ферритной нержавеющей стали.

В чем разница между углеродистой сталью и нержавеющей сталью

Установлено, что в нержавеющей и углеродистой стали используются разные легирующие элементы в разной концентрации. Нержавеющая сталь, как следует из названия, является нержавеющей, а с другой стороны, углеродистая сталь имеет углерод в качестве основного легирующего элемента, который определяет механические свойства стали. Здесь проводится сравнение обоих сплавов по весу, коррозионной стойкости, стоимости и механическим свойствам.

Вес

Вес материала в значительной степени зависит от его плотности, которая изменяется под воздействием легирующих элементов. В основном плотность зависит от основного элемента сплава. В случае углеродистой и нержавеющей стали основным металлом является железо, что одинаково. Легирующие элементы в нержавеющих сталях имеют высокую концентрацию, в результате чего больший вес приносят легирующие элементы нержавеющей стали. Плотность углеродистой стали составляет 7.85 г/см³, ^тогда как плотность нержавеющей стали — от 7.75 до 8.05 г/см³ ^. Плотность обоих сплавов приводит к тому, что нержавеющая сталь тяжелее углеродистой.

Устойчивая к коррозии

В нержавеющей стали минимум 10.5 мас. Добавляется % хрома, который создает пассивный слой на поверхности и защищает ее от дальнейшего окисления. Поскольку оба сплава содержат железо в качестве основного металла, железо имеет тенденцию образовывать оксиды при контакте с воздухом. Нержавеющая сталь специально разработана для уменьшения окисления железа за счет добавления хрома. Углеродистая сталь имеет меньшую коррозионную стойкость, чем нержавеющая сталь. Нержавеющая сталь устойчива к слабым и сильным кислотам, таким как органические кислоты, минеральные кислоты (фосфорная кислота), азотная кислота и серная кислота, при комнатной температуре. Напротив, углеродистая сталь уступает нержавеющей стали в присутствии слабых, мягких и сильных кислот.

Хрупок ли углерод?

Хрупкость углеродистой стали полностью зависит от содержания углерода и термической обработки. Чем выше содержание углерода, тем ниже будет пластичность. Высокоуглеродистая сталь хрупкая и твердая из-за наличия высокого содержания углерода, составляющего 0.6-1.5 мас. %.

Является ли углерод пластичным

Углерод нельзя превратить в проволоку, тогда как углеродистые стали можно вытянуть в проволоку. Как уже упоминалось, присутствуют четыре класса углеродистых сталей. Низкоуглеродистая сталь обладает хорошей пластичностью, хорошей свариваемостью и формуемостью. Поскольку низкоуглеродистая сталь имеет меньшее содержание углерода, чем высокоуглеродистая сталь, которая составляет 0.05-0.32 мас. %.

Прочна ли нержавеющая сталь

Да, нержавеющая сталь прочная. Как уже упоминалось, нержавеющая сталь имеет пять различных типов, и вы лучше поймете идею прочности, если здесь будут перечислены все типы с максимальной и минимальной прочностью на разрыв. Дисперсионно-закаленная нержавеющая сталь имеет предел прочности на разрыв в диапазоне от 600 до 1500 МПа. Аустенитная и мартенситная нержавеющая сталь имеют прочность 200-1000 МПа и 500-2000 МПа соответственно. Ферритовая и дуплексная нержавеющая сталь имеют наименьшую прочность на разрыв среди марок нержавеющей стали, которая составляет 400-800 МПа и 550-800 МПа соответственно.

Углеродистая сталь прочнее нержавеющей стали?

Можно указать диапазон предела прочности углеродистой стали, но это не даст вам глубоких знаний. Итак, чтобы донести до читателя основную идею этой статьи, которая заключается в том, чтобы лучше понять углеродистую и нержавеющую сталь. Низкоуглеродистая сталь имеет предел прочности в пределах 270-580 МПа, а среднеуглеродистая - 485-760 МПа соответственно. Высокоуглеродистые стали обладают более высокой прочностью на разрыв среди углеродистых сталей, которая составляет 550-2100 МПа. Высокоуглеродистая сталь прочнее многих нержавеющих сталей, а также многие нержавеющие стали обладают более высокой прочностью на разрыв, чем многие углеродистые стали. Это полностью зависит от легирующих элементов, термической обработки и способа изготовления. Нельзя сказать, что нержавеющая сталь лучше углеродистой или наоборот.

Насколько тверда углеродистая сталь

С увеличением содержания углерода твердость углеродистой стали увеличивается. Сравнительно твёрдой является высокоуглеродистая сталь, она имеет твердость 150-300 HB [23]. С другой стороны, средне- и низкоуглеродистая сталь имеет относительно меньшую твердость, которая составляет 170-300 НВ [24] и 120-210 НВ соответственно.

Нержавеющая сталь тверже углеродистой стали?

Твердость нержавеющей стали варьируется в зависимости от типа нержавеющей стали. Аустенитная нержавеющая сталь и мартенситная нержавеющая сталь имеют HB 140-230 [26] и 200-500 HB соответственно. Феррит и дисперсионно-твердеющая нержавеющая сталь имеют HB 150–210 [27] и 240–450 HB соответственно. Обычно твердость нержавеющей стали находится в диапазоне 140–500 HB, тогда как для углеродистых сталей диапазон твердости составляет 120–300 HB. Из фактов установлено, что нержавеющая сталь тверже углеродистой стали.

Стоимость

Углеродистая сталь более доступна, чем нержавеющая сталь, из-за содержания легирующих элементов и стоимости производства. Цена нержавеющей стали составляет примерно 1.5-5 долларов за фунт, ориентировочная цена углеродистой стали - 0.25-0.80 доллара. Поскольку цена на разные марки нержавеющей и углеродистой стали различается, поэтому указан диапазон. Цена также может варьироваться в зависимости от потребности и спроса в зависимости от места. Нержавеющая сталь дороже, чем углеродистая сталь, но низкие эксплуатационные расходы и высокая долговечность могут сэкономить затраты в долгосрочной перспективе.

Свойства углеродистой стали и нержавеющей стали

Сравнительная таблица свойств углеродистой и нержавеющей стали

Углеродистая сталь лучше нержавеющей стали?

Углерод лучше стали или нет, зависит от применения. Если требуется высокая коррозионная стойкость и хорошее сочетание механических свойств, нержавеющая сталь предпочтительнее углеродистой стали. Напротив, бюджет невелик, требуется менее дорогой материал и не требуется хорошая коррозионная стойкость, тогда углеродистая сталь лучше, чем нержавеющая сталь.

Нож из нержавеющей и углеродистой стали

При работе с нержавеющей сталью и углеродом стальные ножи очень важны. Ножи из нержавеющей стали обладают высокой устойчивостью к коррозии и требуют меньшего обслуживания по сравнению с углеродистой сталью. Ножи из углеродистой стали легко ржавеют, поэтому требуется специальная очистка. Более того, углеродистая сталь удерживает кромку ножа лучше, чем нержавеющую. Заточка лезвий ножей из нержавеющей стали имеет решающее значение и требует специального оборудования, тогда как ножи из углеродистой стали легче затачивать. Прочность и долговечность ножей из нержавеющей стали лучше, чем из углеродистой стали.

Сковорода из углеродистой стали против нержавеющей

Проводимость тепла и равномерное распределение тепла у сковородок из углеродистой стали лучше, чем у сковородок из нержавеющей стали. Очистка и обслуживание сковороды из углеродистой стали сложнее, чем сковороды из нержавеющей стали. Стальные сковороды тяжелее сковородок из углеродистой стали, но легче чугунных. Сковорода из углеродистой стали имеет тенденцию вступать в реакцию с кислотами и придавать металлический привкус приготовленной пище, чего нельзя сказать о нержавеющей стали.

Углеродистая сталь против вока из нержавеющей стали

Приправа вока из углеродистой стали приобретает антипригарные свойства. Требуется тщательный уход, чтобы защитить его от ржавчины и сохранить антипригарные свойства в целости и сохранности. Воки из углеродистой стали менее долговечны по сравнению с воками из нержавеющей стали. Воки из нержавеющей стали не обладают антипригарными свойствами.

Как удалить ржавчину с углеродистой стали

Для очистки ржавчины используется несколько методов, в том числе; замачивание в уксусе, чистка, нейтрализация кислоты, полоскание и сушка, а также нанесение масла или приправ.

Кто лучше подходит для механической обработки и сварки

Углеродистая сталь лучше подвергается механической обработке и сварке, чем нержавеющая сталь. Нержавеющая сталь имеет более высокую твердость, меньшую теплопроводность, что делает ее сложным материалом для механической обработки. Кроме того, сенсибилизация нержавеющей стали является распространенной проблемой при сварке, требующей повышенного внимания при сварке.

Заключение

Оба сплава имеют свои преимущества и недостатки. Нержавеющая сталь имеет высокое содержание хрома, что делает ее нержавеющей по сравнению с углеродистой сталью. В углеродистой стали углерод придает механические свойства, тогда как в нержавеющей стали другие легирующие элементы, такие как молибден, никель и марганец, участвуют в влиянии на механические свойства. При выборе материала для конкретного применения необходимо учитывать бюджет, поэтому углеродистая сталь более доступна, чем нержавеющая сталь. Чтобы принять правильное решение о выборе материала для любого применения, проконсультируйтесь с нашими специалистами, консалтинг Toufa не только сэкономит ваше время, но и облегчит ваш карман с точки зрения финансов и качества.

Часто задаваемые вопросы (FAQ) 

Сталь 4140 нержавеющая?

Нет, 4140 — это не нержавеющая сталь, а низколегированная сталь хрома и молибдена.

Ржавеют ли сковороды из углеродистой стали?

Да, если не соблюдать надлежащий уход (приправу и очистку), углеродистая сталь может заржаветь.

Ножи из нержавеющей стали плюсы и минусы

Ножи из нержавеющей стали долговечны, устойчивы к коррозии, не требуют особого ухода, но плохо удерживают кромку, и для их заточки может потребоваться специальное оборудование.