Углеродистая сталь: свойства, маркировка, состав и применение

Углеродистой или, как ее еще называют, углеродной сталью называется инструментальная или конструкционная сталь, не содержащая легирующих добавок. Углеродистая сталь подразделяется на низкоуглеродистую (до 0,25% углерода), среднеуглеродистую (от 0,25 до 0,6% углерода) и высокоуглеродистую (до 2% углерода).

Данный сплав нуждается в термической обработке, после которой становится достаточно твердым и прочным чтобы выдерживать достаточные нагрузки в ответственных узлах. Сплав применяется в производстве инструмента. Углеродистая сталь классифицируется как:

• обычного качества;
• качественная, содержит до 0,035% фосфора и серы;
• высококачественная, содержит до 0,025% фосфора и серы.

Углеродистая сталь благодаря доступной стоимости и высоким прочностным характеристикам относится к широко распространенным сплавам, легко поддается обработке с высокой свариваемостью. Из таких сталей, состоящих из железа и углерода и минимума других примесей, изготавливают различную машиностроительную продукцию, детали котлов и трубопроводов, инструменты высокого качества, проволоку. Широкое применение эти сплавы находят и в строительной сфере. Конкурентом по химическому составу обычной углеродистой черной стали считается нержавеющая сталь, алюминий.

Углеродистые металлы основа для легированных сталей. Легирующие элементы вводятся в состав сталей с целью улучшения ее механических свойств и повышения устойчивости к коррозии. Например, марганец, хром и другие имеют влияние на характеристики.  Используя легирующие добавки изменяют физические и химические свойства сплава. Процесс введения легирующих элементов называется легированием. Изготовление из углеродистого сплава легированного подразумевает подсчет количества содержания элементов. Их должно быть не меньше 1%, чтобы они влияли на характеристики. Точные соотношения с содержанием для конструкционных сплавов и инструментальных прописаны в ГОСТ.

Что собой представляют углеродистые стали

Углеродистые стали в зависимости от основной сферы применения подразделяются на:

• обыкновенные углеродистые стали
• конструкционные сплавы
• инструментальные сплавы (популярное решение для производства инструмента)

Характеристики обыкновенной уступают конструкционной углеродистой стали в прочности. Конструкционная сталь по характеристикам хуже инструментальной. Это объясняется процессом изготовления, в металле для инструментов меньше воздуха. В последующих пунктах разберем подробнее процесс изготовления.

Они не содержат в своем составе легирующих добавок. От обычных стальных сплавов эти стали также отличает и то, что в их составе содержится значительно меньшее количество таких базовых химических примесей, как марганец, магний и кремний.

Содержание основного элемента – углерода – в сталях данной категории может варьироваться в достаточно широких пределах. Поэтому они подразделяются:

1. высокоуглеродистая сталь содержит в своем составе 0,6–2% углерода;
2. среднеуглеродистые стали – содержание углерода 0,3–0,6%;
3. низкоуглеродистые стальные сплавы – содержание до 0,25%.

Данный элемент определяет не только свойства углеродистых сталей, но и их структуру. Так, внутренняя структура стальных сплавов, содержащих в своем составе менее 0,8% углерода, состоит преимущественно из феррита и перлита, при увеличении концентрации углерода начинает формироваться вторичный цементит.

Углеродистые стали с преобладающей ферритной структурой отличаются высокой пластичностью и низкой прочностью. Если же в структуре стали преобладает цементит, то она характеризуется высокой прочностью, но вместе с этим является и очень хрупкой. При увеличении количества углерода до 0,8–1% прочностные характеристики и твердость углеродистой стали возрастают, но значительно ухудшаются ее пластичность и вязкость.

Углеродистая сталь, как и стальной сплав любой другой категории, содержит в своем составе различные примеси. Элементы: кремний, марганец, фосфор, серу, азот, кислород и водород. Часть этих примесей, такие как марганец и кремний, являются полезными, их вводят в состав стали на стадии ее выплавки для того, чтобы обеспечить ее раскисление. Сера и фосфор – это вредные примеси, которые ухудшают качественные характеристики стального сплава.

Хотя считается, что углеродистые и легированные стали несовместимы, для улучшения их физико-механических и технологических характеристик может выполняться микролегирование. Для этого в углеродистую сталь вводятся различные добавки: бор, титан, цирконий, редкоземельные элементы. При помощи таких добавок не получится сделать нержавейку, но можно заметно улучшить свойства.

Состав

Для плавки стали используется углерод и дополнительные элементы. В зависимости от будущего назначения сплава к материалу предъявляются определенные требования к качеству: твердость, пластичность, текучесть и т.д. Корректировку этих параметров можно осуществлять с помощью изменения % содержания углерода. Его процентное соотношение к общему объему является одним из основных условий разделения стали на виды.

Их отличительные качества и особенности описаны в нормативных документах:

• Обыкновенного качества – ГОСТ 380-85
• Конструкционная – ГОСТ 380-88
• Инструментальная – ГОСТ 1435-54 и ГОСТ 5952-51

Чем больше содержание углерода, тем выше показатель твердости. Однако нужно учитывать, что одновременно с этим возрастает хрупкость. В зависимости от этого показателя сталь по химическому составу разделяют на:

• Низкоуглеродистая – содержание C до 0,25%. Отличается хорошей пластичностью, относительно легко поддается деформации, как в холодном состоянии (годна для холодной ковки), так и под воздействием высоких температур.
• Среднеуглеродистые – содержание углерода от 0,3% до 0,6%. Обладает достаточной прочностью, но также имеет хорошие показатели пластичности и текучести, что важно для обработки. Область применения – элементы конструкций, эксплуатация которых подразумевает нормальные условия.
• Высокоуглеродистые – от 0,6% до 1,4%. Из нее изготавливают высокопрочный инструмент, приборы для измерения.

Каждый из этих видов стали имеет определенную область применения в зависимости от характеристик.

Характеристики

Воздействуют на структуру и характеристики за счет термической обработки металлической конструкции. Однако, не все поддается корректировке с помощью термических методов. К таким структурно-нечуствительным относят жесткость, выраженную модулем упругости или модулем сдвига. Это учитывают при проектировании ответственных узлов и механизмов, деталей в различных сферах машиностроения.

Свойства углерода, как простого вещества:

• При нормальных условиях плотность составляет 2,25 г/см³.
• Температура кипения равна 3506,85 °C.
• Молярная теплоемкость – 8,54 Дж/(K•моль).
• Критическая температура фазового перехода (когда газ не конденсируется ни при каком давлении) — 4130 К, 12 МПа.
• Молярный объем 5,3 см³/моль.

Также стоит перечислить углеродные модификации. Из кристаллических веществ самыми известными являются: алмаз, карбин, графит, наноалмаз, фуллерит, лонсдейлит, фуллерен, а также углеродные волокна.

К аморфным образованиям относится: древесный, ископаемый и активированный уголь, антрацит, кокс, стеклоуглерод, сажа, техуглерод и нанопена.

Но ничто из перечисленного не является чистой аллотропной формой обсуждаемого вещества. Это лишь химические соединения, в которых углерод содержится в высокой концентрации.

Классификация углеродистых сталей

Условно все углеродистые стали делят на несколько категорий, используя разные направления. Рассмотрим основные классификации металлов.

1. По химическому составу(по наличию и объемам углерода в железном сплаве)

Виды стали	Содержание углерода	Примеры марок
Низкоуглеродистые  металлы	от 0,02 до 0,25%	05кп, 08кп, 10, 15, 20, Ст0, Ст1, Ст2
Среднеуглеродистые металлы	от 0,26 до 0,6%	25, 35, 45, 55, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6
Высокоуглеродистые металлы	от 0,61 до 1,35%	58, 60, 65, 70, 75, 80, 85, У9, У12, У13

1. По технологии получения:

• электрические УС;
• мартеновские;
• кислородно-конвертерные.

1. По области применения

 

Категория	Группа	Примеры марок
Конструкционные металлы	Общего назначения	Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст5
	Качественные	05кп, 08кп, 10, 15, 20, 35, 45, 50, 55, 60
	Повышенной обрабатываемости	А11, А20, А30, А35
Инструментальные металлы	-	У8, У10, У11, У12А
Специальные или обычные металлы	Рессорно-пружинные	65, 70, 75, 80, 85
	Для строительных конструкций	С235, С285, С590К
	Подшипниковые	ШХ4
	Для крановых рельс	К63

1. По степени раскисления:

• спокойный;
• кипящий;
• полуспокойный.

1. По качеству:

• металлы обычного качества;
• качественные стали;
• высококачественные.

Варианты раскисления углеродистого сплава:

• Раскисленная углеродистая сталь полностью проходит раскисление, в процессе не остается свободного кислорода. В результате материал обладает однородным составом и превосходной прочностью для изготовления инструмента.
• Полураскисленная углеродистая сталь частично раскисленая, без полной степени обработки. и в сплаве все еще есть какое-то содержание свободного кислорода. Характеристики полуразрушенного углеродистого сплава между полностью раскисленной и неуспокоенной сталью.
• Сплав, полученный без раскисления, называется неуспокоенной сталью. Он хрупкий и плох для производства.

Отсутствие кислорода в углеродистом сплаве делает его прочным.

Разновидности

Углеродистая сталь делится на 2 основных вида, о которых подробно распишем ниже в статье.

Обыкновенного качества

Это самый востребованный вид стали в настоящее время, изготовление происходит методом раскисления. Углеродистой стали обыкновенного качества хорошо свариваются. Она производится в виде проката – горячекатаного, сортового и фасонного толсто- и тонколистового, широкополосного и холоднокатаного тонколистового.

Углеродистая сталь обычного качества используется для производства:

• Ст0 – обшивки, арматуры и т. д.;
• Ст1 – швеллеров, тавровых и двутавровых балок. Отличается низкой твердостью, но хорошей вязкостью;
• Ст2 – частей неответственных конструкций. Является высокопластичным материалом;
• Ст3 – металлопроката, применяемого для возведения строительных конструкций, кузова, дисков автомобильной техники и т. п.;
• Ст5 – болтов, гаек, рычагов, пальцев, осей и т. д.;
• Ст6 – деталей повышенной прочности и износостойкости для деревообрабатывающих и металлообрабатывающих станков.

Конструкционные обыкновенного качества широко применяются в строительстве и машиностроении как наиболее дешёвые, технологичные, обладающие необходимыми свойствами при изготовлении конструкций массового назначения.

Качественная

К данному металлу повышенные требования, как к химическому составу, так и к механическим свойствам. Регламентируется содержание вредных компонентов для качественной:

• Сера – не более 0,04%.
• Фосфор – не более 0,035%.

Данные сорта материала обозначаются буквой «У» и делятся на два вида: качественные и высококачественные. Качественные марки стали (ГОСТ 1435-99) используются для изготовления инструмента, ответственных элементов в машиностроении, проволоки, а также при производстве точных измерительных приборов.

 

Важно помнить, что чем лучше показатель твердости, материала, тем более хрупким будет изделие. Так, для инструментальных сортов качественной стали характерна хорошая механическая твердость и прочность, низкая текучесть и пластичность материала.

 

Из марок качественной стали изготавливают:

• Трубы и детали, которые применимы в котлостроении.
• Проволоку, листы, уголки.
• Изделия с высокой степенью пластичности – болты, гайки и др.
• Детали, предназначенные для создания свариваемых конструкций.
• Различного рода патрубки, пальцы, оси.
• Шестерни, муфты сцепления грузовых автомобилей, автобусов и другой техники.
• Пружинные шайбы, кольца.

Инструментальная (высококачественная)

Высококачественные стали марок: У7А, У8А, У8ГА, У9А, У10А, У НА, У12А и У13А. Допускается всего 0,02% серы и 0,03% фосфора. Стали, изготовленные методом электрошлакового переплава, содержат до 0,015% серы. В зависимости от содержания хрома, никеля и меди инструментальные углеродистые стали подразделяются на пять групп:

1. качественные стали всех марок;
2. высококачественные стали всех марок;
3. стали марок У10А и У12А;
4. стали всех марок;
5. стали марок У7÷У13.

Углеродистые инструментальные стали разных марок имеют повышенную прочность, и большой показатель ударной вязкости. Металлы используют для создания инструментов и сменных элементов.

Область применения

Углеродистые сплавы используют повсеместно, благодаря составу металла и доступности, простоте обработки. Технология сварки под флюсом углеродистых сталей подразумевает применение сварочной проволоки и плавленых флюсов: АН-348-А и ОСЦ-45. Сваривание осуществляется на малых величинах тока. Это позволяет «насытить» наплавленный металл необходимым уровнем кремния и марганца для раскисления.

Сферы применения:

1. Производство деталей машин

• дистанционные кольца;
• втулки;
• проволоку;
• крышки;
• колпаки;
• маховики;
• стаканы под размещение подшипников;
• прихваты и планки.

1. Сварные каркасные конструкции и корпусные изделия:

• шкивы ременных передач;
• звездочки цепных передач;
• зубчатые колеса и шестерни, валы-шестерни;
• валы и оси;
• шпиндели;
• рычаги;
• ролики;
• штока и поршни цилиндров.

1. Производство инструмента

• напильников и надфилей;
• резцов по дереву;
• отверток, шестигранных и гаечных ключей;
• плоскогубцев, бокорезов, кусачек;
• садовых ножниц;
• ножниц по резанию металла;
• пил и ножовок;
• топоров;
• метчиков и плашек;
• кернов и ударников для маркировки;
• накатных роликов;
• сверл, зенковок, цековок;
• мерительного инструмента (штангенциркулей, микрометров);
• калибров;
• механических угломеров;
• оснастки для штампов (матрицы, пуансоны).

1. Производство крепежа

• Винты;
• Болты;
• Шпильки.

Распорные анкеры из углеродистой и нержавеющей стали, сертифицированы для установки в бетоне с трещинами и без трещин для укрепления.

Маркировка углеродистых сталей

.Все углеродистые согласно маркировке стали делятся на три категории:

• Группа А. К этой марке относятся сплавы, соответствующие строго заданным механическим свойствам;
• Группа Б. Стали этой группы четко соответствуют по химическому составу;
• Группа В. Продукция этой группы должна соответствовать механическим, физическим и химическим свойствам одновременно.

У стали обыкновенного качества в начале обозначения стоят буквы Ст. За буквами Ст в маркировке идет цифровое обозначение. Число в маркировке обозначает номер марки металла. Далее, после номера, вписывается тип сплава. Углеродистую сталь обыкновенного качества изготавливают по степени раскисления стали:

• КП – кипящий;
• ПС – полуспокойный;
• СП – спокойный.

Для раскисления стали обычно используют алюминий, который образует весьма прочный окисел Al2O3, выделяющийся в жидком металле в виде отдельной твердой фазы. Также используют для раскисления углерод, ферросилиций, ферромарганец, силикокальций и силикомарганец. При разливке кипящей стали после раскисления в изложницы, она кипит и насыщается газами.

Кипящие стали отличаются неоднородностью структуры и химического состава. Поэтому кипящие металлы не обладают прочностью из-за завариваемых при прокатке воздушных пузырей, которые при вальцовке или штамповке могут привести к расслоению материала.

Спокойная сталь является обладателем наиболее лучших механических свойств по сравнению с другими видами стали, на втором месте находится полуспокойная сталь. Полуспокойная сталь дешевле спокойной стали, кипящая сталь в свою очередь дешевле полуспокойной и спокойной, так как изготовление проще.

Непосредственно перед буквенным обозначением сплава стоит буква, обозначающая группу стали. Если продукт относится к группе А, то найти букву не удастся, она не проставляется. Узнать о том, что перед вами инструментальная сталь, можно по букве «У», стоящей в самом начале ее маркировки. Цифра, следующая за такой буквой, указывает на содержание углерода, но уже в десятых долях процента. Буква «А», если она присутствует в обозначении инструментальной стали, говорит о том, что данный сплав отличается улучшенными качественными характеристиками..

Стали конструкционные углеродистые обыкновенного качества содержат вредных примесей: серы до 0,05 %, а фосфора до 0,04 % (ГОСТ 380-2005). Конструкционные стали маркируются Ст0, Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп и т. д.

Цветовая маркировка

Для быстрого определения марки производитель наносит специализированной краской соответствующие полосы:

Сталь	Цвет маркировки	Марка стали	Цвет маркировки
Марка Ст0	Красный и зеленый	СтЗГпс	Красный и синий
Марка Ст1	Белый и черный	Ст4	Черный
Марка Ст1Гпс	Белый и красный	Ст4Гпс	Черный и красный
Марка Ст2	Желтый	Ст5	Зеленый
Марка Ст2Гпс	Желтый и красный	Ст6Гпс	Зеленый и белый
Марка Ст3	Красный	Ст6	Синий

 

 

Степень наличия углерода в материале определяется в самом начале. Количество углерода для металла группы А указывается в сотых частях процента. Для Б и В – в десятых. В некоторых случаях после этих цифр производитель проставляет букву Г. Она означает, что в изделии содержится большое количество марганца. Марганец с Кремнием способствуют быстрому раскислению.

Категории качественной стали

Качественные стали разной маркировки можно разделить на несколько категорий:

• 08пс, 08кп – имеют высокую степень пластичности. Хорошо подходят для холодной прокатки;
• От 10 до 25 – используется для горячей штамповки или прокатки;
• От 60 до 85 – применяется для выполнения ответственных конструкций, таких как рессоры, пружины, муфты сцепления;
• 30, 50, 30Г, 50Г – повышенная степень прочности, выдерживающие большие нагрузки.

Качественные углеродистые сплавы маркируют цифрами, показывающими среднее содержание С в сотых долях. Марки стали, не имеющие индекса, относятся к спокойной стали.

Производство углеродистой стали

Изготовление стали в металлургической промышленности производится различными способами. Каждый метод производства в какой-то степени отличается и требует разного оборудования. Так, все оборудование для производства углеродистых сталей можно разделить на три типа:

1. Кислородно-конверторный способ (конверторные плавильные печи). Расплавленная в печи масса подвергается обработке техническим кислородом. Для очистки от разнообразных примесей и повышения качества материала в нее добавляют известь. Так удается превратить примеси в шлак. Во время работы происходит процесс окисления металла. Это провоцирует выделение большого количества угара. Изготовление углеродистых сталей в печах конверторного типа имеет существенный недостаток — выделение большого количества пыли. Это приводит к необходимости установки дополнительных фильтровальных установок, что влечет за собой расходы.
2. Мартеновский способ (печи мартеновского типа). Получение различных марок углеродистой стали с использованием печей мартеновского типа дает возможность получить конечный продукт высокого качества. Производственный процесс происходит следующим образом:

• В специализированный отсек печи загружаются составляющие сплава: чугун, стальной лом и т. д.;Весь состав нагревается до высокой температуры;
• Под воздействием температуры все составляющие превращаются в однородную раскаленную массу;
• При плавлении происходит взаимодействие всех компонентов сплава железа и углерода;
• Материал, получившийся в конце химического взаимодействия, выходит из печи.

1. Электротермический способ (электрические печи). Отличие состоит в способе нагрева состава. Применение электричества для разогрева компонентов снижает окисляемость металла. Это значительно уменьшает количество водорода в составе металла, что улучшает структуру сплава и влияет на качество окончательного продукта, материала для инструментов.

Методы производства и разделение по качеству

Для производства углеродистых сталей используются различные технологии, что видно и по качественным характеристикам конечного материала. Так, различают:

• Высококачественные стальные сплавы.
• Качественные углеродистые стали.
• Углеродистые стальные сплавы обыкновенного качества.

Обыкновенные углеродные стали выплавляются в мартеновских печах, после чего из них формируют слитки больших размеров. К плавильному оборудованию, которое используется для получения таких сталей, относятся также кислородные конвертеры. Могут содержать больше вредных примесей, чем качественные. Это сказывается на стоимости их производства, а также на характеристиках и качестве. Сформированные и полностью застывшие слитки металла подвергают дальнейшей прокатке, которая может выполняться в горячем или холодном состоянии. Методом горячей прокатки производят фасонные и сортовые изделия, толстолистовой и тонколистовой металл, металлические полосы большой ширины. При помощи прокатки, выполняемой в холодном состоянии, получают листовой металл толщиной 0,2 – 4 мм (тонколистовой).

Для производства углеродистых сталей качественной и высококачественной категорий могут использоваться как конвертеры и мартеновские печи, так и более современное оборудование – плавильные печи, работающие на электричестве. К химическому составу таких сталей, наличию в их структуре вредных и неметаллических примесей соответствующий ГОСТ предъявляет очень жесткие требования. Например, в сталях, которые относятся к категории высококачественных, должно содержаться не более 0,04% серы и не больше 0,035% фосфора. Качественные и высококачественные стальные сплавы благодаря строгим требованиям к способу их производства и к характеристикам отличаются повышенной чистотой структуры.

 

На современных предприятиях для производства высококачественных сплавов используются электрические дуговые печи.

Формула, обозначения, особенности

Данный элемент, находящийся в таблице под порядковым номером шесть, обозначается символом «С». Электронная структурная формула углерода выглядит следующим образом: 1s2 2s2 2p2. Его масса – 12,0107 а.е.м. У этого вещества имеется:

• Два неспаренных электрона в основном состоянии. Проявляет валентность II.
• Четыре неспаренных электрона в возбужденном состоянии. Проявляет валентность IV.

Следует отметить, что определенная масса углерода содержится в земной коре. 0,023%, если быть точнее. Главным образом он накапливается в верхней части, в биосфере. Большая часть массы углерода литосферы накапливается в доломитах и известняках, в виде карбонатов.

Плотность сплавов и их термообработка

При колебаниях температуры от +20 до +900° плотность рассматриваемых сталей практически не изменяется. Эта величина находится в пределах 7,7–7,9 г/куб.см. Изменить плотность, а также свойства и структуру углеродистой стали позволяет их термообработка. Под такой операцией понимают нагрев сплава, а затем его охлаждение.

Термическая обработка углеродистых сталей бывает следующих видов:

1. Отжиг. Позволяет получить сплавы со структурой, мало чем отличающейся от равновесной. Такая операция осуществляется по простой схеме: нагрев металла до определенной температуры и его выдержка в течение заданного времени, а затем охлаждение проката.
2. Отпуск. Дает возможность получить прокат с определенными свойствами. Он применяется только для закаленных ранее сплавов. Обеспечивает снятие напряжений (внутренних) в металле и повышение его механических параметров.
3. Закалка. Производится аналогичным отжигу образом. Но охлаждается нагретый металл в данном случае с заданной (достаточно быстрой) скоростью. При закалке обязательным является применение специальных масел, соляных растворов либо воды. Эти жидкости обеспечивают быстрое охлаждение УС.
4. Нормализация. Углеродистая сталь может подвергаться нормализации (нагрев, выдержка и остывание естественным путем на открытом воздухе). Такой процесс не относят к основным типам термообработки. Он, скорее, представляет собой подвид стандартной закалки или отжига.

Исключения в обозначениях

Качественные стали имеют некоторые исключения в обозначениях. К ним относятся:

• Качественные углеродистой стали
• Качественные углеродистой стали
• 15К, 20К, 22К – применяются в строении котлов и деталей;
• 20-ПВ – имеет в своем составе 0.2 процента углерода и медь с хромом. Из нее выполняются трубы и детали для систем отопления;
• ОсВ – содержит добавки никеля, хрома и меди. Из нее происходит изготовление оси железнодорожных вагонов;
• А75, АСУ10Е, АУ10Е – используют для изготовления деталей в часовых механизмах.

Из вышеперечисленного следует, что перед использованием изделия из углеродистой стали необходимо обратить внимание на его маркировку. Так можно определить его физико-химические свойства и область предназначения. Зная значение маркировки металлической продукции, не возникнет трудностей при подборе конкретного вида для любых целей и обработки.

Что еще необходимо знать

Разберем вещества, которые помогут лучше понять суть углеродных сталей и углерода целом. Уникальные модификации углерода:

1. Фуллерены. Шестиугольник — одна из самых стабильных конфигураций атомов углерода, но встречается правильный пятиугольник из углерода — фуллерены. В газовой фазе есть два класса объектов:

• кластеры, состоящие из 2–25 атомов: цепочки, кольца и другие простые структуры.
• кластеры, состоящие из 40–150 атомов, представляет собой полые каркасы из атомов углерода, наиболее устойчивый из которых состоит из 60 атомов и похож на футбольный мяч. C60, или бакминстерфуллерен, состоял из двадцати шестиугольных секций и 12 пятиугольных, скрепленных между собой в сферу.

Недавно был синтезирован необычный класс эндофуллеренов — фуллеренов, в полости которых находился какой-либо посторонний атом или небольшая молекула. Были обнаружены фуллериды и с еще большей температурой перехода — 33 кельвина, Cs2RbC60. Такие свойства оказались напрямую связаны с электронной структурой вещества.

1. Q-углерод. При нагреве аморфного углерода лазером до 4000 градусов Цельсия заметили, что примерно ¼ всех атомов принимала sp2-гибридизацию. Остальные сохраняли гибридизацию, характерную для алмаза. Q-углерод оказался ферромагнетиком, таким как магнетит или железо. При этом его температура Кюри составила около 220 градусов — только при таком нагреве материал теряет свои остаточные магнитные свойства. А при допировании Q-углерода бором физики получили еще один углеродный сверхпроводник, с температурой перехода уже около 58 кельвинов.
2. Молекулы. Молекулы углерода могут оставаться в газообразном состоянии, только если поддерживать высокую температуру. Ранее была синтезирована новая форма твердого углерода – С36. И его молекулу образует 36 углеродных атомов. Вещество образуется вместе с фуллеренами С60. Происходит это между двумя электродами графита, в условиях пламени дугового разряда. Пока не изучено.
3. Алмаз. Это метастабильный углерод, который может существовать неограниченное количество времени. Алмаз является самым твердым веществом по шкале Мооса. У него высокая теплопроводность, дисперсия, показатель преломления. Плавится при 4000 °C и давлении около 11 ГПа. Его особенность – люминесценция, способность светиться разными цветами. Его используют при изготовлении резцов, сверл, ножей и т. д. Делают режущие материалы.
4. Графен — первый в мире двумерный кристалл. У данной модификации большая механическая жесткость, чем у графита, и рекордно высокая теплопроводность, составляющая ~5•103 Вт•м−1•К−. Считается, что он может стать будущей основой наноэлектроники и даже заменить кремний в интегральных микросхемах. Графен получают искусственно — механическое отщепление графитовых слоев от высокоориентированного вещества. Его свойства изучены не полностью, в нем нет вингеровской кристаллизации.
5. Карбин. Он выглядит как черный мелкокристаллический порошок, обладает полупроводниковыми свойствами. Особенность данного вещества заключается в увеличивающейся под световым воздействием проводимости. Именно поэтому его стали применять в фотоэлементах.