Легированная сталь состав: Легированная сталь — что это такое и какие бывают марки

Содержание

Легированная сталь: особенности, классификация и характеристики — Метинвест

  • Легорованные стали: определение и классификация
  • Легирующие добавки
  • Общая классификация легированных сталей
  • Характеристика легированных сталей
  • Маркировка легированных сплавов и основные марки
  • Марки, наиболее востребованные в инжиниринге
  • Использование легированных сталей

В век перепроизводства разве что младенец не знает, что существует легированная сталь. Но часто происходит подмена понятий и многие обыватели считают, что единственным достоинством такого материала является его высокая антикоррозионная стойкость. На самом деле, кроме нержавейки, существует колоссальное количество сплавов, содержащих легирующие  добавки и имеющих различные механические и эксплуатационные характеристики. Ну а теперь все по порядку.

Легированные стали: определение и классификация

Легированные сплавы имеют сложный состав на основе железа и углерода и содержат различные химические элементы, которые влияют на структурные преобразования  металлов на молекулярном уровне.

Процентное содержание таких добавок и организация процесса раскисления, легирования и модификации сталей определяют их физико-химические свойства.

Интересный факт. Началом массового производства немагнитных сплавов считается выплавка стали англичанином Робертом Гадфильдом в конце XIX века. Конечно, человечество и раньше знало, что такое легированная сталь, но организовать потоковое производство и оценить все преимущества ее применения люди смогли только в эпоху глобальной индустриализации и, к сожалению, с появлением новых военных технологий. Благодаря высокому сопротивлению износу и ударным нагрузкам сталь Гадфильда вплоть до середины XX века становится наиболее используемым сплавом для производства железнодорожных крестовин, танковых траков, пехотных шлемов и даже тюремных решеток. Она и сейчас применяется при изготовлении зубьев ковшей экскаваторов и других элементов техники, подвергаемых ударным и истирающим нагрузкам во время их эксплуатации.

Отличия от углеродистых сталей

Любая сталь содержит железо и углерод. Причем содержание последнего может составлять 0,02 – 2,14% и напрямую определяет его свойства и марку. Он повышает твердость и прочность, но при увеличении концентрации снижает пластичность. Увеличивает режущую способность, электрическое сопротивление и коэрцитивную силу. Снижает температуру плавления и плотность.

Обыкновенные углеродистые стали, также как и легированные, могут содержать кремний, марганец, медь, серу, хром, фосфор, водород, азот и алюминий, только их количество значительно ниже. При этом Si и Mn вводятся для улучшения прочностных показателей и физико-химических свойств. Другие вещества попадают в расплавленную сталь из шихты или печных газов и соответственно считаются примесями. Некоторые их них (например, сера и фосфор) являются постоянными вредными примесями. При плавке легированных сталей их  свойства формируются счет целенаправленного введения модифицирущих элементов.  

Легирующие добавки

Наиболее распространенными элементами, использующимися для улучшения физических, химических и механических свойств стали являются: хром, марганец, никель, кремний, вольфрам, молибден, ванадий, титан, медь, кобальт, алюминий, бор, ниобий, цирконий и другие. Но, несмотря на такой обширный список, все же наиболее используемыми являются лишь несколько из вышеперечисленных элементов.

 Легирущие добавки

Элемент

Химическое обозначение

Обозначение в маркировке СНГ

Типичное содержание, %

Особенности применения

Марганец

Mn

Г

0,8 – 13

Аустенитобразующее вещество, улучшает прокаливаемость и увеличивает порог жидкотекучести металла. Повышает сопротивление истиранию и ударным нагрузкам.

Кремний

Si

С

0,5 – 14,0

Ферритообразующий компонент. Не влияет на вязкостные свойства, при этом повышает предел прочности и текучести, магнитную проницаемость и электропроводимость. Улучшает пластичность, кислотостойкость и прочностные показатели.

Алюминий

Al

Ю

0,02 – 0,07

Минимизирует процессы старения. Повышает пластичность. Связывает кислород

Фосфор

P

П

0,05 – 0,35

Улучшает антикоррозионные свойства и обрабатываемость. В количестве более 0,03% провоцирует хладноломкость.

Хром

Cr

Х

0,3 – 30

Ферритообразующий компонент. Широко используется как самостоятельный легирующий агент, так и в комплексе с другими веществами. Его введение способствует расширению температурного интервала затвердевания, увеличивает прочность и твердость без изменения показателей пластичности. Содержание 1% улучшает механические свойства. С повышением концентрации хрома до 5% увеличивается теплостойкость, а кислотостойкие и жаропрочные сплавы уже содержат более высокий процент хрома, который может достигать 28%.

Никель

Ni

Н

0,3 – 25

Аустенитообразующий компонент. Улучшает ударную вязкость и термоокислительную стабильность. Повышает прокаливаемость и окалиностойкость.

Молибден

Mo

М

0,2 – 6,5

Значительно повышает показатели твердости, прочности и прокаливаемости. В наибольшей концентрации содержится в жаропрочных и быстрорежущих сталях, а в конструкционных марках его количество обычно не превышает 0,4%.

Вольфрам

W

В

1,0 – 18,0

Карбидообразующая присадка, повышающая пределы прочности и твердости. Вводится в быстрорежущие инструментальные сплавы до 18% и оптимизирует термопрочность и сопротивление ударным нагрузкам.

Ванадий

V

Ф

0,09 – 2,0

Карбидообразующий агент, который увеличивает прочность и повышает вязкость. Ванадийсодержащие сплавы демонстрируют отличную ударную стойкость и инертность к напряжениям, но очень дорого стоят.

Титан

Ti

Т

0,03 – 0,15

Связывая углерод в прочные карбиды, измельчает зерна аустенита и снижает склонность к межкристаллической коррозии. Повышает кислотоустойчивость и, наряду с другими карбидообразующими, способствует самозакалке стали. 

Ниобий

Nb

Б

0,01 – 1,5

Сильный карбидообразующий элемент. В нержавеющие сплавы вводится для минимизации межкристаллической коррозии, в марганцовистую – для снижения отпускной хрупкости.

Медь

Cu

Д

0,03 – 4,0

Ее присадка увеличивает предел текучести, пластичность, сопротивляемость коррозионным процессам. В судостроении позволяет эффективно решить проблему обрастания подводной части корпуса водорослями и ракушками.

Бор

B

Р

0,0008 – 0,005

Увеличивает прокаливаемость. Является лучшей альтернативой для замены дорогостоящего молибдена и никеля.

Кобальт

Co

К

5,0 – 30,0

Используется для жаростойких и быстрорежущих марок. Его присадка позволяет режущей плоскости сохранять свои свойства даже при температурах красного каления и защищает конструктивные части теплогенерирующих элементов от окисления при воздействии агрессивных сред и критических температур.

Редко-земельные

металлы (РЗМ)

Ce, La и др.

Ч

0,02 – 0,05

Одновременно выступают дегазаторами и десульфураторами. В значительной мере оптимизирующее влияют на обрабатываемость и физико-механические свойства. Улучшают жидкотекучесть, свариваемость и ковкость.

Сера

S

0,03 – 0,3

Несмотря на то, что наличие серы активизирует процессы ржавления и охручивания стали, она используется в автоматных марках для облегчения станочной обработки.

На заметку. Даже в составе технически чистого железа обязательно присутствуют около 20 химических примесей. Но их суммарное  количество не превышает 0,25 процента.

Общая классификация легированных сталей

Она основывается на том, в каком количестве добавка введена в состав сплава, и определяет основные группы, исходя из химической структуры, целевого назначения и уникальных свойств. Таким образом, различают следующие категории.

Классификация стальных сплавов по процентному содержанию всех легирующих компонентов:

  • не более 2,5 % — низколегированные;
  • в интервале от 2,5 до 10,0% – среднелегированные;
  • более 10% — высоколегированные.

Классификация легированных сталей по назначению:

  • конструкционные. Используются для изготовления металлоконструкций, деталей машин, агрегатов и механизмов;
  • инструментальные. Применяются при изготовлении высококачественного мерительного и режущего инструмента и ударо-штамповочной оснастки;
  • с особыми свойствами (жаростойкие, нержавеющие и прочие).

В своей профессиональной деятельности металлурги и инженеры часто прибегают к более широкой номенклатуре. Например, профессионалами используется классификация таких сплавов по их микроструктуре в нормализованном состоянии (перлитные, аустенитные, карбидные и мартенситные) или в равновесном  состоянии (доэвтектоидные, эвтектоидные, заэвтектоидные).

Характеристика легированных сталей

Фазовые превращения в твердых растворах железа определяются общими законами взаимной растворимости и межатомных взаимодействий всех элементов, включая углерод и легирующие добавки. Поэтому легированная сталь имеет одновременно схожие и уникальные характеристики:

  • химические: жаростойкость, кислотостойкость, коррозионная стойкость;
  • физические: тепловые, магнитные, электрические;
  • специальные: износостойкость, сопротивляемость ползучести.

Среди преимуществ и достоинств, которыми обладает данный металлопрокат, следует выделить повышенное сопротивление хладостойкости, ударным и пластическим деформациям, улучшенная прокаливаемость, повышенная вязкость. При этом для большинства сплавов, содержащих разное количество легирующих присадок, характерно:

  • наличие остаточного аустенита после закалки;
  • склонность к образованию флокенов;
  • механическая прочность;
  • тугоплавкость.

На заметку. В зависимости от химической природы вводимых элементов легированная сталь изменяет свойства жидкотекучести и поверхностного натяжения. А также снижает температуру плавления следующим образом:

Элемент

Снижение T для 1% элемента в жидком р/р, ˚С

Элемент

Снижение T для 1% элемента в жидком р/р, ˚С

Элемент

Снижение T для 1% элемента в жидком р/р, ˚С

Углерод

90

Кремний

6

Никель

2,9

Сера

40

Фосфор

28

Титан

17

Марганец

1,7

Медь

2,6

Бор

100

Хром

1,8

Молибден

1,5

Вольфрам

1

Алюминий

5

Ванадий

1,3

Кобальт

1,5

Данные таблицы показывают, что по сравнению с малоуглеродистым нелегированным сплавом у высоколегированной марки, содержащей  около 50% присадок, температура ликвидуса ниже почти на 100˚С.

Маркировка легированных сплавов и основные марки

В мировой практике используется несколько документов, регламентирующих маркировку легированных сталей. Но в любом случае они все предполагают использование буквенно-цифровых обозначений.

Стандарты стран СНГ

При обозначении легированной конструкционной стали процентная величина массовой доли углерода маркируется первыми двумя цифрами без использования буквенного обозначения. Далее в порядке уменьшения указываются легирующие компоненты и их доля в сплаве в среднем эквиваленте. Буквенные обозначения химических элементов указаны в таблице 1. Легирующие присадки, количество которых менее 1,0% указываются только в расшифрованной номенклатуре, так как обозначение тогда бы приняло очень громоздкий вид.   

Учитывая обширный сортамент, марка стали может также включать дополнительные символы в номенклатуре. Так как обозначение тогда бы приняло очень громоздкий вид, символы, более расширенно описывающие свойства или особенности: А – автоматные, Е – магнитные, Ж – нержавеющие, Р – режущие, Х – хромистые, Ш – шарикоподшипниковые, Э — электротехнические, Я – хромоникелевые. Также маркировка может предполагать исключения от общих правил обозначения. Так в зависимости от химического состава конструкционные сплавы разделяют на качественные и высококачественные. Например, в конце маркировки буква «А» указывает, что сплав является особо чистым в части содержания фосфора и серы, а буква «Ш» относит их к высококачественным.

Маркировка легированных сталей для речного и морского судостроения часто осуществляется в соответствии с ГОСТ 5521-86 и требованиями Международной ассоциации классификационных обществ. Это означает, что такие сплавы классифицируют на категории A, B, D и Е с учетом предела текучести, показателям прочности, хрупкости и сопротивления ударным нагрузкам.

Европейские стандарты

EN 10027 определяет порядок обозначения всех сталей. Легированные сплавы имеют маркировку 1.20ХХ – 1.89ХХ, где первая цифра определяет, что данный материал относится к сталям, вторая и третья цифра определяют номер группы сталей и две последние — порядковый номер сплава в этой группе. Например, категория инструментальных сталей идентифицируется как 1.20ХХ – 1.28ХХ, а нержавеющих как 1.40ХХ – 1.45ХХ.

Североамериканские стандарты ASTM/ASME и AISI

В США действует наиболее обширная система маркировки сталей. Например, маркировка ASTM предполагает обозначение основных химических элементов, предел прочности и форму проката. В системе AISI используют 4 цифры, где первые две указывают номер группы, две последующие – процентное количество углерода. Буквенные символы  демонстрируют наличие соответствующих присадок.

Марки, наиболее востребованные в инжиниринге

  • 09Г2С – низколегированная сталь, сочетающая механическую прочность, хорошую обрабатываемость и доступную стоимость;
  • 40Х и ее аналог AISI 5135 – основной конструкционный материал для изготовления деталей и оборудования промышленного сектора и трубопроводной арматуры;
  • 10Г2С1 – кремнемарганцевая марка, демонстрирующая хладостойкость, неплохую свариваемость и повышенную коррозионную стойкость, благодаря чему востребована при сооружении мостов, газопроводов и объектов повышенной надежности;
  • 10Х11Н23Т3МР – жаропрочный сплав аустенитного класса, использующийся для производства пружин, деталей крепежа, работающих  при температурах до 700 ºС.  

Использование легированных сталей

Сегодня практически невозможно перечислить все сферы, где применяется легированная сталь. Это тракторостроение и машиностроение, химико-технологический и промышленно-производственный комплекс, нефтегазодобывающая отрасль и сельское хозяйство. Например:

  • из хромосодержащих сплавов изготавливают детали для оборудования, эксплуатируемого в условия прямого или вероятного контакта с агрессивными средами: плунжеры и шлицы, валы и зубчатые колеса, поршневые пальцы и карданные крестовины;
  • низколегированные конструкционные сплавы чаще всего востребованы в строительстве, массово используются при сооружении каркасных металлоконструкций и для изготовления труб, сортового и фасонного металлопроката. Несмотря на обширный сортамент, легированная сталь марки 09Г2С является наиболее популярной в этой сфере;
  • инструментальный сплав – универсальный материал для клейм, пресс-форм, эталонных калибров и штампов, ручного инструиента. А из ледебуритных марок изготавливаются быстрорежущий инструмент и шарошечные долота.

Также не стоит забывать, что физические особенности легированных сплавов проявляются в термообработанном состоянии. Именно поэтому их широко используют для термонапрягаемых деталей, высокоскоростных и тяжелонагруженных пар трения.

В связи с интенсивным развитием современных технических отраслей, легированная сталь находит применение в гражданской и военной авиации, в турбостроении и в альтернативной электроэнергетике. Так же можно купить металл в Украине, а именно легированную сталь для изготовления мультикоптеров и беспилотников, ядерных реакторов, ракетно-космических систем. В то же время стремительное расширение сферы применения легированных сталей обуславливает ужесточение требований к их качеству и мотивирует к разработке новых сплавов.

Узнать больше о легированных марках стали и специальных сплавах можно в нашем справочнике, который регулярно пополняется новой информацией. Здесь можно ознакомиться с химическим составом сплавов, физико-механическими свойствами, аналогами и сферами применения сталей.

Мы рады, что вы заинтересовались информацией из нашего блога. И даем согласие на использование материалов для учебных целей или для личного пользования. Однако предупреждаем, что копирование информации для публичного распространения – это нарушения авторского права и других прав интеллектуальной собственности, согласно Бернской конвенции и Закона Украины об авторском праве №3792-XII.

 

Легированная сталь: особенности, классификация и характеристики — Метинвест

  • Легорованные стали: определение и классификация
  • Легирующие добавки
  • Общая классификация легированных сталей
  • Характеристика легированных сталей
  • Маркировка легированных сплавов и основные марки
  • Марки, наиболее востребованные в инжиниринге
  • Использование легированных сталей

В век перепроизводства разве что младенец не знает, что существует легированная сталь. Но часто происходит подмена понятий и многие обыватели считают, что единственным достоинством такого материала является его высокая антикоррозионная стойкость. На самом деле, кроме нержавейки, существует колоссальное количество сплавов, содержащих легирующие  добавки и имеющих различные механические и эксплуатационные характеристики. Ну а теперь все по порядку.

Легированные стали: определение и классификация

Легированные сплавы имеют сложный состав на основе железа и углерода и содержат различные химические элементы, которые влияют на структурные преобразования  металлов на молекулярном уровне. Процентное содержание таких добавок и организация процесса раскисления, легирования и модификации сталей определяют их физико-химические свойства.

Интересный факт. Началом массового производства немагнитных сплавов считается выплавка стали англичанином Робертом Гадфильдом в конце XIX века. Конечно, человечество и раньше знало, что такое легированная сталь, но организовать потоковое производство и оценить все преимущества ее применения люди смогли только в эпоху глобальной индустриализации и, к сожалению, с появлением новых военных технологий. Благодаря высокому сопротивлению износу и ударным нагрузкам сталь Гадфильда вплоть до середины XX века становится наиболее используемым сплавом для производства железнодорожных крестовин, танковых траков, пехотных шлемов и даже тюремных решеток. Она и сейчас применяется при изготовлении зубьев ковшей экскаваторов и других элементов техники, подвергаемых ударным и истирающим нагрузкам во время их эксплуатации.

Отличия от углеродистых сталей

Любая сталь содержит железо и углерод. Причем содержание последнего может составлять 0,02 – 2,14% и напрямую определяет его свойства и марку. Он повышает твердость и прочность, но при увеличении концентрации снижает пластичность. Увеличивает режущую способность, электрическое сопротивление и коэрцитивную силу. Снижает температуру плавления и плотность.

Обыкновенные углеродистые стали, также как и легированные, могут содержать кремний, марганец, медь, серу, хром, фосфор, водород, азот и алюминий, только их количество значительно ниже. При этом Si и Mn вводятся для улучшения прочностных показателей и физико-химических свойств. Другие вещества попадают в расплавленную сталь из шихты или печных газов и соответственно считаются примесями. Некоторые их них (например, сера и фосфор) являются постоянными вредными примесями. При плавке легированных сталей их  свойства формируются счет целенаправленного введения модифицирущих элементов. 

Легирующие добавки

Наиболее распространенными элементами, использующимися для улучшения физических, химических и механических свойств стали являются: хром, марганец, никель, кремний, вольфрам, молибден, ванадий, титан, медь, кобальт, алюминий, бор, ниобий, цирконий и другие. Но, несмотря на такой обширный список, все же наиболее используемыми являются лишь несколько из вышеперечисленных элементов.

 Легирущие добавки

Элемент

Химическое обозначение

Обозначение в маркировке СНГ

Типичное содержание, %

Особенности применения

Марганец

Mn

Г

0,8 – 13

Аустенитобразующее вещество, улучшает прокаливаемость и увеличивает порог жидкотекучести металла. Повышает сопротивление истиранию и ударным нагрузкам.

Кремний

Si

С

0,5 – 14,0

Ферритообразующий компонент. Не влияет на вязкостные свойства, при этом повышает предел прочности и текучести, магнитную проницаемость и электропроводимость. Улучшает пластичность, кислотостойкость и прочностные показатели.

Алюминий

Al

Ю

0,02 – 0,07

Минимизирует процессы старения. Повышает пластичность. Связывает кислород

Фосфор

P

П

0,05 – 0,35

Улучшает антикоррозионные свойства и обрабатываемость. В количестве более 0,03% провоцирует хладноломкость.

Хром

Cr

Х

0,3 – 30

Ферритообразующий компонент. Широко используется как самостоятельный легирующий агент, так и в комплексе с другими веществами. Его введение способствует расширению температурного интервала затвердевания, увеличивает прочность и твердость без изменения показателей пластичности. Содержание 1% улучшает механические свойства. С повышением концентрации хрома до 5% увеличивается теплостойкость, а кислотостойкие и жаропрочные сплавы уже содержат более высокий процент хрома, который может достигать 28%.

Никель

Ni

Н

0,3 – 25

Аустенитообразующий компонент. Улучшает ударную вязкость и термоокислительную стабильность. Повышает прокаливаемость и окалиностойкость.

Молибден

Mo

М

0,2 – 6,5

Значительно повышает показатели твердости, прочности и прокаливаемости. В наибольшей концентрации содержится в жаропрочных и быстрорежущих сталях, а в конструкционных марках его количество обычно не превышает 0,4%.

Вольфрам

W

В

1,0 – 18,0

Карбидообразующая присадка, повышающая пределы прочности и твердости. Вводится в быстрорежущие инструментальные сплавы до 18% и оптимизирует термопрочность и сопротивление ударным нагрузкам.

Ванадий

V

Ф

0,09 – 2,0

Карбидообразующий агент, который увеличивает прочность и повышает вязкость. Ванадийсодержащие сплавы демонстрируют отличную ударную стойкость и инертность к напряжениям, но очень дорого стоят.

Титан

Ti

Т

0,03 – 0,15

Связывая углерод в прочные карбиды, измельчает зерна аустенита и снижает склонность к межкристаллической коррозии. Повышает кислотоустойчивость и, наряду с другими карбидообразующими, способствует самозакалке стали. 

Ниобий

Nb

Б

0,01 – 1,5

Сильный карбидообразующий элемент. В нержавеющие сплавы вводится для минимизации межкристаллической коррозии, в марганцовистую – для снижения отпускной хрупкости.

Медь

Cu

Д

0,03 – 4,0

Ее присадка увеличивает предел текучести, пластичность, сопротивляемость коррозионным процессам. В судостроении позволяет эффективно решить проблему обрастания подводной части корпуса водорослями и ракушками.

Бор

B

Р

0,0008 – 0,005

Увеличивает прокаливаемость. Является лучшей альтернативой для замены дорогостоящего молибдена и никеля.

Кобальт

Co

К

5,0 – 30,0

Используется для жаростойких и быстрорежущих марок. Его присадка позволяет режущей плоскости сохранять свои свойства даже при температурах красного каления и защищает конструктивные части теплогенерирующих элементов от окисления при воздействии агрессивных сред и критических температур.

Редко-земельные

металлы (РЗМ)

Ce, La и др.

Ч

0,02 – 0,05

Одновременно выступают дегазаторами и десульфураторами. В значительной мере оптимизирующее влияют на обрабатываемость и физико-механические свойства. Улучшают жидкотекучесть, свариваемость и ковкость.

Сера

S

0,03 – 0,3

Несмотря на то, что наличие серы активизирует процессы ржавления и охручивания стали, она используется в автоматных марках для облегчения станочной обработки.

На заметку. Даже в составе технически чистого железа обязательно присутствуют около 20 химических примесей. Но их суммарное  количество не превышает 0,25 процента.

Общая классификация легированных сталей

Она основывается на том, в каком количестве добавка введена в состав сплава, и определяет основные группы, исходя из химической структуры, целевого назначения и уникальных свойств. Таким образом, различают следующие категории.

Классификация стальных сплавов по процентному содержанию всех легирующих компонентов:

  • не более 2,5 % — низколегированные;
  • в интервале от 2,5 до 10,0% – среднелегированные;
  • более 10% — высоколегированные.

Классификация легированных сталей по назначению:

  • конструкционные. Используются для изготовления металлоконструкций, деталей машин, агрегатов и механизмов;
  • инструментальные. Применяются при изготовлении высококачественного мерительного и режущего инструмента и ударо-штамповочной оснастки;
  • с особыми свойствами (жаростойкие, нержавеющие и прочие).

В своей профессиональной деятельности металлурги и инженеры часто прибегают к более широкой номенклатуре. Например, профессионалами используется классификация таких сплавов по их микроструктуре в нормализованном состоянии (перлитные, аустенитные, карбидные и мартенситные) или в равновесном  состоянии (доэвтектоидные, эвтектоидные, заэвтектоидные).

Характеристика легированных сталей

Фазовые превращения в твердых растворах железа определяются общими законами взаимной растворимости и межатомных взаимодействий всех элементов, включая углерод и легирующие добавки. Поэтому легированная сталь имеет одновременно схожие и уникальные характеристики:

  • химические: жаростойкость, кислотостойкость, коррозионная стойкость;
  • физические: тепловые, магнитные, электрические;
  • специальные: износостойкость, сопротивляемость ползучести.

Среди преимуществ и достоинств, которыми обладает данный металлопрокат, следует выделить повышенное сопротивление хладостойкости, ударным и пластическим деформациям, улучшенная прокаливаемость, повышенная вязкость. При этом для большинства сплавов, содержащих разное количество легирующих присадок, характерно:

  • наличие остаточного аустенита после закалки;
  • склонность к образованию флокенов;
  • механическая прочность;
  • тугоплавкость.

На заметку. В зависимости от химической природы вводимых элементов легированная сталь изменяет свойства жидкотекучести и поверхностного натяжения. А также снижает температуру плавления следующим образом:

Элемент

Снижение T для 1% элемента в жидком р/р, ˚С

Элемент

Снижение T для 1% элемента в жидком р/р, ˚С

Элемент

Снижение T для 1% элемента в жидком р/р, ˚С

Углерод

90

Кремний

6

Никель

2,9

Сера

40

Фосфор

28

Титан

17

Марганец

1,7

Медь

2,6

Бор

100

Хром

1,8

Молибден

1,5

Вольфрам

1

Алюминий

5

Ванадий

1,3

Кобальт

1,5

Данные таблицы показывают, что по сравнению с малоуглеродистым нелегированным сплавом у высоколегированной марки, содержащей  около 50% присадок, температура ликвидуса ниже почти на 100˚С.

Маркировка легированных сплавов и основные марки

В мировой практике используется несколько документов, регламентирующих маркировку легированных сталей. Но в любом случае они все предполагают использование буквенно-цифровых обозначений.

Стандарты стран СНГ

При обозначении легированной конструкционной стали процентная величина массовой доли углерода маркируется первыми двумя цифрами без использования буквенного обозначения. Далее в порядке уменьшения указываются легирующие компоненты и их доля в сплаве в среднем эквиваленте. Буквенные обозначения химических элементов указаны в таблице 1. Легирующие присадки, количество которых менее 1,0% указываются только в расшифрованной номенклатуре, так как обозначение тогда бы приняло очень громоздкий вид.   

Учитывая обширный сортамент, марка стали может также включать дополнительные символы в номенклатуре. Так как обозначение тогда бы приняло очень громоздкий вид, символы, более расширенно описывающие свойства или особенности: А – автоматные, Е – магнитные, Ж – нержавеющие, Р – режущие, Х – хромистые, Ш – шарикоподшипниковые, Э — электротехнические, Я – хромоникелевые. Также маркировка может предполагать исключения от общих правил обозначения. Так в зависимости от химического состава конструкционные сплавы разделяют на качественные и высококачественные. Например, в конце маркировки буква «А» указывает, что сплав является особо чистым в части содержания фосфора и серы, а буква «Ш» относит их к высококачественным.

Маркировка легированных сталей для речного и морского судостроения часто осуществляется в соответствии с ГОСТ 5521-86 и требованиями Международной ассоциации классификационных обществ. Это означает, что такие сплавы классифицируют на категории A, B, D и Е с учетом предела текучести, показателям прочности, хрупкости и сопротивления ударным нагрузкам.

Европейские стандарты

EN 10027 определяет порядок обозначения всех сталей. Легированные сплавы имеют маркировку 1.20ХХ – 1.89ХХ, где первая цифра определяет, что данный материал относится к сталям, вторая и третья цифра определяют номер группы сталей и две последние — порядковый номер сплава в этой группе. Например, категория инструментальных сталей идентифицируется как 1.20ХХ – 1.28ХХ, а нержавеющих как 1.40ХХ – 1.45ХХ.

Североамериканские стандарты ASTM/ASME и AISI

В США действует наиболее обширная система маркировки сталей. Например, маркировка ASTM предполагает обозначение основных химических элементов, предел прочности и форму проката. В системе AISI используют 4 цифры, где первые две указывают номер группы, две последующие – процентное количество углерода. Буквенные символы  демонстрируют наличие соответствующих присадок.

Марки, наиболее востребованные в инжиниринге

  • 09Г2С – низколегированная сталь, сочетающая механическую прочность, хорошую обрабатываемость и доступную стоимость;
  • 40Х и ее аналог AISI 5135 – основной конструкционный материал для изготовления деталей и оборудования промышленного сектора и трубопроводной арматуры;
  • 10Г2С1 – кремнемарганцевая марка, демонстрирующая хладостойкость, неплохую свариваемость и повышенную коррозионную стойкость, благодаря чему востребована при сооружении мостов, газопроводов и объектов повышенной надежности;
  • 10Х11Н23Т3МР – жаропрочный сплав аустенитного класса, использующийся для производства пружин, деталей крепежа, работающих  при температурах до 700 ºС.  

Использование легированных сталей

Сегодня практически невозможно перечислить все сферы, где применяется легированная сталь. Это тракторостроение и машиностроение, химико-технологический и промышленно-производственный комплекс, нефтегазодобывающая отрасль и сельское хозяйство. Например:

  • из хромосодержащих сплавов изготавливают детали для оборудования, эксплуатируемого в условия прямого или вероятного контакта с агрессивными средами: плунжеры и шлицы, валы и зубчатые колеса, поршневые пальцы и карданные крестовины;
  • низколегированные конструкционные сплавы чаще всего востребованы в строительстве, массово используются при сооружении каркасных металлоконструкций и для изготовления труб, сортового и фасонного металлопроката. Несмотря на обширный сортамент, легированная сталь марки 09Г2С является наиболее популярной в этой сфере;
  • инструментальный сплав – универсальный материал для клейм, пресс-форм, эталонных калибров и штампов, ручного инструиента. А из ледебуритных марок изготавливаются быстрорежущий инструмент и шарошечные долота.

Также не стоит забывать, что физические особенности легированных сплавов проявляются в термообработанном состоянии. Именно поэтому их широко используют для термонапрягаемых деталей, высокоскоростных и тяжелонагруженных пар трения.

В связи с интенсивным развитием современных технических отраслей, легированная сталь находит применение в гражданской и военной авиации, в турбостроении и в альтернативной электроэнергетике. Так же можно купить металл в Украине, а именно легированную сталь для изготовления мультикоптеров и беспилотников, ядерных реакторов, ракетно-космических систем. В то же время стремительное расширение сферы применения легированных сталей обуславливает ужесточение требований к их качеству и мотивирует к разработке новых сплавов.

Узнать больше о легированных марках стали и специальных сплавах можно в нашем справочнике, который регулярно пополняется новой информацией. Здесь можно ознакомиться с химическим составом сплавов, физико-механическими свойствами, аналогами и сферами применения сталей.

Мы рады, что вы заинтересовались информацией из нашего блога. И даем согласие на использование материалов для учебных целей или для личного пользования. Однако предупреждаем, что копирование информации для публичного распространения – это нарушения авторского права и других прав интеллектуальной собственности, согласно Бернской конвенции и Закона Украины об авторском праве №3792-XII.

 

Легированная сталь: особенности, классификация и характеристики — Метинвест

  • Легорованные стали: определение и классификация
  • Легирующие добавки
  • Общая классификация легированных сталей
  • Характеристика легированных сталей
  • Маркировка легированных сплавов и основные марки
  • Марки, наиболее востребованные в инжиниринге
  • Использование легированных сталей

В век перепроизводства разве что младенец не знает, что существует легированная сталь. Но часто происходит подмена понятий и многие обыватели считают, что единственным достоинством такого материала является его высокая антикоррозионная стойкость. На самом деле, кроме нержавейки, существует колоссальное количество сплавов, содержащих легирующие  добавки и имеющих различные механические и эксплуатационные характеристики. Ну а теперь все по порядку.

Легированные стали: определение и классификация

Легированные сплавы имеют сложный состав на основе железа и углерода и содержат различные химические элементы, которые влияют на структурные преобразования  металлов на молекулярном уровне. Процентное содержание таких добавок и организация процесса раскисления, легирования и модификации сталей определяют их физико-химические свойства.

Интересный факт. Началом массового производства немагнитных сплавов считается выплавка стали англичанином Робертом Гадфильдом в конце XIX века. Конечно, человечество и раньше знало, что такое легированная сталь, но организовать потоковое производство и оценить все преимущества ее применения люди смогли только в эпоху глобальной индустриализации и, к сожалению, с появлением новых военных технологий. Благодаря высокому сопротивлению износу и ударным нагрузкам сталь Гадфильда вплоть до середины XX века становится наиболее используемым сплавом для производства железнодорожных крестовин, танковых траков, пехотных шлемов и даже тюремных решеток. Она и сейчас применяется при изготовлении зубьев ковшей экскаваторов и других элементов техники, подвергаемых ударным и истирающим нагрузкам во время их эксплуатации.

Отличия от углеродистых сталей

Любая сталь содержит железо и углерод. Причем содержание последнего может составлять 0,02 – 2,14% и напрямую определяет его свойства и марку. Он повышает твердость и прочность, но при увеличении концентрации снижает пластичность. Увеличивает режущую способность, электрическое сопротивление и коэрцитивную силу. Снижает температуру плавления и плотность.

Обыкновенные углеродистые стали, также как и легированные, могут содержать кремний, марганец, медь, серу, хром, фосфор, водород, азот и алюминий, только их количество значительно ниже. При этом Si и Mn вводятся для улучшения прочностных показателей и физико-химических свойств. Другие вещества попадают в расплавленную сталь из шихты или печных газов и соответственно считаются примесями. Некоторые их них (например, сера и фосфор) являются постоянными вредными примесями. При плавке легированных сталей их  свойства формируются счет целенаправленного введения модифицирущих элементов. 

Легирующие добавки

Наиболее распространенными элементами, использующимися для улучшения физических, химических и механических свойств стали являются: хром, марганец, никель, кремний, вольфрам, молибден, ванадий, титан, медь, кобальт, алюминий, бор, ниобий, цирконий и другие. Но, несмотря на такой обширный список, все же наиболее используемыми являются лишь несколько из вышеперечисленных элементов.

 Легирущие добавки

Элемент

Химическое обозначение

Обозначение в маркировке СНГ

Типичное содержание, %

Особенности применения

Марганец

Mn

Г

0,8 – 13

Аустенитобразующее вещество, улучшает прокаливаемость и увеличивает порог жидкотекучести металла. Повышает сопротивление истиранию и ударным нагрузкам.

Кремний

Si

С

0,5 – 14,0

Ферритообразующий компонент. Не влияет на вязкостные свойства, при этом повышает предел прочности и текучести, магнитную проницаемость и электропроводимость. Улучшает пластичность, кислотостойкость и прочностные показатели.

Алюминий

Al

Ю

0,02 – 0,07

Минимизирует процессы старения. Повышает пластичность. Связывает кислород

Фосфор

P

П

0,05 – 0,35

Улучшает антикоррозионные свойства и обрабатываемость. В количестве более 0,03% провоцирует хладноломкость.

Хром

Cr

Х

0,3 – 30

Ферритообразующий компонент. Широко используется как самостоятельный легирующий агент, так и в комплексе с другими веществами. Его введение способствует расширению температурного интервала затвердевания, увеличивает прочность и твердость без изменения показателей пластичности. Содержание 1% улучшает механические свойства. С повышением концентрации хрома до 5% увеличивается теплостойкость, а кислотостойкие и жаропрочные сплавы уже содержат более высокий процент хрома, который может достигать 28%.

Никель

Ni

Н

0,3 – 25

Аустенитообразующий компонент. Улучшает ударную вязкость и термоокислительную стабильность. Повышает прокаливаемость и окалиностойкость.

Молибден

Mo

М

0,2 – 6,5

Значительно повышает показатели твердости, прочности и прокаливаемости. В наибольшей концентрации содержится в жаропрочных и быстрорежущих сталях, а в конструкционных марках его количество обычно не превышает 0,4%.

Вольфрам

W

В

1,0 – 18,0

Карбидообразующая присадка, повышающая пределы прочности и твердости. Вводится в быстрорежущие инструментальные сплавы до 18% и оптимизирует термопрочность и сопротивление ударным нагрузкам.

Ванадий

V

Ф

0,09 – 2,0

Карбидообразующий агент, который увеличивает прочность и повышает вязкость. Ванадийсодержащие сплавы демонстрируют отличную ударную стойкость и инертность к напряжениям, но очень дорого стоят.

Титан

Ti

Т

0,03 – 0,15

Связывая углерод в прочные карбиды, измельчает зерна аустенита и снижает склонность к межкристаллической коррозии. Повышает кислотоустойчивость и, наряду с другими карбидообразующими, способствует самозакалке стали. 

Ниобий

Nb

Б

0,01 – 1,5

Сильный карбидообразующий элемент. В нержавеющие сплавы вводится для минимизации межкристаллической коррозии, в марганцовистую – для снижения отпускной хрупкости.

Медь

Cu

Д

0,03 – 4,0

Ее присадка увеличивает предел текучести, пластичность, сопротивляемость коррозионным процессам. В судостроении позволяет эффективно решить проблему обрастания подводной части корпуса водорослями и ракушками.

Бор

B

Р

0,0008 – 0,005

Увеличивает прокаливаемость. Является лучшей альтернативой для замены дорогостоящего молибдена и никеля.

Кобальт

Co

К

5,0 – 30,0

Используется для жаростойких и быстрорежущих марок. Его присадка позволяет режущей плоскости сохранять свои свойства даже при температурах красного каления и защищает конструктивные части теплогенерирующих элементов от окисления при воздействии агрессивных сред и критических температур.

Редко-земельные

металлы (РЗМ)

Ce, La и др.

Ч

0,02 – 0,05

Одновременно выступают дегазаторами и десульфураторами. В значительной мере оптимизирующее влияют на обрабатываемость и физико-механические свойства. Улучшают жидкотекучесть, свариваемость и ковкость.

Сера

S

0,03 – 0,3

Несмотря на то, что наличие серы активизирует процессы ржавления и охручивания стали, она используется в автоматных марках для облегчения станочной обработки.

На заметку. Даже в составе технически чистого железа обязательно присутствуют около 20 химических примесей. Но их суммарное  количество не превышает 0,25 процента.

Общая классификация легированных сталей

Она основывается на том, в каком количестве добавка введена в состав сплава, и определяет основные группы, исходя из химической структуры, целевого назначения и уникальных свойств. Таким образом, различают следующие категории.

Классификация стальных сплавов по процентному содержанию всех легирующих компонентов:

  • не более 2,5 % — низколегированные;
  • в интервале от 2,5 до 10,0% – среднелегированные;
  • более 10% — высоколегированные.

Классификация легированных сталей по назначению:

  • конструкционные. Используются для изготовления металлоконструкций, деталей машин, агрегатов и механизмов;
  • инструментальные. Применяются при изготовлении высококачественного мерительного и режущего инструмента и ударо-штамповочной оснастки;
  • с особыми свойствами (жаростойкие, нержавеющие и прочие).

В своей профессиональной деятельности металлурги и инженеры часто прибегают к более широкой номенклатуре. Например, профессионалами используется классификация таких сплавов по их микроструктуре в нормализованном состоянии (перлитные, аустенитные, карбидные и мартенситные) или в равновесном  состоянии (доэвтектоидные, эвтектоидные, заэвтектоидные).

Характеристика легированных сталей

Фазовые превращения в твердых растворах железа определяются общими законами взаимной растворимости и межатомных взаимодействий всех элементов, включая углерод и легирующие добавки. Поэтому легированная сталь имеет одновременно схожие и уникальные характеристики:

  • химические: жаростойкость, кислотостойкость, коррозионная стойкость;
  • физические: тепловые, магнитные, электрические;
  • специальные: износостойкость, сопротивляемость ползучести.

Среди преимуществ и достоинств, которыми обладает данный металлопрокат, следует выделить повышенное сопротивление хладостойкости, ударным и пластическим деформациям, улучшенная прокаливаемость, повышенная вязкость. При этом для большинства сплавов, содержащих разное количество легирующих присадок, характерно:

  • наличие остаточного аустенита после закалки;
  • склонность к образованию флокенов;
  • механическая прочность;
  • тугоплавкость.

На заметку. В зависимости от химической природы вводимых элементов легированная сталь изменяет свойства жидкотекучести и поверхностного натяжения. А также снижает температуру плавления следующим образом:

Элемент

Снижение T для 1% элемента в жидком р/р, ˚С

Элемент

Снижение T для 1% элемента в жидком р/р, ˚С

Элемент

Снижение T для 1% элемента в жидком р/р, ˚С

Углерод

90

Кремний

6

Никель

2,9

Сера

40

Фосфор

28

Титан

17

Марганец

1,7

Медь

2,6

Бор

100

Хром

1,8

Молибден

1,5

Вольфрам

1

Алюминий

5

Ванадий

1,3

Кобальт

1,5

Данные таблицы показывают, что по сравнению с малоуглеродистым нелегированным сплавом у высоколегированной марки, содержащей  около 50% присадок, температура ликвидуса ниже почти на 100˚С.

Маркировка легированных сплавов и основные марки

В мировой практике используется несколько документов, регламентирующих маркировку легированных сталей. Но в любом случае они все предполагают использование буквенно-цифровых обозначений.

Стандарты стран СНГ

При обозначении легированной конструкционной стали процентная величина массовой доли углерода маркируется первыми двумя цифрами без использования буквенного обозначения. Далее в порядке уменьшения указываются легирующие компоненты и их доля в сплаве в среднем эквиваленте. Буквенные обозначения химических элементов указаны в таблице 1. Легирующие присадки, количество которых менее 1,0% указываются только в расшифрованной номенклатуре, так как обозначение тогда бы приняло очень громоздкий вид.   

Учитывая обширный сортамент, марка стали может также включать дополнительные символы в номенклатуре. Так как обозначение тогда бы приняло очень громоздкий вид, символы, более расширенно описывающие свойства или особенности: А – автоматные, Е – магнитные, Ж – нержавеющие, Р – режущие, Х – хромистые, Ш – шарикоподшипниковые, Э — электротехнические, Я – хромоникелевые. Также маркировка может предполагать исключения от общих правил обозначения. Так в зависимости от химического состава конструкционные сплавы разделяют на качественные и высококачественные. Например, в конце маркировки буква «А» указывает, что сплав является особо чистым в части содержания фосфора и серы, а буква «Ш» относит их к высококачественным.

Маркировка легированных сталей для речного и морского судостроения часто осуществляется в соответствии с ГОСТ 5521-86 и требованиями Международной ассоциации классификационных обществ. Это означает, что такие сплавы классифицируют на категории A, B, D и Е с учетом предела текучести, показателям прочности, хрупкости и сопротивления ударным нагрузкам.

Европейские стандарты

EN 10027 определяет порядок обозначения всех сталей. Легированные сплавы имеют маркировку 1.20ХХ – 1.89ХХ, где первая цифра определяет, что данный материал относится к сталям, вторая и третья цифра определяют номер группы сталей и две последние — порядковый номер сплава в этой группе. Например, категория инструментальных сталей идентифицируется как 1.20ХХ – 1.28ХХ, а нержавеющих как 1.40ХХ – 1.45ХХ.

Североамериканские стандарты ASTM/ASME и AISI

В США действует наиболее обширная система маркировки сталей. Например, маркировка ASTM предполагает обозначение основных химических элементов, предел прочности и форму проката. В системе AISI используют 4 цифры, где первые две указывают номер группы, две последующие – процентное количество углерода. Буквенные символы  демонстрируют наличие соответствующих присадок.

Марки, наиболее востребованные в инжиниринге

  • 09Г2С – низколегированная сталь, сочетающая механическую прочность, хорошую обрабатываемость и доступную стоимость;
  • 40Х и ее аналог AISI 5135 – основной конструкционный материал для изготовления деталей и оборудования промышленного сектора и трубопроводной арматуры;
  • 10Г2С1 – кремнемарганцевая марка, демонстрирующая хладостойкость, неплохую свариваемость и повышенную коррозионную стойкость, благодаря чему востребована при сооружении мостов, газопроводов и объектов повышенной надежности;
  • 10Х11Н23Т3МР – жаропрочный сплав аустенитного класса, использующийся для производства пружин, деталей крепежа, работающих  при температурах до 700 ºС.  

Использование легированных сталей

Сегодня практически невозможно перечислить все сферы, где применяется легированная сталь. Это тракторостроение и машиностроение, химико-технологический и промышленно-производственный комплекс, нефтегазодобывающая отрасль и сельское хозяйство. Например:

  • из хромосодержащих сплавов изготавливают детали для оборудования, эксплуатируемого в условия прямого или вероятного контакта с агрессивными средами: плунжеры и шлицы, валы и зубчатые колеса, поршневые пальцы и карданные крестовины;
  • низколегированные конструкционные сплавы чаще всего востребованы в строительстве, массово используются при сооружении каркасных металлоконструкций и для изготовления труб, сортового и фасонного металлопроката. Несмотря на обширный сортамент, легированная сталь марки 09Г2С является наиболее популярной в этой сфере;
  • инструментальный сплав – универсальный материал для клейм, пресс-форм, эталонных калибров и штампов, ручного инструиента. А из ледебуритных марок изготавливаются быстрорежущий инструмент и шарошечные долота.

Также не стоит забывать, что физические особенности легированных сплавов проявляются в термообработанном состоянии. Именно поэтому их широко используют для термонапрягаемых деталей, высокоскоростных и тяжелонагруженных пар трения.

В связи с интенсивным развитием современных технических отраслей, легированная сталь находит применение в гражданской и военной авиации, в турбостроении и в альтернативной электроэнергетике. Так же можно купить металл в Украине, а именно легированную сталь для изготовления мультикоптеров и беспилотников, ядерных реакторов, ракетно-космических систем. В то же время стремительное расширение сферы применения легированных сталей обуславливает ужесточение требований к их качеству и мотивирует к разработке новых сплавов.

Узнать больше о легированных марках стали и специальных сплавах можно в нашем справочнике, который регулярно пополняется новой информацией. Здесь можно ознакомиться с химическим составом сплавов, физико-механическими свойствами, аналогами и сферами применения сталей.

Мы рады, что вы заинтересовались информацией из нашего блога. И даем согласие на использование материалов для учебных целей или для личного пользования. Однако предупреждаем, что копирование информации для публичного распространения – это нарушения авторского права и других прав интеллектуальной собственности, согласно Бернской конвенции и Закона Украины об авторском праве №3792-XII.

 

степень легирования, классификация, состав, маркировка

Легированная сталь представляет собой металл, содержащие добавки, которые дают возможность менять механические и физические свойства материала. Ниже расскажем о видах легируемой стали, покажем ее маркировку.

Содержание

Что такое легированная сталь

Что же такое за чудо, эти легированные стали? В чем их отличие? Это углеродистые стали, для повышения характеристик которых используются легирующие компоненты.   Степень легирования может быть разной, но даже при небольших добавлениях, качественные характеристики материала повышаются в разы.

Производство

Легирование стали осуществляется двумя способами по специальным правилам.

Главный метод – металлургический. При нем в расплавленные металлы добавляют определенное число добавок. После этого устанавливаются дополнительные параметры, после чего химические реакции проводится в ускоренном режиме.

Дополнительный вариант для легирования – добавки наносятся поверхностным слоем, чтобы началось взаимное проникновение элементов.

Химический состав

В составе легирующих элементов присутствуют постоянные добавки. Они есть в каждом сплаве. Кроме того, существуют и необязательные ингредиенты для легирования. К основным компонентам относятся:

  • Железо. Главная черта этого ковкого металла – его присутствие в глубинах земли. По степени добычи он находится на втором месте вслед за алюминием. Он легко вступает в химические реакции, поэтому сплавлять его легко. Процент содержания железа может быть в диапазоне от 45 до 97-99 %., в зависимости от марки стали.
  • Углерод. Считается одним из важнейших ингредиентов состава. Обычно элемент добавляют в размере от 0.1% до 1.4% от общей массы. Чем больше углерода, тем более прочен металл.
  • Марганец. Полезный элемент, относящийся к основным. Если его количество меньше 1%, серьезный улучшений он не предаст. Внешне выглядит красиво – он серебристого цвета, поэтому металлические слитки от него имеют специфический оттенок.  Главная польза в том, что он помогает удалять из материала кислород. В отдельных соединениях в соответствии с нормами гостов присутствует в количестве 11 – 14 % от общей массы. При этом сталь размагничивается, получается более ударопрочной и долго не изнашивается.
  • Кремний – обязательный компонент состава, если в сплаве содержится свыше 0.8 %, обладает легирующими качествами. Как и марганец, он ликвидирует ненужный кислород. Повышает износоустойчивость, упругость, прочность материала при сильном нагревании.

В числе добавок бывает и вредные компоненты. Специалисты стараются их вывести, но полностью убрать невозможно. К таковым относятся:

  • Сера. Повышает вероятность появление трещин на нагретом металле.
  • Фосфор. Увеличивает хрупкость материала.
  • Кислород, азот и водород обладают свойствами «разрыхления» сплава.
  • Окислы и нитриды увеличивают вероятность появления надрывов.

Еще одна группа элементов – случайные. Появляются в емкости с шихтами, то есть смесями изначальных компонентов, не обладают полезными качествами. Могут нести безвредный характер, но поскольку доля их содержания мала, практически не влияют на структуру. К таким относят:

  • Медь;
  • Цинк;
  • Свинец;
  • Хром;
  • Никель.

К последней группе относят специальные элементы.  Их применяют с целью улучшения некоторых свойств металла. Они придают сплаву упрочнение. Эти элементы вводятся дополнительно для повышения определенных характеристик.  К ним относятся:

  • Титан;
  • Ванадий;
  • Молибден;
  • Вольфрам;
  • Некоторые другие.

Свойства и характеристики

Свойства и характеристики легированных сталей очень разнообразны. Они зависят от добавок, применяющихся как легирующие при изготовлении некоторых типов стали.

В зависимости от количества примесей материал получает следующие свойства:

  • Прочность. Эта характеристика повышается при добавлении в сплав хрома, титана, некоторых других компонентов.
  • Неподверженность коррозии. Увеличивается после добавления хрома и молибдена.
  • Твердость. Повышается после появления в составе металла марганца, хрома, иных компонентов.

Важно: Чтобы сплав стал прочнее и устойчивее к влияниям окружающей среды, в составе должен содержаться хром в количестве не меньше 12 %.

Сталь не должна менять характеристики при нагревании до 600 C°.

Классификация легированных сталей

Выделяется следующая классификация типов легированных сталей.

По качеству

В зависимости от качества, легированные стали разделяются на виды:

  • Конструкционные;
  • Инструментальные;
  • Имеющие особые физические свойства.

Полезно: Конструкционная и инструментальная легированная сталь применяется в сферах, требующих высокой прочности. Типы металла с особыми свойствами являются коррозионно-устойчивыми, они стойкие к экстремальным температурным значениям и агрессивной химической среде. К таким материалам относится нержавейка.

По количеству добавок

Различают три главных типа легированной стали, имеющей нержавеющий характер.

  1. Низколегированный. В такой стали присутствует 2.5 % легирующих добавок.
  2. Среднелегированный. В нем имеется от 2.5 до 10 % легирующих элементов.
  3. Высоколегированный. Сюда относят сталь, в которой число легирующих компонентов свыше 10 %. В отдельных разновидностях число таких элементов может достичь 50 %.

По назначению

По практическому назначению легированные стали бывают двух типов:

  • Машиностроительные материалы — используются при изготовлении деталей разных механизмов, в конструкциях корпуса. Проходят особую температурную обработку.
  • Строительные сплавы — обычно применяются при производстве сварных металлических конструкций, их редко подвергают обработке высокой температурой.

Маркировка легированных сталей

Точный состав каждого легируемого материала можно посмотреть в справочниках. Однако узнать подобные сведения можно, если понимать маркировку в легированной стали.  Легирующие элементы можно опознать по буквенному обозначению.  Кроме того, есть возможность сделать расшифровку по процентным показателям различных элементов в металле.

Важно: Маркировка обозначается буквой, которая показывает назначение сплава. Литеры обозначают следующие марки:

Ж, Х, Е — нержавеющие, хромистые, магнитные металлы.

Я — нержавеющий сплав хромоникилиевого типа.

Ш — сталь шарикоподшипниковой разновидности.

Р — режущий металл.

А, Ш — сталь с примесями, обладающая высоким качеством.

Расшифровка маркировки

Кроме того, в стали могут содержаться разные компоненты. Прилагаем таблицу, показывающую, как обозначаются различные металлы в сплавах:

Важно: если перед буквой указана цифра, это количество используемого кремния, при показании цифр после буквенной аббревиатуры, имеется в виду процент указанных веществ.

Применение легированной стали

Легированная сталь находит широкое применение в машиностроительной отрасли, производстве инструментов, стройматериалов.

Автомобильные детали производят из перлитных сплавов. К таким относится сталь низкой и средней степени легированности. После отжига структура металла позволяет обрабатывать материал режущими инструментами.

Сталь с незначительной легированностью используется в судостроении, поскольку материал позволяет снизить толщину применяемого сплава.

Металл с хромовой примесью применяют для выплавки изделий, не подверженных воздействию молочной, уксусной кислот, при изготовлении деталей, работающих в среде высокого давления. Это могут быть шестерни коробки передач, поршневые пальцы и иные детали.

Интересно: Сталь с сильной легированностью применяется для создания деталей, имеющих устойчивость к коррозии.  Подобные компоненты держат экстремальные температуры, могут служить при + 1100 C°.

Сварка сплавов

Легированные сплавы гибкие, из них делают сложные механизмы путем сварки. Благодаря разному содержанию примесей, каждый тип легированных сплавов обладает своей спецификой.

Низколегированных

Эти металлы часто подвергаются закаливанию, они хорошо свариваются, но их швы плохо переносят чрезмерное напряжение. Необходимо предварительно подогреть сплав и медленно его охладить, чтобы не образовались холодные трещины.

Среднелегированных

Легированные стали данного типа получаются надежными при применении компонентов из вольфрама, молибдена, ванадия. Необходимо подобрать электроды с этими же веществами, но не такой концентрации. Сплав требует защиты от перегрева, окислительных процессов, водородной болезни.

Высоколегированных

Для сварки нужно использовать оборудование с наименьшим тепловым захватом материалов. Это следует сделать, чтобы металл не подвергался короблению при сварке, поскольку в сплаве содержится много добавок. Газовую сварку не стоит использовать.

При электросварке следует пользоваться электродами с покрытием из фтора и кальция. Таким путем можно добиться качественных показателей прочности швов.

Что такое легированная сталь — состав, свойства, марки, ГОСТ, назначение, обработка

  • Низколегированная сталь – содержит не более 2,5 % добавок.
  • Среднелегированная сталь – количество легирующих элементов варьируется от 2,5 до 10 %.
  • Высоколегированная сталь – здесь речь идет о большем содержании 10 % и выше.

При этом учитывается именно суммарное количество легирующих добавок. Чтобы получить определенные качества, легированные стали проходят процесс нормализации. Это когда материал нагревается до температуры 900 °C, а после этого он охлаждается на воздухе. Исходя из этого, «маркировка» легированных сталей может выглядеть так:

  • Перлитная – содержание легирующих добавок у таких сталей колеблется от 5 % до 7 %. Получаются следующие структуры: перлит, сорбит, тростит.
  • Мартенситная – здесь легирующих элементов больше 7-15 %, углерода при этом не более 0,55 %.
  • Аустенитная – помимо содержания легирующих элементов (более 15 %), здесь присутствует никель (8 %) и марганец (13 %). Содержание же углерода здесь не более 0,2 %.
  • Ферритная – у такой структуры углерода также содержится не больше 0,2 %. В то время как хрома здесь 17-30 %, кремния 2,5 % (не менее). Такие стали можно отнести к малоуглеродистым.
  • Карбидная (ледебуритная) – это уже высокоуглеродистые марки (0,7 % С). В основном содержат вольфрам, ванадий, молибден и хром.

Получение разной марки легированной стали, точнее ее структуры, зависит не только от скорости охлаждения металла на воздухе, но и от количества легирующих добавок и углерода.

Особенности маркировки ЛС

В начале статьи в списке легирующих элементов возле каждого из них стоят буквы, что не случайно. Именно ими производится маркировка подобных металлов, но помимо них присутствуют еще цифры. Пример приведен ниже.

Все это делается согласно ГОСТу 4543-71. Буквенно-цифровое обозначение принято неслучайно, ведь все легированные стали имеют широкий ассортимент. А в таком многообразии несложно запутаться, и поэтому возникла необходимость в систематизации. При этом каждая буква кириллицы (идет первой) в обозначении указывает на присутствие того или иного элемента, а цифра (как правило, после буквы) — содержание в процентах. При этом, если речь идет о количестве менее 0,99 %, то число обычно не ставится. Иногда в сплав могут быть добавлены и редкоземельные металлы, такие как иттрий, лантан и ряд прочих. В этом случае в обозначении стали легированной по ГОСТу указывается лишь одна буква – Ч. В маркировке стали есть и другие особенности:

  • Первые две цифры всегда указывают на процентное содержание углерода, который буквенно никогда не обозначается.
  • Если это быстрорежущая сталь, то содержание вольфрама указывается в целых долях процента. Хрома в таких сплавах обычно 4 %.
  • Для шарикоподшипниковой стали после букв ШХ следует обозначение содержание хрома в десятых долях процента.
  • Присутствие двух литер «А» указывает на особо чистую легированную сталь.

Возьмем для примера две маркировки:

1. 03Х13АГ19 – ЛС содержит 0,03 % углерода, 13 % хрома, 1 % азота и 19 % марганца.

2. 18ХГТ – у этой стали углерода 0,18 %, а хрома, титана и марганца по 1 %.

Помимо этого, в самом начале какой-либо маркировки легированных сталей может стоять буква, которая указывает на материал специального назначения:

  • Электротехническая – Э.
  • Быстрорежущая – Р.
  • Шарикоподшипниковая – Ш.
  • Автоматная – А.

Легированные стали еще могут принадлежать категории высококачественных или особенно высококачественных металлов.

В этом случае в конце маркировки будет стоять литера «А» либо «Ш» соответственно.

Преимущества

Все легированные стали обладают рядом ценных преимуществ, среди которых стоит выделить: повышенную стойкость к деформациям пластинчатого характера; высокую твердость; стойкость к хладоломкости и вязкости; технологические качества на высоком уровне. Помимо этого, такая сталь не склона к короблению или появлению прочих дефектов в ходе процесса закалки.

Недостатки

При всех очевидных достоинствах, которыми обладают легированные инструментальные стали либо прочие, недостатки тоже присутствуют:

  • Для них характерна дендритная ликвация, но, к счастью, этого можно избежать проведением диффузионного отжига.
  • Высоколегированные марки могут содержать остаточный аустенит, из-за чего снижается сопротивляемость к усталости и твердости материала.
  • Не исключается появление флокенов – так называемых трещин в структуре стали. Данного дефекта можно избежать путем замедления охлаждения металла, а также снижения содержания водорода в ходе выплавки.

В зависимости от разновидности термической обработки позволяют избежать появления большинства дефектов. В результате чего сталь приобретает необходимые, порой уникальные качества.

Производство ЛС

Процесс производства легированных инструментальных сталей или иных проходит в несколько этапов с использованием электродуговых печей:

  • Железная руда очищается.
  • Плавление металла.
  • Добавление легирующих элементов.

В процессе очистки железная руда избавляется от нежелательных примесей, таких как сера и фосфор. Все это происходит в плавильной печи открытого типа. Также используется технология внепечной обработки стали. Другой технологический необходимый процесс – это вакуумная плавка, в результате которого удаляется мышьяк и ряд примесей цветных металлов.

Для плавки металла уже используется электродуговая печь, для чего в ней сырье разогревается до высокой температуры 400-600 °C. Здесь железо начинает превращаться в чугун, для которого характерна неустойчивая кристаллическая решетка. Но посредством стабилизации из него получается какая-нибудь марка легированной стали. Делается это следующим образом. В рабочую камеру поступает кислород, при сгорании которого атмосфера камеры снабжается углеродом. Он начинает смешиваться с железом, что и ведет к образованию стали. Потом уже в сырье начинают добавлять различные добавки в зависимости от необходимых свойств металла. Кристаллическая решетка становится более плотной, и в результате получается легированная продукция.

Термообработка ЛС

На выплавке производство ЛС не заканчивается. После этого необходимо ее закалить. Выплавленные образцы проходят процедуру закаливания при температуре 1100 °C. После нее нужен отпуск углеродистых и легированных сталей, причем делается он постепенно, во избежание появления трещин. Этот процесс необходим для всех закаленных деталей. Его главная задача заключается в снятии внутренних напряжений. При этом снижается твердость, а пластичность увеличивается. Для отпуска могут использоваться разные средства:

  • Ванны: масляные; селитровые; с расплавленной щелочью.
  • Печь с принудительной воздушной циркуляцией.

Что касается температуры отпуска, то она зависит от марки ЛС и необходимой твердости материала. К примеру, для HRC 59-60 это 150-200 °C. Для быстрорежущих ЛС нужен температурный режим чуть больше – 540-580 °C. Это еще называется как вторичное отвердение, поскольку твердость детали возрастает.

Как правило, после процесса отпуска сталь охлаждается на открытом воздухе. Но хромоникелевые изделия исключение – для них нужна ванна с водой или маслом. Если охлаждение затянется, это приведет к излишней хрупкости металла.

Область применения

Что касается назначения легированных сталей, то это практически любая сфера человеческой жизнедеятельности. Инструментальный металл идет на производство резцов, фрез, штампов, измерительных устройств, шестерен, пружин, подвесок, растяжек и многого другого. Нержавеющая ЛС идеальна для изготовления посуды, корпусов бытовой техники.

Сварка ЛС

Процесс сварки ЛС в полной мере зависит от химического состава металла. Причем в отличие от легирующих элементов больше всего оказывает влияние углерод. В то же время сами добавки по-разному воздействуют на сварку. К примеру, наличие хрома и марганца в большей степени приводит к образованию трещин, нежели никель. А вот титан на этот процесс действует вполне благоприятным образом. Из-за большого количества серы, фосфора и растворенных газов свариваемость стали в разы ухудшается. Поэтому их содержание не должно быть более 0,020-0,055 %, что никоим образом не отразится на сварке легированных сталей.

Источник:  syl.ru

[~DETAIL_TEXT] =>

Пожалуй, нет в мире такого человека, который бы не слышал про самый распространенный сплав железа на земле – сталь. Помимо того, что материал имеет немало разновидностей, он используется в производстве практически любых железных конструкций и предметов. Причем отдельного внимания заслуживает легированные сплавы, которые обладают особыми свойствами. В современной промышленности сложно найти какую-либо отрасль, где не используется легированная сталь. Что такое и чем данная разновидность отличается от всех остальных?

Что это за материал?

Обычная сталь – это соединение железа углерода и ряда примесей. Под определением «легированная сталь» (ЛС) подразумевается особый сплав, который получен путем внедрения некоторого количества химических элементов. Это делается с целью получения необходимых физических и химических свойств металла.

Как правило, добавляются такие элементы периодической таблицы Менделеева, без которых сложно обойтись в зависимости от конкретной ситуации: Никель – Н (Ni). Медь – М (Cu). Ниобий – Б (Nb). Хром – Х (Cr). Марганец – Г (Mn). Кремний – С (Si). Ванадий – Ф (V). Вольфрам – В (W). Молибден – М (Mo). Титан – Т (Ti). Алюминий – А (Al). Цирконий – Ц (Zr). Кобальт – К (Co). Но помимо них находят применение молибден с алюминием. При этом каждый из этих элементов добавляется с определенной целью. И их количество напрямую влияет на получение необходимых качеств. Теперь уже становится немного понятно, что такое легированная сталь.

Добавки

Некоторые из них, повышая какие-то определенные свойства материала, занижают другие качества. К примеру, при помощи марганца можно существенно повысить прочность и твердость металла наряду с улучшением режущих качеств. В то же время это приводит к увеличению зерна, что снижает стойкость к ударным нагрузкам. Добавление хрома, наоборот, может повысить эти качества и одновременно с этим увеличить жаропрочность. Благодаря никелю сплав становится более упругим, а если его количество преобладает, то металл приобретает высокие показатели коррозийной стойкости и жаропрочности. Нержавеющая сталь, о которой знает каждый, это как раз сплав из последних двух металлов либо материал с содержанием хрома 27 %. Каждого, кто знает, что собой представляет легированная сталь, что такое легирование — понимает не до конца. Так вот, суть его как раз заключается в добавлении этих элементов. Но вернемся к нашим «примесям» – молибден с одной стороны повышает твердость, но с другой — приводит к уменьшению хрупкости. За счет вольфрама можно повысить не только твердость, но и прочность, а вместе с этим и режущие качества металла. К тому же при нагреве до высокой температуры (600-650 °С) эти свойства не теряются (красностойкость).

Кремний позволяет увеличить упругость материала, а также стойкость к воздействию кислот. Добавление ванадия способствует увеличению пластических свойств за счет уменьшения зерна. Титан позволяет получить более прочный материал.

Примеси

Теперь точно понятно, что такое легированная сталь. Но вместе с этим следует знать о наличии некоторых примесей, которые, вне зависимости от марки стали, в ней всегда присутствуют. В большинстве случаев это неметаллы: Углерод. Сера. Фосфор. Кислород и Азот. Водород. Углерод больше всего оказывает влияние на свойства стали. Если его содержится не более 1,2 %, то материал отличается высокой твердостью и прочностью. Также увеличивается предел текучести. Превышение этой нормы приводит к снижению прочности и пластичности. Большое содержание серы тоже не на пользу. Более 0,65 % – снижается ударная вязкость, коррозионная стойкость, пластичность. Но, помимо этого, существенно снижается свариваемость стали. С фосфором надо быть предельно внимательным, поскольку его превышение, даже незначительно, отрицательно сказывается на металле. Снижается вязкость и пластичность, в то же время хрупкость и текучесть возрастают. Все это может отразиться на обработке легированных сталей.

Превышение кислорода и азота приводит к излишней хрупкости материала, а также понижают его вязкость. Высокое содержание водорода тоже наделяет металл хрупкостью, что нежелательно.

Разновидности ЛС

В зависимости от количества легирующих добавок сталь может разделяться на три вида:

  • Низколегированная сталь – содержит не более 2,5 % добавок.
  • Среднелегированная сталь – количество легирующих элементов варьируется от 2,5 до 10 %.
  • Высоколегированная сталь – здесь речь идет о большем содержании 10 % и выше.

При этом учитывается именно суммарное количество легирующих добавок. Чтобы получить определенные качества, легированные стали проходят процесс нормализации. Это когда материал нагревается до температуры 900 °C, а после этого он охлаждается на воздухе. Исходя из этого, «маркировка» легированных сталей может выглядеть так:

  • Перлитная – содержание легирующих добавок у таких сталей колеблется от 5 % до 7 %. Получаются следующие структуры: перлит, сорбит, тростит.
  • Мартенситная – здесь легирующих элементов больше 7-15 %, углерода при этом не более 0,55 %.
  • Аустенитная – помимо содержания легирующих элементов (более 15 %), здесь присутствует никель (8 %) и марганец (13 %). Содержание же углерода здесь не более 0,2 %.
  • Ферритная – у такой структуры углерода также содержится не больше 0,2 %. В то время как хрома здесь 17-30 %, кремния 2,5 % (не менее). Такие стали можно отнести к малоуглеродистым.
  • Карбидная (ледебуритная) – это уже высокоуглеродистые марки (0,7 % С). В основном содержат вольфрам, ванадий, молибден и хром.

Получение разной марки легированной стали, точнее ее структуры, зависит не только от скорости охлаждения металла на воздухе, но и от количества легирующих добавок и углерода.

Особенности маркировки ЛС

В начале статьи в списке легирующих элементов возле каждого из них стоят буквы, что не случайно. Именно ими производится маркировка подобных металлов, но помимо них присутствуют еще цифры. Пример приведен ниже.

Все это делается согласно ГОСТу 4543-71. Буквенно-цифровое обозначение принято неслучайно, ведь все легированные стали имеют широкий ассортимент. А в таком многообразии несложно запутаться, и поэтому возникла необходимость в систематизации. При этом каждая буква кириллицы (идет первой) в обозначении указывает на присутствие того или иного элемента, а цифра (как правило, после буквы) — содержание в процентах. При этом, если речь идет о количестве менее 0,99 %, то число обычно не ставится. Иногда в сплав могут быть добавлены и редкоземельные металлы, такие как иттрий, лантан и ряд прочих. В этом случае в обозначении стали легированной по ГОСТу указывается лишь одна буква – Ч. В маркировке стали есть и другие особенности:

  • Первые две цифры всегда указывают на процентное содержание углерода, который буквенно никогда не обозначается.
  • Если это быстрорежущая сталь, то содержание вольфрама указывается в целых долях процента. Хрома в таких сплавах обычно 4 %.
  • Для шарикоподшипниковой стали после букв ШХ следует обозначение содержание хрома в десятых долях процента.
  • Присутствие двух литер «А» указывает на особо чистую легированную сталь.

Возьмем для примера две маркировки:

1. 03Х13АГ19 – ЛС содержит 0,03 % углерода, 13 % хрома, 1 % азота и 19 % марганца.

2. 18ХГТ – у этой стали углерода 0,18 %, а хрома, титана и марганца по 1 %.

Помимо этого, в самом начале какой-либо маркировки легированных сталей может стоять буква, которая указывает на материал специального назначения:

  • Электротехническая – Э.
  • Быстрорежущая – Р.
  • Шарикоподшипниковая – Ш.
  • Автоматная – А.

Легированные стали еще могут принадлежать категории высококачественных или особенно высококачественных металлов.

В этом случае в конце маркировки будет стоять литера «А» либо «Ш» соответственно.

Преимущества

Все легированные стали обладают рядом ценных преимуществ, среди которых стоит выделить: повышенную стойкость к деформациям пластинчатого характера; высокую твердость; стойкость к хладоломкости и вязкости; технологические качества на высоком уровне. Помимо этого, такая сталь не склона к короблению или появлению прочих дефектов в ходе процесса закалки.

Недостатки

При всех очевидных достоинствах, которыми обладают легированные инструментальные стали либо прочие, недостатки тоже присутствуют:

  • Для них характерна дендритная ликвация, но, к счастью, этого можно избежать проведением диффузионного отжига.
  • Высоколегированные марки могут содержать остаточный аустенит, из-за чего снижается сопротивляемость к усталости и твердости материала.
  • Не исключается появление флокенов – так называемых трещин в структуре стали. Данного дефекта можно избежать путем замедления охлаждения металла, а также снижения содержания водорода в ходе выплавки.

В зависимости от разновидности термической обработки позволяют избежать появления большинства дефектов. В результате чего сталь приобретает необходимые, порой уникальные качества.

Производство ЛС

Процесс производства легированных инструментальных сталей или иных проходит в несколько этапов с использованием электродуговых печей:

  • Железная руда очищается.
  • Плавление металла.
  • Добавление легирующих элементов.

В процессе очистки железная руда избавляется от нежелательных примесей, таких как сера и фосфор. Все это происходит в плавильной печи открытого типа. Также используется технология внепечной обработки стали. Другой технологический необходимый процесс – это вакуумная плавка, в результате которого удаляется мышьяк и ряд примесей цветных металлов.

Для плавки металла уже используется электродуговая печь, для чего в ней сырье разогревается до высокой температуры 400-600 °C. Здесь железо начинает превращаться в чугун, для которого характерна неустойчивая кристаллическая решетка. Но посредством стабилизации из него получается какая-нибудь марка легированной стали. Делается это следующим образом. В рабочую камеру поступает кислород, при сгорании которого атмосфера камеры снабжается углеродом. Он начинает смешиваться с железом, что и ведет к образованию стали. Потом уже в сырье начинают добавлять различные добавки в зависимости от необходимых свойств металла. Кристаллическая решетка становится более плотной, и в результате получается легированная продукция.

Термообработка ЛС

На выплавке производство ЛС не заканчивается. После этого необходимо ее закалить. Выплавленные образцы проходят процедуру закаливания при температуре 1100 °C. После нее нужен отпуск углеродистых и легированных сталей, причем делается он постепенно, во избежание появления трещин. Этот процесс необходим для всех закаленных деталей. Его главная задача заключается в снятии внутренних напряжений. При этом снижается твердость, а пластичность увеличивается. Для отпуска могут использоваться разные средства:

  • Ванны: масляные; селитровые; с расплавленной щелочью.
  • Печь с принудительной воздушной циркуляцией.

Что касается температуры отпуска, то она зависит от марки ЛС и необходимой твердости материала. К примеру, для HRC 59-60 это 150-200 °C. Для быстрорежущих ЛС нужен температурный режим чуть больше – 540-580 °C. Это еще называется как вторичное отвердение, поскольку твердость детали возрастает.

Как правило, после процесса отпуска сталь охлаждается на открытом воздухе. Но хромоникелевые изделия исключение – для них нужна ванна с водой или маслом. Если охлаждение затянется, это приведет к излишней хрупкости металла.

Область применения

Что касается назначения легированных сталей, то это практически любая сфера человеческой жизнедеятельности. Инструментальный металл идет на производство резцов, фрез, штампов, измерительных устройств, шестерен, пружин, подвесок, растяжек и многого другого. Нержавеющая ЛС идеальна для изготовления посуды, корпусов бытовой техники.

Сварка ЛС

Процесс сварки ЛС в полной мере зависит от химического состава металла. Причем в отличие от легирующих элементов больше всего оказывает влияние углерод. В то же время сами добавки по-разному воздействуют на сварку. К примеру, наличие хрома и марганца в большей степени приводит к образованию трещин, нежели никель. А вот титан на этот процесс действует вполне благоприятным образом. Из-за большого количества серы, фосфора и растворенных газов свариваемость стали в разы ухудшается. Поэтому их содержание не должно быть более 0,020-0,055 %, что никоим образом не отразится на сварке легированных сталей.

Источник:  syl.ru

[DETAIL_TEXT_TYPE] => html [~DETAIL_TEXT_TYPE] => html [PREVIEW_TEXT] => В современной промышленности сложно найти какую-либо отрасль, где не используется легированная сталь. Что такое и чем данная разновидность отличается от всех остальных? [~PREVIEW_TEXT] => В современной промышленности сложно найти какую-либо отрасль, где не используется легированная сталь. Что такое и чем данная разновидность отличается от всех остальных? [PREVIEW_TEXT_TYPE] => text [~PREVIEW_TEXT_TYPE] => text [DETAIL_PICTURE] => [~DETAIL_PICTURE] => [TIMESTAMP_X] => 23.09.2019 13:57:50 [~TIMESTAMP_X] => 23. 09.2019 13:57:50 [ACTIVE_FROM] => 23.09.2019 [~ACTIVE_FROM] => 23.09.2019 [LIST_PAGE_URL] => /news/ [~LIST_PAGE_URL] => /news/ [DETAIL_PAGE_URL] => /news/115/103993/ [~DETAIL_PAGE_URL] => /news/115/103993/ [LANG_DIR] => / [~LANG_DIR] => / [CODE] => chto_takoe_legirovannaya_stal_sostav_svoystva_marki_gost_naznachenie_obrabotka [~CODE] => chto_takoe_legirovannaya_stal_sostav_svoystva_marki_gost_naznachenie_obrabotka [EXTERNAL_ID] => 103993 [~EXTERNAL_ID] => 103993 [IBLOCK_TYPE_ID] => news [~IBLOCK_TYPE_ID] => news [IBLOCK_CODE] => news [~IBLOCK_CODE] => news [IBLOCK_EXTERNAL_ID] => clothes_news_s1 [~IBLOCK_EXTERNAL_ID] => clothes_news_s1 [LID] => s1 [~LID] => s1 [NAV_RESULT] => [DISPLAY_ACTIVE_FROM] => 23.09.2019 [IPROPERTY_VALUES] => Array ( [SECTION_META_TITLE] => Что такое легированная сталь — состав, свойства, марки, ГОСТ, назначение, обработка [SECTION_META_KEYWORDS] => что такое легированная сталь — состав, свойства, марки, гост, назначение, обработка [SECTION_META_DESCRIPTION] => В современной промышленности сложно найти какую-либо отрасль, где не используется легированная сталь. Что такое и чем данная разновидность отличается от всех остальных? [SECTION_PAGE_TITLE] => Что такое легированная сталь — состав, свойства, марки, ГОСТ, назначение, обработка [ELEMENT_META_TITLE] => Что такое легированная сталь — состав, свойства, марки, ГОСТ, назначение, обработка [ELEMENT_META_KEYWORDS] => что такое легированная сталь — состав, свойства, марки, гост, назначение, обработка [ELEMENT_META_DESCRIPTION] => В современной промышленности сложно найти какую-либо отрасль, где не используется легированная сталь. Что такое и чем данная разновидность отличается от всех остальных? [ELEMENT_PAGE_TITLE] => Что такое легированная сталь — состав, свойства, марки, ГОСТ, назначение, обработка [SECTION_PICTURE_FILE_ALT] => Что такое легированная сталь — состав, свойства, марки, ГОСТ, назначение, обработка [SECTION_PICTURE_FILE_TITLE] => Что такое легированная сталь — состав, свойства, марки, ГОСТ, назначение, обработка [SECTION_DETAIL_PICTURE_FILE_ALT] => Что такое легированная сталь — состав, свойства, марки, ГОСТ, назначение, обработка [SECTION_DETAIL_PICTURE_FILE_TITLE] => Что такое легированная сталь — состав, свойства, марки, ГОСТ, назначение, обработка [ELEMENT_PREVIEW_PICTURE_FILE_ALT] => Что такое легированная сталь — состав, свойства, марки, ГОСТ, назначение, обработка [ELEMENT_PREVIEW_PICTURE_FILE_TITLE] => Что такое легированная сталь — состав, свойства, марки, ГОСТ, назначение, обработка [ELEMENT_DETAIL_PICTURE_FILE_ALT] => Что такое легированная сталь — состав, свойства, марки, ГОСТ, назначение, обработка [ELEMENT_DETAIL_PICTURE_FILE_TITLE] => Что такое легированная сталь — состав, свойства, марки, ГОСТ, назначение, обработка ) [FIELDS] => Array ( [TAGS] => ) [DISPLAY_PROPERTIES] => Array ( ) [IBLOCK] => Array ( [ID] => 1 [~ID] => 1 [TIMESTAMP_X] => 15. 02.2016 17:09:48 [~TIMESTAMP_X] => 15.02.2016 17:09:48 [IBLOCK_TYPE_ID] => news [~IBLOCK_TYPE_ID] => news [LID] => s1 [~LID] => s1 [CODE] => news [~CODE] => news [NAME] => Пресс-центр [~NAME] => Пресс-центр [ACTIVE] => Y [~ACTIVE] => Y [SORT] => 500 [~SORT] => 500 [LIST_PAGE_URL] => /news/ [~LIST_PAGE_URL] => /news/ [DETAIL_PAGE_URL] => #SITE_DIR#/news/#SECTION_ID#/#ELEMENT_ID#/ [~DETAIL_PAGE_URL] => #SITE_DIR#/news/#SECTION_ID#/#ELEMENT_ID#/ [SECTION_PAGE_URL] => #SITE_DIR#/news/#SECTION_ID#/ [~SECTION_PAGE_URL] => #SITE_DIR#/news/#SECTION_ID#/ [PICTURE] => [~PICTURE] => [DESCRIPTION] => [~DESCRIPTION] => [DESCRIPTION_TYPE] => text [~DESCRIPTION_TYPE] => text [RSS_TTL] => 24 [~RSS_TTL] => 24 [RSS_ACTIVE] => Y [~RSS_ACTIVE] => Y [RSS_FILE_ACTIVE] => N [~RSS_FILE_ACTIVE] => N [RSS_FILE_LIMIT] => 0 [~RSS_FILE_LIMIT] => 0 [RSS_FILE_DAYS] => 0 [~RSS_FILE_DAYS] => 0 [RSS_YANDEX_ACTIVE] => N [~RSS_YANDEX_ACTIVE] => N [XML_ID] => clothes_news_s1 [~XML_ID] => clothes_news_s1 [TMP_ID] => bdc319b578d4e21260366365054decb9 [~TMP_ID] => bdc319b578d4e21260366365054decb9 [INDEX_ELEMENT] => Y [~INDEX_ELEMENT] => Y [INDEX_SECTION] => Y [~INDEX_SECTION] => Y [WORKFLOW] => N [~WORKFLOW] => N [BIZPROC] => N [~BIZPROC] => N [SECTION_CHOOSER] => L [~SECTION_CHOOSER] => L [LIST_MODE] => [~LIST_MODE] => [RIGHTS_MODE] => S [~RIGHTS_MODE] => S [SECTION_PROPERTY] => N [~SECTION_PROPERTY] => N [PROPERTY_INDEX] => N [~PROPERTY_INDEX] => N [VERSION] => 1 [~VERSION] => 1 [LAST_CONV_ELEMENT] => 0 [~LAST_CONV_ELEMENT] => 0 [SOCNET_GROUP_ID] => [~SOCNET_GROUP_ID] => [EDIT_FILE_BEFORE] => [~EDIT_FILE_BEFORE] => [EDIT_FILE_AFTER] => [~EDIT_FILE_AFTER] => [SECTIONS_NAME] => Разделы [~SECTIONS_NAME] => Разделы [SECTION_NAME] => Раздел [~SECTION_NAME] => Раздел [ELEMENTS_NAME] => Новости [~ELEMENTS_NAME] => Новости [ELEMENT_NAME] => Новость [~ELEMENT_NAME] => Новость [CANONICAL_PAGE_URL] => [~CANONICAL_PAGE_URL] => [EXTERNAL_ID] => clothes_news_s1 [~EXTERNAL_ID] => clothes_news_s1 [LANG_DIR] => / [~LANG_DIR] => / [SERVER_NAME] => www. alfa-industry.ru [~SERVER_NAME] => www.alfa-industry.ru ) [SECTION] => Array ( [PATH] => Array ( [0] => Array ( [ID] => 115 [~ID] => 115 [TIMESTAMP_X] => 2015-11-25 18:37:33 [~TIMESTAMP_X] => 2015-11-25 18:37:33 [MODIFIED_BY] => 2 [~MODIFIED_BY] => 2 [DATE_CREATE] => 2015-09-29 20:10:16 [~DATE_CREATE] => 2015-09-29 20:10:16 [CREATED_BY] => 1 [~CREATED_BY] => 1 [IBLOCK_ID] => 1 [~IBLOCK_ID] => 1 [IBLOCK_SECTION_ID] => [~IBLOCK_SECTION_ID] => [ACTIVE] => Y [~ACTIVE] => Y [GLOBAL_ACTIVE] => Y [~GLOBAL_ACTIVE] => Y [SORT] => 500 [~SORT] => 500 [NAME] => Технические статьи [~NAME] => Технические статьи [PICTURE] => [~PICTURE] => [LEFT_MARGIN] => 21 [~LEFT_MARGIN] => 21 [RIGHT_MARGIN] => 22 [~RIGHT_MARGIN] => 22 [DEPTH_LEVEL] => 1 [~DEPTH_LEVEL] => 1 [DESCRIPTION] => [~DESCRIPTION] => [DESCRIPTION_TYPE] => text [~DESCRIPTION_TYPE] => text [SEARCHABLE_CONTENT] => ТЕХНИЧЕСКИЕ СТАТЬИ [~SEARCHABLE_CONTENT] => ТЕХНИЧЕСКИЕ СТАТЬИ [CODE] => [~CODE] => [XML_ID] => 115 [~XML_ID] => 115 [TMP_ID] => [~TMP_ID] => [DETAIL_PICTURE] => [~DETAIL_PICTURE] => [SOCNET_GROUP_ID] => [~SOCNET_GROUP_ID] => [LIST_PAGE_URL] => /news/ [~LIST_PAGE_URL] => /news/ [SECTION_PAGE_URL] => /news/115/ [~SECTION_PAGE_URL] => /news/115/ [IBLOCK_TYPE_ID] => news [~IBLOCK_TYPE_ID] => news [IBLOCK_CODE] => news [~IBLOCK_CODE] => news [IBLOCK_EXTERNAL_ID] => clothes_news_s1 [~IBLOCK_EXTERNAL_ID] => clothes_news_s1 [EXTERNAL_ID] => 115 [~EXTERNAL_ID] => 115 [IPROPERTY_VALUES] => Array ( [SECTION_META_TITLE] => Технические статьи [SECTION_META_KEYWORDS] => технические статьи [SECTION_META_DESCRIPTION] => [SECTION_PAGE_TITLE] => Технические статьи [ELEMENT_META_TITLE] => Технические статьи [ELEMENT_META_KEYWORDS] => технические статьи [ELEMENT_META_DESCRIPTION] => [ELEMENT_PAGE_TITLE] => Технические статьи [SECTION_PICTURE_FILE_ALT] => Технические статьи [SECTION_PICTURE_FILE_TITLE] => Технические статьи [SECTION_DETAIL_PICTURE_FILE_ALT] => Технические статьи [SECTION_DETAIL_PICTURE_FILE_TITLE] => Технические статьи [ELEMENT_PREVIEW_PICTURE_FILE_ALT] => Технические статьи [ELEMENT_PREVIEW_PICTURE_FILE_TITLE] => Технические статьи [ELEMENT_DETAIL_PICTURE_FILE_ALT] => Технические статьи [ELEMENT_DETAIL_PICTURE_FILE_TITLE] => Технические статьи ) ) ) ) [SECTION_URL] => /news/115/ )

Поделиться:

Что такое легированная сталь — состав, свойства, марки, ГОСТ, назначение, обработка

23. 09.2019

Пожалуй, нет в мире такого человека, который бы не слышал про самый распространенный сплав железа на земле – сталь. Помимо того, что материал имеет немало разновидностей, он используется в производстве практически любых железных конструкций и предметов. Причем отдельного внимания заслуживает легированные сплавы, которые обладают особыми свойствами. В современной промышленности сложно найти какую-либо отрасль, где не используется легированная сталь. Что такое и чем данная разновидность отличается от всех остальных?

Что это за материал?

Обычная сталь – это соединение железа углерода и ряда примесей. Под определением «легированная сталь» (ЛС) подразумевается особый сплав, который получен путем внедрения некоторого количества химических элементов. Это делается с целью получения необходимых физических и химических свойств металла.

Как правило, добавляются такие элементы периодической таблицы Менделеева, без которых сложно обойтись в зависимости от конкретной ситуации: Никель – Н (Ni). Медь – М (Cu). Ниобий – Б (Nb). Хром – Х (Cr). Марганец – Г (Mn). Кремний – С (Si). Ванадий – Ф (V). Вольфрам – В (W). Молибден – М (Mo). Титан – Т (Ti). Алюминий – А (Al). Цирконий – Ц (Zr). Кобальт – К (Co). Но помимо них находят применение молибден с алюминием. При этом каждый из этих элементов добавляется с определенной целью. И их количество напрямую влияет на получение необходимых качеств. Теперь уже становится немного понятно, что такое легированная сталь.

Добавки

Некоторые из них, повышая какие-то определенные свойства материала, занижают другие качества. К примеру, при помощи марганца можно существенно повысить прочность и твердость металла наряду с улучшением режущих качеств. В то же время это приводит к увеличению зерна, что снижает стойкость к ударным нагрузкам. Добавление хрома, наоборот, может повысить эти качества и одновременно с этим увеличить жаропрочность. Благодаря никелю сплав становится более упругим, а если его количество преобладает, то металл приобретает высокие показатели коррозийной стойкости и жаропрочности. Нержавеющая сталь, о которой знает каждый, это как раз сплав из последних двух металлов либо материал с содержанием хрома 27 %. Каждого, кто знает, что собой представляет легированная сталь, что такое легирование — понимает не до конца. Так вот, суть его как раз заключается в добавлении этих элементов. Но вернемся к нашим «примесям» – молибден с одной стороны повышает твердость, но с другой — приводит к уменьшению хрупкости. За счет вольфрама можно повысить не только твердость, но и прочность, а вместе с этим и режущие качества металла. К тому же при нагреве до высокой температуры (600-650 °С) эти свойства не теряются (красностойкость).

Кремний позволяет увеличить упругость материала, а также стойкость к воздействию кислот. Добавление ванадия способствует увеличению пластических свойств за счет уменьшения зерна. Титан позволяет получить более прочный материал.

Примеси

Теперь точно понятно, что такое легированная сталь. Но вместе с этим следует знать о наличии некоторых примесей, которые, вне зависимости от марки стали, в ней всегда присутствуют. В большинстве случаев это неметаллы: Углерод. Сера. Фосфор. Кислород и Азот. Водород. Углерод больше всего оказывает влияние на свойства стали. Если его содержится не более 1,2 %, то материал отличается высокой твердостью и прочностью. Также увеличивается предел текучести. Превышение этой нормы приводит к снижению прочности и пластичности. Большое содержание серы тоже не на пользу. Более 0,65 % – снижается ударная вязкость, коррозионная стойкость, пластичность. Но, помимо этого, существенно снижается свариваемость стали. С фосфором надо быть предельно внимательным, поскольку его превышение, даже незначительно, отрицательно сказывается на металле. Снижается вязкость и пластичность, в то же время хрупкость и текучесть возрастают. Все это может отразиться на обработке легированных сталей.

Превышение кислорода и азота приводит к излишней хрупкости материала, а также понижают его вязкость. Высокое содержание водорода тоже наделяет металл хрупкостью, что нежелательно.

Разновидности ЛС

В зависимости от количества легирующих добавок сталь может разделяться на три вида:

  • Низколегированная сталь – содержит не более 2,5 % добавок.
  • Среднелегированная сталь – количество легирующих элементов варьируется от 2,5 до 10 %.
  • Высоколегированная сталь – здесь речь идет о большем содержании 10 % и выше.

При этом учитывается именно суммарное количество легирующих добавок. Чтобы получить определенные качества, легированные стали проходят процесс нормализации. Это когда материал нагревается до температуры 900 °C, а после этого он охлаждается на воздухе. Исходя из этого, «маркировка» легированных сталей может выглядеть так:

  • Перлитная – содержание легирующих добавок у таких сталей колеблется от 5 % до 7 %. Получаются следующие структуры: перлит, сорбит, тростит.
  • Мартенситная – здесь легирующих элементов больше 7-15 %, углерода при этом не более 0,55 %.
  • Аустенитная – помимо содержания легирующих элементов (более 15 %), здесь присутствует никель (8 %) и марганец (13 %). Содержание же углерода здесь не более 0,2 %.
  • Ферритная – у такой структуры углерода также содержится не больше 0,2 %. В то время как хрома здесь 17-30 %, кремния 2,5 % (не менее). Такие стали можно отнести к малоуглеродистым.
  • Карбидная (ледебуритная) – это уже высокоуглеродистые марки (0,7 % С). В основном содержат вольфрам, ванадий, молибден и хром.

Получение разной марки легированной стали, точнее ее структуры, зависит не только от скорости охлаждения металла на воздухе, но и от количества легирующих добавок и углерода.

Особенности маркировки ЛС

В начале статьи в списке легирующих элементов возле каждого из них стоят буквы, что не случайно. Именно ими производится маркировка подобных металлов, но помимо них присутствуют еще цифры. Пример приведен ниже.

Все это делается согласно ГОСТу 4543-71. Буквенно-цифровое обозначение принято неслучайно, ведь все легированные стали имеют широкий ассортимент. А в таком многообразии несложно запутаться, и поэтому возникла необходимость в систематизации. При этом каждая буква кириллицы (идет первой) в обозначении указывает на присутствие того или иного элемента, а цифра (как правило, после буквы) — содержание в процентах. При этом, если речь идет о количестве менее 0,99 %, то число обычно не ставится. Иногда в сплав могут быть добавлены и редкоземельные металлы, такие как иттрий, лантан и ряд прочих. В этом случае в обозначении стали легированной по ГОСТу указывается лишь одна буква – Ч. В маркировке стали есть и другие особенности:

  • Первые две цифры всегда указывают на процентное содержание углерода, который буквенно никогда не обозначается.
  • Если это быстрорежущая сталь, то содержание вольфрама указывается в целых долях процента. Хрома в таких сплавах обычно 4 %.
  • Для шарикоподшипниковой стали после букв ШХ следует обозначение содержание хрома в десятых долях процента.
  • Присутствие двух литер «А» указывает на особо чистую легированную сталь.

Возьмем для примера две маркировки:

1. 03Х13АГ19 – ЛС содержит 0,03 % углерода, 13 % хрома, 1 % азота и 19 % марганца.

2. 18ХГТ – у этой стали углерода 0,18 %, а хрома, титана и марганца по 1 %.

Помимо этого, в самом начале какой-либо маркировки легированных сталей может стоять буква, которая указывает на материал специального назначения:

  • Электротехническая – Э.
  • Быстрорежущая – Р.
  • Шарикоподшипниковая – Ш.
  • Автоматная – А.

Легированные стали еще могут принадлежать категории высококачественных или особенно высококачественных металлов.

В этом случае в конце маркировки будет стоять литера «А» либо «Ш» соответственно.

Преимущества

Все легированные стали обладают рядом ценных преимуществ, среди которых стоит выделить: повышенную стойкость к деформациям пластинчатого характера; высокую твердость; стойкость к хладоломкости и вязкости; технологические качества на высоком уровне. Помимо этого, такая сталь не склона к короблению или появлению прочих дефектов в ходе процесса закалки.

Недостатки

При всех очевидных достоинствах, которыми обладают легированные инструментальные стали либо прочие, недостатки тоже присутствуют:

  • Для них характерна дендритная ликвация, но, к счастью, этого можно избежать проведением диффузионного отжига.
  • Высоколегированные марки могут содержать остаточный аустенит, из-за чего снижается сопротивляемость к усталости и твердости материала.
  • Не исключается появление флокенов – так называемых трещин в структуре стали. Данного дефекта можно избежать путем замедления охлаждения металла, а также снижения содержания водорода в ходе выплавки.

В зависимости от разновидности термической обработки позволяют избежать появления большинства дефектов. В результате чего сталь приобретает необходимые, порой уникальные качества.

Производство ЛС

Процесс производства легированных инструментальных сталей или иных проходит в несколько этапов с использованием электродуговых печей:

  • Железная руда очищается.
  • Плавление металла.
  • Добавление легирующих элементов.

В процессе очистки железная руда избавляется от нежелательных примесей, таких как сера и фосфор. Все это происходит в плавильной печи открытого типа. Также используется технология внепечной обработки стали. Другой технологический необходимый процесс – это вакуумная плавка, в результате которого удаляется мышьяк и ряд примесей цветных металлов.

Для плавки металла уже используется электродуговая печь, для чего в ней сырье разогревается до высокой температуры 400-600 °C. Здесь железо начинает превращаться в чугун, для которого характерна неустойчивая кристаллическая решетка. Но посредством стабилизации из него получается какая-нибудь марка легированной стали. Делается это следующим образом. В рабочую камеру поступает кислород, при сгорании которого атмосфера камеры снабжается углеродом. Он начинает смешиваться с железом, что и ведет к образованию стали. Потом уже в сырье начинают добавлять различные добавки в зависимости от необходимых свойств металла. Кристаллическая решетка становится более плотной, и в результате получается легированная продукция.

Термообработка ЛС

На выплавке производство ЛС не заканчивается. После этого необходимо ее закалить. Выплавленные образцы проходят процедуру закаливания при температуре 1100 °C. После нее нужен отпуск углеродистых и легированных сталей, причем делается он постепенно, во избежание появления трещин. Этот процесс необходим для всех закаленных деталей. Его главная задача заключается в снятии внутренних напряжений. При этом снижается твердость, а пластичность увеличивается. Для отпуска могут использоваться разные средства:

  • Ванны: масляные; селитровые; с расплавленной щелочью.
  • Печь с принудительной воздушной циркуляцией.

Что касается температуры отпуска, то она зависит от марки ЛС и необходимой твердости материала. К примеру, для HRC 59-60 это 150-200 °C. Для быстрорежущих ЛС нужен температурный режим чуть больше – 540-580 °C. Это еще называется как вторичное отвердение, поскольку твердость детали возрастает.

Как правило, после процесса отпуска сталь охлаждается на открытом воздухе. Но хромоникелевые изделия исключение – для них нужна ванна с водой или маслом. Если охлаждение затянется, это приведет к излишней хрупкости металла.

Область применения

Что касается назначения легированных сталей, то это практически любая сфера человеческой жизнедеятельности. Инструментальный металл идет на производство резцов, фрез, штампов, измерительных устройств, шестерен, пружин, подвесок, растяжек и многого другого. Нержавеющая ЛС идеальна для изготовления посуды, корпусов бытовой техники.

Сварка ЛС

Процесс сварки ЛС в полной мере зависит от химического состава металла. Причем в отличие от легирующих элементов больше всего оказывает влияние углерод. В то же время сами добавки по-разному воздействуют на сварку. К примеру, наличие хрома и марганца в большей степени приводит к образованию трещин, нежели никель. А вот титан на этот процесс действует вполне благоприятным образом. Из-за большого количества серы, фосфора и растворенных газов свариваемость стали в разы ухудшается. Поэтому их содержание не должно быть более 0,020-0,055 %, что никоим образом не отразится на сварке легированных сталей.

Источник:  syl.ru

Советуем подписаться на наши страницы в социальных сетях: Facebook | Вконтакте | Twitter | Google+  | Одноклассники

Рейтинг статьи:

Просмотров: 927

Поделиться:

Теги

История (1) Ковка (1039) Самоделки (1) Сварка (1008)

Еще


марки, металлы, элементы, легирование, высоколегированная

В статье мы подробно разберем легированные стали: их классификацию, виды и маркировку. Рассмотрим сферы и примеры применения таких сплавов.

Содержание

  1. Что такое легированные стали
  2. Классификация
  3. По количеству добавок
  4. По назначению
  5. По структуре
  6. По качеству
  7. Химический состав
  8. Марки легированной стали
  9. Отличия легированной стали от углеродистой
  10. Виды
  11. Инструментальные
  12. Конструкционные
  13. Конструкционные цементируемые
  14. Жароупорные и теплоустойчивые
  15. Коррозионные (нержавеющие, кислотостойкие)
  16. Устойчивые к воздействию водорода, сероводорода
  17. Высокопрочные низколегированные стали (HSLA)
  18. Сварка сплавов
  19. Низколегированных
  20. Среднелегированных
  21. Высоколегированных
  22. Сферы применения

Что такое легированные стали

Легированием называют процедуру добавления примесей в сплав либо шихту, изменяющие свойства стали. Добавками выступают разнообразные химические элементы.

Легированная сталь – это сплав железа, углерода и легирующих компонентов, придающих материалу определённые свойства. Люди обрабатывают металл много тысячелетий, но первые удачные эксперименты с легирующими добавками датируются началом 1850-х годов. В 1882 г. с появлением стали Гатфильда начинается новая эпоха в металлургии. С того времени появилось целое направление в физике металлов.

Классификация

Рассмотрим маркировку и способы классификации легированных сталей.

По количеству добавок

По степени легирования различают такие стали:

  • Низколегированная – менее 2,5 % примесей в сплаве.
  • Среднелегированная – 2,5 ­– 10 %.
  • Высоколегированная сталь – от 10% добавок, в отдельных сортах цифра достигает 45 – 50%.

Оба типа стали, внешне похожие друг на друга, имеют разные химические свойства. Однако эти свойства делают их уникальными и дают промышленности основания использовать их и получать от них выгоду. Мы собрали некоторые различия между легированной и углеродистой сталью, чтобы дать вам лучшее представление об обоих типах стали.

Области применения

Легированная сталь используется в различных отраслях промышленности для изготовления балок, конструкционных профилей, деталей самолетов, гребных винтов для судов, стержней, рельсов, стержней, винтов, болтов, гвоздей и проволоки. С другой стороны, углеродистая сталь также популярна во многих отраслях обрабатывающей промышленности для производства компонентов автомобильных кузовов, пищевых банок, колес, коленчатых валов, зубчатых колес, деталей машин, труб, режущих инструментов, пружин, штампов, конструкций и компонентов мостов.

Состав

Легированная сталь содержит высокий процент легирующих элементов, кроме железа и углерода. Принимая во внимание, что углеродистый сплав имеет высокое содержание углерода и низкий процент других элементов.

Коррозионная стойкость

Легированная сталь обладает хорошей коррозионной стойкостью по сравнению с углеродистой сталью. Легирующие элементы в легированной стали делают ее более устойчивой к коррозии, а также улучшают ее обрабатываемость.

Твердость

Высокое содержание углерода в углеродистой стали делает ее более твердой. Сплав менее твердый по сравнению с углеродистой сталью.

Прочность

Углеродистая сталь хороша с точки зрения прочности. Легированная сталь также имеет высокую прочность, но меньше, чем углеродистая сталь.

Прочность

Высокое содержание углерода в углеродистой стали делает ее более прочной. Наоборот, легированная сталь с другими легирующими элементами, кроме углерода, менее прочная.

Ковкость

Несколько легирующих элементов в легированной стали снижают пластичность легированной стали. Однако углеродистый элемент в углеродистой стали увеличивает ее ковкость.

Свариваемость

Углеродистая сталь обладает высокой свариваемостью по сравнению с легированной сталью. Это связано с уменьшением количества легирующих элементов (кроме углерода) в железе. Сварить сталь будет сложнее, если она содержит такие элементы, как бор, магний и кремний.

Пластичность

Способность стали деформироваться без разрушения. Это зависит от легирующих элементов, присутствующих в стали. Большее количество углеродных элементов снижает пластичность стали. Сплав более пластичен, чем углеродистая сталь.

Стоимость

Легированная сталь очень дорогая сталь по сравнению с углеродистой сталью. Цена на углеродистую сталь варьируется и зависит от содержания углерода. Чем выше содержание углерода, тем выше цена.

Here’s a brief table showing some differences between alloy vs carbon steel:

  Alloy Steel Carbon Steel
Corrosion resistance Good Плохая
Твердость Низкая Высокая
Прочность Низкая 10228 High
Toughness Low High
Malleability Low High
Weldability Low High
Ductility Высокий Низкий
Стоимость Дорогой Недорогой

C включение

В этой статье мы обсудили различия между легированной и углеродистой сталью, чтобы дать вам представление об этих широко используемых терминах в производственной и механической промышленности. Благодаря превосходным механическим свойствам легированной и углеродистой стали они будут продолжать играть решающую и доминирующую роль в будущем. Способность к формованию, экономичность и возможность вторичной переработки этих сталей оказывают значительное влияние на промышленное использование. Если вы ищете партнера по обработке стали с ЧПУ с безупречными возможностями обработки, не ищите дальше.

RapidDirect — ведущий поставщик услуг по созданию прототипов и изготовлению нестандартных деталей, на которого вы можете положиться. Наше первоклассное современное технологическое оборудование произвело прототипы и детали для ряда наших ценных клиентов по всему миру. Мы гордимся нашей командой инженеров, которая имеет большой опыт прототипирования и производства. Кроме того, у нас есть строгая система контроля качества, чтобы гарантировать, что вы получите лучшие детали и прототипы с высочайшим качеством. Предоставление продуктов в соответствии со спецификациями и ожиданиями наших клиентов является первостепенным приоритетом RapidDirect. Свяжитесь с нами, чтобы получить услуги по производству прототипов прямо сейчас.

Загрузите файл САПР и получите мгновенное предложение

Часто задаваемые вопросы  О Легированная сталь или углеродистая сталь

Что лучше: легированная сталь или углеродистая сталь?

Выбор материала полностью зависит от требований проекта или продукта. В целом легированная сталь обладает исключительными качествами по сравнению с углеродистой сталью, но одной из ее основных проблем является отсутствие коррозионной стойкости. Легированная сталь подходит для конструкционных элементов.

Что прочнее, легированная сталь или углеродистая сталь?

Прочность на растяжение низкоуглеродистой стали составляет примерно 450 МПа, а прочность на растяжение высокоуглеродистой стали составляет 965 МПа. Легированная сталь имеет более высокую прочность на растяжение по сравнению с углеродистой сталью. Прочность на растяжение легированной стали находится в пределах 758 – 1882 МПа.

Является ли легированная сталь той же углеродистой сталью?

Нет. Это два разных материала. Углеродистая сталь состоит из железа с добавлением углерода, а легированная сталь включает различные другие материалы. Добавление других материалов помогает изменить физические и химические свойства материала.

Прочный, твердый и прочный: никельсодержащие легированные стали во многих отношениях

Легированные стали включают широкий спектр материалов на основе железа. Содержание никеля колеблется от очень низкого, ~0,3% в некоторых легированных сталях, до 20% в мартенситностареющих сталях. Каждый сплав предназначен для некоторого сочетания большей прочности, твердости, износостойкости или ударной вязкости, чем у простых углеродистых сталей. Они обычно используются в оборудовании, которое обеспечивает мощность, формует и режет металл, или используются при низких температурах, когда углеродистым сталям не хватает достаточной ударной вязкости. Для простоты легированные стали можно разделить на несколько типов со специфическими свойствами для конкретных целей. Стали, легированные никелем, необходимы для изготовления инструментов и машин, которые позволяют промышленности производить другие инструменты и машины.

Типичный химический состав некоторых известных никельсодержащих легированных сталей

Тип стали

Марка (UNS)

С

Никель

Кр

Fe

Прочее

Приложения

Закаливаемый
низколегированный

AISI 4340
(G43400)

0,4

1,8

0,8

бал

Пн

Шестерни трансмиссии, валы и шасси самолета

АИСИ 4320Х
(х53200)

0,2 ​​

1,8

0,5

бал

Пн

Зубчатые колеса и шестерни с поверхностной закалкой для повышения износостойкости, но с прочным сердечником

АР450

0,26

0,70

1,0

бал

Пн

Износостойкая плита для желобов, вкладышей, решеток, баллистических плит

Инструментальная сталь —
Закаленная на воздухе

А9 (Т30109)

0,5

1,5

5,0

бал

Пн, В

Волочильные и формовочные штампы, ножницы

Инструментальная сталь —
Пластиковая форма

П6 (Т51606)

0,1

3,5

1,5

бал

 

Литье цинка под давлением и штампы для литья пластмасс под давлением

Высокопрочный
Низколегированный (HSLA)
«Выветривание
сталь»

А588 Гр С
(К11538)

0,1

0,35

0,5

бал

Кр, Медь, В

Обеспечивают более высокое отношение прочности к весу, чем обычная углеродистая сталь, и большую стойкость к атмосферной коррозии для использования в строительстве мостов

Никелированная сталь

9% никелевая сталь (K81340)

0,13

9,0

бал

 

Криогенные установки, такие как хранение СПГ

Марочная сталь

Maraging 300 (K93120)

0,03

18,5

бал

Со, Мо, Ал, Ти

Корпуса ракетных двигателей, планеры, приводные валы, шасси самолетов, формы для литья под давлением, штампы

Закаливаемая низколегированная сталь

Эти стали относятся к категории черных металлов, механические свойства которых превосходят простые углеродистые стали. Это достигается добавлением легирующих элементов, таких как никель, хром и молибден, с последующей закалкой (быстрым охлаждением) и термообработкой с отпуском. Эти элементы при растворении в аустените перед закалкой повышают прокаливаемость. Никель дополняет упрочняющий эффект хрома и молибдена и играет важную роль в обеспечении ударной вязкости твердой мартенситной микроструктуры, возникающей в результате термической обработки закалкой и отпуском.

Сравнение типичных механических значений для стали AISI 4340 в состоянии отжига, закалки и отпуска с углеродистой сталью AISI 1045

Круглый пруток диаметром 75 мм (3 дюйма)

Предел текучести МПа (ksi)

Прочность на растяжение МПа (тыс.кв.дюйм)

%
Удлинение

AISI 4340 отожженный

588 (86)

752 (110)

21

AISI 4340 ASTM A434 класс BD

847 (124)

963 (141)

18

AISI 1045 нормализованная

410 (60)

629 (92)

22

 

Инструментальная сталь

Инструментальная сталь — это термин, применяемый к различным высокотвердым, устойчивым к истиранию сталям, используемым для таких применений, как штампы (штамповка или экструзия), резка или резка, изготовление форм, или ударные устройства, такие как молотки (личные или промышленные). Их термическая обработка аналогична закалке низколегированных сталей.

Инструментальные стали с воздушной закалкой уменьшают деформацию, вызванную быстрой закалкой в ​​воде, и обладают балансом износостойкости и ударной вязкости.

Инструментальные стали для форм для пластмасс представляют собой низкоуглеродистые стали, которые формуются, а затем науглероживаются, закаляются, а затем отпускаются до высокой поверхностной твердости, что делает их идеальными для изготовления пресс-форм для литья под давлением и штампов для литья под давлением.

Высокопрочная низколегированная (атмосферостойкая сталь)

Более мелкозернистая структура этих сталей обеспечивает повышенную прочность по сравнению с простыми углеродистыми сталями. Это более мелкое зерно достигается за счет влияния на температуру превращения, так что превращение аустенита в феррит и перлит происходит при более низкой температуре во время воздушного охлаждения. При низком содержании углерода, типичном для сталей HSLA, такие элементы, как кремний, медь, никель и фосфор, особенно эффективны для получения тонкого перлита.

Добавление хрома, меди и никеля создает прочный слой ржавчины, который прилипает к основному металлу и является гораздо менее пористым, чем слой ржавчины, который образуется на обычной конструкционной стали. Результатом является гораздо более низкая скорость коррозии, позволяющая использовать эти стали без покрытия.

В таблице ниже показаны различия в механических свойствах углеродистой конструкционной стали ASTM A36 и высокопрочной низколегированной конструкционной стали ASTM A588 Grade C.

Разница в механических свойствах углеродистой конструкционной стали ASTM A36 и высокопрочной низколегированной конструкционной стали ASTM A588 марки C

Марка

Предел текучести МПа (ksi) мин

Прочность на растяжение МПа (ksi) мин.

% Удлинение мин

АСТМ А36

250 (36)

400 (58)

23

ASTM A588 гр C

345 (50)

485 (70)

21

Никелевая сталь

Ферритные стали с высоким содержанием никеля, как правило, более 3%, находят широкое применение в условиях температур от 0 °C до -196 °C. К таким областям применения относятся резервуары для хранения сжиженных углеводородных газов, а также конструкции и механизмы, предназначенные для использования в холодных регионах. Эти стали используют влияние содержания никеля на снижение температуры ударного перехода, тем самым улучшая ударную вязкость при низких температурах.

В углеродистых и большинстве низколегированных сталей при падении температуры ниже 24 °C (75 °F) прочность и твердость увеличиваются, а пластичность при растяжении и ударная вязкость снижаются. Никель улучшает низкотемпературную ударную вязкость, о чем свидетельствуют результаты ударной вязкости по Шарпи в . Ее выбирают вместо аустенитных нержавеющих сталей, благодаря сочетанию высокой прочности и надежной трещиностойкости при очень низких температурах до -196 °С.

Слисты с низким сплавом — Ispatguru

Стали с низким сплавом

  • Satyendra
  • 8 сентября 2021
  • 0 Комментарии
  • , Alloy, Слита, Стиля, Слита, Слита, Слита, Слита, Слита, Слита, Слита, Слита, Слита, Слита, Слита, Стиля. , прокаливаемость, Жаропрочная сталь, сталь HSLA, низколегированная сталь, пружинная сталь, атмосферостойкая сталь,

Низколегированная сталь

Легирующие элементы добавляются в стали по разным причинам, включая повышенную коррозионную стойкость и/или улучшенные механические свойства. свойства при низких или повышенных температурах. Легирующие элементы также используются для улучшения прокаливаемости закаленной и отпущенной стали.

Термин «легированная сталь» используется для тех сталей, которые имеют в своем составе помимо углерода другие легирующие элементы. Легированные стали производятся путем соединения сталей с одним или несколькими другими легирующими элементами. Обычно это металлы. Их намеренно добавляют, чтобы придать стали определенные свойства, которых нет у простых углеродистых сталей.

Существует большое количество легирующих элементов, которые можно добавлять в сталь. Общее количество легирующих элементов в легированных сталях (кроме микролегированных сталей) может варьироваться от 1 % до 50 %. Общие легирующие элементы включают марганец, никель, хром, молибден, ванадий, кремний и бор. Менее распространенные легирующие элементы включают алюминий, кобальт, медь, церий, ниобий, титан, вольфрам, олово, цинк, свинец, сурьму и цирконий.

Любая сталь, которая содержит более 1,65 % марганца, 0,60 % кремния и 0,60 % меди или определенное минимальное количество любого другого элемента, называется «легированной» сталью. Легированные стали обычно делятся на два класса, а именно (i) низколегированные стали и (ii) высоколегированные стали. Их делят по составу, основанному на содержании легирующих элементов.

Введение легирующих элементов в стали улучшает ряд свойств легированных сталей по сравнению с углеродистыми сталями. Этими свойствами являются прочность, твердость, ударная вязкость, коррозионная стойкость, износостойкость, прокаливаемость, обрабатываемость, термостойкость, огнестойкость, твердость в горячем состоянии и т. д. Легированные стали могут нуждаться в термической обработке для достижения некоторых из этих улучшенных свойств.

Легированные стали обычно бывают трех типов. Это микролегированные стали, низколегированные стали и высоколегированные стали. Микролегированные стали — это тип легированных сталей, которые содержат небольшое количество легирующих элементов (обычно в диапазоне от 0,05 % до 0,15 %). Эти стали также иногда называют высокопрочными низколегированными сталями. Разница между низколегированными сталями и высоколегированными сталями несколько условна.

Некоторые люди определяют низколегированные стали как те стали, которые содержат легирующие элементы до 4 %, в то время как согласно другому второму определению низколегированные стали содержат легирующие элементы до 8 %. Стали с содержанием легирующих элементов выше этого количества относятся к категории высоколегированных сталей.

Сталь считается низколегированной, если какой-либо определенный диапазон или определенное минимальное количество любого из следующих элементов указан или требуется в пределах признанной области конструкционных легированных сталей: алюминий, бор, хром (до 3,99 % ), кобальт, ниобий, молибден, никель, титан, вольфрам, ванадий, цирконий или любой другой легирующий элемент, добавляемый для получения желаемого эффекта легирования. Низколегированные стали обычно имеют ферритно-перлитную, перлитную или бейнитную структуру.

Термин «низколегированная сталь» используется для отличия стали от высоколегированной стали. Низколегированные стали представляют собой категорию черных металлов, механические свойства которых превосходят простые углеродистые стали в результате добавления легирующих элементов. К высоколегированным сталям относятся стали с высокой степенью трещиностойкости, мартенситностареющие стали, аустенитные марганцевые стали, инструментальные стали и нержавеющие стали.

Низколегированная сталь является важным материалом в экономическом и оборонном контексте. Механические свойства низколегированных сталей зависят от внутренней организации микроструктуры, а внутренняя организация зависит от влияния таких важных факторов, как легирующие элементы и параметры процесса. Низколегированные стали содержат никель, молибден и хром, которые улучшают свариваемость, ударную вязкость и предел текучести материала.

Требования к химическому составу низколегированной стали соответствуют различным стандартам. Низколегированные стали могут быть пригодны для некоторых конструкционных применений. Остаточные легирующие элементы могут влиять на механические свойства горячекатаной стали. Легирующие элементы также влияют на прокаливаемость и механические свойства закаленных и отпущенных сталей.

Несмотря на добавление легирующих элементов, низколегированные стали не обязательно плохо поддаются сварке. Тем не менее, точное знание того, какой тип низколегированной стали имеет решающее значение для достижения хорошей целостности сварного шва, равно как и правильный выбор присадочного металла. При сварке низколегированных сталей предварительный подогрев и последующая термообработка обычно не требуются.

Для многих основной функцией легирующих элементов в низколегированных сталях является повышение прокаливаемости для оптимизации механических свойств и ударной вязкости после термической обработки. Однако в некоторых случаях добавки легирующих элементов используются для уменьшения ухудшения состояния окружающей среды при определенных условиях эксплуатации.

Применение низколегированных сталей сильно различается во многих отраслях промышленности. Применение этих сталей варьируется от военной техники, землеройной и строительной техники, трубопроводов повышенной проходимости, сосудов под давлением и трубопроводов, нефтяных буровых платформ и так далее. Несколько распространенных низколегированных сталей используются для изготовления корпусов кораблей, подводных лодок, мостов и внедорожников.

Благодаря добавлению определенных легирующих элементов низколегированные стали обладают точным химическим составом и обеспечивают лучшие механические свойства, чем многие обычные низкоуглеродистые стали или простые углеродистые стали. Легирующий элемент в низколегированной стали обычно составляет от 1 % до 4 % и добавляется в зависимости от его способности придавать очень специфические свойства. Например, добавление молибдена повышает прочность материала, никеля повышает ударную вязкость, а хром повышает жаропрочность, твердость и коррозионную стойкость. Марганец и кремний, другие распространенные легирующие элементы, обладают превосходными свойствами раскисления.

Как и для простых углеродистых сталей, для низколегированных сталей существует установленная система классификации обозначений. Классификация основана на основном легирующем элементе (элементах) в стали. Эти основные элементы включают углерод, марганец, кремний, никель, хром, молибден и ванадий. Каждый элемент по отдельности или в сочетании с другими элементами придает стали определенные свойства и характеристики.

Низколегированные стали можно классифицировать в соответствии с (i) химическим составом, таким как никелевые стали, никель-хромовые стали, молибденовые стали, хромомолибденовые стали и т. д., (ii) термической обработкой, такой как закалка и отпуск, нормализация и закалка, отжиг и т. д., и (iii) в зависимости от свариваемости.

Поскольку в низколегированных сталях возможно большое разнообразие химических составов, а также из-за того, что некоторые стали можно использовать в более чем одном состоянии термообработки, существует определенное совпадение в классификации низколегированных сталей. Следовательно, классифицировать низколегированные стали довольно сложно. Обычно используются четыре основные группы низколегированных сталей. Эти группы включают (i) низкоуглеродистые закаленные и отпущенные стали, (ii) среднеуглеродистые сверхвысокопрочные стали, (iii) жаропрочные хромомолибденовые стали и (iv) подшипниковые стали.

Низкоуглеродистые закаленные и отпущенные стали сочетают в себе высокий предел текучести (от 350 МПа до 1035 МПа) и высокую прочность на растяжение с хорошей ударной вязкостью, пластичностью, коррозионной стойкостью или свариваемостью. Различные типы низкоуглеродистых закаленных и отпущенных сталей имеют различные комбинации этих характеристик в зависимости от их предполагаемого использования. Некоторые из этих сталей используются в военных целях для брони, в основном в виде пластин. Кроме того, некоторые из этих сталей также производятся в виде поковок или отливок.

Низколегированные стали обычно не используются без соответствующей термической обработки. Безусловно, самый большой тоннаж низколегированных сталей относится к типу, который имеет номинальное содержание углерода в диапазоне от 0,25 % до 0,55 %. Если для науглероженных деталей используется низколегированная сталь, номинальное содержание углерода обычно не превышает 0,2 %. Различные комбинации и количества марганца, кремния, никеля, хрома, молибдена, ванадия и бора обычно присутствуют в этих сталях для улучшения свойств закаленного и отпущенного сплава.

Микроструктура (отпущенный мартенсит или бейнит), полученная закалкой и отпуском низколегированных сталей, характеризуется хорошей ударной вязкостью, то есть способностью деформироваться без разрушения при заданном уровне прочности. Основное явление получения благоприятной микроструктуры путем термической обработки также возможно в простых углеродистых сталях, хотя в основном в тонких срезах. Таким образом, наиболее важным эффектом легирующих элементов в низколегированной стали является индуцирование образования мартенсита или бейнита и сопутствующих улучшенных свойств в больших сечениях. Уровень твердости или прочности этих структур зависит от содержания углерода в продуктах превращения, а не от присутствующих легирующих элементов.

Общее действие легирующих элементов, растворенных в аустените, заключается в снижении скорости превращения аустенита при докритических температурах. Поскольку желательные продукты превращения в этих сталях (мартенсит и низший бейнит) образуются при низких температурах, существенное значение имеет пониженная скорость превращения. Таким образом, заготовки можно охлаждать медленнее или закаливать более крупные заготовки в данной среде без превращения аустенита в нежелательные высокотемпературные продукты (перлит или верхний бейнит). Эта функция, снижающая скорость превращения и, таким образом, облегчающая окончательное превращение в мартенсит или низший бейнит, известна как прокаливаемость, наиболее важный эффект легирующих элементов в закаливаемых сталях. Повышая прокаливаемость, легирующие элементы значительно расширяют потенциал улучшенных свойств для больших сечений, необходимых для многих применений.

Многие кривые прокаливаемости служат для иллюстрации того принципа, что независимо от состава отпущенные стали одинаковой твердости имеют примерно одинаковую прочность на растяжение. Максимальная (после закалки) твердость термообработанной стали зависит в первую очередь от содержания углерода. Легирующие элементы мало влияют на максимальную твердость, которая может быть достигнута в стали, но они существенно влияют на глубину, до которой эта максимальная твердость может быть достигнута в детали определенного размера и формы.

Таким образом, для конкретного применения одним из первых решений, которое необходимо принять, является уровень содержания углерода, необходимый для получения желаемой твердости. Следующим шагом является определение того, какое содержание сплава обеспечивает надлежащую реакцию упрочнения при соответствующем размере сечения. Это не означает, что отпущенные мартенситные стали одинаковы во всех отношениях, независимо от состава, потому что содержание сплава отвечает за различия в сохранении прочности при повышенных температурах, в стойкости к истиранию, в сопротивлении коррозии и даже к определенной степени, в жесткости. Однако сходство достаточно заметно, чтобы можно было достаточно точно прогнозировать механические свойства по твердости, а не по составу, тем самым оправдывая акцент на прокаливаемости как наиболее важной функции легирующих элементов.

Среднеуглеродистые сверхвысокопрочные стали представляют собой конструкционные стали, предел текучести которых может превышать 1380 МПа. Некоторые из этих сталей имеют обозначения, данные в различных стандартах, в то время как некоторые другие стали имеют собственный состав. Формы продукции для этих сталей включают заготовки, прутки, стержни, поковки, листы, трубы и сварочную проволоку.

Хромомолибденовые низколегированные стали представляют собой жаропрочные стали, содержащие от 0,5 % до 9 % хрома и от 0,5 % до 1 % молибдена. Содержание углерода обычно ниже 0,2 %. Хром обеспечивает улучшенную стойкость к окислению и коррозии, а молибден повышает прочность при повышенных температурах. Эти стали обычно производятся в нормализованном и отпущенном, закаленном и отпущенном или отожженном состояниях. Хромомолибденовые стали широко используются в нефтяной и газовой промышленности, на ископаемых топливах и на атомных электростанциях.

Подшипниковые стали используются для изготовления шариковых и роликовых подшипников. Самая популярная подшипниковая сталь содержит около 1 % углерода и 1,5 % хрома. Испытания шарикоподшипников, проведенные Штрибеком в 1901 году на такой стали, показали ее пригодность для применения и, по-видимому, были приняты около 120 лет назад для подшипников компанией Fichtel & Sachs из Швайнфурта в 1905 году, и по сей день сохраняются в качестве ключевой стали в производстве. подшипников с прогрессивным улучшением усталостных характеристик, достигаемым в основном за счет улучшения чистоты по отношению к неметаллическим включениям. Он представляет собой большую часть подшипниковой стали, производимой ежегодно. В Таблице 1 приведены номинальные составы некоторых подшипниковых сталей.

7727.0231
Таб. 1 Номинальные составы некоторых подшипниковых сталей
Сл. No. Grade Nominal compositions, %
Carbon Manganese Silicon Chromium Nickel Molybdenum
Высокоуглеродистые подшипниковые стали
1 AISI 52100 1.04 0.35 0.25 1.45
2 ASTM A 485-1 0. 97 1.10 0.60 1.05
3 ASTM A 485-3 1.02 0.78 0.22 1.30 0.25
4 TBS-9 0.95 0.65 0.22 0.50 0.25 maximum 0.12
5 SUJ 1 1.02 Less than 0.50 0.25 1.05 Less than 0.25 Less than 0.08
6 105Cr6 0.97 0.32 0.25 1,52
Carburizing bearing steels
1 4118 0.20 0.80 0.22 0.50 0.11
2 5120 0.20 0.80 0.22 0. 80
3 8620 0,20 0,80 0,22 0,50 0,55 0,20
0,20
0,20
80 888 0,20 8888 0,20 0.22 1.82 0.25
5 4320 0.20 0.55 0.22 0.50 1.82 0.25
6 3310 0.1 0.52 0.22 1.57 3.50
7 SCM420 0.20 0.72 0.25 1.05 0.22
8 20MnCr5 0.17-0.22 1.1-1.4 0.4 maximum 1.0-1.3

As seen from the table, there are two categories of steels which find application in большинство подшипников. Первая категория состоит из тех сталей, которые имеют высокое содержание углерода (около 1 % углерода) и закалены по всему сечению до мартенситного или бейнитного состояния. Вторая категория сталей состоит из науглероженных сталей с низким содержанием углерода (от 0,1 % C до 0,2 % углерода) и цементируемых. Эти стали имеют мягкую сердцевину, но прочные поверхностные слои, нанесенные с помощью таких процессов, как поверхностная или индукционная закалка. Подшипниковые стали также можно разделить в широком смысле на классы, предназначенные для нормальной эксплуатации, эксплуатации при высоких температурах или эксплуатации в коррозионных условиях. На рис. 1 показана микроструктура высокоуглеродистых и науглероженных подшипниковых сталей.

Рис. 1

Рис. 1 Микроструктура высокоуглеродистой и науглероживающей подшипниковой стали

Низколегированные стали обычно требуют особого ухода при их производстве. Они более чувствительны к тепловым и механическим воздействиям, управление которыми осложняется неодинаковым действием различных химических составов. Для обеспечения наиболее удовлетворительных результатов потребители обычно консультируются с производителями стали относительно обработки, механической обработки, термообработки или других операций, которые будут использоваться при изготовлении стали, механических операций, которые необходимо использовать при изготовлении стали, механических свойств, которые необходимо получить, и условия службы, для которых предназначены готовые изделия.

Существует несколько низколегированных сталей, которые не предназначены только для прочности при комнатной температуре. Эти стали обладают дополнительными важными свойствами, такими как коррозионная стойкость, жаростойкость и формуемость. Некоторые из популярных низколегированных сталей описаны ниже.

Конструкционные легированные стали – Эти легированные стали имеют низкое содержание легирующих элементов. Суммарное содержание легирующих элементов в этих сталях колеблется от 0,25 % до примерно 6 %. Этот класс легированных сталей используется при строительстве мостов, зданий, кораблей, автомобильных рам, железных дорог и т. д. Конструкционные легированные стали используются для таких деталей машин, как валы, шестерни, рычаги, болты, пружины, поршневые пальцы и шатуны. и т. д.

Никелевая сталь . Средняя сталь в условиях низких температур имеет более высокую прочность, но низкое удлинение и ударную вязкость, что повышает вероятность хрупкого разрушения. Если сталь требуется в условиях низких температур, то она должна иметь превосходную ударную вязкость при низких температурах, что очень важно. Никелевая сталь подходит для работы при низких температурах. Сталь для низкотемпературной эксплуатации изготавливается путем добавления от 2,5 % до 3,5 % никеля в углеродистую сталь для повышения ее ударной вязкости при низких температурах. Никель может укрепить ферритовую матрицу, одновременно снижая Ar3 (температура третьего превращения), что способствует образованию мелкого зерна. В дополнение к нормализующей обработке в процессе производства низколегированной низкотемпературной служебной стали закалка и отпуск также являются частью обработки для улучшения механических свойств.

Атмосферостойкая сталь – Все низколегированные стали подвержены коррозии в присутствии влаги и воздуха. Эта ржавчина представляет собой пористый оксидный слой, который может удерживать влагу и кислород и способствовать дальнейшей коррозии. Скорость образования ржавчины зависит от доступа кислорода, влаги и атмосферных загрязнений к поверхности металла. Атмосферостойкие стали представляют собой низколегированные стали с повышенной коррозионной стойкостью. Эти стали работают, контролируя скорость, с которой кислород в атмосфере может реагировать с поверхностью металла.

Атмосферостойкие стали с содержанием углерода менее 0,2 %, к которым в качестве легирующих элементов добавляют в основном медь, хром, никель, фосфор, кремний и марганец в количестве не более 3 % до 5 %. Повышенная коррозионная стойкость атмосферостойкой стали по сравнению с мягкой сталью или простой углеродистой сталью обусловлена ​​​​образованием в слабоагрессивных средах компактного и хорошо прилипающего слоя продуктов коррозии, известного как патина. Это определение атмосферостойкой стали, однако, не осталось неизменным, а эволюционировало по мере разработки новых составов атмосферостойкой стали для достижения улучшенных механических свойств и/или противостояния все более агрессивным атмосферным условиям с точки зрения коррозии, особенно в морской среде.

В 1968 году стандарт ASTM A-242 представил две спецификации для атмосферостойких сталей: одна с высоким содержанием фосфора (менее 0,15 %), а другая с более низким содержанием фосфора (максимум 0,04 %). Последняя в конечном итоге была заменена атмосферостойкой сталью стандарта ASTM A-588 (таблица 2). Эта сталь обладает меньшей стойкостью к атмосферной коррозии из-за меньшего содержания фосфора, но по этой же причине лучше сваривается.

ASTM A-242 A (COR-TEN  B)
Табл. 1 Химический состав обычно используемых атмосферостойких сталей
Элементы /       Тип стали Блок ASTM A-242 (COR-TEN  A) A- Gr
  Typical concentration   Typical concentration
Carbon (C) % 0. 15 maximum 0.019 maximum
Silicon (Si) % 0.3-0.65
Manganese (Mn) % 1.0 maximum 0.8-1.25
Phosphorus (P) % 0.015 maximum 0.15 maximum 0.04 maximum 0.04 maximum
Sulphur (S) % Less than 0.05 Less than 0.05
Copper (Cu) % 0.2 minimum 0.25-0.4 0.25-0.4 0.3-0.4
Chromium (Cr) % 0.5-0.8 0.4 -0.65 0.6-1.0
Nickel (Ni) % 0.5-0.65 0.4 maximum 0.02-0.3
Vanadium (V) % 0.02- 0,10

Высокопрочная сталь с высоким пределом текучести – В эту серию низколегированных сталей добавлены марганец, никель, хром, молибден и т. д. Эти элементы могут увеличить прочность ферритовой матрицы, улучшить склонность к закалке и позволить лучше контролировать размер зерна. Этот тип стали в состоянии сварки может соответствовать требованиям высокой прочности, коррозионной стойкости или улучшенной ударной вязкости и другим механическим свойствам. Этот тип стали имеет хорошую свариваемость с пределом текучести в диапазоне от 480 МПа до 830 МПа и пределом прочности при растяжении в диапазоне от 620 МПа до 1030 МПа.

Низколегированные стали с жаропрочными свойствами. Примером низколегированной стали, которая используется из-за ее высокотемпературных свойств, является сталь ротора турбины ASTM A 470. Эти стали используются в паровых турбинах для производства электроэнергии и обычно содержат комбинации никеля, хрома, молибдена и/или ванадия. Пример микроструктуры роторной стали ASTM A 470 показан на рис. 2.

Рис. 2 Микроструктура стали с высокотемпературными свойствами и двухфазной стали

Низколегированные стали с формуемостью – Некоторые стали предназначены для оптимальной формуемости при листовом прокате. Обычная сталь, указанная как качество волочения, является специальной спокойной сталью. Эта холоднокатаная листовая сталь с низким содержанием углерода имеет определенное содержание алюминия. Алюминий соединяется с азотом в стали с образованием осадков нитрида алюминия в процессе отжига. Эти выделения нитрида алюминия играют важную роль в развитии специфической кристаллографической текстуры в листе, которая способствует глубокой вытяжке. Другим типом стали, используемой для применений, требующих оптимальной формуемости, является сталь без пор. В этой листовой стали с очень низким содержанием углерода элементы внедрения, углерод и азот, сочетаются с карбидо- и нитридообразующими элементами, такими как титан и ниобий. Сталь «освобождается» от этих промежуточных элементов, которые ухудшают формуемость.

Двухфазные низколегированные стали – Двухфазные низколегированные стали относятся к классу высокопрочных сталей, которые используются в тех случаях, когда предел текучести стали увеличивается во время самого процесса штамповки. Двухфазные стали состоят из двух фаз, а именно из мягкой ферритовой матрицы и дисперсной второй фазы мартенсита (от 5 % до 30 %). В дополнение к мартенситу могут существовать небольшие количества бейнита и остаточного аустенита (рис. 2). Мягкая ферритная фаза обычно непрерывна, что придает этим сталям превосходную пластичность. Когда эти стали деформируются, деформация концентрируется в менее прочной ферритной фазе, окружающей островки мартенсита, создавая уникальную высокую скорость деформационного упрочнения, демонстрируемую этими сталями.

Двухфазная сталь ведет себя как композиционный материал, в котором ферритовая матрица обеспечивает высокую способность к холодной штамповке, а мартенсит является упрочняющим элементом. Правильная пропорция между двумя фазами обеспечивает непрерывный предел текучести, низкий предел текучести, высокое значение удлинения, плавную кривую текучести с высоким коэффициентом деформационного упрочнения, а также лучшую пластичность и формуемость. Микроструктура стали обеспечивает хорошее сочетание высокой прочности на растяжение, низкого отношения предела текучести к прочности на растяжение и очень высокой скорости начального деформационного упрочнения с хорошими значениями относительного удлинения. Двухфазная сталь хорошо поддается формованию, что обеспечивает большую гибкость при проектировании деталей. Прочность формованной детали намного выше, чем у высокопрочной низколегированной стали, особенно при очень низкой деформации. Высокая скорость начального деформационного упрочнения и высокая прочность на растяжение придают двухфазной стали очень высокую способность поглощать энергию, что делает эти стали пригодными для использования в конструкционных и армирующих конструкциях.

Низколегированные стали, упрочняемые обжигом – Сталь, упрочняемая обжигом, представляет собой сталь, которая демонстрирует способность к значительному увеличению прочности за счет сочетания деформационного упрочнения во время формирования детали и деформационного старения во время последующего термического цикла, такого как операция обжига краски . Закаливаемые стали предназначены для повышения прочности во время цикла окраски и сушки при производстве автомобилей. Эти стали содержат элементы, образующие соединения, выпадающие в осадок при температурах спекания краски. Эти выделения упрочняют сталь.

Сталь, упрочняемая обжигом, была разработана для повышения прочности во время цикла обжига краски при производстве автомобилей. Эти стали содержат элементы, образующие соединения, выпадающие в осадок при температурах спекания краски. Эти выделения упрочняют сталь. Эти стали содержат достаточное количество углерода и/или азота в растворе, чтобы вызвать деформационное старение. Как правило, стали, закаливаемые в печи, представляют собой раскисленные алюминием стали с достаточным количеством алюминия для соединения с азотом в виде нитрида алюминия.

В сталях, упрочняемых термическим обжигом, используется низкое содержание растворенного углерода для обеспечения управляемого углеродного деформационного старения для повышения предела текучести формованных автомобильных панелей, что повышает устойчивость к вмятинам или позволяет уменьшить толщину. Деформация возникает из-за штамповки, а старение ускоряется за счет обжига краски. Закаливаемые в печи стали содержат достаточное количество перенасыщенного растворенного углерода, так что реакция старения обычно увеличивает предел текучести штампованной панели на 27–55 МПа.

Среднеуглеродистые низколегированные стали сверхвысокой прочности – Семейство среднеуглеродистых низколегированных сталей сверхвысокой прочности включает марку 4130, марку повышенной прочности 4140 и марку более глубокой закалки, повышенную прочность 4340. Несколько модификаций базовой стали 4340 были разработаны марки стали. В одной модификации содержание кремния увеличивается для предотвращения охрупчивания, когда сталь отпускается при низких температурах для достижения требуемой очень высокой прочности. В некоторые марки стали добавляется ванадий в качестве измельчителя зерна для повышения ударной вязкости, а содержание углерода немного снижается для улучшения свариваемости. Одна марка стали содержит ванадий, немного больше углерода, хрома и молибдена, чем 4340, и немного меньше никеля. Другими менее широко используемыми сталями, которые могут быть включены в это семейство, являются стали марок 6150 и 8640.

Среднеуглеродистые низколегированные сверхвысокопрочные стали легко поддаются горячей штамповке, обычно при температурах в диапазоне от 1065°С до 1230°С. в извести, золе или другом изоляционном материале. Перед механической обработкой обычной практикой является нормализация при температуре от 870°C до 925°C и отпуск при температуре от 650°C до 675°C, или отжиг путем охлаждения в печи от 815°C до 845°C до приблизительно 540°C, если сталь глубокой воздушной закалки. Эти обработки придают достаточно твердую структуру, состоящую из среднего и мелкого перлита. В этом состоянии сталь имеет рейтинг обрабатываемости около 50 % по сравнению со сталью для свободного резания.

Легированные пружинные стали – Эти пружинные стали используются в условиях высоких напряжений и ударных или ударных нагрузок. Эти стали могут выдерживать более широкий температурный диапазон, чем высокоуглеродистые пружинные стали, и используются либо в отожженном, либо в предварительно отпущенном состоянии. Кремний является ключевым элементом в большинстве легированных пружинных сталей. Типичный образец легированной пружинной стали содержит 1,5–1,8 % кремния, 0,7–1 % марганца и 0,52–0,6 % углерода.

Электротехническая сталь — Электротехническая сталь — это разновидность специальной стали, которая предназначена для демонстрации определенных специфических магнитных свойств, таких как малая площадь гистерезиса (небольшое рассеивание энергии за цикл или низкие потери в сердечнике) и высокая магнитная проницаемость. Ее также называют ламинированной сталью, кремнистой сталью, кремниево-электрической сталью или трансформаторной сталью. Сталь содержит определенный процент кремния (около 3 %), который отвечает за ее уникальные свойства. Электротехнические стали обладают особыми физическими свойствами, которые делают их пригодными для использования в производстве электрооборудования и приборов с вращающимися магнитными полями.

Что такое нержавеющая сталь? — аперам

Главная Нержавеющая сталь Что такое нержавеющая сталь?

Нержавеющая сталь представляет собой устойчивый к коррозии сплав железа, хрома и, в некоторых случаях, никеля и других металлов.

Нержавеющая сталь, полностью и бесконечно поддающаяся вторичной переработке, является по преимуществу «зеленым материалом». Фактически, в строительном секторе фактическая степень его восстановления близка к 100%. Нержавеющая сталь также экологически нейтральна и инертна, а ее долговечность обеспечивает соответствие требованиям устойчивого строительства. Кроме того, он не выделяет соединений, которые могут изменить его состав при контакте с такими элементами, как вода.

В дополнение к этим экологическим преимуществам, нержавеющая сталь также эстетически привлекательна, чрезвычайно гигиенична, проста в обслуживании, очень долговечна и предлагает широкий спектр аспектов. В результате нержавеющую сталь можно найти во многих повседневных предметах. Он также играет заметную роль в ряде отраслей, включая энергетику, транспорт, строительство, исследования, медицину, продукты питания и логистику.