Классы прочности легированных сталей

Классы прочности легированных сталей

Легированные, сложнолегированные, высоколегированные стали По химическому составу стали подразделяются на углеродистые и легированные. Углеродистые стали по содержанию углерода делятся на три категории: малоуглеродистые (до 0,3% С), среденеуглеродистые (от 0,3 до 0,65% С), высокоуглеродистые (от 0,65 до 1,5% С).  По назначению углеродистые стали разделяют на конструкционные и инструментальные. Из инструментальной стали изготавливают различные металлорежущие инструменты (напильник). Из конструкционной среднеуглеродистой стали изготавливают крепёж. Марки углеродистой стали обозначаются - от СТ 0 до СТ 7. Увеличение цифры в марке стали указывает на повышение содержания углерода, прочности, твёрдости и износостойкости, снижение пластичности и ударной вязкости. Иначе говоря, чем больше в стали содержание углерода, тем она становится более хрупкой. Увеличивая или уменьшая содержание углерода в стали, можно добиться увеличения твёрдости и прочности в строго определённых пределах. Для дальнейшего увеличения потребительских свойств сталей прибегают к их легированию. Легирование осуществляется при помощи легирующих элементов. Сталь с добавлением легирующих элементов называется легированной. 

Таблица легирующих элементов и свойств, придаваемых ими сплавам

Маркировка	Элемент	Свойства и качества, придаваемые элементами
Г	(Mn) Марганец - более 1%	1. Повышает твёрдость и прочность. 2. Увеличивает ударную вязкость. 3. Расширяет область аустенита. 4. Увеличивает прокаливаемость. 5. Способствует раскислению (удалению кислорода из стали). 6. Образует устойчивые карбиды. 7. Повышает сопротивление коррозии. 8. Улучшает свариваемость.
С	(Si) Кремний -более 0,8%	1. Входит в твердый раствор с Fe и упрочняет его. 2. Увеличивает ударную вязкость. 3. Сужает область аустенита. 4. Способствует раскислению (удалению кислорода из стали). 5. Повышает упругость и прочность.
Ч	Редкоземельные металлы	1. Повышают прочность, пластичность. 2. Улучшают качество поверхности. 3. Уменьшают пористость. 4. Измельчают зерно.
П	(Р) Фосфор	1. Уменьшает пластичность. 2. Увеличивает хрупкость. Относится к постоянным примесям.
Ц	(Zr) Цирконий	1. Оказывает особое влияние на величину и рост зерна в стали. 2. Измельчает зерно и позволяет получать сталь с заранее заданной зернистостью.
Ю	(Al) Алюминий	Повышает жаростойкость и окалиностойкость (при нагревании окалина не образуется).
Т	(Ti) Титан	1. Повышает прочность и твёрдость. 2. Увеличивает износостойкость. 3. Снижает прокаливаемость стали. 4. Снижает ликвацию (усадку). 5. Улучшает свариваемость.
Р	(В) Бор	Повышает твёрдость сталей
М	(Мо) Молибден	1. Повышает твёрдость и прочность. 2. Уменьшает вязкость и отпускную хрупкость. 3. Увеличивает жаропрочность и прокаливаемость. 4. Способствует образованию мелкозернистой структуры. 5. Улучшает механические свойства и свариваемость.
Л	(Ве) Бериллий	1. Повышают прочность, пластичность. 2. Улучшают качество поверхности.
К	(Со) Кобальт	1. Повышает жаропрочность. 2. Увеличивает сопротивление удару. 3. Повышает магнитные свойства.
Е	(Se) Селен	Улучает обрабатываемость нержавеющих сталей.
В	(W) Вольфрам	1. Образует устойчивые карбиды. 2.Способствует образованию мелкого зерна. 3. Понижает вязкость 4. Увеличивает жаропрочность и износостойкость. 5. Повышает твёрдость и уменьшает хрупкость.
Б	(Nb) Ниобий	1. Улучшает устойчивость к кислотам. 2. Способствует уменьшению коррозии в сварных конструкциях.
Ф	(V) Ванадий	1. Повышает прочность и твёрдость. 2. Увеличивает устойчивость против износа и динамических напряжений. 3.Уменьшает отпускную хрупкость 4. Измельчает структуру. 5. Повышает устойчивость против перегрева при закалке.
А	(N) Азот	1. Снижает вязкость и пластичность. 2. Даёт хрупкие неметаллические включения.
Д	(Cu) Медь(0,3-0,5%)	1.Входит в твердый раствор с Fe и упрочняет его. 2. Повышает сопротивление коррозии.
Н	(Ni) Никель	1.Входит в твердый раствор с Fe и упрочняет его. 2. Увеличивает ударную вязкость. 3. Расширяет область аустенита. 4. Увеличивает прокаливаемость. 5. Повышает сопротивление коррозии. 6. Незначительно снижает пластичность. 7. Влияет на коэффициент теплового расширения и электросопротивление стали.
Х	(Cr) Хром	1.Входит в твердый раствор с Fe и упрочняет его. 2. Сужает область аустенита. 3. Образует устойчивые карбиды. 4. Повышает сопротивление коррозии. 5. Повышает износостойкость, вязкость и пластичность. 6. Понижает теплопроводность.

Все элементы добавляются в химически связанном состоянии. Поскольку физические свойства, отдельно взятого легирующего элемента присущи только ему, то внесение его в сталь придаёт ей его физические свойства. Таким образом, сочетая легирующие элементы, добиваются необходимых заданных свойств. К заданным свойствам относятся: прочность, твёрдость, износостойкость, электропроводность, жаростойкость, морозостойкость, стойкость к агрессивным средам и т.д. Узнать о том, какие именно элементы добавлены в сталь, можно исходя из маркировки. Каждый элемент имеет свою маркировку. Элементы маркируются буквами: азот - буквой "А", марганец - буквой "Г" и т.д. Помимо маркировки буквами, применяется и маркировка цифрами, которые указывают на процентное содержание того или иного элемента. Цифры, как правило, располагаются за буквами. Например, при 2 % Ni будет обозначение - Н2. Если после буквы нет никакой цифры, то это означает, что содержание того или иного элемента составляет менее 1%.  Первые две цифры, идущие после буквенной маркировки, указывают на среднее содержание углерода в долях процента. Так, если после буквы стоит одна цифра, то это означает, что углерод содержится в десятых долях процента. Если стоят две цифры - в сотых. Вкупе буквы и цифры позволяют получить представление о составе легированной стали.  Например:  сталь ОЗХ13АГ19 - 0,03 С, 13 Сr, 0,2-0,3 N. 19 Мn;  Есть и дополнительные обозначения. Они ставятся в самом начале марки. Так, буква "Ш" - означает шарикоподшипниковая (ШХ15), а буква "Р" - быстрорежущая. Следующий момент: если сталь высоколегированная, то число, которое показывает процентное содержание элемента, ставят не после буквы, обозначающей тот или иной элемент, а перед ней. Например: 34НКМП. Высоколегированные сплавы, как правило, имеют точный химический состав. Такие сплавы ещё называют прецизионные. Маркировка высоколегированных сталей отличается от маркировки легированных сталей. Она состоит из двузначного числа. Это число указывает массовую долю того или иного элемента. И, как было сказано выше, буквенная маркировка ставится после цифр. Исключение составляют термобиметаллы: здесь цифры ставятся после букв. Если в сплаве имеется железо, оно не указывается. Например: сталь 18ХГТ содержит, %: 0,18 С, 1 Сr, 1 Мn, около 0,1 Тi. Если к чистоте металла предъявляются повышенные требования, то в конце маркировки будет стоять буква "А". Например: 38ХМЮА. Если сплав является магнитотвердым, то в конце маркировки будет стоять буква "Е". Для того, чтобы придать металлу повышенную чистоту, могут использоваться специальные дополнительные методы очистки сплавов. К ним относятся: электрошлаковый (Ш), плазменный (П) и вакуумно-дуговой (ВД) переплав, электронно-лучевая (ЭЛ) и вакуумно-индукционная (ВИ) выплавки. Это будет отмечено в маркировке сплавов соответствующими буквенными обозначениями.  Например: 13Х18Н10-ВИ Для изготовления специального кpeпежа используется сложнолегированная сталь (нержавеющая). Главным достоинством этой стали является её устойчивость к коррозии как к агрессивной среде, так и к атмосферным осадкам. Основным легирующим элементом нержавеющей стали является хром (Cr). Однако, для изготовления сложнолегированных сталей используются и другие элементы, такие как никель (Ni), марганец (Mn), молибден (Mo), кобальт (Co), ниобий (Nb), титан (Ti). Добавление в сплавы этих элементов способствует приданию стали стойкости к коррозии и необходимых физико-механических свойств. Стоит отметить, что нержавеющая сталь содержит в себе изначально такие сопутствующие железу элементы, как углерод (C), кремний (Si), марганец (Mn), серу (S) и фосфор (P).  Пример маркировки нержавеющей стали: 8Х18Н10Т (в %) - 0,8С, 18 Cr, 0,1 Ni, около 10 Ti. Устойчивость к коррозии легированной стали напрямую связана с процентным содержанием в ней хрома. Так, для обычных условий используются сложнолегированные стали с 13% содержанием хрома. Такой сплав подойдёт и для слабоагрессивной среды. Если же речь идёт об агрессивной среде, то здесь необходим сплав с 17% содержанием хрома. Нержавеющая сталь устойчива к коррозии благодаря плёнке, которая образуется на кpeпеже из легированной стали с добавлением хрома. Эта тонкая плёнка нерастворимых окислов защищает деталь от коррозии.  В том случае, когда речь идёт о таких сильных кислотах, как фосфорная, соляная или серная, используются сложнолегированные сплавы, в которых содержится большой процент никеля (Ni). В зависимости от того, какие химические элементы добавлены в нержавеющую сталь, она может быть аустенитной (А), ферритной (F) или мартенситной (C). Мартенситные и ферритные сплавы получаются при добавлении хрома. Здесь ещё существуют мартенсито-ферритные (полуферритные) сплавы. При добавлении хрома и никеля получаются аустенитные сплавы. Аустенитные стали имеют четыре группы: А1, А2, А3, А4. Сюда ещё входят аустенитно-карбидные, аустенито-мартенситные и аустенито-ферритные сплавы. При добавлении хрома, марганца и никеля получаются хромомарганцевоникелевые легированные стали. Аустенитные нержавеющие стали имеют склонность к межкристаллической коррозии. Однако при добавлении титана и ниобия они стабилизируются. При сплаве железа и никеля сплав становится более стабильным и приобретает слабые магнитные свойства. Если говорить о высокой коррозийной стойкости, то стоит отметить в первую очередь мартениситные и мартенсито-ферритные стали. Их устойчивость к коррозии сохраняется в слабой агрессивной среде и в атмосферных условиях. Дополнительно ко всему эти сплавы отличают высокие механические свойства. Что касается ферритных сталей, то их устойчивость к агрессивной среде более высокая. Так, хромистые ферритные стали не боятся водных растворов аммиака и азотной кислоты и т.д. Аустенитные стали отличает пластичность в сочетании с прочностью. Эти легированные стали имеют высокую устойчивость к коррозии. Именно аустенитные стали широко востребованы при изготовлении кpeпежа для различных отраслей машиностроения. А вот в авиации, судостроении и в химическом машиностроении востребованы аустенито-ферритные стали. Аустенито-ферритные стали отличает хорошая свариваемость.