Влияние легирующих элементов на свойства стали
Легированной называют сталь в которой наряду с обычными примесями содержатся специально вводимые легирующие элементы: хром, никель, марганец, кремний, вольфрам, молибден, ванадий, кобальт, титан, ниобий, алюминий, азот, бор, цирконий, тантал, медь и др. Эти элементы определяют название легированной стали, например хромистая, никелевая, ванадиевая, хромоникелевая, хромо-марганцевомолибденовая и т. п. Марганец и кремний, присутствующие в стали в качестве постоянных примесей, считаются легирующими компонентами лишь при содержании более 1% марганца и более 0,8% кремния.
Вводимые в сталь легирующие элементы повышают механические, технологические и другие свойства стали
Хром (Cr)—дешевый элемент, широко применяется в легированных сталях (в конструкционных сталях до 3%), повышает прочность и твердость стали и одновременно незначительно понижает пластичность и вязкость, увеличивает прокаливаемость стали. Благодаря высокой износостойкости хромистой стали из нее изготовляют подшипники качения. Хром вводится также в состав быстрорежущей стали, а при содержании хрома свыше 13% сталь становится нержавеющей. Дальнейшее увеличение количества хрома повышает устойчивость стали против окисления при высоких температурах и улучшает ее магнитные свойства.
Никель (Ni) сообщает стали антикоррозионную стойкость, высокую прочность и пластичность, увеличивает прокаливаемость, повышает сопротивление удару, уменьшает коэффициент теплового расширения. Никель увеличивает плотность стали, так как является хорошим раскислителем. В конструкционных сталях его содержится от 1 до 5%, при большем содержании получается немагнитная сталь и повышается антикоррозионная стойкость.
Вольфрам (W) образует в стали очень твердые химические соединения — карбиды, резко увеличивающие твердость и красноломкость стали. Он препятствует росту зерен при нагреве, способствует устранению хрупкости при отпуске. При содержании не свыше 1,5% он присутствует в конструкционных сталях; в количестве не более 22% вводится в инструментальную сталь для улучшения режущих свойств и является присадкой в быстрорежущих сталях.
Молибден (Мо) повышает прочность и твердость стали и незначительно снижает пластичность и вязкость, уменьшает отпускную хрупкость. В количестве 0,2—0,6% он присутствует в конструкционных сталях. В инструментальных, быстрорежущих сталях молибден повышает красностойкость. Он также сообщает стали жаростойкость.
Ванадий (V) повышает твердость стали, создает мелкозернистую структуру с повышенной упругостью и сопротивлением усталости, вводится в количестве 0,1—0,3% в конструкционные, 0,15—0,65% в инструментальные и до 2,5% в быстрорежущие стали.
Марганец (Mn) при содержании более 1% увеличивает твердость, износостойкость, стойкость против ударных нагрузок, не уменьшая пластичности, способствует глубокой прокаливаемости стали и придает немагнитность. В конструкционных сталях его не более 2%.
Кремний (Si) в количестве 1—1,5% повышает прочность без снижения вязкости, при большом содержании увеличиваются электросопротивление и магнитопроницаемость. Он также увеличивает упругость, кислотостойкость, жаростойкость. В конструкционных сталях кремния содержится до 2%.
Титан (Ti) повышает прочность и плотность стали, способствует измельчению зерен, является хорошим раскислителем, улучшает обрабатываемость и сопротивление коррозии; добавляется 0,1—0,2%.
Ниобий (Nb) улучшает кислотостойкость и способствует уменьшению коррозии в сварных конструкциях; добавляется 0,1—0,2%.
Алюминий (Аl) вводится в сталь, подвергаемую азотированию, для повышения твердости. Кроме того, при содержании 5—6% сообщает стали жаростойкость; 12—15% алюминия вводится в сплавы, идущие для изготовления магнитов с высокими магнитными свойствами.
Бор (В) в количестве до 0,002% значительно увеличивает прокаливаемость, повышает ударную вязкость после низкого отпуска. Добавление даже 0,01% бора в жаропрочные сплавы повышает их жаропрочность.
Кобальт (Со) повышает жаропрочность и магнитные свойства, увеличивает сопротивление удару.
Медь (Сu) увеличивает антикоррозионные свойства, она вводится главным образом в конструкционную сталь.
Цезий (Се) повышает прочность и особенно пластичность.
Цирконий (Zr) влияет на величину и рост зерна (измельчает зерно) и позволяет получать сталь с заранее заданной зернистостью.
Лантан (La) и неодим (Nd) уменьшают пористость, способствуют уменьшению содержания серы в стали, улучшают качество поверхности, измельчают зерно. Эти примеси вводят в нержавеющие, трансформаторные и жаростойкие стали.
Маркировка стали
Буквенно-цифровое обозначение. Легированные стали маркируются по буквенно-цифровой системе. Легирующие элементы обозначаются следующими буквами: никель — Н. хром — X, вольфрам — В, ванадий — Ф. молибден — М, титан — Т, кобальт — К, кремний — С, марганец— Г, алюминий — Ю, медь —Д, ниобий — Б, бор — Р, фосфор — П.
Первые цифры марок указывают среднее содержание углерода в сотых процента. Цифры, стоящие за буквами, указывают среднее содержание данного элемента в стали в процентах, если содержание его превышает 1,5%. Буква А в конце марки указывает на высокое качество стали (чистоту по вредным примесям) и высокое требование металлургического контроля. Так. например, сталь 30ХГСА в среднем содержит 0,30% углерода, 1% хрома, 1% марганца, 1% кремния, 0,03% серы и 0,03% фосфора. Если перед маркой помещена одна цифра, то она указывает на содержание углерода в десятых долях процента. Так, сталь 2Х18Н9 содержит 0,2% углерода, 18% хрома и 9% никеля. Если впереди марки стоят две цифры,то они указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Когда перед маркой отсутствуют цифры, то углерода в стали содержится в среднем 1% или более. Например, сталь ХВ5 содержит 1,25—1,5% углерода, 1% хрома и 5% вольфрама.
В отдельных случаях допускают упрощения в обозначении сталей, опуская некоторые цифры. Так, вместо 18Х2Н4ВА пишут просто 18ХНВА.
Высоколегированные стали. Некоторые высоколегированные стали выделены в особые группы и обозначаются буквами: Ж — хромистые нержавеющие стали; Л — хромоникелевые нержавеющие стали; Е — электротехнические стали с особыми магнитными свойствами; Р — быстрорежущие стали; Ш — шарикоподшипниковые стали (например, Ж1, Я1, Е12, Р18).
Нестандартные легированные стали, выплавляемые на заводе «Электросталь», обозначаются буквой Э, выплавляемые там же опытные марки стали обозначаются буквами ЭИ (электросталь исследуемая) или ЭП (П — пробная) и порядковым номером, например ЭИ402 и ЭП716 и т. д. После промышленного освоения условное обозначение заменяют на марку, отражающую примерный состав стали.
Источник: Справочник по авиационным материалам и технологии их применения. 1979. Александров В.Г. Базанов Б.И.
Похожие материалы: