Легированная и высоколегированная сталь отличия

Обновлено: 22.04.2024

Высоколегированные стали— это сплавы, в которых массовая доля легирующих добавок превышает 10%.

Они отличаются не только специфическими свойствами, которые придают присадки, но и сложной кристаллической структурой. Чтобы каждый химический элемент нашел свое место в молекулярной решетке, расплав предварительно очищают от примесей и углерода. Материал содержит разные металлы, интерметаллиды и карбидные включения. Для создания единой, прочной структуры полуфабрикаты подвергают термической обработке.

Согласно стандарту ГОСТ 5632-72 (время действия регламента ограничено) высоколегированные стали классифицируют по компоненту, составляющим основу:

Никелевые: твердый раствор хрома и присадок в никеле;
Железоникелевые: основа — железо, усиленное никелем.

Массовая доля железа во всех марках не менее 45%, а содержание основного легирующего элемента по нижнему пределу — от 8%. Общие характеристики:

Стойкость ко всем видам коррозии в сложных условиях эксплуатации;
Технологичность: пластичность, обрабатываемость штамповкой и резанием;
Чувствительность к термообработке: при прохождении температурных порогов характеристики меняются;
Немагнитность (не у всех): позволяет применять в производстве точного оборудования.

Все сплавы пригодны к сварке, но операцию может выполнить только профессионал. При нагреве и плавлении кромок происходит рекристаллизация, выгорание углеродов, показатели прочности и другие свойства изменяются. Каждая марка имеет собственное назначение, а характеристики зависят от массовой доли лигатур. Например вольфрам и молибден служат упрочнителями хромоникелевых систем, ванадий и марганец повышают износостойкость, цинк выполняет роль стабилизатора, так как способен составлять связи с рядом веществ.

Основные потребители: нефтедобывающий и нефтеперерабатывающий сектор, газовая отрасль, энергетическая промышленность, морское судостроение, промышленные линии, где используется печное и охлаждающее оборудование. В остальных отраслях применение сталей со сложной химической формулой не так распространено. Для решения стандартных технических задач не требуются специальные качества, но ряд сталей используют и в быту: для изготовления посуды, ножей, барабанов стиральных машин.

Химический состав некоторых легированных сталей

Виды высоколегированных сталей

Служебные названия позволяют определить сферу применения. Несмотря на разнообразие материалов с разными качествами, стандартом ГОСТ 5632-72 выделены 3 группы:

I — Корозионно-стойкие: устойчивость ко всем видам коррозии, в том числе электрохимической и под напряжением.
II — Жаростойкие (окалиностойкие): стойки к агрессивным средам и образованию окалины в терморежиме выше 550⁰. Используются в производстве ненагруженных деталей.
III — Жаропрочные: устойчивы к механическим нагрузкам при повышенных температурах.

Все высоколегированные стали предназначены для применения в неблагоприятных условиях. Примеры:

Криогенные: 10Х14Г14Н4Т, 12Х18Н10Т;
Кислотоупорные: 08Х17Н5М3, 06ХН28МДТ, ХН65МВ;
Высокопрочные: 20Х17Н2, 95Х18;
Для конструкций, размещенных в агрессивных средах: 08Х21Н6М2Т, 10Х17Н13М2Т;
Для морского судостроения: 09Х17Н7Ю1, 07Х16Н4Б;
Для предметов быта: 12Х17, 08Х18Т1, 10Х14Г14Н3;
Для изделий, подвергающихся ударным нагрузкам: 20Х13, 25Х13Н2;
Режущие: 30Х13, 40Х13;
Для оснащения турбин: ХН60Ю, ХН77ТЮРУ;
Для печного оборудования и выхлопных систем: 36Х18Н25С2, ХН45Ю.

Некоторые марки могут использоваться в разных сферах. Например 12Х18Н10Т применяется в температурных диапазонах от -196 до +600 С⁰, одновременно служит прочным конструкционным материалом для изготовления нагруженных деталей и противостоит воздействию кислот, щелочей, солей, сваривается без ограничений.

Жаростойкая группа содержит много хрома (не менее 28%) и кремния, в процессе окисления они формируют пленку окислов, которая защищает поверхность от разрушения. Сплавы используют для производства установок пиролиза, теплообменников, термопар, электродов. Например 15Х25Т или 40Х10СМ2.

Жаропрочные составы имеют склонность к дополнительному упрочнению вследствие выпадения дисперсных частиц при воздействии температур. В перенасыщенном растворе атомы, не связанные в кристаллической решетке сдвигаются к границам зерен и образуют включения. Различают три типа упрочнения: карбидное, интерметаллидное и смешанное.

Категории высоколегированных сталей

Эксплуатационные характеристики зависят от структурных признаков. Строение кристаллической решетки обусловливает устойчивость к группам агрессивных сред, рабочим терморежимам и нагрузкам. Сплавы классифицируют по классам:

Ферриты: пластичные с зернистой неоднородной структурой, обладают меньшей коррозионной стойкостью, так как железо, связанное в карбидных соединениях реагирует на увеличенные концентрации агрессивных веществ, упорядоченная решетка сохраняет магнитную проницаемость.
Аустениты: переходное состояние при охлаждении расплава, но сплавы хромоникелевомарганцевой системы сохраняют его в обычных условиях. Отличаются высокой коррозионной стойкостью, хорошо поддаются обработке давлением.
Мартенситы: образуются в хромистых составах при быстром охлаждении аустенитов. Металл становится плотным, устойчивым к холодовому охрупчиванию, обретает повышенную прочность и память, восстанавливается после незначительных повреждений. Мартенситы стойки к окислению при экстремальном нагреве, но применение в контакте с окислителями ограничивается, так как появляется склонность к межкристаллической коррозии.

Большое количество добавок иногда вызывает формирование одновременно двух фаз, имеющих разные свойства. Среди высоколегированных марок распространены следующие виды:

Аустенитно-мартенситный (в любых соотношениях) — повышенная прочность обусловлена дисперсно-твердеющими частицами и мартенситными включениями.
Мартенситно-ферритный (до 10% феррита) — хромистые соединения обеспечивает оптимальную пассивацию поверхности, достаточную твердость. Этот тип применяется в производстве нефтехимического оборудования. При сварке высока вероятность появления хрупких трещин.
Аустенитно-ферритный (до 10% феррита) — улучшенная механическая прочность в сравнении с аустенитными. Стойкость к коррозии зависит от химической формулы. Аустенитная решетка не устойчива к воздействию хлора, но при объединении фаз задача может быть решена.

Наиболее востребованы аустенитные стали с высоким содержанием хрома (от 18%) и никеля (от 8%). Они универсальны при использовании в большинстве разрушающих сред, но обладают недостаточной механической прочностью для изготовления нагруженных деталей и конструкций.

Выплавка ферритов — сравнительно недорогой процесс: они не требуют дорогих добавок и сложных режимов термообработки для изменения молекулярного строения. Создание дуплексных структур открывает новые возможности для решения технологических задач, часто они превосходят характеристики отдельных классов или обладают лучшими экономическими показателями.

Категория сталей	Основные особенности	Марки соответствующей категории
Мартенситные марки	Содержат углерод в приличных количествах (до 0,7%), содержание хрома среднее (от 8 до 19%), в незначительных количествах содержат кремний и/или марганец	07Х16Н4Б, 13Х11Н2В2МФ, 30Х13
Ферритные марки	Низкое содержание углерода (до 0,15%), высокое или среднее содержание хрома (от 12 до 30%), в очень небольших количествах может содержать кремний, титан и/или марганец	12Х17, 08Х13, 15Х25Т
Аустенитные марки	Низкое содержание углерода (до 0,2%), умеренное или среднее содержание хрома (от 10 до 18%), никель в различных концентрациях (от 3 до 25%), марганец в различных концентрациях (от 1 до 14%), в небольших количествах может содержаться кремний, азот	20Х25Н20С2, 12Х25Н16Г7АР
Композитные мартенситно-ферритные марки	Низкое содержание углерода (до 0,2%), большое или среднее содержание хрома (от 10 до 16%), в небольших количествах — ванадий, марганец, кремний	12Х13, 15Х12ВНМФ
Композитные аустенитно-ферритные марки	Низкое содержание углерода (не более 0,18%), высокое содержание хрома (в среднем 23%), марганец в различных концентрациях (есть сплавы как с низким содержанием 0,5%, так и с высоким содержанием 9%), возможны небольшие вкрапления кремния, алюминия, титана	15Х18Н12С4ТЮ, 12Х21Н5Т
Композитные аустенитно-мартенситные марки	Углерод в различных концентрациях (от 0,1 до 1%), высокое содержание хрома (в среднем около 16%), в небольших концентрациях — алюминий, кремний, титан	08Х17Н6Т, 09Х15Н8Ю1

Маркировка

В российской системе обозначений маркировка указывает на химический состав, в ней приведены все элементы, формирующие основу, и лигатуры, концентрации которых приближены к 1%.

Расшифровка:

Первая цифра — углеродная составляющая, выраженная сотыми долями процента. Например в марке 12Х17 оно равно 0,12%.
Буквенные символы — обозначают включенные в состав металлы, сразу после углерода указывают основной компонент.
Цифровое обозначение — содержание каждого элемента в процентах. Если оно равно или приближено к 1, цифру не пишут.

8Х18Н10Т — углерод (0,08%), хром (18%), никель (10%), титан (1%);
07Х16Н4Б — углерод (0,07%), хром (16%), никель (4%), ниобий (1%);
ХН65МВ — сырье специального назначения ЭП567: углеродная масса не указана ( содержание менее 0,03%, значение округлено до 1), общий хромникелевый эквивалент — 65%, марганец (1%), вольфрам (1%)

Р — режущие. Углеродная масса не указывается, так как она пропорциональна содержанию ванадия, а хромистая составляющая всегда равна 4-9%. Пример: Р9М4К8, режущая сталь, легированная молибденом и кобальтом.
У — ХН77ТЮР и ХН77ТЮРУ отличаются по содержанию углерода, следовательно пропорции в составе смещены.
Специальные методы обработки указывают через дефис: ПТ- плазменная выплавка, ГР — газокислородное рафинирование и др.

Как правило, классификация объединяет группы с похожим обозначением и признаками. Иногда встречаются маркировки ЭИ827, ЭП109. Они указывают реестр предприятия, создавшего патент. Позднее они включаются в обычную систему и им присваивается общепринятая формулировка.

Сварка

Сложное соотношение составляющих делает структуру чувствительной к нагреву до температуры плавления. При рекристаллизации свойства и пропорции химических веществ изменяются. В каждом случае метод и присадочные материалы выбирают на основании технической документации и рекомендаций производителя.

Лигатуры снижают теплопроводность и увеличивают концентрацию тепла в месте стыка;
Повышенный коэффициент линейного расширения: приводит к жесткому соединению свариваемых деталей и трещинам.
Трещины: горячие у аустенитов, холодные — у мартенситов;
Потеря антикоррозийных качеств из-за выпадения карбидов, частичное восстановление закаливанием;
Стабилизации при закаливании сварного шва приводит к потере пластичности.

В качестве решения применяют электроды увеличивающие феррит, содержащие легирующие добавки. Если шов получается неоднородным в околошовной зоне появляются диффузные деформации.

Технологию сварки подбирают исходя из теплопроводности, свойств и массы всех элементов. Операцию производят в среде защитных газов с предварительным нагревом и быстрым охлаждением. Несмотря на то, что температура плавления некоторых сталей превышает 1200⁰, критические терморежимы ускоряют окисление и распад ряда соединений.

Часть марок не пригодна к изготовлению сварных конструкций, только для клепаных, обработки штампованием или производства крепежей. Если сварка необходима, решение находят расчетным путем. При постановке трудных задач проводятся предварительные испытания.

Легированная сталь — описание, маркировка, состав и где применяется

Сплав на основе железа (не менее 45%) называют сталью. В зависимости от процентного содержания второго исходного компонента – углерода, различают сплавы высокоуглеродистые (0,6-2,14% С), среднеуглеродистые (0,25-0,6% С), и низкоуглеродистые (не более 0,25% С). Чем выше данный показатель, тем более прочная и упругая сталь, но в то же время с пониженной пластичностью и сопротивляемостью ударам.

Пример легированной стали

Обязательными компонентами в составе сплава являются раскислители – марганец и кремний. Эти химические элементы присутствуют в незначительном количестве, и на свойства не влияют. Их цель – нейтрализация вредного действия кислорода.

Даже качественная сталь содержит вредные примеси, от которых нельзя избавиться. Это:

сера, из-за которой возникают трещины;
фосфор, увеличивающий хрупкость (хладноломкость);
азот, кислород, водород – разрыхлители структуры стали;
окислы и нитриды, приводящие к разрывам.

Кроме перечисленных компонентов, в углеродистых сплавах всегда есть и другие вещества, которые попадают вместе с исходными материалами при выплавке: медь, цинк, хром, никель, свинец. Уровень их содержания настолько ничтожен, что они не оказывают ни положительного, ни отрицательного влияния.

Свойства и виды сталей

Стали присущи такие свойства:

Физические: теплоемкость, электро- и теплопроводность, расширение при нагревании.
Механические: прочность, твердость, упругость, пластичность, вязкость, выносливость.
Химические: жаропрочность, окалиностойкость, огнеупорность, сопротивление коррозии.

Чтобы существенно изменить свойства сплава, в сталь вводятся легирующие элементы – другие металлы и неметаллы. Такая технология была создана еще в 19 ст. Стали называются легированными, если доля каждого элемента составляет не менее 0,1%.

Содержание:

В ключевое отличие между низколегированной сталью и высоколегированной сталью заключается в том, что низколегированные стали содержат менее 0,2% легирующего элемента, тогда как высоколегированные стали содержат более 5% легирующего элемента..

Сплав — это смесь двух или более элементов. Его получают путем смешивания металла с некоторыми другими элементами (металлами, неметаллами или обоими) для получения материала, который имеет улучшенные свойства по сравнению с исходным металлом. Низколегированная и высоколегированная сталь — это два типа сплавов железа.

Отличия

Сталь легированная от нелегированной отличается химическим составом. Первая, кроме железа и углерода, содержит большой набор дополнительных компонентов, которые оказывают влияние на ее свойства. Углеродистая (классическая) сталь содержит следы случайных примесей, которые не оказывают значительного влияния на ее свойства.

Другие отличия от обычных углеродистых сплавов:

устойчивость к коррозии и воздействию агрессивных сред;
искрение металла, если поднести его заточному кругу;
бывает низкая несущая способность;
более высокие затраты производства.

Цементируемые стали

Цементируемые – стали, у которых поверхностный слой под воздействием высокой температуры обогащается атомами углерода. При этом получая прочную, антикоррозийную поверхность, внутренний слой сплава остается вязким, пластичным. Используют такую сталь для производства валов, зубчатых передач, мелких незначительных запчастей. Если добавляют никель, марганец, титан, получают более прочную сталь и из нее изготавливают уже более сложные конструкции и детали, хорошо переносящие резко меняющее, длительное механическое напряжение.

Легирующие добавки

Для легирования сталей используют химические элементы из разных групп таблицы Менделеева. Легирующие металлы (в русскоязычной маркировке сплавов обозначаются русскими буквами) вводятся в сплав для изменения следующих характеристик:

Никель (Н) – повышение теплоемкости, вязкости, пластичности, уменьшение хрупкости, что важно для обработки давлением.
Хром (Х) – повышение твердости и ударопрочности. Сильная защита от коррозии, поэтому много хрома в нержавейке.
Ниобий (Б) – улучшение устойчивости к кислотам.
Кобальт (К) – повышение жаропрочности, увеличение сопротивляемости ударам.
Медь (Д) – увеличение прочности, но с некоторым уменьшением уровня вязкости. Используется преимущественно в строительной стали.
Титан (Т) и цирконий (Ц) – снижение зернистости. Структура сплава становится однородной, что снижает вероятность появления трещин.
Вольфрам (В) и молибден (М) – повышение прочности при термической обработке, устойчивость к ржавлению.
Алюминий (Ю) – добавление стойкости к появлению окалин при высоких температурах.
Ванадий (Ф) – улучшение структуры, увеличение жаропрочности.

Список дополняют неметаллические добавки:

Марганец (Г) – уменьшение вредного влияния серы, фосфора и кислорода.
Кремний (С) – повышение прочности с сохранением вязкости.
Селен (Е) – улучшение текучести, облегчение механической обработки стальных деталей.
Бор (Р) – улучшение микрострутуры, повышение прокаливаемости.
Азот (А) – улучшение механических свойств, используется в высоколегированных сталях.

Характеристики

Высоколегированная разновидность обладает такими характеристиками и качествами, которые позволяют использовать продукцию из нее во многих сферах. Итак, этот материал имеет следующие характеристики:

высокий уровень прочности (достигается термической обработкой);
стойкость к воздействию коррозии;
устойчивость к деформациям;
высокая степень пластичности;
отсутствие магнитных свойств (сплавы, применяемые в автомобилестроении);
закаленность;
упругость;
легкая свариваемость.

В связи с тем, что состав металла может быть различным, и свойства могут быть разными. Структуру можно изменить легирующими элементами и термической обработкой. Так, у исполнителя появляется возможность «подогнать» свойства материала к требованиям того или иного проекта. Например, хромистый металл может содержать в себе никель, дающий возможность обеспечить поверхности хладноломкость и высокие антикоррозийные свойства.

С помощью сварки таких металлов можно получить качественные изделия, которые можно применять в условиях любого климата. Так, технология штампосварки дает возможность применять конечное изделие при очень низких температурных показателях. Обработка с помощью кремния придает стали стойкость к воздействию сильных кислот.

Высоколегированная сталь обладает высочайшей твердостью и устойчивостью к истиранию.

Этот материал также классифицируется по своим тепловым свойствам. По этому критерию различают следующие типы:

Платинит — применяется в производстве электродов для лампочек накаливания.
Элинвар — прекрасно подходит для изготовления измерительных приспособлений и пружин для часов.
Инвар — используется при создании калибровочных компонентов, эталонов.

Интересной особенностью коррозионных стальных сплавов также считается их магнитность. Потому принято различать магнитные и немагнитные высоколегированные стали.

Всем известно отличие стальных конструкций от чугунных аналогов. Фактически, две раз новидности черного металла различаются по концентрации углерода относительно железа. Предельная величина концентрации углерода составляет 2.14% и выбрана не случайно. Это пороговое значение растворимости элемента C в аустените – высокотемпературной модификации Fe с гранецентрированной решеткой. Современные технологии позволяют преодолевать предельное значение: содержание углерода в высокоуглеродистых сталях составляет до 3.4%.

Впрочем, суть эпилога в другом: сталь – это легированное углеродом железо, а добавление других металлов, позволяет управлять свойствами черного металла. Процесс аналогичен игре ребенка с конструктором, когда, зачастую, только практический эксперимент позволяет определить эффективность легирования. Действительно, влияние легирующих элементов на свойства стали — часто остается на эмпирическом уровне и не следует определенной логике. Исключение составляет, пожалуй, только Ванадий – элемент, добавление которого к стали позволяет улучшить такие характеристики, как ковкость и твердость.

Расшифровка маркировки стали

Чтобы определить марку стали, разработано специальное обозначение, согласно ГОСТ 4543-71. В его основе цифры и буквы. Первая литера показывает, к какой группе сталей относится сплав. Например:

Я – хромоникелевая нержавейка;
А – автоматная сталь;
Ж – нержавейка;
Е – магнитная сталь;
Р – быстрорежущая;
Ш – шарикоподшипниковая;
ШХ – шарикоподшипниковая хромистая сталь.

Если буква отсутствует, это означает принадлежность к классическому сплаву с использованием добавок.

ЕХ9К15М. Означает: магнитная хромистая сталь, содержит 0,09% углерода, 15% кобальта, не более 1% молибдена.
38ХН3МФ: 0,38% углерода, менее 1% хрома, 3% никеля, молибдена и ванадия не более 1%.

Процентное соотношение добавок записывается целыми числами, без десятых и сотых долей.

В конце маркировки (справа) также могут присутствовать буквы: А – высококачественная, Ш – особовысококачественная сталь. Другие буквы обозначают способ производства: ТО (Т) – термически обработанная, Н – нагартованный прокат.

Основные цели легирования

Слово «легирование» происходит от немецкого «legieren» (связывать, соединять). Положительное воздействие легирующих компонентов на свойства стали связано с обеспечиванием протекания двух физико-химических процессов.

Процесс №1

Образование термодинамических устойчивых растворов замещения, сопровождающееся замещением части атомов (ионов) железа в его кристаллической решётке (ионами) легирующего элемента. Это ведёт к искажению кристаллической решётки железа, поскольку радиусы ионов (катионов) легирующих элементов отличаются от радиуса катионов железа, что повышает твёрдость и прочность железа с сохранением его пластичности.

Процесс №2

Возникновение прочных и практически нерастворимых в жидком железе химических соединений между введёнными в расплавленный металл легирующими добавками и растворёнными в нём неметаллами (кислород, азот, сера, углерод и др.).

Результатами образования таких соединений являются:

снижение остаточного содержания в расплавленном металле растворенных неметаллов, ухудшающих его качество;
уменьшение общего объёма вредных примесей (растворённых и в виде неметаллических включений) в стали.

А также происходит выделение (выпадение) из жидкого металла таких мелких неметаллических включений, которые служат центрами кристаллизации и приводят к получению мелкозернистой первичной и вторичной структуры стали. Благодаря этому она имеет лучшую пластичность, малую анизотропность свойств после прокатки и т. д. Выделяющиеся во время кристаллизации мелкие неметаллические включения обладают склонностью скапливаться на поверхности растущих кристаллов, понижая скорость роста граней, а это, в свою очередь, уменьшает зернистость стали.

Классификация легированных сталей

Классификация и маркировка легированных сталей осуществляется по нескольким параметрам.

По качеству

В зависимости от количества вредных примесей (сера, фосфор), легированные стали бывают качественные (S≤0,04%, P≤0,035%), высококачественные (S≤0,025%, P≤0,025%), особо высококачественные: (S≤0,06%, P≤0,07%).

По количеству добавок

В зависимости от общего количества добавок, различают такие виды легированной стали:

Высоколегированная сталь: 10-50% легирующих добавок. Изделия максимально прочные, но и самые дорогие.
Среднелегированная: 2,5-10% добавок. Это самая ходовые марки.
Низколегированная: добавок не более 2,5%. Положительные качества улучшились, но на металлообработке заметно не сказались.

В зависимости от химического состава, стали называются: хромистые, хромоникелевые, хромоникельмолибденовые, марганцовистые и другие. В маркировке обозначаются соответствующими буквами.

По назначению

По практическому применению различают стали конструкционные (машиностроительные, строительные, улучшаемые, цементуемые), инструментальные (для штампов, режущего и измерительного инструментов) и с особыми свойствами.

Сравнение углеродной стали с нержавеющей

Способность впитывать запахи

Углеродистая сталь сама по себе имеет приятный запах (особенно чистая и свежезаточенная), но при этом она быстро впитывает посторонние запахи. Если мы строгаем ножом из углеродки дерево, это даже здорово, а вот для нарезки продуктов не очень хорошо: от «аромата» лука или копченой рыбы инструмент придется отмывать довольно долго. С нержавеющей сталью таких проблем нет; сама по себе она также не имеет запаха. Для кухонных ножей это однозначный плюс.

Состав и применение легированных сталей

Применение сплавов обусловлено их химическим составом. Так, строительные низколегированные стали используются для металлических конструкций с равномерно распределенной нагрузкой между всеми элементами. Единственное требование – хорошая свариваемость.

Виды конструкционных сталей:

Улучшаемые, с высоким содержанием хрома, обогащенные бором, никелем, молибденом, марганцем. Предназначены для термообработки.
Пружинно-рессорные. Эти сплавы легируются кремнием, кобальтом, марганцем, бором, титаном. Используются в производстве транспорта.
Подшипниковые. Обладают повышенной твердостью и износостойкостью. Обязательно содержат хром и минимум неметаллических добавок.
Теплоустойчивые. Используются для производства паровых нагревателей.

Инструментальные стали для фрез, резцов, метчиков легируются хромом, ванадием, титаном и др. добавками. Это очень дорогие быстрорежущие сплавы, поэтому используются только в режущих плоскостях. Для измерительных инструментов сталь легируют хромом, вольфрамом и марганцем. Это обеспечивает твердость и сохранение первоначальных размеров.

Стали с особыми свойствами:

Высокопрочные. Это высоколегированные стали со специально подобранным составом. Применяются для изготовления ответственных узлов механизмов.
Нержавеющие, с добавками марганца и хрома. Применяются для работы в химически агрессивных средах. Используются для изготовления труб.
Износостойкие, с высоким содержанием марганца. Используются для изготовления стрелок на железных дорогах, гусениц, горного оборудования, ковшей экскаваторов.

К этой группе относятся также жаропрочные, жароустойчивые, магнитные, немагнитные, реостатные, с высоким электросопротивлением сплавы.

Жаропрочные стали

Жаропрочные стали – основные отличительные особенности – высокие длительная прочность и ползучесть. Сталь, выдерживая нагрузки, не деформируется и не разрушается. Используются при производстве оборудования и конструкций, работающих долгое время под воздействием высоких температур — турбин, роторов для электростанций, оборудования для котельных, печей с высокими температурами, всевозможных клапанов двигателей, при сооружении особо ответственных конструкций на открытом воздухе, где нельзя допускать коррозию металла. Такие уникальные свойства получают за счет добавки в сплав хрома.

Разница между Низколегированной сталью и Высоколегированной сталью

Основное различие между Низколегированной сталью и Высоколегированной сталью состоит в том, что Низколегированные стали содержат менее 0,25% легирующего элемента, тогда как Высоколегированные стали имеют более 10% легирующего элемента. Кроме разделения на низколегированную и высоколегированную сталь, она ещё подразделяется по степени легирования на среднелегированную. В этой стали количество легирующих элементов составляет от 2,5 до 10 %)

Сплав представляет собой смесь двух или более элементов. Он производится путем смешивания расплавленного металла с некоторыми другими элементами (металлами или неметаллами или обоими), для получения материала, который обладает улучшенными свойствами по сравнению с исходным металлом. Низколегированная и высоколегированная сталь — это два типа сплавов железа с легирующими элементами. Наиболее популярные легирующие элементы в этих сталях применяются такие: никель (Ni) , медь (Cu) , титан (Ti) и ванадий (V), азот (N) и др.

Содержание

Обзор и основные отличия
Что такое Низколегированная сталь
Что такое Высоколегированная сталь
В чем разница между Низколегированной сталью и Высоколегированной сталью
Заключение

Что такое Низколегированная сталь?

Низколегированная сталь — это тип легированной стали, свойства которой улучшены по сравнению с углеродистой сталью. Например, этот сплав обладает лучшими механическими свойствами и большей коррозионной стойкостью, чем углеродистая сталь. Содержание углерода в низколегированной стали составляет менее 0,2%. Наиболее распространённые л егирующие элементы в этой стали такие: Никель (Ni), Хром (Cr), Молибден (Мо), Вольфрам (V), Бор (B), Вольфрам (W) и Медь (Cu).

Листовая сталь

В большинстве случаев процесс изготовления этих легированных сталей включает термическую обработку и отпуск (для нормализации). Но теперь, появилась тенденция производить закалку и отпуск. Кроме того, почти все материалы из низколегированной стали являются свариваемыми. Однако материал иногда требует обработки до или после сварки (чтобы избежать растрескивания).

Некоторые преимущества низколегированной стали:

Предел текучести выше
Высокий предел прочности
Более высокая стойкость к окислению и коррозии
Низкий порог хладноломкости

Что такое Высоколегированная сталь?

Высоколегированная сталь — это тип легированной стали, в котором более 10% легирующих элементов. В отличие от низколегированной стали, легирующими элементами для высоколегированной стали являются хром (Cr) и никель (Ni). Н аиболее известным примером этой стали — является нержавеющая сталь.

Кастрюля из нержавеющей стали

Хром обеспечивает сталь тонким оксидным слоем на поверхности стали. Это называется скрытым слоем, потому что этот слой задерживает коррозию металла. Кроме того, производители обычно добавляют большое количество углерода и марганца, чтобы придать стали аустенитный характер. Кроме того, этот материал дороже, чем низколегированная сталь.

В чем разница между Низколегированной сталью и Высоколегированной сталью?

Как низколегированная, так и высоколегированная сталь обладают улучшенными свойствами, чем углеродистая сталь. Однако ключевое различие между низколегированной сталью и высоколегированной сталью состоит в том, что низколегированные стали содержат менее 0,25% легирующих элементов, тогда как высоколегированные стали содержат более 10% легирующих элементов. В химическом составе низколегированная сталь содержит железо, углерод (менее 0,2%) и другие легирующие элементы, такие как Никель (Ni), Хром (Cr), Молибден (Мо), Вольфрам (V), Бор (B), Вольфрам (W) и Медь (Cu), в то время как высоколегированная сталь содержит железо, хром, никель, углерод, марганец и др.

Заключение — Низколегированная сталь против Высоколегированной стали

Как низколегированная, так и высоколегированная сталь обладают улучшенными свойствами, чем углеродистая сталь. Основное различие между Низколегированной сталью и Высоколегированной сталью состоит в том, что Низколегированные стали содержат менее 0,25% легирующих элементов, тогда как Высоколегированные стали имеют более 10% легирующих элементов.

Чем отличаются углеродистые стали от легированных?

Определение сталь объединяет сплавы на основе железа и углерода с другими веществами. При очистке железной руды получают чугун, содержащий 2,14-6,67% углерода. Этот элемент отвечает за твердость, при этом металл хрупок и не пластичен. Уменьшение углеродной составляющей изменяет структуру, делает материал ковким, повышает его ударную вязкость.

Чем отличается углеродистая сталь от легированной?

Углеродистая сталь состоит из тех же элементов, что первоначальное сырье: железо, углерод, кремний, марганец и вредные примеси: сера, фосфор. Легированными (ligare-связывать) называют сплавы, усиленные другими металлами: хромом, никелем, медью, молибденом.

Характеристики легированной стали

Для легирования применяют металлы, способные образовывать устойчивые соединения с железом и углеродом. Из карбидов, интерметаллидов и дисперсных частиц под воздействием температур формируется сложная кристаллическая решетка. При уменьшении углеродной доли каркас структуры создают хром, никель, марганец и другие элементы, а карбидные соединения вытесняются к границам зерен. Активное железо находится в связанном состоянии и не может реагировать с агрессивными веществами.

Легированные стали классифицируют по количеству присадок:

Низколегированные — до 2,5%;
Среднелегированные — 2,5-10%;
Высоколегированные — выше 10%.

И различают по назначению:

Инструментальные — применяют в производстве измерительных и режущих инструментов, штамповой оснастки;
Конструкционные — для изготовления агрегатов и механизмов, корпусов автомобилей и оборудования, конструкций;
Специальные — коррозионно-стойкие, жаростойкие, жаропрочные и др.

Для определения марок создана буквенно-цифровая система. Легирующие элементы обозначают русскими буквами. В составе большей части сплавов не более 1% углерода, но эта характеристика одна из самых важных, поэтому ее указывают в начале маркировки в сотых долях процента. Числовые значения, округленные до единиц опускают.

● Буква А в конце значит, что сталь высококачественная.

Если содержание углерода 1% и более, первую цифру не пишут, например ХВГ, ХВСГ, ШХ15СГ. Для некоторых групп применяют обозначения перед маркировкой: А — автоматные, Ш — подшипниковые, Р — быстрорежущие, Э — электротехнические, Е — магнитно-твердые. Сплавы выпускаемые одним предприятием имеют свои названия, например ЭИ417 (Электросталь), ЧС 116-ИД (Челябинская сталь), ВНС-65 ВИЭМ).

Разработано более тысячи легированных стальных сплавов с различными уникальными свойствами: устойчивые к охрупчиванию на холоде, стойкие к кислотам и щелочам, кавитационным нагрузкам. В сравнении с углеродистыми они обладают меньшей теплопроводностью, твердостью. При термической обработке, в том числе сварке, необходимо учитывать свойства всех металлов в составе.

Характеристики углеродистой стали

Качества сплавов зависят от степени обработки. На первых этапах железную руду подвергают раскислению, восстанавливают окись железа до металла. По количеству оставшихся в расплаве атмосферных газов установлены классы:

В зависимости от наличия вредных примесей определяют качество:

Так как от углерода зависит твердость и одновременно ударная хрупкость, предусмотрена следующая классификация сталей:

● Низкоуглеродистые — до 0,25%;

● Высокоуглеродистые — выше 0,6%.

Действует деление по областям применения:

● Конструкционные — большая группа, объединяющая несколько видов: строительные, автоматные, термоупрочняемые, повышенной прочности и др. Маркировка начинается с цифр, обозначающих углерод в сотых долях процента: от 08 до 85. Если увеличено содержание марганца, в конце добавляют Г

● Инструментальные — для изготовления инструмента, не подвергающегося нагреву: зубила, молотки, топоры. Группу сталей относят к качественным и обозначают буквой У в начале, высшее качество дополнительно маркируют знаком А в конце.

● Общего назначения — недорогие сплавы для изготовления труб, прутков, швеллеров, ковки и литья. Предусмотрено несколько подгрупп. К группе А относят стали со стабильными механическими свойствами (Ст1кп, Ст6сп), первую букву не пишут. У группы Б регламентирован химический состав (БСт4сп, БСт6пс), у В стабильны состав и свойства (ВСт3сп, ВСт5).

Углеродистые стали предназначены для изготовления нагруженных деталей и конструкций: рельсов, валов, тяг, осей, пружин рессоров, деталей турбин. Они отлично свариваются, поддаются резанию, ковке, но требуют защиты от коррозии.

Разница между легированной и углеродистой сталью

Различие в химическом составе определяет характеристики материалов.

Легированные стали отличаются коррозионной стойкостью.

В зависимости от элементов, связанных с железом, они могут работать в морской воде, кислотных средах даже при высоких температурах, но плохо справляются с ударными нагрузками, имеют малую несущую способность. Производство сплавов и конечных продуктов сопряжено с применением десятков сложных технологий.

Углеродистые стали без антикоррозийных покрытий подвержены быстрому разрушению.

Их области применения: все металлоемкие производства. Экономическая целесообразность большого расхода сырья коррелирует с простотой обработки.

Легированные стали: классификация и маркировка

Базовая сортировка низкоуглеродистого железа позволяет разделить его на две разновидности. Фактически, основная классификация легированных сталей ведется по способу их использования:

Конструкционные. Сталь, используемая при изготовлении деталей, узлов и конструкций.
Инструментальная. Металл характеризуется содержанием углерода на уровне 0.9 – 1.4%. Дополнительные легирующие элементы в сталях инструментальных: хром, ванадий, вольфрам, кремний, марганец и прочие. Суммарная концентрация примесей, исключая углерод, не превышает 5%. Используются в производстве инструмента ударного и режущего воздействия.

Классификация легированных сталей по назначению

Первый вопрос общего плана что значит легированная сталь? Уже получил ответ выше. Это разновидность низкоуглеродистого железа, имеющая внедрения других металлов для улучшения определенных параметров. Этот термин дает ответ и на следующий вопрос: для чего в сталь вводятся легирующие элементы? Таким образом, разобравшись, что такое легированная и нелегированная сталь можно перейти к рассмотрению двух базовых разновидностей этого металла.

Маркировка легированных сталей

Что такое легированная сталь

Это углеродистая сталь для улучшения технологических свойств которой введены специальные легирующие элементы. Процент добавок в составе невелик, но даже при незначительной концентрации, физические свойства металла улучшаются в несколько раз.

В зависимости от вида используемых добавок при производстве стали металл приобретает следующие свойства:

неподверженность коррозии;
упругость;
тугоплавкость;
прочность.

Для придания перечисленных качеств в состав добавляют следующие металлы:

Зачастую в углеродистую сталь достаточно добавить 1 — 3% легирующих элементов для придания ей необходимых свойств и качеств.

Конструкционные легированные стали

Толстостенные трубы из конструкционной стали

Классификация этого вида низкоуглеродистого железа достаточно обширна. Среди параметров, определяющих сортировку конструкционной стали присутствуют:

форма и габариты;

процентная масса легирующих элементов;

химический состав и базовая примесь;

качество металла, его поверхности (две различные категории);

вид обработки.

В частности, различают такие виды проката конструкционной легированной стали: круглый (марка 40х), квадратный, шестигранный, профильный под косые шайбы и полосы. Также, согласно ГОСТ 1113-88, конструкционная сталь производится в виде кованых прутков квадратного и круглого сечения. Обособленная разновидность этого вида легированного черного метала – сталь со специальной отделкой поверхности (ГОСТ 14955).

Разобраться какие стали называются легированными (конструкционный металл) поможет ГОСТ 4543-71. Соответственно этому документу изготовляется конструкционное низкоуглеродистое железо. Таким образом, вопрос “дайте определение легированных сталей”, сводится к ассортименту добавок, вводимых в металл для улучшения его характеристик. Это: азот, хром, кремний, бор, тугоплавкие металлы. Дополняют ряд никель, медь, алюминий и прочие цветные металлы.

Рассматривая конструкционные легирующие стали, следует обратить внимание на такой критерий, как общее содержание примесей. Он сортирует металл на три класса:

высоколегированный – доля добавок более 10%;

умеренный от 2.5 до 10%;

низкое содержание примесей – менее 2,5%.

Во всех случаях указывается массовый процент легирующей добавки.

Химический состав – еще один фактор классификации. Классификация конструкционной легированной стали, разделяющий ее на качественную, высококачественную, маркируемую литерой «А» и металл электрошлакового переплава – особо высококачественная разновидность с ведущей «Ш» в маркировке.

Аналогично качеству химического состава, различают три категории легированной конструкционной стали, соответственно качеству обработки поверхности. Дополнительный критерий сортировки в этом случае – вид обработки. Это, во-первых, кованый или горячекатаный прокат, калиброванный металл, а также сталь со специальной отделкой поверхности.

Уровень термической обработки отражает маркировка легированных сталей. В частности, литера «Т» говорит о термически обработанном металле, «Н» – нагартованном. Обозначение легирующих элементов в стали указывается после содержания углерода (первая пара цифр).

Нагартовка – это упрочнение металлов и сплавов вследствие изменения их структуры и фазового состава в процессе пластической деформации при температуре ниже температуры рекристаллизации (определение из Википедии)

Дополнительные обозначения легированных сталей указывают на следующие особенности:

По степени раскисления. Параметр напрямую зависит от процентного вхождения кремния. Стали содержащие не более 0.07% называют кипящими, свыше 0.12% – спокойными. Интервал 0.07 – 0.12% соответствует полуспокойным маркам металла.
Непосредственно маркировка. Формируется из нескольких элементов. Первый – буквенное обозначение Б или В (группа А не обозначается) с последующим «Ст». Например, Ст1кп2; БСт2пс; ВСт6сп3. Второй – цифра, соответствующая номеру ГОСТ. Третий символ: буква «Г», присутствие которой указывает на повышенно содержание марганца. Далее идут степень раскисления металла и номер категории стали.
Применение. Параметр, указывающий, где используют легированные конструкционные стали. Маркировки Ст1, Ст2 отводятся под проволоку и изделия из прутков: гвозди или заклепки. Крепежные детали обозначаются Ст3, Ст4 а осевые элементы или валы под слабой нагрузкой – Ст5, Ст6.

Альтернативная классификация конструкционных сталей по сфере использования, разделяет металл на подшипниковый, рессорно-пружинный и теплоустойчивый. В первых двух случаях наименования говорят сами за себя, тогда как последний вариант соответствует металлу, сектор применения которого – энергетическое машиностроение. Подобные конструкционные стали используются в производстве котлов, паронагревателей или сосудов.

Углеродистые стали

Углерод, усиливая твёрдость, одновременно делает сплав более хрупким. Процентное содержание элемента отражается в маркировке — по ней можно определить, какой материал перед вами. Учтите, две первые цифры отражают наличие сотых долей процента элемента, одна – в десятых долей. Если углерода до 0,25 %, то сталь низкоуглеродистая, а следовательно – недорогая, легко сваривается. Если от 0,3 до 0,55 %, то сплав среднеуглеродистый, такие активно применяются в машиностроении. Количество элемента в диапазоне 0,6-2 %, показывает, что материал высокоуглеродистый, потому свариваемость и жидкотекучесть его низка, но твёрдость высокая.

Структура низкоуглеродистых сплавов обеспечивает пластичность, но относительно малую прочность материала. Увеличения содержания углерода приводит к потере пластичности, но заметно усиливает прочность. Так, высокоуглеродистая сталь — очень твёрдый, прочный сплав, для которого применение сварки стараются по возможности избегать. Из него выпускают проволоку, подшипники, пружины, штампованные детали.

Инструментальные легированные стали

Данный вид низкоуглеродистого железа обладает иными приоритетным параметрами, сосредоточенными на высоких показателях твердости и износостойкости. Обе характеристики улучшаются с повышением концентрации углерода в металле.

Первоочередно вопрос, затрагивающий легированные стали – применение этого вида металла. Область использования, как указывалось ранее, соответствует названию категории. Подобная сталь – это материал для производства трех основных групп инструментов:

Первая категория объединяет резцы, фрезы, долбяки. К ней относится и класс быстрорежущей стали, отличающейся красностойкостью, а также сохранением режущих характеристик при нагреве до температуры 700 0С. Другая отличительная особенность быстрорежущей стали – скорость обработки металла, превышающая аналогичный параметр обычных инструментальных марок в пять раз. Маркировка быстрорежущих марок производится литерой «Р», где последующие цифры указывают процентное вхождение вольфрама.

Документ, описывающий инструментальные легированные стали – ГОСТ 5950 – 73. Данная разновидность обладает улучшенной теплостойкостью, диапазон значений данного параметра переносится в интервал 250 – 300 0С. Увеличение данной характеристики сказывается на скорости резания, повышая ее значение на 20 – 40%.

Рассматривая, как влияют легирующие элементы на свойства стали, остановимся на нескольких элементах.

Кремний, марка – 9ХС. Введение элемента в состав инструментальной стали повышает ее прокаливаемость до 40 мм. Дополнительный эффект связан с улучшением стойкости мартенсита при отпуске. Впрочем, элемент приносит и отрицательные нюансы в легируемый металл. Стали, содержащие кремний плохо поддаются резанию.

Изделия из легированной конструкционной стали

Марганец, марки – ХВГ, 9ХВСГ. Легирование этим металлом приводит к снижению деформации инструмента в процессе закалки. Наиболее эффективен данный тип легирования для протяжек – инструментов, обладающих большим соотношением длины к диаметру поперечного сечения.

Хром. Легирование элементом применяется для улучшения твердости стали после закалки.

Легированный металлолом

Обзор рынка легированного лома касается не только стали, но и чугуна. Действительно, доля объявлений купим легированный лом чугуна, не особо уступает спросу на вторичное низкоуглеродистое железо. Прием легированного лома осуществляется практически всеми пунктами, работающими с черным металлом, однако по существенно более высокой стоимости.

Стоит понимать: для пунктов приема металлолома такого разделения по легированным сталям нет (как в справочнике) – для них есть черный лом, лом нержавеющей стали и лом быстрорезов. Если с нержавейкой и быстрорезом все понятно, то в черный лом могут включаться такие стали, как: 09Г2с и другие марки, которые востребованы в данном конкретном регионе. Некоторые предприятия специализированно закупают лом стали из 09г2с.

Естественно, учитывая специфику легированных отходов и лома легированной стали, цена такого лома за килограмм определяются вхождением определенных металлов – легирующих элементов. Например, вторичная сталь, с содержанием никеля более 9.3%, может приниматься до 60 рублей за кг, тогда как более низкая концентрация Ni, приравнивает отходы к обычному черному стальному лому – 11000 за тонну.

Особую ценность представляют быстрорежущие марки, ценность которых даже в виде металлолома существенно выше. Однако сами по себе отходы быстрорезов многие приемщики разделяют на две категории. К первой группе относятся марки Р6М5, Р18, применяемые для обработки металлов, тех же легированных конструкционных сталей. Вторая – включает сорта Р9 и Р12, используемые для работ по камню и менее твердым материалам – см. статью лом быстрорежущей стали.

Лом быстрорежущей стали

Таким образом, стоимость лома легированной стали определяется в основном парой параметров: содержание и тип добавки, а также качество самой стали. С другой стороны, лом быстрорезов, в отличие от других стальных отходов, может быть использован как деловой. Многие инструменты, даже отработав эксплуатационный ресурс, остаются привлекательными для дальнейшего использования. Сфера их применения может включать как бытовой сектор, так и небольшие частные предприятия.

Читайте также: