Высоколегированная сталь процентное содержание

Обновлено: 06.05.2024

Высоколегированная сталь – это специально созданный материал, в составе которого есть легирующие компоненты, совершенствующие металл. А вот для чего его делают, как маркируют материал, каких видов он бывает и как осуществляется сварка с ним, стоит узнать подробнее, чтобы разобраться в определении высоколегированной стали.

Что это такое?

Это железоуглеродистый состав, в котором содержится ряд спецпримесей, используемых в роли модификаторов характеристик материала. Причем характеристик физических или механических. Высоколегированная сталь представляет собой высококачественный материал, в котором легирующих веществ может быть до 50%. Другое определение/название стали – конструкционная. Из нее изготавливают детали, конструкции и механизмы с выгодными физическими и химическими свойствами. Выгодными для машиностроения, например. Те же подшипники делают из такого материала.

На появление таких сталей был запрос. И исходил он от нефтяной промышленности, машиностроения в сфере энергетики, химиндустрии. Особенно активно используется такой материал в среде, которая сталкивается с внешними агрессивными воздействиями. А это, к примеру, широкая температурная разбежка. Иногда такой материал берут даже в качестве хладостойкого элемента. Для газовой среды это также практически незаменимый материал.

Легирующие компоненты здесь следующие: никель, хром, а еще ванадий, медь и другие. И добавляются они, чтобы металл стал более устойчив к коррозийным поражениям, более ковким и жаропрочным.

Вот примеры того, что легирующие компоненты дают стали:

• титан повышает показатели жаропрочности, увеличивает плотность за счет выведения азотных излишков;
• кобальт влияет на физическую прочность;
• никель повышает упругость, поддерживает стойкость к ржавлению;
• хром не дает металлу истираться, качественно прокаливает его, то есть связан с износостойкостью;
• ванадий, молибден и вольфрам не дают расти зернам, сохраняют неизменность структуры стали, повышают ее режущую способность;
• марганец повышает показатели твердости;
• кремний делает материал более упругим.

Высоколегированные стали еще тем отличаются от других материалов, что закаливают их не в воде, а в масле.

Классификация по составу легирующих компонентов стали выглядит так: высоколегированная содержит 10% и более компонентов, среднелегированная – от 2,5 до 10%, а низколегированная – до 2,5%. То есть в этом показателе (в проценте) и заключаются главные отличия между видами. А еще название материала будет зависеть от того, какой легирующий компонент стал главным. Значит, если в составе превалирует хром, сталь будет хромистой, если марганец – марганцовистой и т. д.

По видам обработки высоколегированная сталь может быть калиброванной, со специальной отделкой поверхности, а также с прокатом (горячекатаным или кованым). Материал может быть без термообработки, термообработанным и нагартованным.

Основные свойства высоколегированной стали – прочность, сочетающаяся с пластичностью, стойкость к коррозии и деформации. Если сравнить этот материал с углеродистой сталью, главное отличие будет как раз в пластичности. И все сплавы, относящиеся к высоколегированным, могут применяться в конструкциях, которые подвергаются соединениям сварочными швами. У металла высокие показатели свариваемости, а значит, прочность швов будет максимальной. И это очень выгодно для создания конструкций, на которые будут приходиться очень высокие нагрузки.

Есть еще ряд марок, относящихся к машиностроительным сталям. Их отличают немагнитность, упругость, а также повышенная тепловая закаленность. Чтобы сплав был высокопрочным, применяется особая термическая обработка.

Маркировка

Она создана согласно ГОСТу, при этом используются специальные шифры, которые отражают состав стали. Технически они интерпретируют буквенно-числовую последовательность со структурой символов, которые пишут слитно.

Посмотрим, как расшифровывается код.

• ХХХ. Это префикс из букв, который отображает тип сплава стали.
• YYY. Это число показывает количеств углерода в сплаве. Если числа два, то содержание углерода выражается в сотых долях процента, а если одно, то в десятых.
• ZZZ. А это уже буквенно-числовая последовательность, отображающая легирующие элементы и их примерное количество.

Первый буквенный префикс указывает на особые характеристики стали. Обычно это одна буква (реже – несколько), обозначающая определенное свойство. Например, «Э» – это электротехническая сталь, а «Р» – режущая. «А» обозначает автоматную, а «Л» – сталь, полученную с помощью литья.

Тот показатель (ZZZ), что отображает наличие легирующих компонентов, имеет такие обозначения: «В» – вольфрам, «Х» – хром, «Ф» – ванадий, «С» – кремний, «Г» – марганец. Кобальт обозначается буквой «К», никель – «Н» и т. д. Если этого компонента в сплаве более 1%, то рядом с буквой этот процент может указываться.

Кажется, все немного запутано, но разобраться можно. Например, шифр такой – Л12Х17. Это литая сталь с 0,12% углерода и 17% хрома. Или чуть посложнее – А10Х13СЮ. А здесь речь идет об автоматной стали, в которой 0,10% углерода, 13% хрома, а также кремний и алюминий в малом количестве (менее 1%).

Виды и марки

Первая классификация предполагает 3 деления: жаропрочные, окалиностойкие и коррозионностойкие. Жаропрочные высоколегированные стали от жаростойких, к примеру, отличаются тем, что изделия из них способны какое-то время использоваться при высоких термических показателях внешней среды и с нагрузкой. Коррозионностойкие стали часто называют нержавеющими. И они действительно стойкие к разным видам коррозии: как солевой, так и кислотной, щелочной, химической. Сюда же идет межкристаллитная коррозия, атмосферная и связанная с электрическим напряжением.

Наконец, окалиностойкие стали – это и есть жаростойкие. Используют их в ненагруженном состоянии или в состоянии со слабой нагрузкой. Они отличаются высокой устойчивостью к химдеформации, связанной с поверхностным слоем, когда температура внешней газообразной среды выше 550 градусов.

Также классификацию составляют магнитные и немагнитные сплавы. Первые бывают магнитомягкими и магнитотвердыми. Так что утверждение, что нержавейка – немагнитный материал, очень даже спорное.

Завершая список характеристик, нельзя не упомянуть разделение сталей на такие виды:

• массовая – это трубы, листовой и фасонный прокат;
• мостостроительная – используется для автомобилей и мостов;
• судостроительная хладостойкая высокой прочности – для сварных конструкций, которым предстоит работать в условиях низких температур;
• судостроительная хладостойкая нормальной и повышенной прочности – это сталь, которая хорошо противостоит разрушению;
• для пара и горячей воды – сталь с рабочей температурой до 600 градусов;
• низкоопущенная высокой прочности – материал, задействованный в авиации, однако он боится концентрации напряжений.

Справедливым будет отметить важность именно легирующих компонентов. Их можно считать основой, главным ингредиентом состава, который решает, где потом будет эффективнее использоваться материал.

Мартенситные

Ферритные

Углерода в таких сталях совсем немного – до 0,15%, а вот хрома куда больше – до 30% в максимуме, и очень много в стали будет кремния, марганца или титана. Пример такого вида – 15Х25Т.

Аустенитные

Это марки с очень низким процентом углерода, умеренным присутствием хрома, различными концентрациями никеля (может доходить до 25%) и марганца (от 1 до 14%). Совсем немного там может быть азота и кремния. Пример этого класса – 20Х25Н20С2.

Композитные аустенитно-мартенситные

Углерод здесь составляет от 0,1 до 1%, хрома довольно много – в среднем 16%, совсем немного может быть титана, кремния и алюминия. Пример – 08Х17Н6Т.

Есть марки, которые пригодны максимум для изготовления посуды. Например, 12Х17. Но в целом можно сказать, что высоколегированные стали более чем активно используются во многих отраслях, и сфера их применения однозначно только расширяется.

Сварка

А вот у этого процесса будет технология, которая серьезно отличается от сварочных процессов с другими металлами. У высоколегированных сплавов теплопроводность выше, линейное расширение металла тоже выше, а значит, процедура нуждается в корректировке. По стандартному алгоритму сварить металл не получится.

Учитывать надо следующие особенности.

• Вследствие повышенной теплопроводности на металлической поверхности собирается избыток тепла, и это легче проплавляет сталь вглубь. Потому, проводя сварку, величину сварочного тока снижают на 15%, а иногда доходит и до снижения в 25%. Это делается для того, чтобы исключить повреждение детали.
• Повышенный коэффициент металлорасширения при нагреве также подразумевает серьезную деформацию металла. Если работать приходится с жесткими объемными конструкциями, угроза образования трещин учитывается. Вот почему при сварке надо быть очень осторожным.
• Работая со сплавами, в составе которых нет титана либо ниобия, всегда держат в уме температуру сварочной дуги. Металл, который нагревается выше 500 градусов, начнет терять антикоррозийные характеристики.
• Если во время сварки металл доведен до указанной выше температуры, надо выполнять закалку или нагревать элемент уже до 850 градусов. Тогда легирующие элементы растворятся, равномерно разошедшись по всему сплаву.
• Риск растрескивания при сварке очень высок. Чтобы этого точно избежать, придется использовать электроды с особым покрытием. И это марганцевое, молибденовое или вольфрамовое покрытие. Данные инструменты позволяют сделать место шва мелкозернистым: такая структура и есть тот способ, который не дает образоваться трещинам. Технология аргонодуговой сварки – популярный способ сварочных работ с данными сталями. Используется вольфрамовый электрод, который надежно выполняет корень шва, исключая прожоги.
• Чтобы снизить риск растрескивания, можно предварительно нагреть сталь до 100-300 градусов. Тепло в таком случае начнет равномерно распределяться по всей толщине стали, никаких трещин не будет.
• Те сплавы стали, что имеют менее 0,12% углерода в составе, перед сваркой обязательно нагревают. Не сделав этого, не удастся избежать коррозийных наростов и трещин.

Изделия, которые получают штампосваркой, можно использовать даже при температурах, которые называют критически низкими. А если материал обработать кремнием, получится состав, который готов применяться в фосфорной, азотной и других мощных кислотах. Чтобы повысить, например, износостойкость сплава, его легируют хромом или ванадием.

Итак, высоколегированная сталь – это отдельная разновидность стальных сплавов, в которой присутствует много дополнительных элементов. Не менее 10% совокупно, и чаще это никель, хром или марганец. Из таких сплавов делают шарикоподшипниковые элементы, ножи и втулки, клапанные пластины в компрессор.

И для измерительного инструмента, и даже для медицинских нужд тоже применяют эти материалы.

Обзор конструкционных легированных сталей

Конструкционная легированная сталь используется для изготовления деталей, конструкций и механизмов, применяемых в машиностроении, строительстве и других сферах. Она изготавливается по ГОСТ 4543-71 и подробно классифицируется в зависимости от состава и назначения.

Если взять обычную сталь, то это будет соединение железа, углерода и других примесей. Легированная сталь – это уже сплав, получаемый с помощью внедрения какого-то количества химических компонентов. Внедряются они в состав, конечно же, запланировано. Это нужно, чтобы изменить физические и химические свойства металла.

А теперь о конструкционности сталей. Формально отдельные химические элементы, которые содержатся в обычных сталях, а также в конструкционных, можно называть легирующими. Это медь, например, или кремний. А также постоянными спутниками сталей являются сера и фосфор. Но вот металловедам кажется, что это все же не легирующие добавки, а именно примеси. Объясняют они это так: любая примесь – это следствие или чистоты исходника, или специфики металлургических процессов плавки. В первом случае это будет марганец, во втором сера или фосфор. То есть выплавленная без меди, серы и фосфора сталь имела те же свойства. Но легирование ставит другие цели – повышать конкретные технические характеристики.

Конструкционные стали считаются очень прочными, потому что почти всегда проходят особую термообработку. Так как проводится легирование марганцем, сталь обретает цементирующий эффект, стойкий к значительным нагрузкам. И такие материалы используются для самых важных в конструкции элементов.

Как легирующие компоненты влияют на свойства стали:

хром – обязателен для получения нержавеющей стали, практически предотвращающий старение элемент;

титан – дает плотность стали, уменьшая зернистость, что помогает металлу быть прочнее;

никель – повышает прочность, помогает быть металлу более пластичным, жаростойким и стойким к механическим ударам;

вольфрам – не дает укрупняться зернистым образованиям, понижает хрупкость при закалке, добавляет прочность;

марганец – также повышает прочность металла, помогает ему стать более износоустойчивым;

молибден – делает металл более прочным и упругим во время нагрузок на растяжение, снижает хрупкость;

кобальт – повышает магнитные и жаропрочные свойства.

Важнейшая часть сплава – углерод. В содержании элемента до 1,2% есть только польза: материал приобретает положительные качества, становится более прочным и упругим.

Но если его процент будет выше, характеристики материала, напротив, ухудшатся, он будет более хрупким.

Классификация

Она довольно широкая, и имеет несколько подвидов.

По назначению

Стали бывают машиностроительными и строительными. В первом случае это металлы, служащие для производства деталей разных механизмов, конструкций корпусов и другого. И их главное отличие в том, что они почти всегда проходят высокотемпературную обработку. Строительные же стали чаще применяют для металлоконструкций, предусматривающих сварку. То есть термическая обработка для таких металлов – редкость.

Машиностроительные легированные стали, в свою очередь, бывают жаропрочными, улучшаемыми и цементуемыми. Жаропрочные активно востребованы на рынке энергетики, из них можно делать, к примеру, комплектующие для турбин. Из них же делают отличный крепеж. Улучшаемые стали предполагают применение закалки при производстве. Выпускают из них сильно нагруженные изделия. Они же чувствительны к концентрированному напряжению в детали.

А цементуемые стали подвергаются цементации, а также закалке, которая следует после нее. Из них делают шестерни, валы и другие детали со схожим функционалом.

Строительные же стали также бывают разные: массовая, судостроительная хладостойкая нормальной и средней прочности, а также повышенной прочности, для пара и горячих вод, упрочненные прокатом на температуре 700-850 градусов и так далее.

А класс инструментальной легированной стали становится сырьем для создания широкого круга инструмента.

Но все же не для всякого: для того, что проходит ударные нагрузки, материал не подойдет. А вот для режущих, измерительных, ударно-штамповых категорий – более чем.

По количеству легирующих добавок

Эта классификация предполагает следующее деление: высоколегированные стали, среднелегированные и низколегированные. В высоколегированной стали до 50% добавок (но не менее 10%) – такие изделия можно считать самыми прочными, но при этом и самыми дорогими. К среднелегированной стали относятся материалы, в которых легированные добавки содержатся в количестве 2,5-10%. В низколегированных составах добавок меньше 2,5%. Положительных качеств в таком металле достаточно, но для металлообработки их все же не хватает.

По химическому составу

В зависимости от химсостава сталь может быть качественной, высококачественной (А), особо высококачественной (Ш). В последнем случае получить вид можно электрошлаковой переплавкой металла.

По виду обработки

Прокат может быть кованым и горячекатаным, предполагающим особую отделку поверхности, и калиброванным. По уровню термической обработки продукция может быть: без термической обработки как таковой, с термической обработкой, нагартованной. Если обработка была, сталь будет маркироваться ТО, если нагартована (то есть используется метод проката), буквой Н.

Существуют марки с особыми свойствами, которые согласно тому же ГОСТу обозначаться будут иначе. В таком случае первой проставится буква, которая определяет вид стали. Если она шарикоподшипниковая, например, будет буква Ш, а если магнитная – Е, нержавеющая – Я. После этой буквы уже используется стандартная схема.

Могут в маркировке литеры стоять и в конце аббревиатуры, значит, эта группа не относится к обычной стали, а обладает своими свойствами и определяющими качествами. Так, высококачественная и особо высококачественная (именно так они и называются) в конце маркировки будут иметь литеры А и Ш. Если сплав литейный, будет идти литера Л. А те сплавы, которые отличает коррозийная устойчивость, обозначатся литерой К.

В России и в мире она будет разной, потому что отличаются сами принципы обозначений. Это все регулирует ГОСТ, и это удобно тем, что приобретатель сразу может увидеть состав сплава и область его применения.

Описание маркировки:

аббревиатура начинается с двузначного числа, показывающего количество углерода в десятых долях процента;

потом идет литера с названием легирующей добавки;

далее – цифра, которая в процентном отношении показывает содержание добавки в сплаве, но, если удельный вес добавки менее 1,5%, его не указывают.

Популярные марки

Можно заодно на примерах и рассмотреть, как маркируются виды стали. Так, Р6М5Ф2К8 – это быстрорежущая сталь, в составе которой 8% кобальта, 5% молибдена и 2% ванадия. А вот ХВГ – это металл, состоящий из марганца, хрома и вольфрама, которые добавлены в количестве менее 1%.

Среди популярных марок: 60С2ХА – из нее делают рессоры, а также большие высоконагруженные пружины. Из марки 20Х делают огромное количество втулок, шпинделей, кулачковых муфт, а также оправок, шлицевых валиков. Из 38ХА производят зубчатые колеса средних скоростей, а из 40ХС некрупные высокопрочные детали. Из 35ХМ делают турбинные детали, валы и разный крепежный формат, который будет работать в контексте предельных температур.

Сортамент

Конструкционная сталь бывает углеродистой качественной и легированной качественной, последняя делится еще на несколько типов, которые указаны выше. Сортамент этой продукции прописан каждый своим ГОСТом: горячекатаной круглой, горячекатаной квадратной, горячекатаной шестигранной, горячекатаной полосовой, а еще кованой квадратной и круглой.

Это документы ГОСТ 2591, ГОСТ 2590, ГОСТ 1133, ГОСТ 8559 и иначе нормативная база. В сортаменте прописывается название – например, прокат калиброванный круглый, далее указывается диаметр, предельные отклонения по конкретному ГОСТу, марка стали, а также качества поверхности группы, контроль мехсвойств, вид (к примеру, нагортованный).

Конструкционные легированные стали четко структурированы в документации, они удобно маркируются и уже отлично зарекомендовали себя в эксплуатации. К слову, если в структуре выплавляемого сплава процент железа не выше 55%, то легированной сталью такой материал уже не назовешь.

Легирующими компоненты будут только, если содержание их выше 1-1,5%, и если введение их имеет целенаправленный характер. Добавки меняют структуру так называемого дочернего материала, они ступенчатым образом создают составы проникновения либо исключения, и даже могут выйти на границы структур. Процесс интересен, перспективен, и могут появиться новые виды сплавов с новым назначением.

Все о легированных сталях

Знать все о легированных сталях, о том, что это такое, и чем они отличаются от углеродистых сталей, крайне важно для любого толкового инженера и для организации производства, вообще. Внимание стоит уделить маркам и маркировке, влиянию легирующих элементов на свойства стали. А также надо разобраться с тем, какая при легировании стали появляется классификация.

Вводить в сплавы металлов различные добавки пытались уже в древности. Но только при должном развитии металлургии получилось то, что ныне называют легированными сталями. В зависимости от поступления отдельных компонентов продукция будет иметь различный уровень пластических характеристик, хрупкости и прочности. Их научились изменять в несколько раз, приспосабливая тем самым за счет влияния элементов на свойства конкретные марки сплавов к основным областям применения. Специальные компоненты при легировании добавляют двумя различными способами.

Объемная методика легирования подразумевает внедрение полезных веществ в глубинную структуру. Необходимые добавки попадают в шихту либо расплав.

Поверхностное улучшение подразумевает, что легирующие вещества вводятся посредством диффузионного либо прочего напыления, и оказываются лишь в верхнем слое металла. Надо учитывать, что легированные сплавы, при всех своих достоинствах, обрабатываются механически гораздо хуже, чем обычная сталь. Эта проблема давно обнаружилась, основательно исследована материаловедами, и найдены уже оптимальные пути ее решения.

Доля железа в составе стали обычно составляет 97-99%. В ряде случаев она окажется меньше, но сокращение более чем до 45% не допускается. Доля углерода преимущественно составляет от 0,1 до 1,4%, редко больше или меньше.

Марганец придает ценные свойства, если его добавляют от 1% и более. Это отличный раскислитель, позволяющий исключить вредное воздействие кислорода.

При высоком содержании марганца можно получить даже сплав Гадфильда, который не имеет магнитных свойств, зато очень стоек к ударам и механическому износу. Кремния добавляют обычно 0,8% и больше, потому что этот компонент:

помогает, опять же, раскислять сплав;

наращивает его стойкость;

увеличивает жаропрочность и ряд иных ценных свойств.

Необходимо учитывать, что сталь содержит не только те вещества, которые улучшают ее свойства. Так, из-за присутствия серы увеличивается риск растрескивания прогретых заготовок. Фосфор, обычно присутствующий вместе с серой, увеличивает хрупкость. Под влиянием азота, кислорода и водорода структура становится рыхлее. Из-за окислов и нитридов вероятно появление надрывов.

В отдельный разряд выделяют так называемые случайные примеси. Они обычно безвредны и проникают в сталь из шихт. Некоторые случайные примеси приносят вред, но их содержится настолько мало, что этим можно пренебречь. Речь идет про цинк, медь, свинец.

Легированные стали отличаются от углеродистых прежде всего введением специальных улучшающих компонентов 4-й категории, обеспечивающих упрочнение.

Хромистые стали отличаются высокой твердостью. Она же свойственна и марганцевым сплавам — при этом такая твердость достигается после грамотной обработки и без потери пластических свойств. Износоустойчивость марганцевых сталей давно подтверждена на практике. Встречаются также:

Углеродистые стали в отличие от легированных не содержат титана, молибдена, вольфрама. Они являются универсальным промышленным материалом и не предназначаются для узкоспециального применения. Технические и практические свойства у углеродистых сплавов хуже. Они проигрывают по стойкости к нагреву и по твердости. Однако эти материалы оказываются дешевле, и во второстепенных по требованиям сферах их использование более оправдано.

По составу

Речь идет о том, что все сплавы имеют суммарное количество улучшающих компонентов. По этому признаку выделяют:

низколегированные металлы (максимум 2,5%);

среднелегированные (до 10%);

высоколегированные (разброс от 10% до половины всего состава).

Говоря про особенности видов стали по содержанию улучшающих компонентов, надо указать сразу, что низколегированный металл в основном отличается улучшенной прокаливаемостью. Это означает, что в дальнейшем путем термообработки проще будет добиться необходимых иных свойств. Среднелегированные сплавы выделяются прежде всего высокой механической выносливостью.

Обрабатывать их довольно удобно. Считается, что такой металл отлично подходит для свариваемых конструкций.

Высоколегированные стали имеют узкоспециальное применение. Некоторые из них могут отлично переносить воздействие агрессивной среды. Востребованы аустенитные соединения. Высоколегированный металл может быть рассчитан и на условия повышенной коррозионной активности. Значительное содержание специальных компонентов резко увеличивает сложности обработки, но дополнительные практические возможности того стоят.

По структуре

По этому показателю также классифицируются любые виды сплавов. Доэвтектоидным считается металл, где есть избыток феррита. Он отличается повышенной пластичностью. Отмечают оптимальное соотношение прочности и способности переживать нагрузки. Влияя на дисперсность феррита, металлурги регулируют свойства готового продукта.

Перлитной структурой обладают эвтектоидные стали. Соответствующее превращение происходит при условии постоянной температуры и стабильном же составе фаз. Доля третичного цементита не превышает 0,3%, потому его можно не учитывать.

Заэвтектоидным может стать только металл, содержащий минимум 0,8% углерода. Все такие продукты применяются в производстве инструментов.

Ледебуритный тип стали подразумевает присутствие в структуре первичных карбидов. Это высокоуглеродистые высоколегированные соединения. Структурно стальной ледебурит неотличим от ледебурита в составе белого чугуна. Однако отличия по свойствам несомненны. Ковка довольно сильно затрудняется, но она вполне возможна.

Микроструктура и состав, а также обусловленные ими характеристики, прямо влияют на практическое применение металлургического продукта. Выделяют:

быстрорежущие и некоторые другие виды стали.

Основные марки и ключевые правила обозначения легированного металла заданы в ГОСТ 4543. Зная базовые принципы, легко произвести расшифровку любой маркировки.

В конце обозначения может стоять буква А, которая говорит об особенно высоких практических характеристиках.

Цифры после отдельных букв говорят о концентрации вещества, а если менее 1%, то цифровой элемент пропускают. Востребованностью пользуются:

Если обозначение начинается с Х, Ж либо Е, это означает соответственно хромистую, жаропрочную или не склонную ржаветь сталь. Особо добротный металл в конце названия имеет не А, а Ш. Могут также встречаться буква Н, то есть нагартованный прокат, и ТО, что говорит о термообработке при прокатке. Не стоит путать ее с буквой Н, обозначающей никель. Другие индексы:

Обозначение прочих элементов — по первой букве русского названия. Таковы:

Применение

Высокие качества легированной стали и ее разнообразие позволяют говорить, что она используется в самых разных сферах. Такой металл хорош для производства промышленных установок и хирургических инструментов.

Им охотно пользуются при создании металлоконструкций и строительной арматуры. Легированный сплав систематически применяется и при выпуске кухонных принадлежностей различного рода.

Дополнительные области использования:

получение различных труб;

кулачковые муфты и плунжеры;

поршневые пальцы и червячные валы;

пружины для часовых механизмов и измерительной аппаратуры.

Особенности сварки и обработки

Температура плавления разных марок легированной стали варьируется от 1400 до 1800 градусов. Потому необходимо подбирать режим сваривания индивидуально. Низколегированный металл подвержен появлению холодных трещин. Недопустимо поэтому быстро остужать толстый металл, а также варить его там, где гуляет ветер. Повышенная пластичность легированных сплавов позволяет сравнительно быстро получать сложные конструкции при сварке.

Электроды для сваривания улучшенной стали должны иметь основное либо рутилово-основное покрытие. Величину тока подбирают под конкретный вид электродов. Учитывают также вид сплава и толщину обрабатываемой конструкции. Ошибки приведут к низкому качеству шва и потере прочности изделия.

Низколегированный металл варят без перерыва, чтобы температура его не падала менее 200 градусов.

Среднелегированные марки стали варят, применяя материалы с несколько меньшей концентрацией добавок. При толщине листов не более 0,5 см может практиковаться аргонодуговая сварка. Газосварочные работы ведут при помощи ацетилен-кислородного сочетания. Сложнее обстоит дело со сваркой высоколегированных сплавов. В этом случае надо добиваться как можно меньшего теплового захвата материала.

Такой момент связан с тем, что важно уменьшить опасность коробления материала. Для самой работы берут электроды, покрытые фтористокальциевой смесью. Подобный подход гарантирует механическую и химическую стабильность сварочного шва. Газосварочные работы по высоколегированной стали проводятся крайне редко.

Лишь иногда такую методику применяют, чтобы соединять лист толщиной максимум 2 мм.

Низколегированные сплавы рекомендуется варить с применением вертикальных, потолочных швов. Нецелесообразно применение сварочных стержней диаметром менее 0,4 см. Уменьшение темпа потери температуры достигается за счет бортовых либо стыковых швов. Заготовки толщиной до 0,6 см включительно варят в один проход. Максимально пластичный шов появляется при использовании электродов марки Э42А.

Если же в составе стали есть марганец, никель, то она должна проходить эти процедуры при той же температуре, что и углеродистый металл. Оценивать температуру надо с учетом особенностей роста аустенитных зерен. Время термообработки легированного материала больше, чем углеродистого продукта. Это связано с более низким уровнем теплопроводности, а также с необходимостью растворить легированные карбиды в аустените.

Термическая обработка легированных сталей также имеет особенности. Прогревать их надо медленнее, чем углеродистый металл. Максимальную осторожность стоит проявлять при наличии в составе сплава вольфрама. Температуру подбирают с учетом критических точек стали. Хромистые, ванадиевый, кремнистые и вольфрамовые стали нуждаются в повышенных температурах:

Остужать быстрорежущий инструмент требуется в масле, но если он имеет малое сечение, закалка должна идти на воздухе.

Надо помнить и о том, что любые легирующие добавки, за исключением кобальта, сокращают критическую скорость закалки.

С практической точки зрения это означает, что подавляющее большинство легируемых металлов закаляют на мартенсит в масле. При высоком уровне оптимизирующих включений допускается иногда даже воздушное закаливание. Быстрорежущие стали закаляют практически при температуре плавления, чтобы полнее растворить карбиды в аустените. Избежать окисления и обезуглероживания помогает обработка в соляной ванне, а растрескивание исключают за счет предварительного нагрева до 900-950 градусов.

Такой подогрев ведут в камерных либо шахтных печах. Окончательный прогрев выполняют в электродной печи-ванне. Такую процедуру ведут при 1280-1310 градусах. Длительность выдержки при целевой температуре определяется сечением инструмента, но она не превышает долей минуты.

​​​​​Даже закаленный быстрорежущий металл может содержать десятки процентов остатка аустенита, потому он недостаточно тверд. Решение этой проблемы — или многократный отпуск, или разовое остужение заготовок до — 80 градусов с дальнейшим отпуском. Отпускают металл при 540-550 градусах, что связано с повышенной красностойкостью мартенсита и стойкостью аустенита. Сверла закаливают и подвергают низкому отпуску, наращивая твердость и сопротивляемость износу.

Описание основных марок высоколегированной стали

Целью внесения легирующих компонентов является изменение физических свойств стали — повышение прочности, противодействие коррозии, повышение гибкости. В зависимости от концентрации легирующих элементов различают три вида — низколегированная (дополнительных компонентов менее 2,5%), среднелегированная (от 2,5 до 10%) и высоколегированная сталь (от 10 до 50%).

Какими основными отличиями обладает высоколегированная сталь? Какие марки высоколегированных сталей существуют? И о чем нужно помнить при проведении сварочных работ? Ниже мы узнаем ответы на эти вопросы.

Основные особенности

Высоколегированная сталь помимо углерода и железа содержит большое количество легирующих добавок (от 10 до 50%). В качестве дополнительных компонентов: хром, никель, кремний, марганец, вольфрам, молибден, ванадий, алюминий, кобальт, титан, а также различные редкоземельные металлы.

Чаще всего в качестве дополнительных компонента выступает хром и никель — остальные компоненты обычно содержатся в небольших количествах. Хотя есть и некоторые исключения: простой пример — аустенитные марки высоколегированных сталей могут содержать марганец в концентрации от 1 до 15%.

Причины внесения легирующих добавок очень простые — они изменяют структуру и физические свойства стального сплава, что позволяет человеку получить металл с нужными свойствами.

Категории

• Окалиностойкие (жаростойкие) высоколегированные стали. Основная особенность подобных сплавов — полная устойчивость к умеренно-высоким температурам (до 550 градусов по Цельсию) окружающей среды в ненагруженном состоянии. Иными словами, подобные стали хорошо выдерживают перегрев в течение длительного времени в том случае, если им не нужно держать какой-либо тяжелый вес. Обратите внимание, что помимо высоких температур окалиностойкие стали также хорошо переносят длительное воздействие химических реагентов средней степени токсичности.
• Жаропрочные высоколегированные стали. По названию можно подумать, что жаропрочные и жаростойкие сплавы — это одно и то же, однако это не совсем так. Жаропрочные сплавы выдерживают высокие температуры (до 800 градусов и выше) в состоянии высокой нагрузки, но в течение короткого времени. Иными словами, подобные сплавы выдерживают большой нагрев в течение небольшого срока (тогда как жаростойкие сплавы выдерживают средний нагрев в течение долгого времени). Кратковременная устойчивость также распространяется и на высокотоксичные химические реагенты.
• Антикоррозийные (нержавеющие) стальные сплавы. Обладают полной устойчивостью ко всем основным видам коррозии (поверхностная, кристаллическая, электрохимическая и так далее). Обратите внимание, что в состав подобных сплавов легирующие компоненты равномерно распределяются по всему стальному сплаву, что делает материал равномерно устойчивым ко всем антикоррозийным воздействиям. Почему это так важно? Простой пример: при хромировании формируется только внешнее антикоррозийное покрытие, которое может повреждаться или стираться по естественным причинам — высоколегированные сплавы содержат антикоррозийные добавки по всему металлу, что делает подобные сплавы более устойчивыми.

Применение

Высоколегированные стали нашли свое широкое применение в быту. Из них делают различные детали — для автомобилей (грузовых, легковых, электрических и так далее), кораблей, самолетов, танков. Также высоколегированные стали очень часто используются в строительстве для создания несущих конструкций балочного типа.

Легирующие компоненты в таком случае могут играть множество ролей — они делает материал более жаростойким, они улучшают его антикоррозийные свойства и так далее. Также из высоколегированной стали делают посуду, медицинские инструменты, домашнюю утварь и так далее.

Маркировка легированной стали

• XXX — специальный буквенный префикс, отображает тип стального сплава (расшифровку мы дадим ниже).
• YYY — этот фрагмент представляет собой число, которое отображает количество углерода в сплаве. Если стоит два числа — это значит, что содержание углерода выражается в сотых долях процента. Если стоит одно число — содержание углерода в десятых долях процента.
• ZZZ — буквенно-числовая последовательность, которая отображает легирующие компоненты и их приблизительное количество (расшифровку мы тоже дадим ниже).

Расшифровка

Давайте теперь разберемся с префиксом XXX — этот код указывает на особые свойства стали. В техническом смысле он представляет собой одну или несколько букв (чаще всего одну), которая обозначает то или иное свойство. Префикс XXX практически вышел из употребления и на практике он используется редко. Основные значения, которые может принимать префикс, представлены в таблице ниже:

Символ префикса XXX	Расшифровка префикса
Э	Электротехническая сталь
А	Автоматная сталь
Р	Режущая сталь
Л	Сталь, полученная методом литья

Последовательность ZZZ показывает наличие в стальном сплаве дополнительных легирующих компонентов. Если какой-либо компонент в стальном сплаве содержится в концентрации более 1%, то в таком случае рядом с буквой указывается процентное содержание этого элемента. Буквы расшифровываются следующим образом:

Значение ZZZ	Расшифровка
Х	Хром
Н	Никель
С	Кремний
В	Вольфрам
М	Молибден
Ф	Ванадий
Ю	Алюминий
Г	Марганец
К	Кобальт
Т	Титан

• А10Х13СЮ — автоматная сталь, которая содержит 0,10% углерода, 13% хрома, а также кремний и алюминий в концентрации менее 1%
• Л12Х17 — литая сталь, которая содержит 0,12% углерода и 17% хрома.
• 12Х18Н12Т — сталь, которая содержит 0,12% углерода, 18% хрома, 12% никеля, а также титан в концентрации менее 1%.

Виды и марки высоколегированной стали

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

Сварка высоколегированных сталей

• Повышенная теплопроводность приводит к тому, что на поверхности металла собирается лишнее тепло, которое значительно легче проплавяет сталь в глубину. Поэтому при проведении сварки нужно снизить величину сварочного тока на 15-25%, чтобы избежать повреждения детали.
• Из-за увеличенного коэффициента расширения металла при нагреве также происходит более серьезная деформация металла. В случае работы с объемными жесткими объемными конструкциями также увеличивается риск образования трещин. Поэтому при осуществлении сварки нужно соблюдать повышенную осторожность.

Советы

Помимо этого существует и масса других особенностей сварки высоколегированных сталей. При работе со сплавами, которые не содержат титан или ниобий, нужно помнить о температуре нагрева сварочной дуги. При нагреве металла до температуры выше 500 градусов такие сплавы теряют свои антикоррозийные свойства.

Если же во время сварки вы по какой-либо причине довели фрагмент металла до температуры выше 500 градусов, то в таком случае необходимо выполнить закалку либо нагреть фрагмент до температуры 850 градусов. В таком случае легирующие скопления растворяются и равномерно распределятся по всему сплаву.

Из-за наличия легирующих добавок значительно повышается риск растрескивания стали во время сварки. Чтобы этого избежать, нужно использовать электроды с покрытием на основе молибдена, марганца или вольфрама. В случае применения таких инструментов место шва приобретает мелкозернистую структуру, которая препятствует образованию трещин.

Также снижает риск растрескивания шва предварительный нагрев стали до температуры 100-300 градусов по Цельсию. В таком случае тепло будет равномерно распределяться по всей толщине металла и препятствовать образованию трещин.

Стальные сплавы с содержанием углерода в концентрации менее 0,12% перед сваркой нужно обязательно нагревать. Если этого не сделать, то с большой долей вероятности после сварки на месте шва образуются трещины и коррозионные наросты.

Заключение

Подведем итоги. Высоколегированная сталь — это особая разновидность стального сплава, в котором содержится большое количество дополнительных компонентов. Общее количество легирующих добавок должно составлять не менее 10%. Чаще всего в качестве подобных добавок выступают хром, никель и марганец.

Остальные элементы (кремний, титан, алюминий, вольфрам) обычно входят в состав высоколегированных сталей в небольших количествах. Легирующие компоненты позволяют изменить физические и химические свойства стального сплава. Они делают материал более жаростойким, упругим, устойчивым к коррозии.

Из высоколегированной стали делают различные детали: для авто и пароходов, элементы несущих конструкций, посуду, медицинское оборудование.

Высоколегированная сталь проходит специальную маркировку согласно государственным требованиям ГОСТ. Маркировка представляет собой специальный код, которые имеет вид буквенно-числового значения.

Для удобства высоколегированная сталь разбивается на 6 классов — мартенситные сплавы, ферритные, аустенитные и 3 композитных сплава. Сварка высоколегированных сталей должна выполняться с учетом некоторых специальных правил. Сварку следует проводить аккуратно, чтобы избежать образования трещин.

Маркировка и применение различных марок стали

Марки стали отличаются составом металла и химическими компонентами. Именно ввод легирующих элементов даст итоговый продукт, а само производство и обработка будут указывать на отдельные свойства. Нужно учитывать, что отдельные компоненты делают характеристики хуже, поэтому на маркировке указывается их низкое содержание или вообще отсутствие.

Применяя расшифровку маркировки стали, производитель дает возможность потребителю узнать о содержании основных компонентов сплава, некоторые сведения о технологии изготовлении, технических характеристиках и возможностях применения.

Виды стали и маркировка

Для одних изделий нужна высокая износоустойчивость, для других стойкость к коррозии, а для третьих – магнитные свойства.

• «С» — для строительства. С низким содержанием легирующих компонентов, отличающаяся хорошей свариваемостью.
• Для пружин (пружинная). В данных сплавах присутствуют отличные показатели упругости, сопротивляемости к разрушительным процессам, прочность на усталость. Для изготовления рессор, пружин.
• «Ш» для подшипников. Из названия понятно, что данные сплавы нужны для изготовления элементов подшипников для различных узлов, механизмов. Главные свойства – износоустойчивость, отменная прочность, и малая текучесть.
• Сталь стойкая коррозии или нержавейка. Данный вид отличает высокое содержание легирующих компонентов, повышенная стойкость к агрессивным средам и веществам.
• Жаропрочные марки стали – сплавы, которые могут применяться в изделиях, способных функционировать под нагрузкой при высоких температурах. Сфера применения – элементы различных двигателей.
• «У» для инструментов или инструментальная сталь нашла свое применение в изготовлении инструментов для измерений в металлообработке и для деревообрабатывающей промышленности.
• «Р» быстрорежущая сталь востребована для производства инструментов в металлообрабатывающем оборудовании.
• Цементирующая – сплав, применяемый для узлов и механизмов, которые функционируют при значительных поверхностных нагрузках.

Для остальных сталей (пружинная, инструментальная) не имеют обозначений. Указывается только химсостав.

Кроме видов сталь классифицируется по химсоставу, качеству, способу плавки, структуре, назначению.

Химический состав

Основные добавки для легирования – металлы. Вариативность количественного состава и массовой доли дает возможность получать различные марки. Просто железо по своим техническим свойствам – низкое качество конечного продукта: низкая прочность и высокая коррозийность требуют добавления компонентов, которые будут улучшать качество. Однако на практике доказано, что, повышая одно свойство, понижаются другие. Так высоколегированная нержавейка имеет низкие показатели механической прочности, а высококачественные углеродистые стали с получением прочности, получают коррозийность.

Главные компоненты химического состава стали – углерод и железо, причем углерода должно быть не больше 2,14%, железа не меньше 50%. Количество углерода в составе определяет ее классификацию: низкоуглеродистые, среднеуглеродистые, высокоуглеродистые.

Если процент содержания углерода достаточно высок, то сплав получается с высокой твердостью, но прочность снижается.

• с низким содержанием легирующих компонентов (до 2,5%);
• среднелегированные – до 10%;
• высоколегированные – до 50%.

Это указывается в маркировке числом процентного содержания для каждого элемента. Если нет числа, то это означает, что добавок меньше 1,5 %. Показатели углерода не отображаются, так как он присутствует во всех композициях. Содержание углерода стоит в начале маркировки. Такая же маркировка указывает на назначение сплава. Здесь также буквы, которые расположены в определенном порядке: начало, середина, конец.

Структура стали

Фазы указывают на строение металла, его физические качества и от которых зависит класс стального сплава: литейный, инструментальный и др.

Что такое раскисление

В процессе плавки в сплаве остается в небольшом количестве кислород. Чтобы снизить его содержание и восстановить железо применяют метод раскисления (реакция). Суть процесса заключается в добавлении соединений в расплавленное состояние металла. В процессе реакции освобожденный кислород начинает реагировать на углерод, появляется углекислый газ.

• Кипящая. В данной стали низкое качество, так как реакция короткая и выход готового продукта больше;
• Спокойная. Обладает высоким качеством, но малый выход продукта, поэтому она дорогая.
• Полуспокойная. Это средний вариант с оптимальными показателями качества и цены.

Разная степень раскисления маркируется буквенными обозначениями: «кп», «сп», «пс».

Как маркируются легирующие добавки

Состав стального сплава маркируется буквами кириллицей, и отвечают названиям химических элементов.

Химический элемент	Буква
кобальт	К
никель	Н
вольфрам	В
молибден	М
титан	Т
марганец	Г
хром	Х
медь	Д
селен	Е
ванадий	Ф
ниобий	Б
бор	Р
цирконий	Ц
азот	А
алюминий	Ю
кремний	С

В таблице видно, что есть азот и кремний, которые не являются металлами. Не указан углерод, но он присутствует в любом виде стального сплава, поэтому при маркировке просто указывается его процентное содержание.

О цветной маркировке

Обозначение в цвете применяется только в прокатной стали. Это позволяет избежать ошибок при транспортировке и хранении. Для этого применяют точки или полосы. Назначение стального сплава маркируется «своим» цветом, но группа и раскисление не учитываются.

Желтый цвет применяется для конструкционных сталей: общего назначения, автоматные, цементированные, улучшенные.

Красный круг или полоса говорит о том, что данный вид относится к высокопрочному стальному сплаву: легированная, инструментальная, быстрорежущая, закаленная.

Синий цвет обозначает прокат из нержавейки: с серой, аустенитная, мартенситная.

Обозначением зеленого цвета маркируется сталь универсального применения: высокопрочный чугун, общего назначения, автоматные, цементированные, азотированные, улучшенные углеродистые.

Марки стали и их назначение

1. Согласно маркировке конструкционная углеродистая сталь 08 кп и 10 применяется для изготовления штампованных деталей (холодная штамповка и высадка), прокладок, трубок, метизов, колпачков, а также для деталей, которые не нуждаются в высокой прочности: втулки, упоры, валики, копиры, фрикционы, колеса с зубцами.
   • 15, 20 для деталей с низкой нагрузкой, тонкие элементы, которые работают на истирание, крюки, рычаги, траверсы, болты, вкладыши.
   • 30, 35 – для деталей под низким напряжением: шпиндели, тяги, оси, звездочки, диски, рычаги.
   • 40, 45 – для элементов повышенной прочности: коленвалы, распределительные валы, зубчатые венцы, колеса, плунжеры, фрикционы, оси.
   • 50, 55 – используется для изготовления прокатных валков, штоков, зубчатых колес, эксцентрики, рессоры. Перед изготовлением деталей сталь подвергается закалке.
   • 60 – для производства прочных и упругих деталей: диски сцепления, пружинные кольца, прокатные валы.
2. Тонколистная, низколегированная, универсальная сталь имеет маркировку: 09Г2, 09Г2С, 10 ХСНД, 15 ХСНД, 15 ГФ. Сферы применения: машиностроение, судостроение, химическое машиностроение, вагоностроение. Это сварные конструкции, паровые котлы, детали вагонов, сложные и фасонные профиля.
3. Конструкционная легированная сталь маркируется: 15 Х, 15 ХФ, 18 ХГТ, 20 Х, 20 ХГР, 20 ХНЗА, 35 ХМ, 38 ХА, 40 Х, 40 ХС и другие применяются для изделий, которые функционируют на повышенных скоростях, для деталей узлов и механизмов, работающих под высокими нагрузками.
4. Стали и сплавы, стойкие к коррозии в своей маркировке имеют буквы Х, Н, С, АГ, ТГР, МТ, АМ, ДИ, Ю, Т. Сфера применения химическое машиностроение, газопереработка, нефтехимическая промышленность, пищевое производство, легкая промышленность, машиностроение, судостроение, а также в других областях, где работа деталей и механизмов сопряжена с агрессивными рабочими средами.
5. Инструментальная нелегированная сталь разных марок, маркируется: У, А, Г, и применяется в деревообрабатывающей промышленности, изготовления ручных инструментов, для ножей, штампов для кузницы, игольной проволоки, сердечников, а также инструмента с низкой износостойкостью: хирургический инструмент, бритвы, для гравировки.
6. Пружинная сталь применяется для производства рессор, пружин, подвергающихся большим нагрузкам и ответственные элементы в рессорах.
7. Сталь для подшипников (подшипниковая) востребована для изготовления подшипников и их элементов для работы станков, железнодорожного транспорта, авиадвигателей, в точном приборостроении, на прокатных станах.

Российские стандарты маркировки

Согласно российским стандартам, на стали обозначается маркировка, в которой указывается металлический состав и принадлежность к виду (частично). Если содержание углерода не превышает один процент, то его наличие в маркировке не участвует. В маркировку входят обозначения добавок, чтобы придать сплаву легирующие свойства. Они обозначаются десятыми и сотыми частями процента. Если какого-либо компонента менее полутора процентов, то его наличие отмечают только буквой.

Но не только химический состав присутствует в маркировке. Здесь есть символы, которые указывают на характеристики стального сплава для применения и уровень качества. Так буква «А» говорит о высоком качестве продукта.

Примерные расшифровки

Чтобы было понятно, как расшифровываются разные виды сталей, приведем несколько примеров, которые дают знания о маркировке.

Читайте также:

  
• Сталь 45 код тн вэд
  
• Круг стальной горячекатаный марка стали вст3пс5 1 диаметр 12 мм
  
• Сталь чугун бронза латунь
  
• Механическая обработка закаленных сталей
  
• Сталь 60 закалка и отпуск