Маркировка легированных сталей
Классификация легированных сталей
Легирование и примеси — есть ли разница
Химический состав легированной стали
Отличия легированной стали от углеродной
Сварка легированных сталей: особенности
Использование легированных сталей
Обычная углеродистая сталь – это соединение железа углерода и ряда примесей. Леги́рованная сталь — сплав, содержащий кроме железа и углерода другие специально вводимые в состав элементы. Например, молибден или хром. Целью введения добавок может быть увеличение механических свойств, химическая или тепловая стойкость, улучшение магнитных качеств, устойчивость. То есть получение необходимых физических и химических свойств металла.
В данной статье мы расскажем про один из наиболее распространенных методов, а также дадим ответ про легированную сталь – что это такое, разберем основные характеристики и степень легирования по назначению, маркировку.
Легированная сталь отличается составом, ее основные компоненты – железо (не менее 45%) и главная составляющая, углерод. Но в отличие от классического металла, добавляют специализированные легирующие элементы. Их концентрация не очень большая, но даже эта небольшая доля (обычно от 1 до 3%) способствует значительному изменению в лучшую сторону характеристик и качества материала. Физические свойства, такие как прочность, пластичность, хрупкость, могут быть увеличены или уменьшены в несколько раз, согласно количеству примесей. Изменение кристаллической решетки материалов активно применяют в металлургии, а также при производстве деталей и корпусов для автомобильного, машинного, станочного и прочего производства, а также для создания строительных конструкций и инструментов.
Начало развития легирования было заложено обоснованием тигельного способа плавления стали в Европе в XVIII веке. В более примитивном варианте тигли использовались еще в древние времена, в том числе для выплавки булатной и дамасской стали. В начале 18 века эта технология получила совершенствование в промышленных масштабах и позволяла корректировать состав и качество исходного материала. Приобретает новые характеристики.
Проводились опыты с точки зрения качественного и количественного влияния на стальной сплав вольфрама, марганца, титана, молибдена, кобальта, хрома, платины, никеля, алюминия и прочих.
Первое промышленное производство стали, легированной марганцем, налажено в начале XIX века. Оно же получило развитие с 1856 года в рамках бессемеровского процесса выплавки.
Современные возможности позволяют выплавлять легированные металлы любого состава. Основные принципы рассматриваемой технологии:
Легированными называют стали, в которые специально вводят те или иные химические элементы. Эти элементы вводят с целью воздействия на структуру и получения требуемых свойств.
Есть два вида операции:
Несколько правил процесса легирования:
Наиболее часто используемыми легирующими элементами являются никель, марганец, хром, кремний, свинец, селен и бор. Менее часто используются алюминий, медь, ниобий, цирконий, молибден и вольфрам. Назначение зависит от свойств элемента.
Например, железо само по себе не особо прочное, но его прочность значительно возрастает, когда оно легируется углеродом, а затем быстро охлаждается для производства стали. Медь увеличивает антикоррозийные свойства стали. Некоторые характеристики легированной стали — мягкая, полумягкая, полутвердая, твердая — в значительной степени обусловлены содержанием углерода, которое может составлять от 0,10 до 1,15%.
Черные легированные сплавы — это железо и его сплавы. Значительное содержание углерода делает чугун очень хрупким. Несмотря на свою хрупкость и более низкие механические свойства, чем у стали, низкая себестоимость материала, простота литья и специфические характеристики делают их одним из самых ценных в мире продуктов с самым большим тоннажем производства.
Цветные сплавы — это сплавы, которые не содержат железа или содержат относительно небольшое количество железа. Их характеристики — значительная коррозионная стойкость, высокая электро- и теплопроводность, низкая плотность и простота производства.
Марки стали — это классификация сталей по их химическому составу и физическим свойствам. Марка указывает на предназначение, основу, наличие добавок. При обозначении легированной конструкционной стали процентная величина массовой доли углерода маркируется первыми двумя цифрами, без использования обозначения буквой. Далее в порядке уменьшения в маркировке указываются легирующие компоненты и их доля в сплаве в среднем эквиваленте. Марка конструкционной стали может включать буквенные обозначения. Маркировка обозначается буквой, которая показывает назначение конструкционной стали. Конструкцио́нная сталь применяется для изготовления деталей, механизмов и конструкций в машиностроении и строительстве и обладает определёнными свойствами. Литеры обозначают следующие марки:
Элементы, добавленные в легированную конструкционную сталь, в маркировке обозначают буквами русского алфавита, где X – хром, Н – никель, В – вольфрам, М – молибден, Ф – ванадий, Т – титан, Ю – алюминий, Д–медь, Г – марганец, С – кремний, К – кобальт, Ц – цирконий, Р – бор, Б – ниобий. Буква А в середине марки говорит о содержание азота, а в конце свидетельствует о том, что сталь высококачественная.
За буквой в маркировке стоит цифра, указывающая количество добавления данного элемента в процентах. Если за буквой в маркировке цифры нет, то это означает, что содержание легирующего элемента составляет менее 1,0%. Если в конце марки указана буква «А» — это обозначение высококачественной стали. Примеры:
Легированные сплавы с маркировками выпускаются по нескольким Государственным стандартам:
EN 10027 определяет порядок обозначения и маркировки 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.
В США действует наиболее обширная система маркировки видов сталей. Например, маркировка ASTM предполагает обозначение основных химических элементов, предел прочности и форму проката материала. В системе AISI используют 4 цифры, где первые две указывают номер группы, две последующие – процентное количество углерода. Буквенные символы демонстрируют наличие соответствующих присадок.
По содержанию в составе стали углерода идет разделение на:
В зависимости от общего количества в их составе легирующих элементов, которые содержит легированная сталь, она может принадлежать к одной из трех классификаций:
По структуре классификация на:
По качеству:
По назначению:
По форме решетки:
По применению:
Некоторые химические элементы, содержащиеся в обычных сталях, тоже можно называть легирующими. К таким можно отнести, например, медь (до 0,2%), кремний (до 0,37%) и т.д. Постоянными спутниками любой стали являются фосфор и сера. Тем не менее, металловеды относят их к примесям.
Почему? Любая примесь является следствием либо чистоты исходной руды (марганец), либо специфики металлургических процессов плавки (сера, фосфор). Теоретически выплавленная без фосфора и серы сталь обладала бы такими же механическими свойствами. Легирование же имеет своей конечной целью именно повышение определённых технических характеристик стали, а сера и фосфор этого не делают. При этом они однозначно относятся к вредным, но неизбежным примесям добавкам.
Наличие химического элемента с концентрацией более 1% дает основание вводить его условное значение в марку стали. В целом принято, что стали:
Если в составе выплавляемого сплава процентное содержание железа не превышает 55%, то такой материал уже не может использовать название легированной стали. Это правило нельзя отменить.
Элемент |
Влияние |
Хром |
Защищает от коррозии, способствует повышению твердости, а также ударопрочности. |
Никель |
Сплав становится более вязкий и пластичный, уменьшается его хрупкость. |
Титан |
Снижает зернистость, титан делает структуру более однородной, а значит, менее подверженной появлению трещин и расколов. Дополнительно улучшается восприимчивость к металлообработке и устойчивость к ржавлению. |
Ванадий |
Характерно увеличение текучести и порога прочности на разрыв, уменьшение зернистости. |
Молибден |
Намного эффективнее процесс закалки, а также молибден снижает хрупкость, появляется большая выносливость к ржавлению. |
Вольфрам |
Кроме повышения твердости, он еще и помогает при термообработке – зернистость не увеличивается при нагреве, а при отпуске не сильно страдает ломкость. |
Кремний |
Увеличение прочности и сохранение уровня вязкости. Но если его будет более 15%, то можно наблюдать за повышением магнитной проницаемости и сопротивляемости электричеству. |
Кобальт |
Защищает от разрушения под воздействием высоких температур. Делает выше ударопрочность |
Алюминий |
Добавляет окалиностойкость, то есть при большом жаре не происходит быстрого окисления. |
Примеси, которые невозможно полностью убрать их сплава. Таблица:
Элемент |
Влияние |
Углерод |
Очень сильно повышает прочность, твердость, ударостойкость, предел текучести. Но если цифра будет более 1,2 – 1,4 процента, то все перечисленные характеристики, напротив, пойдут на спад вместе с пластичностью. |
Марганец |
Вещество защищает от кислорода и серы. |
Сера |
Высоким называется уже ее содержание, превышающее 0,6%. Примесь в такой концентрации приводит к плохой свариваемости, сниженной прочности, пластичности и коррозионной устойчивости. Не приносит никакой пользы, только вред. |
Фосфор |
Его наличие может привести к завышенному показателю хрупкости и текучести, а также добавка грозит понижению вязкости и пластичности. |
Азот, водород и кислород |
Газы способствуют разрыхлению структуры, из-за чего сплав становится хрупким, менее выносливым к нагрузкам и недостаточно вязким. |
Специальные ферросплавы |
Все используемые в литейном производстве жаропрочных сплавов ферросплавы условно делятся на две группы:
|
Также добавкой может считаться медь и некоторые другие.
Есть постоянные компоненты – это те, которые есть в любом сплаве данной категории, есть также необязательные, легирующие ингредиенты. Сперва перечислим те, которые образуют классический материал:
Кроме того, в составе обычно есть вредные и скрытые примеси. От них пытаются избавиться, но, к сожалению, полностью убрать не получается. Поэтому в крайне малых дозах в образцах есть:
Есть случайные, безвредные. Они попадают в емкость вместе с шахтами, то есть со смесью исходных материалов, и не несут положительного влияния:
И есть специальные легирующие добавки, которые мы перечисляли в статье выше.
В составе легированной стали, помимо обычных примесей, присутствуют дополнительные вещества, позволяющие ей отвечать определенным химическим и физическим требованиям.
Разница между легированным и нелегированным металлом состоит в химическом составе:
Существуют разные степени легирования, однако даже небольшое содержание химических элементов значительно повышает качественные характеристики металла и его состояние. Например, углерод, усиливая твёрдость, одновременно делает сплав более хрупким, но добавив хром и никель можно значительно улучшив сплав.
Достоинства:
Недостатки:
Разные виды термообработки нивелируют недостатки интересующих легированной стали. И изделия обретают особые, а зачастую и уникальные свойства, достаточно простым способом.
Обзор рынка легированного лома касается не только стали, но и чугуна. Действительно, доля объявлений купим легированный лом чугуна, не особо уступает спросу на вторичное низкоуглеродистое железо. Прием легированного лома осуществляется практически всеми пунктами, работающими с черным металлом, однако по существенно более высокой стоимости.
Для пунктов приема металлолома разделения по легированным сталям нет (как в справочнике) – для них есть черный лом, лом нержавеющей стали и лом быстрорезов. В черный лом могут включаться такие стали, как: 09Г2с и другие марки. Некоторые предприятия специализированно закупают определенную марку.
Цена лома за килограмм определяется вхождением легирующих элементов. Например, вторичная сталь, с содержанием никеля более 9.3%, может приниматься до 60 рублей за кг, тогда как более низкая концентрация Ni, приравнивает отходы к обычному черному стальному лому – 11000 за тонну.
Особую ценность представляют быстрорежущие марки (быстрорежущая сталь), ценность которых даже в виде металлолома существенно выше. Однако сами по себе отходы быстрорезов многие приемщики разделяют на две категории:
Таким образом, стоимость лома легированной стали определяется в основном парой параметров: содержание и вид добавки, а также качество самой стали.
Легированные сплавы обладают хорошей пластичностью, поэтому из них можно изготовить сложные конструкции методом сварки. По причине различного содержания добавок каждый вид легированных изделий имеет свои особенности:
Легированные стали по причине их высокой стоимости, в сравнении с углеродистой сталью, используются только для производства самых ответственных конструкций и деталей, где изделия из других металлов просто не смогут выполнить возложенные на них задачи.
Помимо прочего, сфера применения стали с добавками большая. Из них делают:
С точки зрения практического применения, среди легированных сталей выделяют:
Такая легированная сталь является материалом для трех групп инструментов:
Из низколегированной стали производят корпуса железнодорожных вагонов, вагонов метро, трамваев, несущих конструкций локомотивов, сельскохозяйственных и прочих полевых машин. Также данная легированная сталь служит материалом инженерных сооружений, функционирующих при переменных динамических нагрузках, сезонных и суточных теплосменах. При выборе стали следует обратить внимание на маркировку. В статье выше мы разобрали, как разобраться с маркировкой и что она значит. Инструментальная легированная сталь марок 9ХС, ХВГ, 6ХВ2С идет на изготовление сверл, метчиков, плашек, фрез, протяжки, для технологической оснастки, для ножей холодной резки металла, просечных штампов, вырезных матриц и пуансонов. Инструментальная не рассчитана на сварку.
Легированные стали могут иметь различные свойства, которые они получают за счет соотношения основных элементов, области применения. Однако важно понимать, чем отличается любая легированная сталь.