Легированная сталь это нержавейка или нет

Обновлено: 16.05.2024

Для начала необходимо определить, какие стали называются легированными. Нержавеющая сталь легированная – это сплав, в составе которого, наряду с железом и углеродом, присутствуют дополнительные элементы (Cr, Si, Ni, Mn и др.). Эти легирующие добавки стали положительно влияют на физико-химические характеристики металла. Благодаря легированию расширяется спектр применения нержавеющего металла.

Классификация легированных сталей

Исходя из процента легирующих элементов в составе, нержавеющая сталь подразделяется на следующие классы:

Низколегированная сталь (менее 2,5 %)
Среднелегированная сталь (2,5 – 10%)
Высоколегированная сталь (более 10%)

В качестве вспомогательных компонентов для низколегированных сталей обычно используется никель, молибден и хром. Одни из самых распространенных марок стали этой группы: 13Х (используется для изготовления ювелирного, гравировального и хирургического оборудования), жаропрочная конструкционная низколегированная сталь 12Х1МФ (применяется в производстве трубопроводов, фланцев, деталей цилиндров и др.) Свойства низколегированных сталей позволяют снизить вес конструкций, сэкономить металл за счет высокого предела текучести, повысить эксплуатационные характеристики конечного изделия.

В состав среднелегированной стали может входить никель, вольфрам, молибден, ванадий. Термическая и механическая обработка позволяет достичь оптимального соотношения прочности, вязкости и пластичности. Среднелегированная сталь незаменима в машиностроении, судостроении, для изготовления различных деталей (сверла, развертки и т.д.) Например, такие популярные марки как 9Х5ВФ, 8Х4ВЗМЗФ2 прокаливаются при более высоких температурах, чем низколегированные стали, они более долговечные и прочные.

Основные добавочные элементы высоколегированных сталей – хром и никель. Благодаря их высокому содержанию металл получает такие уникальные свойства как: резистентность к экстремальным температурам, коррозионная стойкость, жаропрочность. Высоколегированная нержавеющая сталь обязана своими исключительными характеристиками не только химическому составу, но и последующей обработке. Например, сталь марки 12Х18Н10Т, устойчивая к азотной кислоте и другим агрессивным воздействиям, идеально подходит для сварных конструкций; сталь 08Х14МФ используется для производства нержавеющих труб, оборудования пищевой промышленности.

Помимо классификации по содержанию легирующих элементов, легированная сталь различается по структуре (перлитная, мартенситная, аустенитная, ферритная, карбидная), по назначению (особого назначения, конструкционные, инструментальные) и по другим параметрам.

Маркировка легированных сталей

Обозначение легированных сталей осуществляется при помощи букв и цифр, которые указывают на состав сплава. Буквы соотносятся с химическими элементами, входящими в состав легированной стали, а цифры – с их содержанием в процентах. Для расшифровки химического состава легированных сталей можно использовать эту таблицу:

Маркировка	Элемент
Х	Cr – хром
Н	Ni – никель
М	Mo – молибден
С	Si – кремний
Г	Mn – марганец
В	W – вольфрам
Т	Ti – титан
Ю	Al – алюминий
Д	Cu – медь
Б	Nb – ниобий
К	Co — кобальт

Цифры, стоящее в начале марки, показывает среднее содержание углерода (одна цифра – десятая доля процента, две – сотая), а если марка начинается с буквы, то содержание углерода – 1% или выше. Например, 18ХГТ состоит из 0,18% углерода, и примерно по 1% приходится на хром, марганец и титан; 2Х17Н2 – 0,2% углерода, 17% хрома и 2% ниобия. Иногда в маркировке стали встречаются и вспомогательные обозначения (русская буква в начале марки): Р – быстрорежущая, Э – электротехническая, А – автоматная, I – шарикоподшипниковая и т.д.

Обратите внимание на то, что не существует универсальной системы обозначения марок стали. Российские марки нержавеющей стали (ГОСТ) имеют зарубежные аналоги: европейские (EN), американские (AISI), немецкие (DIN).

Свойства и назначение легированных сталей

Наличие легирующих элементов и последующая обработка обеспечивают стали ряд уникальных физико-химических свойств:

Жароустойчивость
Износостойкость
Пластичность
Коррозионная устойчивость
Прочность и многие другие.

Благодаря этому легированные стали активно используются для выполнения различных технических задач практически во всех промышленных сферах: медицинское оборудование и инструменты, емкости и оборудование в пищевой промышленности, валы, шайбы, коробки передач, узлы, конструкционные элементы в строительстве и машиностроении т.д.

Легированная сталь

Легированная сталь – это стальной сплав, который в своем составе имеет железо (феррум), углерод и другие химические элементы, влияющие на механические и физические свойства стали. Тип добавок и их количество в сплаве зависит от вида готовой металлопродукции. Это позволяет классифицировать ее по составу, основным характеристикам, назначению.

Химический состав и классификация

Самым главным компонентом (кроме железа) является углерод. Он снижает вязкость и пластичность, а также делает сплавы более прочными и твердыми. При этом материал легко поддается гибке, резке. Но легированная сталь отличается от углеродистой тем, что этого химического элемента здесь гораздо меньше (подробнее об отличиях расскажем ниже).

Для улучшения свойств металлоизделия используются другие добавки, в число которых входит:

хром,
никель,
кремний,
ванадий,
марганец,
медь,
алюминий,
вольфрам.

Учитывая то, какие легирующие элементы входят в состав, сталь классифицируется по следующему принципу:

низколегированная сталь. К этой категории относят сплавы, в которых количество легирующих добавок не превышает 2,5%;
среднелегированная. Иных химических элементов в ее составе может быть до 10% от общего содержания;
высоколегированная сталь. В эту группу вошли сплавы, в которых процент добавок составляет от 10 до 50%.

Бывает также и нелегированная сталь. Она состоит из чистого феррита и минимальным количеством прочих примесей. Выпускается в качестве сортового проката.

Наличие и общий процент в составе углерода позволяет классифицировать легированную сталь на три вида. Она может быть:

низкоуглеродистой. Содержит очень мало этого химического элемента – до 0,25%;
среднеуглеродистой. В ее составе присутствует от 0,25 до 0,65% углеродной добавки;
высокоуглеродистой. Содержание этого вещества составляет в пределах 0,65% и выше.

Все легирующие добавки влияют на свойства металлоизделия:

алюминий сказывается на жаропрочности материала;
ванадий делает структуру стали мелкозернистой. Она становится более плотной, твердой и крепкой;
вольфрам защищает сталь от термического воздействия, полностью сохраняя ее характеристики даже при максимально высоких температурах;
наличие кремния говорит о высокой упругости материала. К тому же, металлоизделие обретает магнитные свойства. А это означает, чем больше кремния в составе, тем лучше оно будет магнититься;
марганец влияет на повышенные прочностные характеристики. Сталь с большим содержанием этого химического элемента обладает высокой износостойкостью;
медь противостоит воздействию кислот, а также делает металлоизделие устойчивым перед распространением коррозии;
присутствие никеля говорит о высокой пластичности и прочности материала;
хром придает металлопродукции антикоррозийные свойства. В большем количестве он присутствует в нержавеющих сталях.

Если вас интересует, ржавеет или нет легированная сталь, то ответим, что это зависит именно от состава и общего количества введенных в него элементов, которые и обладают антикоррозионной способностью.

Процентное содержание других компонентов определяет структуру и характеристики материала. Это позволяет разделить его на следующие классы:

доэвтектоидный — имеет много железа (феррита);
эвтектоидный — структура такой стали перлитовая;
заэвтектоидный — имеет карбиды вторичного типа;
ледебуритный — структура представлена в виде первичных карбидов.

Как вы сумели заметить, влияние легирующих элементов на свойства стали огромно. Поэтому любой сплав делится на марки.

Заметим, что все химические элементы могут быть карбирующими и некарбирующими (изменяют состав железа и растворяются во всех его состояниях). К первым относится: хром, вольфрам, ванадий, титан, ниобий, марганец, молибден, цирконий. Ко вторым – медь, никель, кобальт, кремний, алюминий.

Маркировка и ее расшифровка, виды

То, как маркируются готовые металлоизделия, говорит о том, какие легирующие элементы и в каком количестве присутствуют в составе. Исходя из этого выделяют:

инструментальные стали. Они жаропрочные. Используются для производства рабочих ручных и станочных инструментов, деталей для промышленного оборудования;
легированные конструкционные стали. Относятся к прочному и износостойкому материалу. Из них изготавливаются механизмы, конструкции и детали для автомобилей, станков и т.д. К таким относиться сталь 45.

Именно маркировка стали позволяет определить ее назначение. Ее расшифровка достаточно проста. Для примера возьмем марку 110Г13Л:

Сталь. Легированная сталь. Инструментальная сталь. Нержавеющая сталь.

Сталь
Сталь - это железо, которое содержит углерода меньше, чем чугун; ржавеет медленнее железа, в кислотах растворяется легче чугуна, но труднее железа; удельный вес составляетоколо 7,6-7,9 г. Если сталь нагреть, а затем быстро охладить, сталь приобретает упругость и твердость.
Твердость стали увеличивается с возрастанием содержания углерода, и при 1,2% углерода металл получает особую способность держать острие и обладает упругостью; это есть твердая инструментальная сталь. При более высоком содержании углерода металл теряет свойства стали, и называется чугуноватой сталью.
Если закаленную сталь вновь нагреть и медленно охладить, то она становится мягкой как железо (отпущенная сталь). Строение стали зернистое, поэтому она хорошо полируется. Сталь изготовляют из чугуна или из железа.

Легированная сталь
Легированная сталь - сталь, в составе которой, кроме железа, углерода и неизбежных примесей имеются легирующие элементы вводимые в металл для улучшения эксплуатационных или технологических свойств. Легирующие элементы вводятся в сталь в различных количествах и в разных сочетаниях - по 2, по 3 и более. Если сталь в сумме до 2,5% легирующих элементов, её называют низколегированной.
Сталь, содержащая 2,5-10% легирующих элементов, считается среднелегированной, более 10% - высоколегированной.
Легированная сталь классифицируется либо по структуре, либо по назначению.
Различают легированные стали следующих структурных классов:
1. легированные стали перлитного класса имеют структуру перлита или его разновидностей: сорбита, тростита, а также перлита с ферритом или с заэвтектоидными карбидами.
2. легированные стали мартенситного класса характеризуются пониженной критической скоростью закалки и имеют после нормализации структуру мартенсита.
3. легированные стали аустенитного класса имеют сильно пониженную температуру распада аустенита, который сохраняется в структуре стали даже при комнатной температуре.
4. легированные стали ферритного класса содержат элементы, сужающие область существования аустенита; эти стали могут сохранять структуру феррита (иногда в сочетании с карбидами) при любых температурах (вплоть до расплавления) и после охлаждения с любой скоростью.
5. легированные стали карбидного класса содержат повышенное кол-во углерода и карбидообразующих элементов; структура таких сталей характеризуется наличием карбидов (в литом состоянии - ледебуритная эвтектика).
По назначению легированные стали делят обычно на конструкционные стали, инструментальные стали и стали с особыми свойствами (электротехнические, нержавеющие, жаропрочные и др.).

Инструментальная сталь
Инструментальная сталь - углеродистая или легированная сталь для изготовления режущих и измерительных инструментов, штампов холодного и горячего деформирования, а также деталей машин, испытывающих повышенный износ при умеренных динамических нагрузках (шарико- и роликоподшипники, зубчатые кол?са, ходовые винты в высокоточных станках и др.).
Как правило, инструментальная сталь содержит более 0,6-0,7% С; исключение - штамповые стали для горячего деформирования, содержащие 0,3-0,6% С. Для улучшения эксплуатационных свойств инструментальные стали подвергают термической обработке (закалке, отпуску), в результате которой тв?рдость инструментальной стали повышается до 60-66 HRC, прочность при изгибе - 2,5-3,5 Гн/м2 (250-350 кгс/мм2). С увеличением тв?рдости повышается и износостойкость инструментальной стали - способность сохранять неизменные размеры и форму рабочей поверхности при трении с высокими давлениями.
Инструментальные стали, легированные хромом и марганцем, обладают более высокой закаливаемостью и прокаливаемостью, чем углеродистые. Повышенная красностойкость инструментальной стали - способность сохранять высокую тв?рдость и износостойкость при температурах до 500-700 0С - достигается легированием сталей вольфрамом, молибденом, ванадием. В зависимости от устойчивости против нагрева, возникающего в процессе эксплуатации, инструментальные стали подразделяют на три группы.

Нержавеющая сталь
Нержавеющая сталь - сложнолегированная сталь, стойкая против ржавления в атмосферных условиях и коррозии в агрессивных средах. Основной легирующий элемент нержавеющей стали - Cr (12-20%); кроме того, нержавеющая сталь содержит элементы, сопутствующие железу в его сплавах (С, Si, Mn, S, Р), а также элементы, вводимые в сталь для придания ей необходимых физико-механических свойств и коррозионной стойкости (Ni, Mn, Ti, Nb, Co, Mo). Чем выше содержание Cr в стали тем выше ее сопротивление коррозии; при содержании Cr более 12% сплавы являются нержавеющими в обычных условиях и в слабоагрессивных средах, более 17% - коррозионностойкими и в более агрессивных окислительных и др. средах, в частности в азотной кислоте крепостью до 50%.
Коррозионная стойкость нержавеющей стали объясняется тем, что на поверхности контакта хромсодержащего сплава со средой образуется тончайшая защитная пленка окислов или др. нерастворимых соединений. Большое значение при этом имеют: однородность металла, соответствующее состояние поверхности, отсутствие у стали склонности к межкристаллитной коррозии. Чрезмерно высокие напряжения в деталях и аппаратуре вызывают коррозионное растрескивание в ряде агрессивных сред (особенно в средах, содержащих хлориды), а иногда приводят к разрушению. В сильных кислотах (серной, соляной, плавиковой, фосфорной и их смесях) высокую коррозионную стойкость показывают сложнолегированные нержавеющие стали и сплавы с более высоким содержанием Ni с присадками Mo, Cu, Si в различных сочетаниях. При этом для каждых конкретных условий (температура и концентрация среды) выбирается соответствующая марка нержавеющей стали.
По химическому составу нержавеющие стали подразделяются на хромистые, хромоникелевые и хромомарганцевоникелевые (более 100 марок). По структуре хромистые нержавеющие стали подразделяются на мартенситные, полуферритные и ферритные. Наилучшую стойкость против коррозии имеют хромистые нержавеющие стали мартенситного типа в полированном состоянии. Хромистые нержавеющие стали находят применение в качестве конструкционного материала для клапанов гидравлических прессов, турбинных лопаток, арматуры крекинг-установок, режущего инструмента, пружин, предметов быта. Хромоникелевые и хромомарганцевоникелевые нержавеющие стали делятся на аустенитно-ферритные, аустенитно-мартенситные и аустенитно-карбидные. Различают аустенитные нержавеющие стали, склонные к межкристаллитной коррозии, и так называемые стабилизированные - с добавками Ti и Nb. Резкое понижение склонности нержавеющие стали к межкристаллитной коррозии достигается также уменьшением содержания углерода (до 0,03%).

Быстрорежущая сталь
Быстрорежущая сталь - высоколегированная сталь, применяемая главным образом для изготовления режущего инструмента, работающего на скоростях, примерно в 3-5 раз больших, чем инструмент из углеродистой инструментальной стали. Возможность получения такой скорости резания обусловлена красностойкостью быстрорежущей стали. Инструмент из быстрорежущей стали размягчается при нагреве выше 550-600 градусов Цельсия, в то время как из углеродистой инструментальной стали - при 200 градусах Цельсия.
Для получения нужной структуры и свойств инструмент из быстрорежущей стали подвергается специальной термической обработке, состоящей в закалке после нагрева до температуры 1240-1300 градусов Цельсия и многократного (обычно 3 раза) отпуска при температуре 560-620 градусов Цельсия. Для повышения стойкости быстрорежущей стали применяется цианирование, обработка холодом, ступенчатая закалка и др.
Быстрорежущую сталь иногда используют в машиностроении для нагревающихся до 500-650 градусов Цельсия деталей, особенно для так называемых теплостойких шарикоподшипников. Кроме твердости и прокаливаемости, важна чистота быстрорежущей стали.

Электротехническая сталь
Электротехническая сталь - тонколистовая магнитно-мягкая сталь для магнитопроводов (сердечников) электротехнического оборудования (трансформаторов, генераторов, электродвигателей, дросселей, стабилизаторов, реле и т. д.). В зависимости от требуемого уровня магнитных свойств электротехническая сталь содержит различное количество кремния. В соответствии с технологией производства электротехническую сталь подразделяют на холоднокатаные и горячекатаные; в качестве легирующей добавки электротехническая сталь может содержать до 0,5% Al. Иногда электротехническую сталь условно разделяют на динамную и трансформаторную.
Электротехническая сталь выпускается в виде листов (часто в рулонах) и узкой ленты толщиной 0,05-1 мм. К электротехнической стали относится также чистое железо в виде листов или ленты толщиной 0,1-8 мм либо в виде сортового проката (круг или квадрат) различных размеров.
Качество электротехнической стали характеризуется электромагнитными свойствами (удельными потерями, коэрцитивной силой и магнитной индукцией), изотропностью магнитных свойств (разницей в значениях магнитных свойств металла вдоль и попер?к направления прокатки), геометрическими размерами и качеством листов и полос, механическими свойствами, а также параметрами электроизоляционного покрытия.
Электротехническая сталь обычно поставляется в отожженном состоянии.
Широкое применение находят высококачественные холоднокатаные электротехнические стали, например электротехническая сталь с ребровой текстурой, характеризующиеся пониженными удельными потерями. Для снятия механических напряжений, возникающих при изготовлении деталей магнитопроводов, проводят дополнительный кратковременный отжиг при 800-850 градусов Цельсия. Некоторые электротехнические стали поставляются в неотожжном виде; в этом случае для обеспечения заданного уровня магнитных свойств после механической обработки необходимо проводить термическую обработку деталей.

Отличие углеродистой стали от легированной

Сталь представляет собой сплав железа с углеродом, дополненный примесями других элементов. Этот материал используется в разных отраслях промышленности - из него производят автомобильные кузова и судовые корпуса, слесарное оборудование и медицинские инструменты, строительные металлоконструкции и домашнюю посуду. По химическому составу выделяют два вида стали - углеродистую и изготовленную с помощью технологии легирования. Сравним разновидности самого "ходового" промышленного металла и рассмотрим, в чём заключается отличие углеродистой стали от легированной.

Особенности углеродистой стали

Основное отличие углеродистой стали отражено в её названии - это повышенное содержание углерода С (до 2,14%) на фоне минимального количества других примесей (марганца, кремния, фосфора, серы).

Высокий уровень включения С придаёт материалу особую твёрдость и прочность, что делает его востребованным в строительном сегменте и производстве деталей механизмов. Железоуглеродистые стальные сплавы различаются по процентному содержанию С, которое бывает:

высокое - более 0,7% (идут на изготовление деталей, функционирующих в условиях трения и усиленных нагрузок - дисков сцепления, шпинделей, регулировочных шайб, прокатных валок);
среднее - от 0,3 до 0,7% (используются в создании деталей повышенной прочности - зубчатых колёс, распределительных валов, плунжеров);
низкое - менее чем 0,3% (сюда относятся мягкие стали, применяемые в изготовлении деталей по технологии холодной штамповки - трубок, колпачков).

Металлосплав маркируется буквой У ("углерод"), за литерой идёт цифра, обозначающая содержание данного элемента в десятых долях процента. Буква А в конце маркировки говорит о том, что материал высококачественный, т. е. в нём мало вредных включений серы и фосфора.

Углеродистая сталь - распространённый и недорогой чермет, который всё же не лишён недостатков. Изделия из "углеродки"подвержены образованию ржавого налёта, не наделены пластичностью и чувствительны к перегреву - при высоких температурах механическая прочность металла снижается.

Особенности легированной стали

Легированные сплавы изготавливают посредством добавления в состав специальных примесей для улучшения физико-химических свойств получаемого материала. В таблице перечислены основные легирующие элементы и указаны свойства, которые они придают стали.

Легирующая добавка

Влияние на свойства сплава

Повышает пластичность и стойкость к появлению коррозии

Усиливает прочность, твёрдость, устойчивость к коррозионным изменениям

Понижает хрупкость и улучшает способность к закалке

Повышает прочность, упругость, электросопротивление

Стабилизирует структуру, улучшает обрабатываемость и плотность

Повышает твёрдость, снижает хрупкость при отпуске

Уменьшает зернистость структуры и способствует улучшению текучести

Усиливает ударопрочность и способность противостоять воздействию жарких температур

Производят стали с низким (>2,5%), средним (от 2, 5 % до 10 %) и высоким (10-50%) насыщением легирующими элементами. Если классифицировать материалы по сфере применения, выделяются три группы:

Конструкционные - используются в машиностроении (корпуса, детали) и строительстве (сварные металлоконструкции);
Инструментальные - становятся сырьём для изготовления режущих, ударно-штамповочных, измерительных инструментов;
Обладающие особыми характеристиками (устойчивостью к окислению и возникновению ржавчины, кислото- и окалиностойкостью, жаропрочностью, улучшенными электро-магнитными свойствами) - применяются в судостроительстве, производстве электротехнических приборов, деталей реактивных двигателей.

Легированные стали маркируются следующим образом. В начале ставится число, обозначающее уровень содержания углерода. Для конструкционных сплавов он указывается в сотых долях, а для инструментальных - в десятых долях процента. Если число впереди отсутствует, в сплаве 1, 0% углерода. Затем идут буквы, означающие наличие легирующих включений, после каждой буквы стоит число, которое показывает процентное количество дополнительных элементов. Маркировка сталей высокого качества заканчивается литерой А.

В некоторых видах стали в начале указываются дополнительные обозначения: Э - электротехническая, Ш - шарикоподшипниковая, Л - изготовленная с помощью литья, Р - быстрорежущая. Например, ШХ15 - это шарикоподшипниковая сталь с одним процентом углерода и 1, 5 процента хрома.

Сравнение легированной и углеродистой сталей

В состав обоих видов стали входят железо, углерод и различные примеси. Однако разница в соотношении элементов определяет свойства конкретного металлического сплава и специфику его применения. В приведённой ниже таблице отмечены основные различия популярных марок легированной и углеродистой сталей.

Сравнительная таблица свойств марок Х12МФ и Ст2кп

Читайте также: