Легированная сталь что это?
Сталь легированная - это специальный вид стали, в котором к основному составу железа и углерода добавляются различные легирующие элементы, такие как хром, никель, молибден, ванадий, марганец и другие - этот процесс называется легирование стали. Эти добавки изменяют свойства стали, делая её более прочной, устойчивой к коррозии, термически стойкой или способной сохранять свою форму при высоких температурах.
Какие есть виды и их классификация
Легированная сталь может быть классифицирована по нескольким критериям, таким как химический состав, применение, технология производства и свойства. Основные виды:
По химическому составу:
- Нержавеющие. Содержат хром и никель для улучшения коррозионной стойкости.
- С добавлением хрома, молибдена и других элементов для повышения прочности, и стойкости к износу.
- Кремний-марганцевые, повышенной прочности и стойкости к нагреванию.
- Низколегированные — содержат небольшие добавки легирующих элементов для улучшения определенных свойств.
По применению:
- Структурные — используются для строительства, машиностроения и других технических целей.
- Инструментальные — предназначены для производства инструментов, таких как сверла, фрезы, ножи и т. д.
- Нержавеющие — используются в пищевой промышленности, медицинских приборах, а также в архитектуре и дизайне.
По свойствам:
- Термостойкие — устойчивы к высоким температурам и термическим циклам.
- Коррозиестойкие — обладают высокой стойкостью к воздействию коррозии и окислению.
- Высокопрочные стали — повышенная прочность и устойчивость к разрушению.
Низколегированные сплавы содержат примерно 2,5% легирующих элементов, что способствует повышению ковкости и других характеристик, необходимых для обработки металла. Среднелегированные, содержат от 2,5% до 10% добавок, являются наиболее востребованными и распространенными в металлургической промышленности. Из них изготавливают сверла, протяжки, развертки и другие изделия. Высоколегированные содержат от 10% до 50% легирующих элементов. Это самый дорогостоящий и прочный тип металла. Он обладает высокой устойчивостью к холоду, высоким температурам и коррозии.
Какие основные легирующие элементы
Типичные легирующие элементы и их влияние на свойства стали:
- Хром: Улучшает коррозионную стойкость и прочность стали.
- Никель: Улучшает прочность и устойчивость к коррозии, делает сталь более устойчивой к высоким и низким температурам.
- Молибден: Повышает прочность и устойчивость к различным видам износа.
- Ванадий: Увеличивает твердость и прочность, особенно при высоких температурах.
- Марганец: Используется для улучшения обрабатываемости стали и стабилизации кристаллической решетки.
- Кремний: Улучшает прочность и стойкость к нагреванию.
Легирование позволяет создавать стали с определенными характеристиками, что делает их очень востребованными в различных отраслях промышленности, автомобильном производстве, аэрокосмической области, судостроении, производстве инструментов.
Как маркируется легированная сталь
Легированная сталь маркируется с использованием специальных обозначений или обозначений стандартов, которые указывают на её состав и свойства. Наиболее распространенными методами маркировки, легированной стали являются:
- Стандарты ASTM (American Society for Testing and Materials): ASTM использует систему обозначений букв и цифр для классификации сталей. Например, ASTM A335 описывает легированные стальные трубы для высоких температур и давлений.
- Стандарты AISI/SAE (American Iron and Steel Institute/Society of Automotive Engineers): Эти стандарты также используются для классификации сталей. Обозначения могут включать буквенно-цифровые коды, такие как 4140 (легированная сталь с содержанием хрома и молибдена) или 8620 (легированная сталь с содержанием никеля, молибдена и хрома).
- Международные стандарты ISO: ISO также разрабатывает стандарты для маркировки сталей. Примером может служить ISO 683-18, который определяет технические требования к низколегированным сталям для закалки и отпуска.
На некоторых изделиях из легированной стали может быть указано обозначение стандарта или спецификации, в соответствии с которой они изготовлены, а также химический состав или маркировка, указывающая на содержание легирующих элементов.
В российском стандарте, определяющем маркировку легированных сталей используются обозначения в соответствии с ГОСТом 4543-71 «Сталь легированная и высоколегированная. Методы углеродного анализа», а также другими соответствующими стандартами. Маркировка включает следующие символы:
- Цифры и буквы, обозначающие тип, стали: Например, 12Х18Н10Т обозначает нержавеющую легированную сталь, содержащую около 12% хрома, около 18% никеля и около 10% титана.
- Цифры, указывающие процентное содержание легирующих элементов: в примере выше, 12 указывает на содержание хрома, 18 на содержание никеля, а 10 на содержание титана. Буквы обозначают название легирующего элемента.
Большинство марок легированной стали имеют свои аналоги в разных странах, например, 08Х13 по ГОСТ соответствует X6Cr13 (DIN) и 403 по AISI. Для установки соответствия необходимо воспользоваться специальными таблицами.
Где используется легированная сталь
Легированная сталь широко используется во многих отраслях промышленности благодаря улучшенным свойствам и возможностям адаптации.
- Автомобильная промышленность — для производства различных рам, кузовных панелей, деталей двигателя и подвески. Сталь обеспечивает высокую прочность и устойчивость к коррозии, что делает её идеальным материалом для автомобильных конструкций.
- Авиационная и космическая промышленность — для изготовления структурных элементов самолетов, ракет и спутников. Она обладает высокой прочностью, термической стойкостью и устойчивостью к воздействию экстремальных условий.
- Нефтегазовая промышленность — для изготовления труб и оборудования для бурения, транспортировки и обработки нефти и газа. Она обеспечивает стойкость к коррозии и высокую прочность в агрессивных средах.
- Энергетика — для изготовления трубопроводов, оборудования и компонентов энергетических установок, электростанций и ядерных реакторов. Она способна выдерживать высокие температуры и давления, а также обладает высокой стойкостью к износу и коррозии.
- Производство инструментов, металло и камнеобрабатывающих машин.
Это лишь некоторые примеры областей применения легированной стали. Уникальные характеристики разных марок позволяют использовать её для решения широкого спектра промышленных и технических задач.
Преимущества и недостатки легирования
Легирование стали, то есть добавление легирующих элементов к основному составу железа и углерода, имеет как преимущества, так и недостатки.
Преимущества легирования стали:
- Улучшение механических свойств. Легирование позволяет улучшить прочность, твердость, упругость и устойчивость к износу. Это особенно важно для сфер, где требуется высокая надежность и долговечность.
- Повышение устойчивости к коррозии: Добавление хрома, никеля, меди марганца и других элементов значительно улучшает устойчивость стали к коррозии, что делает её более подходящей для использования в агрессивных средах.
- Улучшение тепловых свойств. Некоторые элементы, такие как молибден, ванадий и титан, способствуют повышению термической стойкости и устойчивости к высоким температурам, что делает легированную сталь подходящей для использования в высокотемпературных установках.
- Улучшение обработки. Легирование может улучшить обрабатываемость стали, облегчая её формовку, резку и сварку.
Недостатки легирования стали:
- Увеличение стоимости. Легирование стали может повысить её стоимость из-за использования дорогостоящих элементов и сложности процесса производства.
- Сложность контроля качества. Легирование может усложнить контроль качества стали из-за необходимости точного дозирования легирующих элементов и контроля их равномерного распределения в структуре материала.
- Возможность образования дефектов — неправильное легирование или недостаточное смешивание легирующих элементов может привести к образованию пористости и других дефектов в структуре стали, что снизит качество и прочность.
- Ограничения в процессах обработки. Некоторые легирующие элементы могут усложнять резку, сварку или термическую обработку, что требует дополнительных усилий и ресурсов.
В целом, легирование стали часто является эффективным способом улучшения её свойств, но требует внимательного контроля и балансирования между преимуществами и недостатками.
Какие есть методы легирования
Объемное и поверхностное легирование — два основных подхода к добавлению легирующих элементов в сталь. Основные характеристики и отличия:
Объемное легирование происходит путем добавления легирующих элементов непосредственно в сталь. Это означает, что легирующие элементы равномерно распределяются по всему объему. Осуществляется в процессе выплавки, где легирующие элементы добавляются в расплавленный металл. Это может происходить, например, в конвертерных процессах или электродуговой плавке.
Метод обеспечивает равномерное распределение легирующих элементов по всему объему стали. Позволяет достичь более высокой степени контроля над содержанием легирующих элементов и свойствами материала.
При поверхностном легировании легирующие элементы добавляются или образуются только на поверхности материала, не проникая в его объем. Этот процесс может включать нанесение покрытий, наплавку специальных на поверхность или поверхностную обработку с использованием специальных методов, таких как ионная имплантация.
Метод позволяет изменять свойства только на поверхности материала, что может быть полезно для определенных ситуаций, где требуются улучшенные свойства износостойкости, коррозионной стойкости и т. д. В некоторых случаях может быть более экономически эффективным, чем объемное легирование. Примеры: Термохимическая обработка, наплавка, плазменное нанесение покрытий.
Выбор между объемным и поверхностным легированием зависит от требуемых свойств конечного продукта, технологических возможностей и экономической целесообразности.
Вывод
Введение в состав стали определенных элементов позволяет создавать сплавы с требуемыми для конкретного использования свойствами. Металлургами созданы десятки марок уникальных сталей, которые производятся в промышленных масштабах. Важно правильно выбрать сталь, чтобы в процессе использования максимально проявились ее свойства.