Легированные конструкционные стали их марки и применение

Что такое конструкционные легированные стали

Легированная конструкционная сталь – незаменима при производстве в строительстве и машиностроении. Это связано с тем, что она обладает определённым механическим, физическим и химическим свойством. Определённое свойство задаётся содержанием того или иного элемента, за счёт содержания которого будет наделение определённым качеством.

  1. Состав стали
  2. Как маркируется конструкционная легированная сталь
  3. Где применяется конструкционная легированная сталь

Состав стали

Легированная сталь в своём составе использует элементы:

Марганца (Mn) — Г; кремния (Si) — С; хрома (Cr) — Х; никеля (Ni) — Н; меди (Cu) — Д; азота (N) — А; ванадия (V) — Ф; ниобия (Nb) — Б; вольфрама (W) — В; селена (Se) — Е; кобальта (Co) — К; бериллия (Be) — Л; молибдена (Mo) — М; бора (B) — Р; титана (Ti) — Т; алюминия (Al) — Ю.

Помимо того, что входят основные элементы, сделано добавление таких, как:

  • Хрома.
  • Никеля.
  • Кобальта.
  • Алюминия.
  • Ванадия

Главный из наиболее важных параметров, по которым сталь делят на разнообразные классы – это их химический состав элементов.

Остальные добавления задают металлу отличительные качества. Добавленный хром задаёт сплаву повышенный уровень на прочности и текучести, несмотря на это, сохраняя приемлемый уровень вязкости. Добавление вольфрама обеспечивает сплаву норму твёрдости и задаёт хороший уровень устойчивости во время отпуска. Добавление молибдена задаёт уровень прокаливаемости и повышает уровень пластичности и вязкости.

Различия состава варьируются от общего процента легирующих элементов:

  • На высоколегированные – больше 10%.
  • На среднелегированные – больше 2.5 – 10%.
  • На низколегированные – не более 2.5%.

Конструкционные легированные стали имеют определённое преимущество после термообработки, в отличие от углеродистых. Это говорит о том, что элементы легирования значительно влияют на диффузионные процессы, что протекают при термообработке. В материал добавлено большее количество элементов легирования, потому они приходят под видом сортовых прокатов, это круглые, квадратные, шестигранные, а иногда как калибровочные листы, поковки и прочие полуфабрикаты.

Как маркируется конструкционная легированная сталь

Марки конструкционных легированных сталей состоят из букв и цифр. Литерами называют легирующие элементы, каждый из которых имеет вхождение в состав. Цифра говорит о количественном нахождении углерода и легирующего элемента.

Маркируются они таким образом. В начало ставится число из двух знаков, которое выражает приблизительный усреднённый уровень содержащегося углерода, который указан в сотой доли процентов. Литеры указывают на легирующие элементы. Действующими маркировками считаются: X-Сг, Н — Ni, M-Mo, Г — Мп, Д — Cu, В-W, Ф-V, Б — Nb, Р — В, К-Со, С-Si, Т — Ti, Ц — Zr, Ю — А1, П — Р, А-N. Цифры после литеры обозначает усреднённое вхождение указанного элемента в проценте.

В случае, когда содержащийся элемент имеет содержание меньше чем 1%, то цифру не ставят. Если в конце имеется литера «А», значит, сталь имеет высокое качество. Это означает, что содержащаяся сера и фосфор имеют количество не более 0.02%.

Где применяется конструкционная легированная сталь

Так как сфера применения конструкционной стали весьма широка, важно знать, область использования материала, и какая марка для чего применяется.

  • 60С2(А) – для рессор, для производства которых используется полосовая сталь толщины от 3 до 16 мм. Пружинных лент, толщины от 0.08 до 3 мм. Витых пружин из 16 мм проволоки.
  • 70СЗА – для тяжелонагруженных пружин с ответственным назначением. Склонная к графитизации сталь.
  • 50ХГ(А) – для рессор, для производства которых требуется полосовая сталь от 3 до 18 мм толщины.
  • 50ХФА(ХГФА) – для ответственных пружин и рессор, которые работают на повышенных температурах, что не превышают 300 градусов, или же для подвергаемых частым переменным нагрузкам.
  • 60C2XA – для больших высоконагруженных пружин и рессор с ответственным назначением.
  • 60C2H2A(C2BA) – для ответственных высоконагруженных пружин и рессор, которые выполнены из пружинных лент и калиброванных сталей.
  • 20Х – для кулачковых муфт, втулок, шпинделей, направляющих планок, плунжеров, оправок, копиров, шлицевых валиков и пр.
  • 40Х – для зубчатых колёс, шпинделей и валов в подшипниках качения, червячных валов.
  • 45Х, 50Х – для зубчатых колёс, шпинделей, валов в подшипниках качения, червячных и шлицевых валов, а также других деталей, которые работают на средней скорости при среднем давлении.
  • 38ХА – для зубчатых колёс, которые работают на средней скорости при среднем давлении.
  • 45Г2, 50Г2 – для крупных малонагруженных деталей, в том числе валов, зубчатых колёс на тяжелых станках и пр.
  • 18ХГТ – для деталей, которые работают на большой скорости при высоком давлении и нагрузке.
  • 20ХГР – для тяжелонагруженных деталей, которые работают на большой скорости и нагрузке.
  • 15ХФ – для некрупных деталей, что подвергаются цементации и закалке с низким отпуском.
  • 40ХС – для мелких деталей, которые обладают высоким уровнем прочности.
  • 40ХФА — для ответственных и высокопрочных деталей, которые подвержены закалке и высокому отпуску. Для мелких и средних деталей со сложной формой, которые работают на износ. Также ответственных сварных конструкций, что работают в условиях знакопеременной нагрузки.
  • 35ХМ – для валов, деталей турбин и крепежа, что работают на повышенных температурах.

Так как каждый вид стали имеет свои определённые преимущества, важно понимать какие для чего будут наиболее подходящими. В качестве основных деталей, которые испытывают серьёзные нагрузки и имеют высокий уровень износа, легированные конструкционные стали их марки и применение является незаменимым.

Обзор конструкционных легированных сталей

  1. Что это такое?
  2. Классификация
  3. Маркировка
  4. Популярные марки
  5. Сортамент

Конструкционная легированная сталь используется для изготовления деталей, конструкций и механизмов, применяемых в машиностроении, строительстве и других сферах. Она изготавливается по ГОСТ 4543-71 и подробно классифицируется в зависимости от состава и назначения.

Что это такое?

Если взять обычную сталь, то это будет соединение железа, углерода и других примесей. Легированная сталь – это уже сплав, получаемый с помощью внедрения какого-то количества химических компонентов. Внедряются они в состав, конечно же, запланировано. Это нужно, чтобы изменить физические и химические свойства металла.

А теперь о конструкционности сталей. Формально отдельные химические элементы, которые содержатся в обычных сталях, а также в конструкционных, можно называть легирующими. Это медь, например, или кремний. А также постоянными спутниками сталей являются сера и фосфор. Но вот металловедам кажется, что это все же не легирующие добавки, а именно примеси. Объясняют они это так: любая примесь – это следствие или чистоты исходника, или специфики металлургических процессов плавки. В первом случае это будет марганец, во втором сера или фосфор. То есть выплавленная без меди, серы и фосфора сталь имела те же свойства. Но легирование ставит другие цели – повышать конкретные технические характеристики.

Конструкционные стали считаются очень прочными, потому что почти всегда проходят особую термообработку. Так как проводится легирование марганцем, сталь обретает цементирующий эффект, стойкий к значительным нагрузкам. И такие материалы используются для самых важных в конструкции элементов.

Как легирующие компоненты влияют на свойства стали:

хром – обязателен для получения нержавеющей стали, практически предотвращающий старение элемент;

титан – дает плотность стали, уменьшая зернистость, что помогает металлу быть прочнее;

никель – повышает прочность, помогает быть металлу более пластичным, жаростойким и стойким к механическим ударам;

вольфрам – не дает укрупняться зернистым образованиям, понижает хрупкость при закалке, добавляет прочность;

марганец – также повышает прочность металла, помогает ему стать более износоустойчивым;

молибден – делает металл более прочным и упругим во время нагрузок на растяжение, снижает хрупкость;

кобальт – повышает магнитные и жаропрочные свойства.

Важнейшая часть сплава – углерод. В содержании элемента до 1,2% есть только польза: материал приобретает положительные качества, становится более прочным и упругим.

Но если его процент будет выше, характеристики материала, напротив, ухудшатся, он будет более хрупким.

Классификация

Она довольно широкая, и имеет несколько подвидов.

По назначению

Стали бывают машиностроительными и строительными. В первом случае это металлы, служащие для производства деталей разных механизмов, конструкций корпусов и другого. И их главное отличие в том, что они почти всегда проходят высокотемпературную обработку. Строительные же стали чаще применяют для металлоконструкций, предусматривающих сварку. То есть термическая обработка для таких металлов – редкость.

Машиностроительные легированные стали, в свою очередь, бывают жаропрочными, улучшаемыми и цементуемыми. Жаропрочные активно востребованы на рынке энергетики, из них можно делать, к примеру, комплектующие для турбин. Из них же делают отличный крепеж. Улучшаемые стали предполагают применение закалки при производстве. Выпускают из них сильно нагруженные изделия. Они же чувствительны к концентрированному напряжению в детали.

А цементуемые стали подвергаются цементации, а также закалке, которая следует после нее. Из них делают шестерни, валы и другие детали со схожим функционалом.

Строительные же стали также бывают разные: массовая, судостроительная хладостойкая нормальной и средней прочности, а также повышенной прочности, для пара и горячих вод, упрочненные прокатом на температуре 700-850 градусов и так далее.

Читайте также  Как делают булатную сталь

А класс инструментальной легированной стали становится сырьем для создания широкого круга инструмента.

Но все же не для всякого: для того, что проходит ударные нагрузки, материал не подойдет. А вот для режущих, измерительных, ударно-штамповых категорий – более чем.

По количеству легирующих добавок

Эта классификация предполагает следующее деление: высоколегированные стали, среднелегированные и низколегированные. В высоколегированной стали до 50% добавок (но не менее 10%) – такие изделия можно считать самыми прочными, но при этом и самыми дорогими. К среднелегированной стали относятся материалы, в которых легированные добавки содержатся в количестве 2,5-10%. В низколегированных составах добавок меньше 2,5%. Положительных качеств в таком металле достаточно, но для металлообработки их все же не хватает.

По химическому составу

В зависимости от химсостава сталь может быть качественной, высококачественной (А), особо высококачественной (Ш). В последнем случае получить вид можно электрошлаковой переплавкой металла.

По виду обработки

Прокат может быть кованым и горячекатаным, предполагающим особую отделку поверхности, и калиброванным. По уровню термической обработки продукция может быть: без термической обработки как таковой, с термической обработкой, нагартованной. Если обработка была, сталь будет маркироваться ТО, если нагартована (то есть используется метод проката), буквой Н.

Существуют марки с особыми свойствами, которые согласно тому же ГОСТу обозначаться будут иначе. В таком случае первой проставится буква, которая определяет вид стали. Если она шарикоподшипниковая, например, будет буква Ш, а если магнитная – Е, нержавеющая – Я. После этой буквы уже используется стандартная схема.

Могут в маркировке литеры стоять и в конце аббревиатуры, значит, эта группа не относится к обычной стали, а обладает своими свойствами и определяющими качествами. Так, высококачественная и особо высококачественная (именно так они и называются) в конце маркировки будут иметь литеры А и Ш. Если сплав литейный, будет идти литера Л. А те сплавы, которые отличает коррозийная устойчивость, обозначатся литерой К.

Маркировка

В России и в мире она будет разной, потому что отличаются сами принципы обозначений. Это все регулирует ГОСТ, и это удобно тем, что приобретатель сразу может увидеть состав сплава и область его применения.

Описание маркировки:

аббревиатура начинается с двузначного числа, показывающего количество углерода в десятых долях процента;

потом идет литера с названием легирующей добавки;

далее – цифра, которая в процентном отношении показывает содержание добавки в сплаве, но, если удельный вес добавки менее 1,5%, его не указывают.

Популярные марки

Можно заодно на примерах и рассмотреть, как маркируются виды стали. Так, Р6М5Ф2К8 – это быстрорежущая сталь, в составе которой 8% кобальта, 5% молибдена и 2% ванадия. А вот ХВГ – это металл, состоящий из марганца, хрома и вольфрама, которые добавлены в количестве менее 1%.

Среди популярных марок: 60С2ХА – из нее делают рессоры, а также большие высоконагруженные пружины. Из марки 20Х делают огромное количество втулок, шпинделей, кулачковых муфт, а также оправок, шлицевых валиков. Из 38ХА производят зубчатые колеса средних скоростей, а из 40ХС некрупные высокопрочные детали. Из 35ХМ делают турбинные детали, валы и разный крепежный формат, который будет работать в контексте предельных температур.

Сортамент

Конструкционная сталь бывает углеродистой качественной и легированной качественной, последняя делится еще на несколько типов, которые указаны выше. Сортамент этой продукции прописан каждый своим ГОСТом: горячекатаной круглой, горячекатаной квадратной, горячекатаной шестигранной, горячекатаной полосовой, а еще кованой квадратной и круглой.

Это документы ГОСТ 2591, ГОСТ 2590, ГОСТ 1133, ГОСТ 8559 и иначе нормативная база. В сортаменте прописывается название – например, прокат калиброванный круглый, далее указывается диаметр, предельные отклонения по конкретному ГОСТу, марка стали, а также качества поверхности группы, контроль мехсвойств, вид (к примеру, нагортованный).

Конструкционные легированные стали четко структурированы в документации, они удобно маркируются и уже отлично зарекомендовали себя в эксплуатации. К слову, если в структуре выплавляемого сплава процент железа не выше 55%, то легированной сталью такой материал уже не назовешь.

Легирующими компоненты будут только, если содержание их выше 1-1,5%, и если введение их имеет целенаправленный характер. Добавки меняют структуру так называемого дочернего материала, они ступенчатым образом создают составы проникновения либо исключения, и даже могут выйти на границы структур. Процесс интересен, перспективен, и могут появиться новые виды сплавов с новым назначением.

Легированные конструкционные стали

Конструкционные легированные стали (ГОСТ 4543—71) широко применяются для деталей машин и механизмов, работающих в условиях сложного нагружения, т.е. под действием статических, динамических, знакопеременных нагрузок или при их одновременном действии (автомобильная промышленность, сельскохозяйственное и транспортное машиностроение, строительство и т.д.).

Преимущества и недостатки конструкционных легированных сталей:

Основные марки конструкционных легированных сталей (например, 20Х2Н4А, 15ХСНД, 18Х2Н4ВА идр.) — это сложнолегированные стали, где наряду с основными элементами (Cr, Ni, Si, Мп), вводимыми в состав для упрочнения и повышения прокаливаемости, присутствуют специальные элементы (W, V, Ti, А1 и др.), которые способствуют образованию в структуре дисперсных упрочняющих частиц типа VC, VN, AIN, WC, NbC и комплексных интер- металлидных фаз, повышающих упрочнение стали.

Для обеспечения работоспособности деталей из легированных сталей необходимо, чтобы они обладали высокой конструктивной прочностью — совокупностью характеристик материала, соответствующих необходимым служебным свойствам изделия в условиях реальной нагрузки. Конструктивная прочность определяется надежностью и долговечностью материала и обеспечивается рациональным легированием с учетом последующего упрочнения стали термической или другой обработкой.

Надежность — свойство материала противостоять хрупкому разрушению. Определяется пластичностью (8, %; |/, %); ударной вязкостью (KCU > 0,5 МДж/м 2 ); температурным порогом хладноломкости Т50 или Гпх; вязкостью разрушения КС<] живучестью р.

Долговечность — свойство материала сопротивляться постепенному разрушению в течение заданного времени. Определяется механическими свойствами — стт, ав, пределом усталости а ь износостойкостью. Коррозионная стойкость и жаропрочность определяют работу детали в сложных условиях нагрева или в агрессивной среде.

Принцип рационального легирования — минимальное количество легирующих элементов в стали должно обеспечивать необходимые механические свойства, прокаливаемость, температурный порог хладноломкости.

Основное назначение легирующих элементов в конструкционных сталях:

  • • Хром (до 2%) растворяется в феррите и аустените, упрочняя твердый раствор, увеличивает прокаливаемость, задерживает распад мартенсита при отпуске, способствует получению высокой и равномерной твердости в стали. При содержании хрома более 12% сталь становится коррозионностойкой.
  • • Марганец (до 2%) растворяется в феррите, упрочняя твердый раствор и повышая свойства прочности, снижает красноломкость, увеличивает прокаливаемость. Однако марганец повышает порог хладноломкости, способствует росту зерна при нагреве, что может отрицательно сказаться на эксплуатационных свойствах стали. В специальных сталях количество марганца может быть увеличено до 14% (сталь Гатфильда).
  • • Никель (до 4%) увеличивает прочность без снижения пластичности и вязкости, увеличивает прокаливаемость, снижает температурный порог хладноломкости. Однако никель — дорогой материал, и на практике стараются ограничить использование никелевых сталей из-за их стоимости.
  • • Кремний (до 2%) растворяется в феррите, значительно упрочняя его и сохраняя при этом вязкость, повышает предел усталости, снижает чувствительность к надрезу, способствует повышению свариваемости, штампуемости. В сталь вводится в сочетании с другими элементами.
  • • Молибден (0,3—0,45%) снижает склонность к отпускной хрупкости; повышает прокаливаемость, понижает температурный порог хладноломкости, увеличивает статическую, динамическую и усталостную прочность, устраняет склонность к внутреннему окислению при цементации в среде эндогаза. В специальных сталях его количество может быть увеличено.
  • • Вольфрам (до 1,2%) снижает склонность к отпускной хрупкости II рода, увеличивает нрокаливаемость, упрочняет сталь, но снижает пластичность. Вольфрам измельчает зерно аустенита, повышает вязкость.
  • • Ванадий, цирконий, титан, ниобий (0,15—0,30% каждого элемента) измельчают зерно, снижают температурный порог хладноломкости, уменьшают чувствительность к концентраторам напряжений. Но с увеличением их количества происходит снижение прокаливаемое™ и сопротивления хрупкому разрушению, что обусловлено увеличением количества карбидных частиц на границах зерна.
  • • Бор в количестве 0,003—0,004% увеличивает ирокали- ваемость (затрудняет образование центров кристаллизации перлита на границах аустенитного зерна), однако повышает температурный порог хладноломкости.
  • • Присадки свинца и кальция улучшают обрабатываемость резанием.

Строительные стали (09Г2С, 15Г2СФ, 15ХСНД, 08Г2МФБ и т.д.) предназначены для использования в виде листов, сортового и фасонного проката без термической обработки у потребителя в капитальном строительстве, для труб, газопроводов, в судостроении, для металлоконструкций и в других отраслях машиностроения. Поставляются в горячекатанном состоянии с феррито-перлитной структурой (ГОСТ 19281—89).

Автоматные стали обладают высокой обрабатываемостью резанием, и предназначены для массового изготовления деталей из них на металлорежущих станках-автоматах. Автоматные стали маркируются буквой А, а далее следует цифра, показывающая процент углерода в стали (А12, А20, А35Е, АС40). Селеносодержащие стали имеют в марке букву Е, стали со свинцом — букву С. При повышенном содержании марганца (до 1%) в марке ставится буква Г.

Читайте также  Азотирование и цементация стали

Основные требования: хорошая обрабатываемость резанием, т.е. получение легко отделяемой, короткой и ломкой стружки. По сравнению с обычными углеродистыми сталями, в автоматных сталях повышенное содержание серы (до 0,3%) и фосфора (до 0,05%). У автоматных сталей, содержащих РЬ, Са, S и другие элементы, скорость резания увеличивается на 25—50%, а стойкость инструмента в 2—3 раза.

Конструкционные машиностроительные стали предназначены для изготовления деталей машин и механизмов. Классифицируются по составу (низколегированные, среднелегированные), обработке (цементуемые, улучшаемые), назначению (рессорно-пружинные, подшипниковые и г.д.).

Цементуемые стали (ГОСТ 1050—88) — низкоуглеродистые (до 0,25 %) низко- и среднелегированные стали — ГОСТ 4543—71. Количество легирующих элементов (марганец, хром, кремний, никель с добавками молибдена, ванадия, титана, бора) должно обеспечивать требуемую прокалива- емость, прочностные свойства и контактную выносливость. Свойства стали определяет последующая термическая обработка (твердый поверхностный слой HRC 58—62 и вязкая сердцевина HRC 30—35) (табл. 9.4). Термическая обработка — цементация или нитроцементация с последующей одинарной или двойной закалкой и низким отпуском (возможна закалка с нагрева под цементацию).

Улучшаемые стали (ГОСТ 4543—71) — среднеуглеродистые (до 0,5% С), низко- и среднелегированные стали (табл. 9.5). Основные легирующие элементы — хром, никель, марганец, кремний, добавки ванадия, вольфрама, титана, молибдена, бора. Требования — высокая конструктивная прочность, прокаливаемость, низкий температурный порог хладноломкости, высокое сопротивление хрупкому разрушению.

Термическая обработка на структуру сорбит отпуска — закалка при температуре 820—880 °С в масло и высокий отпуск с 550—650 °С. Для деталей, которым требуется повышенная твердость поверхности, проводится закалка ТВЧ с низким отпуском.

Применение: шатуны, ступицы, валы, тяги, штанги толкателей, пальцы, валы карданные, втулки, и др. детали, работающие в условиях сложного нагружения при динамических нагрузках.

Рессорно-пружинные стали (ГОСТ 14959—79) — среднеуглеродистые (0,5—0,8% С), низко- и среднелегированные стали. Применение: рессоры и пружины различного назначения в разных областях машиностроения. Основные требования — высокое сопротивление малым пластическим деформациям (высокий предел упругости оупр), стойкость к релаксации напряжений, высокий предел выносливости ctq,2» МПа

Легированные стали

Легированные стали – сплавы, свойства которых улучшены путем добавления дополнительных компонентов, называемых легирующими. Их применение обусловлено стремлением добиться от получаемого сырья различных свойств, которые необходимы в разных ситуациях.

Этот сплав обладает повышенной прочностью, дольше не поддается коррозии. Области его применения достаточно разнообразны. В основном, это трубы, детали и другие изделия, которые в процессе эксплуатации будут подвержены повышенным температурным перепадам.

В состав обычного металла входит железо, углерод и различные примеси. При легировании, как уже указывалось ранее, в него добавляют еще другие компоненты, носящие название легирующих. Среди них: ниобий, хром, никель, кремний, ванадий и др. Еще нередко встречаются алюминий и молибден. Чтобы увеличить прочность полученного сырья зачастую добавляют титан.

Свойства легированной стали

Чаще всего, ее свойства определяют по примесям, добавленным при производстве.

Качества стали зависят от легирующих элементов, которые добавлены в ее состав:

  • стойкость к ржавлению возникает благодаря молибдену и хрому;
  • твердость возникает благодаря марганцу, хрому и другим компонентам;
  • прочность приобретается благодаря добавлению титана, марганца, хрома и вольфрама.

Легированная сталь становится прочнее и устойчивее к воздействию окружающей среды, когда хрома в ней не менее 12%.

Сталь, легированная при соблюдении необходимого процентного содержания всех своих элементов, не будет изменять своих качеств до температуры нагрева 600 градусов Цельсия.

Химический состав

Качество такого материала целиком зависит от количества углерода в ней, так как это один из главных компонентов ее состава. Также обязательно включение в его состав железа. Никель, хром, медь, ванадий и прочие компоненты добавляют с целью улучшить другие свойства сырья.

Теперь рассмотрим, как влияют легирующие элементы на свойства получаемой сырья:

  • Хром, как и никель, несет ответственность за придание стойкости к ржавлению. С его помощью получают всем известную нержавейку, металл делается тверже и прочнее.
  • Никель добавляет не только прочности, но и пластичности.
  • Медь, помимо устойчивости к коррозии, способствует сопротивлению различным кислотам.
  • Ванадий уплотняет структуру, делает мелкозернистой.
  • Марганец несет ответственность за износостойкость.
  • Вольфрам сохраняет твердость материала при воздействии высоких температур.
  • Кремний придает металлу упругость, а также делает его магнитным.
  • Присутствие алюминия добавляет полученному материалу жаростойкости.

Как изменяется структура при добавлении различных примесей? В результате их введения кристаллическая решетка разрушается по причине отличий в форме электронов и атомных величин. Поэтому характеристики легированной стали могут колебаться из-за изменения процентного соотношения элементов в ее составе. Твердость, прочность и пластичность сплав получает после термообработки.

Внешний вид легированной стали

По химическому составу такой металл обычно отличается. Поэтому классификация будет следующей:

  1. Низколегированный – процент легированных добавок не более 2,5.
  2. Среднелегированный – примеси составляют не более 2,5-10 %.
  3. Высоколегированный – примесей может быть больше 10% и расти до 50.

По классификации деление идет на: коррозионно-устойчивую сталь и жаростойкую (выдерживает выше 1000 градусов).

Согласно химическому распаду выделяются:

  • окалиноустойчивая (при 550 градусах);
  • жароустойчивая.

Известны два основных типа: легированные и углеродистые. Посмотрим, какие у них отличия.

Углеродистая сталь – сплав, содержащий совместно с железом и углеродом еще кремний и марганец. Сера и фосфор, тоже имеющиеся в ее составе, относятся к негативно влияющим добавкам, ведь из-за них ухудшаются ее механические свойства.

Сталь бывает низко-, средне- и высокоуглеродистой. Чем большая часть углерода в таких сплавах, тем меньше их пластичность, но зато и тверже получается итоговый материал.

Углеродистая сталь – сплав железа с углеродом до 2%. В него также добавляют кремний, серу и фосфор. Однако, главным компонентом все же является углерод. Количество в процентах этих элементов приблизительно такое: железа до 99,0%, марганца – 03-0,8, серы до 0,06 и кремния до 0,15-0,35.

Главные минусы углеродистой стали:

  • если у нее хорошая прочность и твердость, то недостает пластичности;
  • утрачивается твердость и режущая способность при нагреве до 200 градусов, а при более высоких температурах теряется и прочность;
  • невысокая устойчивость от ржавления при погружении в электролит, в агрессивных средах и т. д.;
  • повышенный коэффициент теплового расширения;
  • утяжеление готовой продукции;
  • возрастание стоимости конечного продукта;
  • трудности при проектировании из-за низкой прочности такой стали.

Легированная – сталь, которая наряду с обычными добавками содержит легированные элементы, значительно повышающие ее качества. Это вольфрам, молибден, никель и др. И еще марганец и кремний в значительных количествах. Примеси добавляются во время плавления. Такой металл отличается своими ценными качествами, которые отсутствуют у углеродистой стали, и лишен ее недостатков.

Использование легированной стали

Сегодня практически невозможно назвать хоть одну из сфер деятельности человека, где не нашлось бы места сплаву с такими характеристиками. Из конструкционной и инструментальной сталей выпускаются почти все инструменты, например, фрезы, резцы, штампы и т. д. Нержавеющие легированные стали также применяются для выпуска бытовых изделий, например, при производстве посуды, корпусов бытовой техники.

Также легированная сталь отличается множеством других качеств, которые гарантируют ей широчайшее применение. Она повышает срок службы самых разных изделий, обеспечивает их надежность и даже позволяет экономить. Ведь чем дольше эксплуатируется та или иная вещь, тем реже приходится приобретать новую.

Кстати, изделия или их компоненты из легированного материала можно встретить не только в строительстве или машиностроении, но и у хирургов в руках, например, скальпель, на производстве трубопроводов. Если изготовить из него нож, то часто точить его не придется.

Изделия из легированной стали

Сфера использования легированных сталей находится в прямой зависимости от способа термообработки, которому она подверглась. Прежде была изучена классификация этого материала по назначению согласно ГОСТ: инструментальные, конструкционные и стали с особыми качествами.

Низколегированные стали хорошо поддаются свариванию, поэтому из них чаще всего делают трубы и другие конструкции. Легированная инструментальная сталь отлично подходит как сырье для изделий, которые будут работать под давлением.

Согласно ГОСТ 5950-2000, легированная сталь — материал для производства медицинских инструментов, ножей, ленточных пил и др. В этот ГОСТ внесены все виды ее обозначений и области использования.

Нержавейка, содержащая много хрома, применяется для выпуска трубных изделий. Трубы, изготовленные из такого материала, отличаются повышенной стойкостью к ржавлению, и еще, они прекрасно противостоят скачкам температур, в особенности, высоких.

Маркировка легированных сталей

Как расшифровывается маркировка легированных сталей? О чем она говорит? Согласно ГОСТ в ней есть такая информация: буква расшифровывает химический элемент, а цифра за ней — сколько его в процентах. Если цифра не внесена, то процент конкретного компонента невелик (не выше 1%).

К легированным относят разные стали. В итоге возникла потребность систематизации их обозначений. Это отражено в ГОСТ 4543-71, в котором обозначено, что в марках сталей, обладающих особыми качествами, буква должна стоять первой. Она и указывает на принадлежность металла, в зависимости от его качеств, к конкретной группе.

Читайте также  Должна ли магнититься нержавеющая сталь

Если первые буквы «Ж», «Х» либо «Е», то металл относится к нержавеющим с магнитными свойствами, либо хромистым. Сталь хромоникелевой нержавеющей группы обозначает буква «Я». Буквами «Р» и «Ш» обозначены сплавы, которые принадлежат к шарикоподшипниковым инструментальным и быстрорежущим.

Если сталь легированная, то она может быть либо высокого качества, либо особо высококачественная. Тогда марка у них будет завершаться буквами «А» или «Ш». Обычные стали так не обозначаются.

Сплавы, получаемые методом проката, тоже получают специальное обозначение. Тогда в маркировке будет стоять буква «Н» (нагартованный) либо «ТО» (термически обработанный).

Умение понимать маркировку всегда позволит с легкостью и достаточно четко выяснить химический состав представленного металла, несмотря на то, что он есть в соответствующей литературе. Первая цифра — процент углерода в сотых долях. Далее за цифрой проставляются буквы, расшифровывающие легирующие элементы, использованные в качестве примеси. За каждой из букв указывается количество названного компонента, выражаемое уже в целых частях. Бывает, что есть только буква, что говорит о содержании элемента в количестве, не превышающем 1,5%.

Стоит обратить внимание на то, что обозначение и классификация химических элементов с помощью букв не обязательно может совпадать с начальной буквой в их наименовании: алюминий (ю), хром (х), марганец (г), вольфрам (в), никель (н), азот (а), медь (д), ванадий (ф) и т. д.

Если в посередине маркировки есть буква «А» (азот), то это свидетельствует о том, сколько азота в составе стали. Если же буква «А» будет в конце, то фосфора и серы в этой марке стали менее 0,03%, поэтому она принадлежит к чистым.

Сдвоенная буква «А», стоящая в обозначении первой справа, свидетельствует об особой чистоте материала от присутствия вышеназванных компонентов. Сколько в нем серы тоже определяется согласно ГОСТ. Еще маркировка может начинаться с таких букв: «Ш» — шарикоподшипниковая, «Р» — быстрорежущая, «Э» — электротехническая, «А» — автоматная, буква «Л» свидетельствует, что сталь получена литьем.

Легированная сталь

Содержание статьи

  • Характеристика
    • Виды
    • Назначение
  • Свойства
  • Марки

В современном мире имеется большое количество разновидностей стали. Это один из самых востребованных материалов, который используется практически во всех отраслях промышленности.

Характеристика легированных сталей

Легированная сталь представляет собой сталь, которая кроме обычных примесей оснащена еще и дополнительными добавочными веществами, которые необходимы для того, чтобы она соответствовала тем или иным химическим и физическим требованиям.

Обычная сталь состоит из железа, углерода и примесей, без которых невозможно себе представить данный материал. В легированную сталь добавляются дополнительные вещества, которые получили название легирующих. Они используются для того, чтобы сталь стала обладать такими свойствами, которые необходимы в тех или иных ситуациях.

В большинстве случаев в качестве легирующих элементов к железу, примесям и углероду добавляются: никель, ниобий, хром, марганец, кремний, ванадий, вольфрам, азот, медь, кобальт. Также не редко в таком материале отмечаются такие вещества, как молибден и алюминий. Для придания прочности материалу в большинстве случаев добавляется титан.

Такой вид стали имеет три основные категории. Отношение легированной стали к той или иной группе обусловлено тем, сколько в ней содержится стали и примесей, а также легированных добавок.

Виды легированной стали

Есть три основных вида стали с легирующими элементами:

  • Низколегированная сталь.

Она характеризуется тем, что в ней содержится около двух с половиной процентов легирующих дополнительных элементов.

  • Среднелегированная сталь.

Данный материал имеет в своем составе от 2.5 до 10 процентов легирующих дополнительных веществ.

  • Высоколегированная сталь.

К данному виду относятся стальные материалы, количество легирующих добавок в которых превышает десяти процентов. Количество этих компонентов в такой стали может достигать пятидесяти процентов.

Назначение легированной стали

Легированную сталь широко применяют в современной промышленности. Она обладает высоким уровнем прочности, что позволяет изготовлять из нее оборудование для резки и рубки металлического проката самых разных видов.

По своему назначению стали легированного типа могут быть представлены большим количеством групп.

Основными из них являются:

  • конструкционная легированная сталь,
  • инструментальная легированная сталь,
  • легированная сталь с особыми химическими и физическими свойствами.

Характеристики легированных сталей могут быть разнообразными. Они их приобретают благодаря соотношению основных элементов. Стали такого типа являются в любом случае более прочными и устойчивыми к образованию коррозии.

Свойства легированной стали

Свойства легированных сталей являются разнообразными. Они главным образом определяются теми добавками, которые применяются в качестве легирующих при производстве отдельных видов стальных материалов.

В зависимости от добавленных легирующих компонентов сталь приобретает следующие качества:

  • Прочность. Данное свойство приобретает после добавления в ее состав хрома, марганца, титана, вольфрама.
  • Устойчивость к образованию коррозии. Это качество появляется под воздействием хрома, молибден.
  • Твердость. Сталь становится боле твердой благодаря хрому, марганцу и другим элементам.

Внимание: Стоит отметить, что для того, чтобы легированная сталь была более прочной и устойчивой к внешнему влиянию окружающей среды необходимое содержание хрома не должно быть менее двенадцати процентов.

Сталь легированного типа при правильном процентном соотношении всех входящий в нее элементов не должна менять свои качестве при температуре нагревания до шестисот градусов Цельсия.

Производство легированной стали.

Марки легированной стали

Марки легированной стали являются различными. Они представлены в большом многообразии. В зависимости от назначения стали определяется ее маркировка.

Сегодня имеется большое количество требований к маркировке легированной стали. Для данного процесса используются цифровые и буквенные обозначения. Сначала при маркировке используются цифры. Они являются показателями того, сколько содержится в том или ином виде легированной стали сотых долей углерода. После цифр стоят буквы, которые являются обозначением того, какие легирующие добавки были использованы при производстве того или иного легированного типа стали.

После букв могут стоять цифры, обозначающие количество легирующего вещества в составе стального материала. Если после обозначения какого-либо легирующего элемента не стоит цифровое обозначение, то его в составе имеется минимальное количество, не достигающее даже одного процента.

Таблица 1. Сопоставление марок стали типа Cm и Fе по международным стандартам ИСО 630-80 и ИСО 1052-82.

Марки стали
Ст Fe Ст Fe
СтО Fe310-0 Ст4кп Fe430-A
Ст1кп Ст4пс Fe430-B
Ст1пс Ст4сп Fe430-C
Ст1сп Fe430-D
Ст2кп Ст5пс Fe510-B, Fe490
Ст2пс Ст5Гпс Fe510-B, Fe490
Ст2сп Сг5сп Fe510-C, Fe490
СтЗкп Fe360-A
СтЗпс Fe360-B Ст6пс Fe590
СтЗГпс Fe360-B Стбсп Fe590
СтЗсп Fe360-C Fe690
СтЗГсп Fe360-C
Fe360-D

Таблица 2. Условные обозначения легирующих элементов в металлах и сплавах

Элемент Символ Обозначение элементов в марках металлов и сплавов Элемент Символ Обозначение элементов в марках металлов и сплавов
черные цветные черные цветные
Азот N А Неодим Nd Нм
Алюминий А1 Ю А Никель Ni Н
Барий Ва Бр Ниобий Nb Б Нп
Бериллии Be Л Олово Sn О
Бор В р Осмий Os Ос
Ванадии V ф Вам Палладий Pd Пд
висмут Bi Ви Ви Платина Pt Пл
Вольфрам W В Празеодим Pr Пр
Гадолиний Gd Гн Рений Re Ре
Галлий Ga Ги Ги Родий Rh Rg
Гафнии Hf Гф Ртуть Hg Р
Германий Ge Г Рутений Ru Pv
Гольмий Но ГОМ Самарий Sm Сам
Диспрозий Dv ДИМ Свинец Pb С
Европий Eu Ев Селен Se К СТ
Железо Fe Ж Серебро Ag Ср
Золото Au Зл Скандий Sc С км
Индий In Ин Сурьма Sb Cv
Иридий Ir И Таллий Tl Тл
Иттербий Yb ИТН Тантал Та ТТ
Иттрий Y ИМ Теллур Те Т
Кадмий Cd Кд Кд Тербий Tb Том
Кобальт Co К К Титан Ti Т ТПД
Кремний Si С Кр(К) Т’лий Tm ТУМ
Лантан La Ла Углерод С У
Литий Li Лэ Фосфор P п Ф
Лютеций Lu Люн Хром Cr х Х(Хр)
Магний Mg Ш Мг Церий Ce Се
Марганец Mn Г Мц(Мр) Цинк Zn Ц
Медь Cu Д М Цирконий Zr Ц ЦЭВ
Молибден Mo М Эрбий Er Эрм

Статьи по теме

Алкидная эмульсия

Требования защиты окружающей среды вызвали интерес к алкидным эмульсиям. Стабильные эмульсии можно получить из большинства алкидов при условии, что вязкость смол не слишком большая и прилагаемых сдвиговых сил достаточно для эмульгирования.

Характеристики нержавейки

В современном мире нержавеющая сталь является незаменимым материалом при производстве разных разновидностей изделий. Она применяется в пищевой, медицинской, металлургической и военной промышленности.

Марки нержавеющей стали

В начале прошлого столетия специалистам в области металлургической промышленности удалось заметить, что взаимодействие хрома и кислорода является лучше, чем с железом.