Краткий справочник по легирующим элементам и примесям в сталях

Легированная сталь - это сплав железа с добавлением других химических элементов (так называемых легирующих), которые изменяют свойства. Добавление компонентов позволяет изменять основные характеристики сплава. Например, добавление хрома обычно увеличивает коррозийную стойкость, а молибден — прочность и устойчивость к высоким температурам.

Легированная сталь в строительстве, автомобильном производстве, машиностроении, нефтегазовой и аэрокосмической промышленности. Одновременно с легирующими элементами в сплаве могут находится и другие вещества, желательные и нежелательные. Их называют примесями.

Различия между легирующими элементами и примесями

Легирующие элементы и примеси – это разные виды компонентов, которые и влияют на свойства стали по-разному. Основные различия:

Легирующие элементы

• вносятся специально для изменения и улучшения свойств и характеристик сплава;
• содержаться в значительных количествах и являются ключевыми компонентами;
• служат для увеличения прочности, устойчивости к коррозии, твердости, упругости, в зависимости от требований к конечному продукту.

Примеры — хром, никель, молибден, ванадий.

Примеси:

• преимущественно нежелательные элементы, попадающие в сплав в небольших количествах в процессе производства или сортировки сырья;
• эти элементы могут быть случайными или намеренно внесены в малых количествах для улучшения способности к обработке или пользовательских свойств;
• могут негативно влиять на свойства стали —ухудшать прочность, пластичность, устойчивость к коррозии и другие.

Примеры примесей — сера, фосфор, кислород, азот и другие элементы, которые присутствуют как следы или следствие процесса производства.

Таким образом, основное различие заключается в том, что легирующие элементы добавляются специально для улучшения свойств, а примеси могут быть как случайными, так и намеренными и могут оказывать нежелательное влияние.

Влияние примесей на свойства сталей

Примеси могут оказывать разнообразное влияние на свойства сплава в зависимости от типа примеси, их концентрации и роли в процессе обработки.

Примеси (азот, водород, кислород) могут уменьшать прочность и пластичность, особенно если присутствуют в больших количествах. Сера и фосфор снижают коррозионную стойкость, делая металл более подверженным ржавчине и другим видам разрушения. Добавление кремния или алюминия, может улучшить электрическую проводимость, но ухудшить механические характеристики.

Воздействие легирующих элементов на характеристики сталей

Легирующие элементы играют ключевую роль в определении их характеристик и свойств. Добавление хрома, никеля, молибдена и ванадия увеличивает прочность стали, делая ее более устойчивой к нагрузкам и деформациям. Они могут увеличивать твердость, что делает материал более устойчивым к истиранию и абразивному износу. Хром и никель, способствуют повышению устойчивости к коррозии, делая сталь более долговечной в агрессивных средах. Молибден и ванадий способствуют улучшению термической стойкости. Никель и марганец, повышают упругость, что важно для применения в инженерных конструкциях, подвергающихся динамическим нагрузкам.

Использование различных комбинаций легирующих элементов позволяет создавать марки с широким спектром свойств, что делает их универсальным и востребованным материалом в различных отраслях промышленности. Изменить можно электропроводность, упругость, магнитные свойства и другие характеристики.

Классификация легированных сталей

Легированные стали классифицируются на основе различных критериев, таких как типы добавленных элементов, их содержание, применяемые процессы производства и предназначение конечного продукта. Основные способы классификации легированных сталей:

По типу легирования:

• хром придает стали высокую коррозионную стойкость и твердость.
• никель повышает прочность сопротивляемость коррозии.
• молибден улучшает стойкость и прочность при нагревании.
• ванадий повышает твердость стали.
• марганец улучшает упругость и обрабатываемость стали.
• кремний увеличивает прочность и упругость, а также теплопроводность.
• Другие типы сталей могут включать комбинации различных элементов для достижения определенных свойств.

По содержанию легирующих элементов:

• Низколегированные — небольшое количество добавок, обычно менее 5% по массе.
• Среднелегированные — умеренное количество сторонних элементов, обычно от 5% до 10%.
• Высоколегированные — значительное количество легирующих компонентов, более 10%.

По процессу производства:

• Сталь с добавлением легирующих элементов: компоненты добавляются к расплавленной стали во время производства.
• Сталь с легированием в процессе обработки: Легирование осуществляет после первичного процесса производства, например, путем добавления элементов в виде специальных присадок или покрытий.

По назначению:

• Строительные: Используются в строительстве для создания конструкций с определенными механическими свойствами.
• Инструментальные: Используются для изготовления инструментов с высокой твердостью, прочностью и износостойкостью.
• Нержавеющие: Имеют высокую коррозионную стойкость и часто используются в пищевой, химической и медицинской промышленности.
• Теплостойкие: Предназначены для работы при высоких температурах и в агрессивных средах.

Классификации могут пересекаться, конкретный сплав может относиться к нескольким категориям одновременно в зависимости от состава, процесса производства и назначения.

Обозначение марок легированных сталей

Обозначение марок зависит от стандартов и нормативных документов, принятых в различных странах и отраслях промышленности. Однако существует общепринятая система обозначений, которая часто используется для идентификации и классификации легированных сталей. Основные компоненты такой системы обозначений:

Групповой символ указывает на основной легирующий компонент или их группу, присутствующие в стали. Например:

• "G" для хрома (например, сталь с хромом);
• "N" для никеля;
• "Mo" для молибдена;
• "V" для ванадия;
• "Mn" для марганца;
• "Si" для кремния.

Цифры указывают на процентное содержание каждого полезного элемента в стали. Например, "0.45" означает, что содержание углерода составляет 0.45% по массе.

Дополнительные символы могут использоваться для обозначения дополнительных характеристик стали, таких как твердость, теплостойкость и другие особенности. Например:

• "W" для обозначения теплостойкости (например, сталь с хромом и молибденом с высокой теплостойкостью);
• "H" для высокой твердости (например, сплав с никелем и ванадием с высокой твердостью);
• "L" для низколегированных марок и т. д.

Пример обозначения марки: "42CrMo4" по стандарту EN 10083-3:2006.

• "42" – углеродистая, с содержанием углерода около 0.42%;
• "Cr" - хром;
• "Mo" - молибден;
• "4" - указывает на содержание компонента (в данном случае молибдена).

Это общепринятый пример обозначения марки легированной стали, хотя формат может варьироваться в зависимости от конкретных стандартов и требований отрасли.

Итоговое заключение

Внимательно изучив маркировку легко определить свойства сплава. Но для этого нужно ориентироваться в классах и группах легирующих элементов и знать, на какие свойства влияет содержание конкретного вещества.