Легированные стали. Легированная сталь что это

Преимущество использования услуг наших специалистов заключается не только в соответствии ГОСТу и всем действующим техническим регламентам, но и в том, что мы обеспечиваем высокий уровень контроля качества на каждом этапе нашей работы. Это позволяет гарантировать нашим клиентам не просто добросовестно изготовленный продукт, а продукт, отвечающий самым высоким стандартам надежности и долговечности.

Что такое легированная сталь — простыми словами

В этой статье мы подробно обсудим классификацию, типы и системы маркировки легированных сталей, а также сферы их применения в различных отраслях. Легированные стали представляют собой сплавы, которые обладают уникальными свойствами благодаря добавлению различных элементов в их состав.

Легирование — это процесс внедрения в металлический сплав дополнительных химических элементов, которые кардинально изменяют его физические и химические свойства. Легирующие вещества — это, как правило, специальные химические элементы, такие как никель, хром, ванадий и многие другие, которые добавляются в сталь для достижения необходимых качеств.

Легированные стали — это сплавы, состоящие из железа, углерода и легирующих элементов. Они обладают уникальными характеристиками, которые делают их востребованными в различных отраслях. Металлы известны человечеству на протяжении тысяч лет, однако значительные успехи в их легировании были достигнуты только с начала 1850-х годов. К примеру, в 1882 году была внедрена сталь Гатфильда, знаменующая собой новое направление в металлургии. С тех пор металлургическая наука и ее технологии значительно развились, открывая новые возможности для применения легированных сталей в различных сферах.

Классификация

Все легированные стали можно классифицировать по различным критериям, включая содержание легирующих элементов и их назначение, а также структуру и качество. Давайте детально рассмотрим каждую из этих классификаций.

В зависимости от количества легирования.

Легированные стали классифицируются на основе содержания легирующих добавок, что напрямую влияет на их физические и механические свойства.

• Низколегированные стали: Содержание легирующих элементов составляет менее 2,5%. Эти стали часто используются там, где требуются хорошие механические свойства без необходимости к высокой коррозионной стойкости.
• Средне легированные стали: Содержание легирующих добавок варьируется от 2,5% до 10%. Эти стали обладают более высокими прочностными характеристиками и улучшают устойчивость к различным воздействиям.
• Высоколегированные стали: Содержание легирующих элементов начинается от 10% и может достигать 45-50% для некоторых марок. Эти сплавы обеспечивают максимальную защиту от коррозии и обладают выдающимися механическими свойствами.

По назначению.

• Судостроительные стали: Такие легированные стали обладают высокой устойчивостью к морской среде и низким температурам, что делает их идеальными для кораблестроения.
• Строительные стали: Используются для возведения различных сооружений, таких как здания, мосты и другие инженерные конструкции.
• Железнодорожные стали: Специально предназначенные для производства железнодорожных путей, обладающие необходимыми прочностными характеристиками.
• Стали проката: Используются в производственных процессах, требующих высокой прочности.
• Стали для высокотемпературных жидкостей: Обеспечивают надежную работу оборудования в условиях высоких температур.
• Высокопрочные стали: Применяются в авиационной и автомобильной промышленностях, имеющие антрацитовую закалку для получения мелкозернистой структуры.
• Стали с низкой и высокой степенью прочности: Например, авиационные стали отличаются высокой надежностью и долговечностью.
• Закалка: Процесс закалки может происходить при температурах от 700 до 850°C, что обеспечивает необходимые свойства стали.

По структурным характеристикам.

Легированные стали можно также классифицировать на основе их микроструктуры, которая формируется в результате добавления легирующих элементов:

• Аустенитные стали: Отличаются высокой устойчивостью к коррозии и воздействию химических веществ, что делает их идеальными для применения в агрессивной среде.
• Мартенситные стали: Обладают высокой прочностью и жесткостью, что позволяет использовать их в трудных условиях эксплуатации.
• Ферритно-мартенситные стали: Для этих сплавов характерна отличная тягучесть и высокая устойчивость к деформациям.
• Ферритные стали: Имеют менее выраженные антикоррозионные свойства и низкую стабильность к образованию трещин по сравнению с другими формами.

По качеству.

Классификация легированных сталей также может проводиться в зависимости от уровня их чистоты и присутствия нежелательных примесей:

• Нормальная сталь: Характеризуется наличием нежелательных примесей, таких как сера, азот и фосфор, которые могут снизить механические свойства.
• Высококачественные стали: Обладают повышенной чистотой и обычно обозначаются буквой А. Такие стали предназначены для ответственных конструкций.
• Стали высокого качества: Производятся методом электрошлакования (Sh), что обеспечивает минимальное количество загрязняющих примесей.
• Стали высшего качества: Полученные методом вакуумно-дуговой переработки (VAR), также отличаются высокой чистотой.
• Специальные стали: Обозначаются буквой E и предназначены для специфических технологий и применения.

Следует отметить, что во второй и третьей группы легированных сталей содержание токсичных элементов, таких как сера, азот и фосфор, минимальное. Это позволяет значительно улучшить их механические свойства, увеличить ударопрочность и пластичность.

Химический состав

В легированных сталях присутствует множество химических элементов, каждый из которых играет свою уникальную роль в формировании свойств материала. Ниже приведен список наиболее часто используемых легирующих элементов и их влияние на характеристики сплавов:

• Алюминий: Устойчивость к отслаиванию и улучшение механических свойств стали.
• Ванадий: Обеспечивает тонкость структуры и увеличивает пластичность.
• Вольфрам: Увеличивает твердость при повышенных температурах и снижает хрупкость материала после термообработки.
• Кобальт: Придает стали тепло- и ударопрочность.
• Медный сплав: Обеспечивает долговечность, а также устойчивость к коррозии.
• Молибден: Увеличивает сопротивляемость коррозии и термообработке.
• Никель: Увеличивает пластичность, долговечность и улучшает обрабатываемость сплава.
• Ниобий: Обеспечивает устойчивость к кислотам и повышенную прочность.
• Титан: Увеличивает трещиностойкость за счет уменьшения размеров частиц.
• Хром: Обеспечивает твердость, ударопрочность и высокую коррозионную стойкость.

Легированные стали могут также содержать неметаллические компоненты:

• Бор: Применяется для упрочнения стали, повышая ее прочностные характеристики.
• Кремний: Увеличивает прочность, а также магнитную проницаемость сплава.
• Марганец: Играет роль в защите от окислительных процессов.
• Селен: Улучшает режущую способность стали.
• Фосфор: Используется для повышения текучести и вязкости сплава.
• Углерод: Ключевой элемент, который значительно улучшает механические свойства стали с ростом его концентрации. При увеличении содержания углерода до 2% усиливается прочность, упругость и твердость, но ухудшаются свойства обрабатываемости и свариваемости.

В начале прошлого века металлурги заметили, что хром и кислород взаимодействуют более эффективно по сравнению с железом, что открыло новые горизонты в использовании легированных сталей.

Свойства легированной стали

В большинстве случаев механические свойства легированной стали зависят от легирующих элементов, добавленных в ее состав, что позволяет создавать стали с уникальными характеристиками:

• Коррозионная стойкость: Обеспечивается добавлением молибдена и хрома, что делает материалы надёжными в агрессивных средах.
• Твердость: формируется за счет таких элементов, как марганец и хром.
• Прочность: Улучшается благодаря добавлению титана, марганца, хрома и вольфрама.

Стальные сплавы имеют значительно улучшенные прочностные характеристики и устойчивость к внешним воздействиям при содержании хрома не менее 12%.

Важно отметить, что при соблюдении правильных пропорций всех легирующих элементов легированная сталь сохраняет свои свойства вплоть до температуры 600 градусов Цельсия, что делает ее идеальной для применения в условиях высоких температур.

Химический состав

Качество легированного материала во многом определяется содержанием углерода, который является одним из основных компонентов. Важную роль также играет железо, которое служит основой сплава. В зависимости от назначения, в химический состав могут быть добавлены никель, хром, медь, ванадий и другие элементы, которые существенно улучшают свойства конечного продукта.

Рассмотрим влияние различных легирующих элементов на характеристики стали:

• Никель: Добавляет антикоррозионные свойства, повышая прочность и твердость.
• Хром: Используется для создания высококачественных нержавеющих сталей, увеличивает стойкость к коррозии.
• Медь: Улучшает коррозионную стойкость и защищает от воздействия кислоты.
• Ванадий: Повышает прочность и количество упрочненных частиц.
• Марганец: Увеличивает износостойкость легированных сталей.
• Вольфрам: Способствует сохранению твердости при высоких температурах, что особенно важно в условиях нагрева.
• Кремний: Придает стали эластичность, а также увеличивает ее магнитные свойства.
• Алюминий: Увеличивает термостойкость, что важно для некоторых применений.

Как изменение структуры сплава происходит при добавлении различных элементов? При введении легирующих веществ кристаллическая решетка стали изменяется в результате различий в форме электронов и размерах атомов, что влияет на ее механические и физические свойства. Таким образом, легированные стали могут значительно варьироваться в их характеристиках в зависимости от содержания каждого элемента. Достижение необходимых уровней твердости, прочности и пластичности возможно благодаря термической обработке.

На изображении представлен внешний вид легированных сталей, демонстрирующий их визуальные характеристики и структурные особенности.

Химический состав легированных сталей, как правило, весьма разнообразен. Поэтому классификация легированных сталей выглядит следующим образом:

1. Низколегированные стали: Доля легирующих добавок не превышает 2,5%.
2. Умеренно легированные стали: Доля легирующих примесей составляет от 2,5% до 10%.
3. Высоколегированные стали: Доля примесей превышает 10% и может достигать до 50%.

В соответствии с классификацией существуют также коррозионно-стойкие стали и жаропрочные сплавы, которые способны выдерживать температуры выше 1000°C без потери своих механических свойств.

При химическом разложении выделяются два основных типа сталей: углеродистые и легированные. Рассмотрим различия между ними более подробно.

Углеродистые стали — это сплавы, состоящие не только из железа и углерода, но и кремния и марганца. В таких сплавах присутствуют нежелательные примеси, такие как сера и фосфор, которые ухудшают механические свойства.

Углеродистая сталь может иметь низкое, среднее или высокое содержание углерода. При этом, чем выше доля углерода в сплаве, тем меньше пластичность и тем выше твердость конечного продукта.

Углеродистые стали содержат до 2% углерода и обычно включают в свой состав кремний, серу и фосфор, хотя основной компонент остается углерод. Примерные пропорции включают: железо до 99%, марганец 0,3-0,8%, сера до 0,06% и кремний до 0,15-0,35%.

Однако у углеродистой стали имеются и свои недостатки:

• Несмотря на прочность и твердость, ей не хватает пластичности.
• При достижении температуры 200°C теряются твердость и режущая способность, тогда как прочность страдает при более высоких температурах.
• Низкая коррозионная стойкость, особенно под воздействием жестких условий эксплуатации, таких как погружение в электролиты.
• Увеличение коэффициента теплового расширения, что может негативно сказаться на эксплуатационных характеристиках.
• Увеличение веса готового изделия может негативно отразиться на его применение.
• Рост стоимости конечного продукта также может быть проблематичным.
• Низкие прочностные характеристики затрудняют проектирование из таких сталей.

Использование легированной стали

На сегодняшний день трудно найти область человеческой деятельности, где легированные стали не нашли бы своего применения. Практически все инструменты изготавливаются из конструкционных и инструментальных сталей, включая фрезы, резцы, перфораторы и прочее. Кроме того, легированные стали повсеместно применяются в производстве изделий для быта, таких как посуда и корпуса электроприборов.

Благодаря своим уникальным свойствам легированные стали обладают преимуществами, которые обеспечивают широкий спектр приложений. Их использование приводит к продлению срока службы различных изделий, повышению надежности, а также снижению затрат. В конечном итоге, чем более долговечен предмет, тем реже его необходимо заменять.

Источники сплавов можно найти в строительстве, машиностроении, а также в медицине. Например, легированные стали являются основой для производства медицинских инструментов, таких как скальпели, и сантехнической продукции. Ножи, изготовленные из легированных сталей, требуют реже заточки по сравнению с традиционными аналогами.

На картинке представлена продукция, созданная из легированных сталей, что подчеркивает их высокое качество и надежность.

Применение легированных сталей также зависит от технологий термической обработки. Классификация материала по назначению согласно ГОСТу была ранее изучена и охватывает инструментальные стали, конструкционные стали и стали со специальными свойствами.

Низколегированные стали идеально подходят для сварки, что делает их оптимальным материалом для труб и различных конструкций. Легированные инструментальные стали выступают надежным сырьем для изделий, работающих под давлением.

Согласно нормативной документации ГОСТ 5950-2000, легированные стали являются основой для создания медицинских инструментов, ножей и ленточных пил. Этот стандарт также демонстрирует названия и сферы применения всех типов легированных сталей.

Трубопроводная продукция часто изготавливается из нержавеющих сталей с высоким содержанием хрома. Трубы, производимые из таких сплавов, имеют высокую устойчивость к коррозии и стойкость к экстремальным температурам, особенно в условиях высокой температуры.

Легированные стали получили широкое применение в промышленности благодаря своей высокой прочности, что позволяет использовать их для создания оборудования для резки и измельчения различных видов стальных изделий.

Применение легированных сталей. Классификация и маркировка сплавов

Люди обрабатывают железо на протяжении более трех тысячелетий для создания различных инструментов, машин и предметов домашнего обихода. Несмотря на высокие механические свойства металла, он подвержен разрушению от коррозии, что ограничивает долговечность стальных изделий, особенно на открытом воздухе.

Еще одной значимой проблемой в использовании обычного металла является его низкая эстетическая привлекательность. Для значительного улучшения этих свойств используются легирующие добавки, которые делают металл устойчивым к окислению, придают ему блеск и значительно улучшают долговечность и стойкость.

Что такое легированная сталь

Легированная сталь классифицируется как углеродистая сталь, в производстве которой используются особые легирующие элементы для улучшения её технических свойств. Доля этих добавок может быть невелика, но даже незначительные концентрации могут существенно улучшить физические характеристики металла.

В зависимости от применяемых легирующих элементов легированная сталь может обладать различными свойствами, обеспечивающими её широкое применение в صنایع.

Для достижения этих качеств в состав материала добавляются такие элементы, как:

Во многих случаях для достижения желаемых свойств достаточно внести 1-3% легирующих элементов в карбонизированную сталь, что существенно изменяет её характеристику.