– 8 –

При нагреве стали, наблюдается рост зерна аустенита, что приводит к снижению прочности и пластичности и повышению порога хладноломкости. Для торможения роста зерна аустенита в сталь добавляют карбидообразующие элементы Ti, Zr, V.

Легированные стали вследствие более высокой устойчивости переохлажденного аустенита и соответственно меньшей критической скорости охлаждения (рис.3, V_к, V_к) прокаливаются на большую глубину, чем углеродистые. Сильно повышают прокаливаемость марганец, молибден, хром, никель и малые присадки бора (0,003–0,005%). Прокаливаемость особенно возрастает при одновременном введении в сталь нескольких легирующих элементов, например хрома и никеля.

10.7. Легированные стали

в легированных сталях содержатся специально вводимые в различных количествах легирующие элементы. Стали, в которых суммарное содержание легирующих элементов не превышает 2,5 %, относятся к низколегированным, содержащие 2,5–10 % – к легированным и более 10 % – к высоколегированным.

Легирующие элементы, упрочняя ферритную основу и увеличивая дисперсность карбидных частиц, повышают прочность стали после улучшения. Наиболее сильно упрочняют стали Ni, Mn и Si.

Для подавления обратимой отпускной хрупкости стали легируют молибденом (или вольфрамом).

Стали содержащие кремний, после изотермической закалки обеспечивают высокую вязкость и пониженную чувствительность к надрезу.

Легирующие элементы в стали, обозначают русскими буквами: А – азот, Б – ниобий, В – вольфрам, Г – марганец, Д – медь, К – кобальт, М – молибден, Н – никель, П – фосфор, Р – бор, С – кремний, Т – титан, Ф – ванадий, Х – хром, Ц – цирконий, Ю – алюминий.

Цифра после буквы указывает примерное содержание данного легирующего элемента, округленное до целого числа процентов. Если после буквы цифра не поставлена, то это означает, что среднее содержание легирующего элемента меньше или около 1 % .

в конструкционных легированных сталях две цифры в начале марки указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Так, сталь состава 0,36–0,44 % С и 0,8–1,1 % Cr маркируют 40Х. Буква А в конце марки означает, что сталь высококачественная (например, 30ХГСA, 12ХН3A).

в инструментальных легированных сталях одна цифра в начале марки указывает содержание углерода в десятых долях процента. Например, инструментальную сталь состава 0,60–0,75 % С и 3,2–3,8 % Cr маркируют 7Х3. При содержании углерода 1 % или более цифру, указывающую содержание углерода в марке, опускают, например, хвг (0,95–1,05 % С; 0,90–1,20 % Cr; 1,20–1,60 % W; 0,80–1,10 % Мn).

Bыcoколeгиpoванные стали сложного состава иногда обозначают упрощенно по порядковому номеру разработки и освоения стали на металлургическом заводе. Перед номером стали ставят индексы ЭИ (Э – завод «Электросталь», И – исследовательская), например, ЭИ481 или 37Х12Н8Г8МФБ.

10.7.1. Классификация легированных сталей

Классификация по структуре

Легированные стали классифицируют по структуре в отожженном и нормализованном состояниях.

в отожженном состоянии стали классифицируют на следующие основные структурные классы: доэвтектоидный, эвтектоидный, заэвтектоидный. Доэтектоидные, эвтектоидные и заэвтектоидные легированные стали обычно объединяют в один класс – перлитные стали. Ледебуритные (карбидные) стали имеют в структуре карбиды эвтектического происхождения, которые условно называют первичными карбидами. При кристаллизации таких сталей образуется эвтектика – ледебурит, состоящая из специальных карбидов и аустенита.

При небольшом содержании углерода и высоком содержании легирующего элемента (Сr, W, V, Мо и др.) -фаза будет сохраняться при любых температурах – от комнатной до температуры плавления. Такие стали по структуре относят к ферритному классу. Возможен также полуферритный класс – это такие стали, у которых при нагревании и охлаждении  превращение происходит частично.

При легировании стали аустенитообразующим элементом, расширяющим область -фазы (Мn, Ni), может быть получен класс аустенитных сталей, а также промежуточный полуаустенитный класс.

Таким образом, основываясь на фазовом равновесии, легированную сталь делят на классы: перлитный, аустенитный, ферритный, полуферритный, полуаустенитный и ледебуритный.

в нормализованном состоянии стали по структуре разделяют на следующие основные структурные классы: перлитный, мартенситный, аустенитный.

к перлитному классу относят стали с низким содержанием легирующего элемента. в таких сталях кривая нормализации пересекает С-образные кривые начала и конца распада аустенита в температурной зоне образования феррито-цементитной смеси – перлита, сорбита, трoостита (рис.10.12, а).

к мартенситному классу относят стали с более высоким содержанием легирующего элемента. Для таких сталей скорость охлаждения на воздухе оказывается больше критической скорости. Поэтому аустенит переохлаждается до точки М_н и при дальнейшем охлаждении превращается в мартенсит (рис.9.12, б).

к аустенитному классу относят высоколегированные стали. Легирующий элемент, введенный в большом количестве, не только сдвигает С-образные кривые вправо, но и сильно понижает температуру начала мартенситного превращения (М_н), которая оказывается ниже комнатной температуры. Поэтому кривая нормализации не пресекает С-образные кривые и не доходит до точки М_н; в результате в структуре полностью сохраняется аустенит (рис.10.12, в).

Рис.10.12. Диаграммы изотермического распада аустенита сталей перлитного (а), мартенситного (6) и аустенитного (в) классов.

Классификация по назначению

В зависимости от назначения стали можно объединить в следующие группы:

1) конструкционные, 2) инструментальные и 3) стали с особыми свойствами.