No Image

Что такое легированная и нелегированная сталь

СОДЕРЖАНИЕ
48 просмотров
15 ноября 2019

Легированная сталь — это сталь, содержащая специальные легирующие добавки, которые позволяют в значительной степени менять ряд ее механических и физических свойств. В данной статье мы разберемся, что из себя представляет классификация легированных сталей, а также рассмотрим их маркировку.

Круглый прокат из легированной стали

Классификация легированных сталей

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 категорий:

  1. низколегированная (не более 2,5%);
  2. среднелегированная (не более 10%);
  3. высоколегированная (от 10% до 50%).

Свойства, которыми обладают легированные стали, определяет и их внутренняя структура. Поэтому признаку классификация легированных сталей подразумевает разделение на следующие классы:

  1. доэвтектоидные — в составе присутствует избыточный феррит;
  2. эвтектоидные — сталь имеет перлитную структуру;
  3. заэвтектоидные — в их структуре присутствует вторичные карбиды;
  4. ледебуритные — в структуре присутствует первичные карбиды.

По своему практическому применению легированные конструкционные стали могут быть: конструкционные (подразделяются на машиностроительные или строительные), инструментальные, а также стали с особыми свойствами.

Назначение конструкционных легированных сталей:

  • Машиностроительные — служат для производства деталей всевозможных механизмов, корпусных конструкции и тому подобного. Отличаются тем, что в подавляющем большинстве случаев проходят термическую обработку.
  • Строительные — чаще всего используются при изготовлении сварных металлоконструкций и термической обработке подвергаются в редких случаях.

Классификация машиностроительных легированных сталей выглядит следующим образом.

  • Жаропрочные стали активно используются для производства деталей, предназначенных для работы в сфере энергетики (например, комплектующие паровых турбин), а также из них делают особо ответственный крепеж. В качестве легирующих добавок в них используют хром, молибден, ванадий. Жаропрочные относятся к среднеуглеродистым, среднелегированным, перлитным сталям.
  • Улучшаемые (из категорий среднеуглеродистых, низко- и среднелегированных) стали, при производстве которых используют закалку, применяются для изготовления сильно нагруженных деталей, испытывающих нагрузки переменного характера. Отличаются чувствительностью к концентрации напряжения в рабочей детали.
  • Цементуемые (из категорий низкоуглеродистых, низко- и среднелегированных) стали, как можно понять по названию, подвергаются цементации и следующей после нее закалке. Их применяют для изготовления всевозможных шестерен, валов и других похожих по назначению деталей.

Зависимость толщины цементованного слоя от температуры и времени обработки

Классификация строительных легированных сталей подразумевает их разделение на следующие виды:

  • Массовая — низколегированные стали в виде труб, фасонного и листового проката.
  • Мостостроительная — для автомобильных и ж/д мостов.
  • Судостроительная хладостойкая, нормальная и повышенной прочности — хорошо противостоит хрупкому разрушению.
  • Судостроительная хладостойкая высокой прочности — для сварных конструкций, которым предстоит работать в условиях низких температур.
  • Для горячей воды и пара — допускается рабочая температура до 600 градусов.
  • Низкоопущенные высокой прочности — применяются в авиации, чувствительны к концентрации напряжений.
  • Повышенной прочности с применением карбонитритного упрочнения, создающим мелкозернистую структуру стали.
  • Высокой прочности с применением карбонитритного упрочнения.
  • Упрочненные прокаткой при температуре 700-850 градусов.

Применение инструментальных легированных сталей

Инструментальная легированная сталь широко используется при производстве разнообразного инструмента. Но помимо явного превосходства над углеродистой сталью в плане твердости и прочности, у легированной стали есть и слабая сторона — более высокая хрупкость. Поэтому для инструмента, который активно подвергается ударным нагрузкам, такие стали не всегда подходят. Тем не менее при производстве огромного перечня режущего, ударно-штампового, измерительного и прочего инструмента именно инструментальные легированные стали остаются незаменимыми.

Отдельно можно отметить быстрорежущую сталь, отличительными особенностями которой являются крайне высокая твердость и красностойкость до температуры 600 градусов. Такая сталь способна выдерживать нагрев при высокой скорости резания, что позволяет увеличить скорость работы металлообрабатывающего оборудования и продлить срок его службы.

К отдельной категории относятся легированные конструкционные стали, наделенные особыми свойствами: нержавеющие, с улучшенными электрическими и магнитными характеристиками. От того, какие элементы, а также в каких количествах преимущественно содержатся в них, они могут быть хромистыми, никелевыми, хромоникельмолибденовыми. Также они делятся на трех-, четырех- и более компонентные по числу содержащихся в них легирующих добавок.

Читайте также:  Шурупы по металлу со сверлом

Легирующие элементы и их влияние на свойства сталей

Маркировка легированных сталей указывает на то, какие добавки в ней содержатся, а также на их количественное значение. Но также важно знать и то, какое именно влияние на свойства металла оказывает каждый из этих элементов в отдельности.

Добавка хрома увеличивает коррозионную стойкость, повышает прочность и твердость, является основным компонентом при создании нержавеющей стали.

Добавление никеля повышает пластичность, вязкость стали и коррозионную стойкость.

Титан уменьшает зернистость внутренней структуры, повышая прочность и плотность, улучшает обрабатываемость и коррозионную стойкость.

Присутствие ванадия уменьшает зернистость внутренней структуры, что повышает текучесть и порог прочности на разрыв.

Добавка молибдена дает возможность улучшить прокаливаемость, повысить коррозионную устойчивость и снизить хрупкость.

Вольфрам повышает твердость, не дает зернам увеличиваться при нагреве и снижает хрупкость при отпуске.

При содержании до 1-15% кремний повышает прочность, сохраняя вязкость. При увеличении процента содержания кремния повышается магнитопроницаемость и электросопротивление. Также данный элемент увеличивает упругость, стойкость к коррозии и сопротивляемость к окислению, но также повышает хрупкость.

Введение кобальта увеличивает ударопрочность и жаропрочность.

Добавление алюминия способствует повышению окалиностойкости.

Таблица назначения некоторых видов стали

Отдельно стоит упомянуть примеси и их влияние на свойства сталей. Любая сталь всегда содержит технологические примеси, так как полностью удалить их из состава стали чрезвычайно трудно. К такого рода примесям относятся углерод, серу, марганец, кремний, фосфор, азот и кислород.

Оказывает на свойства стали очень значительное влияние. Если его содержится до 1,2%, то углерод способствует повышению твердости, прочности, предела текучести металла. Превышение указанного значения способствует тому, что начинает значительно ухудшаться не только прочность, но и пластичность.

Если количество марганца не превышает 0,8%, то он считается технологической примесью. Он призван повысить степень раскисления, а также противостоять негативному влиянию серы на сталь.

При превышении содержания серы выше 0,65% механические свойства стали существенно снижаются, речь идет об уменьшении уровня пластичности, коррозионной стойкости, ударной вязкости. Также высокое содержание серы негативно влияет на свариваемость стали.

Даже незначительное превышение содержания фосфора выше необходимого уровня чревато повышением хрупкости и текучести, а также снижением вязкости и пластичности стали.

Азот и кислород

При превышении определенных количественных значений в составе стали вкрапления данных газов повышают хрупкость, а также способствуют понижению ее выносливости и вязкости.

Слишком большое содержание водорода в стали ведет к увеличению ее хрупкости.

Маркировка легированных сталей

К категории легированных относится большое разнообразие сталей, что и вызвало необходимость в систематизации их буквенно-цифрового обозначения. Требования к их маркировке оговаривает ГОСТ 4543-71, согласно которому сплавы, наделенные особыми свойствами, обозначаются маркировкой, где на первой позиции стоит буква. По этой букве как раз и можно определить, что сталь по своим свойствам относится к определенной группе.

Пример расшифровки маркировки легированной стали

Так, если маркировка легированных сталей начинается с букв «Ж», «Х» или «Е» — перед нами сплав нержавеющей, хромистой или магнитной группы. Сталь, которая относится к нержавеющей хромоникелевой группе, обозначается буквой «Я» в ее маркировке. Сплавы, относящиеся к категории шарикоподшипниковых и быстрорежущих инструментальных, обозначаются буквами «Ш» и «Р».

Стали, относящиеся к легированным, могут принадлежать к категории высококачественных, а также особо высококачественных. В таких случаях в конце их марки ставится буква «А» или «Ш» соответственно. Стали, которые обладают обычным качеством, таких обозначений в своей маркировке не имеют. Специальное обозначение также имеют сплавы, которые получены прокатным методом. В таком случае в маркировке присутствует буква «Н» (нагартованный прокат) или «ТО» (термически обработанный прокат).

Точный химический состав любой легированной стали можно посмотреть в нормативных документах и справочной литературе, но получить такую информацию позволяет и умение разбираться в ее маркировке. Первая цифра позволяет понять, сколько углерода (в сотых долях процента) содержит легированная сталь. После этой цифры в марке перечисляются буквенные обозначения легирующих элементов, которые содержатся дополнительно.

Читайте также:  Загнуть профильную трубу в круг

Обозначение легирующих элементов в маркировке стали

После каждой такой буквы проставляется количественное содержание указанного элемента. Выражается это содержание в целых долях. После буквы, обозначающей элемент, может не стоять никакой цифры. Означает это то, что его содержание в стали не превышает 1,5%. Государственный стандарт 4543-71 регламентирует обозначение легирующих добавок, входящих в состав легированной стали: А — Азот, Б — Ниобий, В —Вольфрам, Г — Марганец, Д — Медь, К — Кобальт, М — Молибден, Н — Никель, П — Фосфор, Р — Бор, С — Кремний, Т — Титан, Ц — Цирконий, Ф — Ванадий, Х — Хром, Ю — Алюминий.

Использование легированных сталей

Сегодня сложно найти сферу жизни и деятельности, в которых бы не использовалась легированная сталь. Из инструментальных и конструкционных сталей производится практически любой инструмент: резцы, фрезы, штампы, измерительные устройства, шестерни, пружины, подвески, растяжки и многое другое. Нержавеющие легированные стали активно используются и в быту, из них изготавливают посуду, корпуса и другие элементы многих видов бытовой техники.

Легированные стали по причине их высокой стоимости используются только для производства самых ответственных конструкций и деталей, где изделия из других металлов просто не смогут выполнить возложенные на них задачи.

Современная классификация изложена в ГОСТ Р 54384-2011, который является национальной адаптацией европейского стандарта EN 10020:2000 «Definition and classification of grades of steel».

  • по химическому составу;
  • по основным свойствам или области применения.

1 Термин «сталь»

Сталью называют сплав железа с углеродом, в котором массовая доля железа больше, чем массовая доля любого другого элемента, а массовая доля углерода составляет менее 2 %.

У небольшого количества хромистых сталей массовая доля (содержание) углерода может превышать 2 %. Эти 2 % являются условной границей между сталью и литейным чугуном.

2 Классы стали по химическому составу

По химическому составу стали подразделяют на:

Легированные стали дополнительно подразделяют на:

  • нержавеющие;
  • другие легированные стали.

2.1 Граница между нелегированными и легированными сталями

К нелегированным сталям относятся стали, в которых содержание любого химического элемента не достигает предела, указанного в таблице 1. См. подробнее.

Таблица 1 – Граница между нелегированными и легированными сталями
по содержанию легирующих элементов

2.2 Нержавеющие стали

Нержавеющие стали – это стали с минимальным содержанием хрома 10,5 % и углерода — 1,2 %. У некоторых легированных нержавеющих сталей минимальное содержание хрома составляет 7,5 %.

2.3 Другие легированные стали

Другие легированные стали – это стали, которые не относятся к нержавеющим, но имеют химический состав, в котором хотя бы один элемент достигает пределов, указанных в таблице 1. К этой категории легированных сталей относятся также стали, в которые для получения особых свойств вводят серу, фосфор и азот.

3 Классификация стали по основным классам качества

По классам качества стали подразделяют на:

  • нелегированные специальные;
  • нелегированные качественные;
  • нержавеющие;
  • легированные специальные;
  • легированные качественные.

3.1 Нелегированные специальные стали

Нелегированные специальные стали – это стали, удовлетворяющие хотя бы одному из следующих требований:

  • нормированная ударная вязкость;
  • гарантированная прокаливаемость или нормированная глубина поверхностного закаленного слоя;
  • нормированное содержание неметаллических включений;
  • нормированный верхний предел содержания фосфора и серы;
  • нормированное значение ударной вязкости KCV при температуре испытания минус 50 °С;
  • для сталей, применяемых в ядерных реакторах — ограничение содержания в сталях для ядерных реакторов: меди – не более 0,10 %; кобальта – не более 0,05 %; ванадия – не более 0,05 %;
  • гарантированная удельная электропроводность более 9 См ∙ м/мм 2 ;
  • для дисперсионно-твердеющей стали — нормированный нижний предел содержания углерода 0,25 %; нормированная феррито-перлитная микроструктура; нормированное содержание некоторых легирующих элементов;
  • арматурные стали.

3.2 Нелегированные качественные стали

Нелегированные качественные стали – это стали, которые не являются специальными нелегированными сталями.

Читайте также:  Грабли виды и назначение

3.3 Нержавеющие стали

Нержавеющие стали подразделяются по следующим категориям:
а) по массовой доле никеля:

б) по основным свойствам:

  • коррозионно-стойкие;
  • жаростойкие;
  • жаропрочные.

3.4 Легированные качественные стали

3.4.1 Свариваемые легированные мелкозернистые конструкционные стали для сосудов под давлением и труб, удовлетворяющие следующим условиям:

  • предел текучести не менее 380 Н/мм 2 при толщине продукции не более 16 мм;
  • содержание легирующих элементов меньше предельных значений, указанных в таблице 2;
  • значение ударной вязкости KCV при температуре минус 50 °С – не менее 34 Дж/см 2 для продольных образцов и 20 Дж/см 2 – для поперечных образцов.

3.4.2 Стали для изготовления рельсов, шпунтовых стоек и рудничных креплений

3.4.3. Стали для изготовления горячекатаной и холоднокатаной листовой продукции под холодную объемную штамповку (кроме мелкозернистой стали по 3.4.1).

3.4.4. Стали, легированные только медью.

3.4.5. Электротехнические стали – стали, которые легированы в основном кремнием и алюминием.

Таблица 2 – Свариваемые легированные мелкозернистые стали.
Граница по содержанию легирующих элементов
между качественными и специальными легированными сталями

3.5 Легированные специальные стали

К легированным специальным сталям относятся все стали, которые не вошли в категорию качественных сталей (3.4), в том числе:

  • конструкционные стали для машиностроения;
  • конструкционные стали для сосудов под давлением;
  • подшипниковые стали;
  • инструментальные стали;
  • быстрорежущие стали;
  • ферритные никелевые стали;
  • стали с особыми показателями электрического сопротивления.

Легированная сталь — сталь, в составе которой, кроме железа, углерода и неизбежных примесей (см. Сталь), имеются Легирующие элементы, вводимые в металл для улучшения эксплуатационных или технологических свойств (см. Легирование). Легирующие элементы вводятся… … Большая советская энциклопедия

ЛЕГИРОВАННАЯ СТАЛЬ — сталь, которая, помимо обычных примесей (С, Mn, S, Р), содержит и другие (легирующие) элементы, либо Si или Mn в повышенном против обычного количестве. При суммарном содержании легирующих элементов до 2% сталь является низколегированной, от 2,5… … Металлургический словарь

Легированная сталь — – сталь, содержащая легирующие элементы; различают низколегированную (суммарное содержание легирующих элементов до 2,5 %), среднелегированную (2,5 10 %) и высоколегированную сталь (более 10 %). [Терминологический словарь по бетону и… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

ЛЕГИРОВАННАЯ СТАЛЬ — помимо обычных примесей содержит т. н. легирующие элементы (см. Легирование). Различают низколегированную (суммарное содержание легирующих элементов до 2,5%), среднелегированную (2,5 10%) и высоколегированную (св. 10%) сталь … Большой Энциклопедический словарь

ЛЕГИРОВАННАЯ СТАЛЬ — сталь, в состав которой, кроме углерода, входят различные другие элементы (марганец, никель, хром и др.). См. Сложение стали. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941 … Морской словарь

легированная сталь — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN steel alloy … Справочник технического переводчика

легированная сталь — помимо обычных примесей содержит так называемые легирующие элементы (смотри Легирование). Различают низколегированную (суммарное содержание легирующих элементов до 2,5%), среднелегированную (2,5 10%) и высоколегированную (свыше 10%) сталь. * * *… … Энциклопедический словарь

легированная сталь — legiruotasis plienas statusas T sritis chemija apibrėžtis Plienas, turintis iki 1,7% C ir legiruojančiųjų elementų: Co, Cr, Ni, W, Al, Mn, Si, Mo, U ir kt. atitikmenys: angl. alloy steel; alloyed steel rus. легированная сталь … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

легированная сталь — legiruotasis plienas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. alloyed steel vok. legierter Stahl, m rus. легированная сталь, f pranc. acier allié, m … Fizikos terminų žodynas

ЛЕГИРОВАННАЯ СТАЛЬ — сталь, к рая, помимо обычных примесей (углерода, кремния, марганца, серы, фосфора), содержит специально вводимые (легирующие) элементы либо кремний или марганец в повыш. против обычного кол ве. Легирующие элементы, как правило, вводят в расплавл … Большой энциклопедический политехнический словарь

Комментировать
48 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
No Image Инструменты
0 комментариев
No Image Инструменты
0 комментариев
No Image Инструменты
0 комментариев
Adblock detector