Легированная сталь состав свойства применение: Легированная сталь: особенности, классификация и характеристики — Метинвест

Легированная сталь: особенности, классификация и характеристики — Метинвест

В век перепроизводства разве что младенец не знает, что существует легированная сталь. Но часто происходит подмена понятий и многие обыватели считают, что единственным достоинством такого материала является его высокая антикоррозионная стойкость. На самом деле, кроме нержавейки, существует колоссальное количество сплавов, содержащих легирующие добавки и имеющих различные механические и эксплуатационные характеристики. Ну а теперь все по порядку.

Легированные стали: определение и классификация

Легированные сплавы имеют сложный состав на основе железа и углерода и содержат различные химические элементы, которые влияют на структурные преобразования металлов на молекулярном уровне. Процентное содержание таких добавок и организация процесса раскисления, легирования и модификации сталей определяют их физико-химические свойства.

Интересный факт. Началом массового производства немагнитных сплавов считается выплавка стали англичанином Робертом Гадфильдом в конце XIX века. Конечно, человечество и раньше знало, что такое легированная сталь, но организовать потоковое производство и оценить все преимущества ее применения люди смогли только в эпоху глобальной индустриализации и, к сожалению, с появлением новых военных технологий. Благодаря высокому сопротивлению износу и ударным нагрузкам сталь Гадфильда вплоть до середины XX века становится наиболее используемым сплавом для производства железнодорожных крестовин, танковых траков, пехотных шлемов и даже тюремных решеток. Она и сейчас применяется при изготовлении зубьев ковшей экскаваторов и других элементов техники, подвергаемых ударным и истирающим нагрузкам во время их эксплуатации.

Отличия от углеродистых сталей

Любая сталь содержит железо и углерод. Причем содержание последнего может составлять 0,02 – 2,14% и напрямую определяет его свойства и марку. Он повышает твердость и прочность, но при увеличении концентрации снижает пластичность. Увеличивает режущую способность, электрическое сопротивление и коэрцитивную силу. Снижает температуру плавления и плотность.

Обыкновенные углеродистые стали, также как и легированные, могут содержать кремний, марганец, медь, серу, хром, фосфор, водород, азот и алюминий, только их количество значительно ниже. При этом Si и Mn вводятся для улучшения прочностных показателей и физико-химических свойств. Другие вещества попадают в расплавленную сталь из шихты или печных газов и соответственно считаются примесями. Некоторые их них (например, сера и фосфор) являются постоянными вредными примесями. При плавке легированных сталей их свойства формируются счет целенаправленного введения модифицирущих элементов. 

Легирующие добавки

Наиболее распространенными элементами, использующимися для улучшения физических, химических и механических свойств стали являются: хром, марганец, никель, кремний, вольфрам, молибден, ванадий, титан, медь, кобальт, алюминий, бор, ниобий, цирконий и другие. Но, несмотря на такой обширный список, все же наиболее используемыми являются лишь несколько из вышеперечисленных элементов.

Таблица 1 – Легирущие добавки

На заметку. Даже в составе технически чистого железа обязательно присутствуют около 20 химических примесей. Но их суммарное количество не превышает 0,25 процента.

Общая классификация легированных сталей

Она основывается на том, в каком количестве добавка введена в состав сплава, и определяет основные группы, исходя из химической структуры, целевого назначения и уникальных свойств. Таким образом, различают следующие категории.

Классификация стальных сплавов по процентному содержанию всех легирующих компонентов:

• не более 2,5 % — низколегированные;
• в интервале от 2,5 до 10,0% – среднелегированные;
• более 10% — высоколегированные.

Классификация легированных сталей по назначению:

• конструкционные. Используются для изготовления металлоконструкций, деталей машин, агрегатов и механизмов;
• инструментальные. Применяются при изготовлении высококачественного мерительного и режущего инструмента и ударо-штамповочной оснастки;
• с особыми свойствами (жаростойкие, нержавеющие и прочие).

В своей профессиональной деятельности металлурги и инженеры часто прибегают к более широкой номенклатуре. Например, профессионалами используется классификация таких сплавов по их микроструктуре в нормализованном состоянии (перлитные, аустенитные, карбидные и мартенситные) или в равновесном состоянии (доэвтектоидные, эвтектоидные, заэвтектоидные).

Характеристика легированных сталей

Фазовые превращения в твердых растворах железа определяются общими законами взаимной растворимости и межатомных взаимодействий всех элементов, включая углерод и легирующие добавки. Поэтому легированная сталь имеет одновременно схожие и уникальные характеристики:

• химические: жаростойкость, кислотостойкость, коррозионная стойкость;
• физические: тепловые, магнитные, электрические;
• специальные: износостойкость, сопротивляемость ползучести.

Среди преимуществ и достоинств, которыми обладает данный металлопрокат, следует выделить повышенное сопротивление хладостойкости, ударным и пластическим деформациям, улучшенная прокаливаемость, повышенная вязкость. При этом для большинства сплавов, содержащих разное количество легирующих присадок, характерно:

• наличие остаточного аустенита после закалки;
• склонность к образованию флокенов;
• механическая прочность;
• тугоплавкость.

На заметку. В зависимости от химической природы вводимых элементов легированная сталь изменяет свойства жидкотекучести и поверхностного натяжения. А также снижает температуру плавления следующим образом:

Данные таблицы показывают, что по сравнению с малоуглеродистым нелегированным сплавом у высоколегированной марки, содержащей около 50% присадок, температура ликвидуса ниже почти на 100˚С.

Маркировка легированных сплавов и основные марки

В мировой практике используется несколько документов, регламентирующих маркировку легированных сталей. Но в любом случае они все предполагают использование буквенно-цифровых обозначений.

Стандарты стран СНГ

При обозначении легированной конструкционной стали процентная величина массовой доли углерода маркируется первыми двумя цифрами без использования буквенного обозначения. Далее в порядке уменьшения указываются легирующие компоненты и их доля в сплаве в среднем эквиваленте. Буквенные обозначения химических элементов указаны в таблице 1. Легирующие присадки, количество которых менее 1,0% указываются только в расшифрованной номенклатуре, так как обозначение тогда бы приняло очень громоздкий вид.   

Учитывая обширный сортамент, также марка стали может включать дополнительные симвноменклатуре, так как обозначение тогда бы приняло очень громоздкий вид. олы, более расширенно описывающие свойства или особенности: А – автоматные, Е – магнитные, Ж – нержавеющие, Р – режущие, Х – хромистые, Ш – шарикоподшипниковые, Э — электротехнические, Я – хромоникелевые. Также маркировка может предполагать исключения от общих правил обозначения. Так в зависимости от химического состава конструкционные сплавы разделяют на качественные и высококачественные. Например, в конце маркировки буква «А» указывает, что сплав является особо чистым в части содержания фосфора и серы, а буква «Ш» относит их к высококачественным.

Маркировка легированных сталей для речного и морского судостроения часто осуществляется в соответствии с ГОСТ 5521-86 и требованиями Международной ассоциации классификационных обществ. Это означает, что такие сплавы классифицируют на категории A, B, D и Е с учетом предела текучести, показателям прочности, хрупкости и сопротивления ударным нагрузкам.

Европейские стандарты

EN 10027 определяет порядок обозначения всех сталей. Легированные сплавы имеют маркировку 1.20ХХ – 1.89ХХ, где первая цифра определяет, что данный материал относится к сталям, вторая и третья цифра определяют номер группы сталей и две последние — порядковый номер сплава в этой группе. Например, категория инструментальных сталей идентифицируется как 1.20ХХ – 1.28ХХ, а нержавеющих как 1.40ХХ – 1.45ХХ.

Североамериканские стандарты ASTM/ASME и AISI

В США действует наиболее обширная система маркировки сталей. Например, маркировка ASTM предполагает обозначение основных химических элементов, предел прочности и форму проката. В системе AISI используют 4 цифры, где первые две указывают номер группы, две последующие – процентное количество углерода. Буквенные символы демонстрируют наличие соответствующих присадок.

Марки, наиболее востребованные в инжиниринге

• 09Г2С – низколегированная сталь, сочетающая механическую прочность, хорошую обрабатываемость и доступную стоимость;
• 40Х и ее аналог AISI 5135 – основной конструкционный материал для изготовления деталей и оборудования промышленного сектора и трубопроводной арматуры;
• 10Г2С1 – кремнемарганцевая марка, демонстрирующая хладостойкость, неплохую свариваемость и повышенную коррозионную стойкость, благодаря чему востребована при сооружении мостов, газопроводов и объектов повышенной надежности;
• 10Х11Н23Т3МР – жаропрочный сплав аустенитного класса, использующийся для производства пружин, деталей крепежа, работающих при температурах до 700ºС.  

Использование легированных сталей

Сегодня практически невозможно перечислить все сферы, где применяется легированная сталь. Это тракторостроение и машиностроение, химико-технологический и промышленно-производственный комплекс, нефтегазодобывающая отрасль и сельское хозяйство. Например:

• из хромосодержащих сплавов изготавливают детали для оборудования, эксплуатируемого в условия прямого или вероятного контакта с агрессивными средами: плунжеры и шлицы, валы и зубчатые колеса, поршневые пальцы и карданные крестовины;
• низколегированные конструкционные сплавы чаще всего востребованы в строительстве, массово используются при сооружении каркасных металлоконструкций и для изготовления труб, сортового и фасонного металлопроката. Несмотря на обширный сортамент, легированная сталь марки 09Г2С является наиболее популярной в этой сфере;
• инструментальный сплав – универсальный материал для клейм, пресс-форм, эталонных калибров и штампов, ручного инструиента. А из ледебуритных марок изготавливаются быстрорежущий инструмент и шарошечные долота.

Также не стоит забывать, что физические особенности легированных сплавов проявляются в термообработанном состоянии. Именно поэтому их широко используют для термонапрягаемых деталей, высокоскоростных и тяжелонагруженных пар трения.

В связи с интенсивным развитием современных технических отраслей, легированная сталь находит применение в гражданской и военной авиации, в турбостроении и в альтернативной электроэнергетике. Так же можно купить металл в Украине, а именно легированную сталь для изготовления мультикоптеров и беспилотников, ядерных реакторов, ракетно-космических систем. В то же время стремительное расширение сферы применения легированных сталей обуславливает ужесточение требований к их качеству и мотивирует к разработке новых сплавов.

ее марки, состав, как называются виды, их применение – rocta.ru

06Дек

Содержание статьи

1. Описание термина – что такое легированная сталь
2. Химический состав легированной стали
3. Виды легированных сталей
4. Что означают добавки легированной стали и их влияние на свойства
5. Маркировка: какие марки стали называются легированными
6. Применение легированной стали
7. Сварка сплавов

В данной статье мы расскажем про один из наиболее распространенных методов, а также дадим ответ про легированную сталь – что это такое.

Любой металл, а также его сплав, имеет механические и химические характеристики. Такая наука, как материаловедение, вместе со всей металлургической промышленностью, занимаются изучением свойств материалов, а также находят способы для их улучшения.

В первую очередь отметим, что мы имеем дело не с отдельным веществом, а с составом, основные компоненты которого – железо (не менее 45%) и углерод. Но в отличие от классического в марки добавляют специализированные легирующие элементы. Их концентрация не очень большая, но даже эта небольшая доля (обычно от 1 до 3%) способствует значительному изменению в лучшую сторону характеристик материала.

Описание термина – что такое легированная сталь

Физические свойства, такие как прочность, пластичность, хрупкость, могут быть увеличены или уменьшены в несколько раз. Изменение кристаллической решетки материалов активно применяют в металлургии, а также при производстве многочисленных деталей и корпусов для автомобильного, машинного, станочного и прочего производства, а также для создания строительных конструкций и инструментов. Сфера применения настолько велика, что сплав начали изготавливать большими партиями, он постепенно вытесняет долю изготавливаемого железа и обычных стальных веществ.

Исходя из приведенной информации, легирование стали – это металлургический процесс выплавки, в ходе которого в состав добавляются материалы примесей. При этом есть два вида операции:

• Объемный – когда компоненты попадают в глубинную структуру. В расплав или шихту внедряются хром, никель и пр.
• Поверхностный – в ходе него происходит диффузионное или иное напыление, то есть покрывается только верхний слой.

Процесс начал использоваться относительно недавно. Впервые эксперименты начали проводить в 1882 году. И с первого же образца исследователи обнаружили, что вместе с улучшением физических свойств значительно снижается степень обрабатываемости. Простыми словами, с материалом просто стало сложно работать. Безусловно, к настоящему времени все дополнительные эффекты легирования изучены, поэтому составлены специальные ГОСТы для разных способов металлообработки.

Химический состав легированной стали

Есть постоянные компоненты – это те, которые есть в любом сплаве данной категории, есть также необязательные, легирующие ингредиенты. Сперва перечислим те, которые образуют классический материал:

• Железо. Это очень ковкий сам по себе металл, который добывается из руды. Особенность в том, что его довольно много находится в недрах земли, по добываемости он на втором месте после алюминия. Он хорошо вступает в реакции, именно по этой причине его можно сплавлять различными образами. В процентном соотношении его может быть от 45 до 97-99 процентов. Точное количество частей мы называть не будем, поскольку существует очень много марок сталей, состав которых разнится.
• Углерод. Это один из неотъемлемых компонентов. При совокупности данных веществ увеличиваются природные качества железа. В среднем его добавляют от 0,1% до 1,4% к общей массе. Чем больше его содержание, тем выше прочность. Все стальные изделия делят на углеродистые и низкоуглеродистые.
• Марганец. Интересный ингредиент, который также является легирующим. Хотя если его меньше, чем 1%, то особенных свойств он не придает. Сам по себе это очень красивый серебристый металл, именно от него слитки приобретают свой характерный перелив. Но основная заслуга марганца в том, что он является раскислителем, то есть способствует удалению из сплава кислорода, который, в свою очередь, негативно влияет на особенности. Есть интересные соединения (имени Гадфильда – создателя), которые содержат около 11 – 14 процентов. В таком случае сталь теряет свои магнитные качества, а также становится очень ударопрочной и износостойкой, поскольку при ударах упрочняется.
• Кремний – обязательный элемент, который при большом содержании (более 0,8%) имеет легирующие свойства. Он тоже является раскислителем, а также увеличивает стойкость, предел упругости, жаропрочность и некоторые другие особенности.

Кроме того, в составе обычно есть вредные и скрытые примеси. От них пытаются избавиться, но, к сожалению, полностью убрать не получается. Поэтому в крайне малых дозах в образцах есть:

• Сера, из-за которой увеличивается красноломкость – появляются трещины на разогретой заготовке.
• Фосфор, он приводит к увеличению хладноломкости, то есть хрупкости.
• Кислород, азот и водород – «разрыхляют» структуру.
• Окислы и нитриды – могут привести к надрывам.

Третья группа компонентов – это случайные. Они попадают в емкость вместе с шихтами, то есть со смесью исходных материалов, и не несут положительного влияния. Бывают безвредными или не очень полезными, но из-за малой доли содержания практически не важны. К ним относят:

• медь;
• цинк;
• свинец;
• хром;
• никель и пр.

И, наконец, четвертая группа – это специальные легирующие добавки. Эти элементы вводятся дополнительно для повышения определенных характеристик. Именно они делают из классического сплава упрочненный. Более подробно мы перечислим компоненты в соответствующем разделе статьи.

Виды легированных сталей

Основная классификация разделяет все марки на три подвида по количеству полезных примесей. Представим процентное соотношение в таблице:

Помимо этого, все распространенные легированные стали различаются по маркам. Об этом более подробно расскажем в разделе про маркировку.

Классификация

Вне зависимости от того, какое процентное содержание легирующих веществ в сплаве, он также может быть разделен на три подвида:

• Конструкционный – применяется для изготовления разных деталей, механизмов и конструкций в машиностроении, станкостроении, прочих сферах промышленности и в строительстве. Это очень прочный материал, который может выдерживать большие статические и динамические нагрузки. Именно из таких марок изготавливаются двигатели и запчасти для автомобилей.
• Инструментальный – очень жаропрочный, который предназначен для создания инструментов – как ручных, так и станочных. Большинство фрез, резцов, сверл изготовлены именно из такой стали.
• С особыми свойствами. Если предыдущие два сорта скорее брали прочностью и надежностью, то данный подвид отличается химической или термической устойчивостью.

Последнюю категорию ряд исследователей даже классифицирует отдельно, утверждая, что ее можно поделить на:

• Жаропрочные – они выдерживают температуры вплоть до 1000 градусов.
• Устойчивые к коррозии металла, поэтому их можно применять в изделиях и конструкциях, которые предназначены для эксплуатации в условиях повышенной влажности.
• Жароустойчивые и окалиностойкие – характеристики отмечают их невосприимчивость к распаду.

Что означают добавки легированной стали и их влияние на свойства

Мы уже упоминали, что некоторые компоненты могут быть как обязательными, так и специальными примесями – в зависимости от их количества. Различные марки могут содержать:

Элемент	Влияние
Хром	Значительно защищает от коррозии, способствует повышению твердости, а также ударопрочности. Показательно то, что много хрома добавляют в нержавейку.
Никель	С добавлением данного вещества сплав становится более вязкий и пластичный, уменьшается его хрупкость, что очень важно, например, перед обработкой давлением – прессованием или штамповкой.
Титан	Снижает зернистость, делает структуру более однородной, а значит, менее подверженной появлению трещин и расколов. Дополнительно улучшается восприимчивость к металлообработке и устойчивость к ржавлению.
Ванадий	Как и после внедрения титана, можно заметить менее зернистую форму. Также характерно увеличение текучести и порога прочности на разрыв.
Молибден	После него намного эффективнее процесс закалки, а также снижается хрупкость, появляется большая выносливость к ржавлению.
Вольфрам	Кроме повышения твердости, он еще и помогает при термообработке – зернистость не увеличивается при нагреве, а при отпуске не сильно страдает ломкость.
Кремний	Его задача – одновременное увеличение прочности и сохранение уровня вязкости. Но если его будет более 15%, то можно наблюдать за повышением магнитной проницаемости и сопротивляемости электричеству. однако нужно быть осторожным, поскольку сталь становится более хрупкой.
Кобальт	Хорошо защищает от быстрого разрушения под воздействием высоких температур; делает выше ударопрочность
Алюминий	Добавляет окалиностойкость, то есть при большом жаре не происходит быстрого окисления.

Мы перечислили основные добавки, которые применяются при легировании. Также сделаем отдельную таблицу для примесей, которые невозможно полностью убрать из состава.

Элемент	Влияние
Углерод	Очень сильно повышает прочность, твердость, ударостойкость, предел текучести. Но есть строгие ограничения по его добавлению. проще говоря, если его будет более 1,2 – 1,4 процента, то все перечисленные характеристики, напротив, пойдут на спад вместе с пластичностью.
Марганец	Выше мы представили его значимость в качестве раскислителя. Но вещество защищает не только от кислорода, но и от серы, а зачем защищать, читаем ниже.
Сера	Высоким называется уже ее содержание, превышающее 0,6%. Примесь в такой концентрации приводит к плохой свариваемости, сниженной прочности, пластичности и коррозионной устойчивости. в общем, этот ингредиент не приносит никакой пользы, только вред.
Фосфор	Его наличие может привести к завышенному показателю хрупкости и текучести, а также к понижению вязкости и пластичности.
Азот, водород и кислород	Газы способствуют разрыхлению структуры, из-за чего сплав становится хрупким, менее выносливым к нагрузкам и недостаточно вязким.

Маркировка: какие марки стали называются легированными

Нормативный документ, который регламентирует название каждого нового подвида, – это ГОСТ 4543-71. Потребность в наличии такой систематизации возникла из-за огромного количества разновидностей, которые только увеличиваются с каждым годом, потому что открываются новые соединения и пропорции. Каждый вид предназначен для отдельной сферы деятельности и уникален по-своему. Чтобы их отличать, используют специальные нанесения. Вот как она выглядит:

Или так, на английском языке:

В первом случае букв указано не было, значит это просто классический сплав с добавками. Но во втором мы видим спереди «Х» – ее наличие говорит, что перед нами хромистая сталь. Если в начале стояли другие, они бы свидетельствовали о следующем:

• Ж – нержавеющая;
• Е – магнитная;
• Я – хромоникелевая нержавейка;
• Ш – шарикоподшипниковая;
• Р – быстрорежущая инструментальная.

Также аббревиатуры могут стоять справа. Например:

• А – высококачественная;
• Ш – особовысококачественная;
• Н – полученная способом нагартованного проката;
• ТО – использован термически обработанный прокат.

Теперь о цифрах и буквах внутри самой маркировки. Цифровое обозначение обычно показывает процентное соотношение вещества. Но так как нет возможности уточнять все до сотых частей, то принято округлять до целых. А если содержание не превышает 1%, то буквенный знак присутствует, а цифра не ставится. Сами элементы записываются либо по химическим формулам, либо по первым значениям. Посмотрим более полный перечень:

Если вы хотите исчерпывающие списки и перечни марок, следует заглянуть в вышеупомянутый ГОСТ.

Применение легированной стали

Сфер использования настолько много, что их сложно перечислить. Скажем только о некоторых производствах:

• Инструменты для медицины, в том числе острые режущие предметы.
• Лезвия.
• Подшипники и прочие детали с высокой радиальной и опорной нагрузкой.
• Резцы, фрезы, сверла и прочая оснастка для станков по металлообработке.
• Корпуса для техники и приборов.
• Нержавеющая посуда – ведра, тазы и пр.
• Делали для автомобилестроения.

Это и многое другое можно изготавливать из данного вещества. Любые задачи, которые требуют превосходных прочностных качеств, могут рассчитывать на легированную сталь.

Свойства

В зависимости от легирующих компонентов они могут быть различными, но в целом улучшаются следующие характеристики:

• Коррозийная устойчивость. Иногда достаточно только обработать верхний слой защитным составом, но как быть с деталями, которые постоянно соприкасаются с влагой и кислородом? Ответ простой – легировать.
• Прочность.
• Твердость.
• Отсутствие хрупкости.
• Стойкость к нагрузкам на растяжение и сжатие.
• Нужный уровень вязкости и предела текучести.
• Уменьшение намагниченности.

Производство

Основной способ – металлургический. В ходе него в расплавленный металл добавляют нужное количество примесей. Затем задаются дополнительные условия, в которых диффузия или иные реакции проходятся с более высокой скоростью.

Второй вариант легирования – нанесение поверхностного слоя таким образом, что вещества начинают взаимное проникновение друг в друга.

Сварка сплавов

Мы отмечали, что после добавления компонентов металлообработка, в том числе с помощью сварочного аппарата, затрудняется. Посмотрим, в чем особенности.

Низколегированных

Рекомендации:

• Нельзя допускать быстрого остывания шва – тогда могут появиться микротрещины.
• Аппарат должен быть с обратной полярностью и постоянным напряжением.
• Нужно использовать электроды с фтористо-кальциевым покрытием.
• Процесс – без перерыва, плавно со средней скоростью в 20 м/ч.
• Напряжение – 40 В и сила тока – 80 А.

Среднелегированных

Особенности:

• В электродах должно быть меньше легирующих веществ, чем в сплаве.
• Если лист шире, чем 5 мм, применяйте аргоновую сварку.
• При газовом аппарате используйте смесь из ацетилена и кислорода.

Высоколегированных

• Тепловой захват материала – минимальный.
• Электроды с фтористо-кальциевым покрытием.
• Не стоит применять газовую сварку.

В статье мы рассказали все про легированную сталь: что это значит, особенности получения, свойства и состав. Надеемся, что информация была для вас познавательной.

После того, как ознакомитесь со статьей, можете прочитать про наши товары. Компания «Рокта» уже 15 лет на российском рынке. За это время мы охватили практически все города страны.

Легированная сталь, ее свойства, характеристики, виды, марки и назначение

Содержание статьи

В современном мире имеется большое количество разновидностей стали. Это один из самых востребованных материалов, который используется практически во всех отраслях промышленности.

Характеристика легированных сталей

Легированная сталь представляет собой сталь, которая кроме обычных примесей оснащена еще и дополнительными добавочными веществами, которые необходимы для того, чтобы она соответствовала тем или иным химическим и физическим требованиям.

Обычная сталь состоит из железа, углерода и примесей, без которых невозможно себе представить данный материал. В легированную сталь добавляются дополнительные вещества, которые получили название легирующих. Они используются для того, чтобы сталь стала обладать такими свойствами, которые необходимы в тех или иных ситуациях.

В большинстве случаев в качестве легирующих элементов к железу, примесям и углероду добавляются: никель, ниобий, хром, марганец, кремний, ванадий, вольфрам, азот, медь, кобальт. Также не редко в таком материале отмечаются такие вещества, как молибден и алюминий. Для придания прочности материалу в большинстве случаев добавляется титан.

Такой вид стали имеет три основные категории. Отношение легированной стали к той или иной группе обусловлено тем, сколько в ней содержится стали и примесей, а также легированных добавок.

Виды легированной стали

Есть три основных вида стали с легирующими элементами:

• Низколегированная сталь.

Она характеризуется тем, что в ней содержится около двух с половиной процентов легирующих дополнительных элементов.

• Среднелегированная сталь.

Данный материал имеет в своем составе от 2.5 до 10 процентов легирующих дополнительных веществ.

• Высоколегированная сталь.

К данному виду относятся стальные материалы, количество легирующих добавок в которых превышает десяти процентов. Количество этих компонентов в такой стали может достигать пятидесяти процентов.

Назначение легированной стали

Легированную сталь широко применяют в современной промышленности. Она обладает высоким уровнем прочности, что позволяет изготовлять из нее оборудование для резки и рубки металлического проката самых разных видов.

По своему назначению стали легированного типа могут быть представлены большим количеством групп.

Основными из них являются:

• конструкционная легированная сталь,
• инструментальная легированная сталь,
• легированная сталь с особыми химическими и физическими свойствами.

Характеристики легированных сталей могут быть разнообразными. Они их приобретают благодаря соотношению основных элементов. Стали такого типа являются в любом случае более прочными и устойчивыми к образованию коррозии.

Свойства легированной стали

Свойства легированных сталей являются разнообразными. Они главным образом определяются теми добавками, которые применяются в качестве легирующих при производстве отдельных видов стальных материалов.

В зависимости от добавленных легирующих компонентов сталь приобретает следующие качества:

• Прочность. Данное свойство приобретает после добавления в ее состав хрома, марганца, титана, вольфрама.
• Устойчивость к образованию коррозии. Это качество появляется под воздействием хрома, молибден.
• Твердость. Сталь становится боле твердой благодаря хрому, марганцу и другим элементам.

Внимание: Стоит отметить, что для того, чтобы легированная сталь была более прочной и устойчивой к внешнему влиянию окружающей среды необходимое содержание хрома не должно быть менее двенадцати процентов.

Сталь легированного типа при правильном процентном соотношении всех входящий в нее элементов не должна менять свои качестве при температуре нагревания до шестисот градусов Цельсия.

Производство легированной стали.

Марки легированной стали

Марки легированной стали являются различными. Они представлены в большом многообразии. В зависимости от назначения стали определяется ее маркировка.

Сегодня имеется большое количество требований к маркировке легированной стали. Для данного процесса используются цифровые и буквенные обозначения. Сначала при маркировке используются цифры. Они являются показателями того, сколько содержится в том или ином виде легированной стали сотых долей углерода. После цифр стоят буквы, которые являются обозначением того, какие легирующие добавки были использованы при производстве того или иного легированного типа стали.

После букв могут стоять цифры, обозначающие количество легирующего вещества в составе стального материала. Если после обозначения какого-либо легирующего элемента не стоит цифровое обозначение, то его в составе имеется минимальное количество, не достигающее даже одного процента.

Таблица 1. Сопоставление марок стали типа Cm и Fе по международным стандартам ИСО 630-80 и ИСО 1052-82.

Таблица 2.

Условные обозначения легирующих элементов в металлах и сплавах

Легированная сталь: двигатель прогресса

Легированная сталь — это металл огромной универсальности, щедрый дар науки человечеству в нынешний технологический век (и все это при разумных экономических затратах).

Существуют тысячи различных видов сталей, которые были созданы для использования в самых разнообразных целях. По большому счету, их можно подразделить на легированные и углеродистые. Отличие легированной стали от углеродистой можно описать в двух словах. Если сталь имеет в своем составе железо и углерод (плюс малое количество постоянных примесей – марганец, кремний, серу, фосфор и некоторые газы), то такую сталь называют углеродистой. Если в процессе плавки углеродистой стали для получения особых механических или физических характеристик к ней добавляют легирующие добавки (хром, никель, ванадий и т.д. – подробнее о них ниже), то такую сталь называют легированной.

Классификация легированной стали

Легированная сталь бывает низколегированной, среднелегированной и высоколегированной. Первая содержит до 2,5% легирующих добавок, вторая – не более 10%. Высоколегированная сталь в своем составе может содержать до 50% легирующих «дополнений». В современной металлургии применяют десятка два элементов, которые по отдельности или в различных комбинациях и пропорциях добавляют в углеродистую сталь для производства различных видов легированных сталей. Вот, к примеру, лишь некоторые из них (обозначение легирующих элементов в стандартах СНГ указано в скобках):

• Алюминий (Ю) – способствует удалению из стали фосфора, серы и кислорода
• Хром (Х) – увеличивает прочность, стойкость к коррозии и окислительным процессам
• Медь (Д) – повышает коррозийную стойкость
• Марганец (Г) – повышает жаропрочность, износостойкость, пластичность и прокаливаемость
• Никель (Н) – увеличивает ударную и коррозийную стойкость
• Кремний (С) – улучшает магнитные свойства
• Вольфрам – увеличивает прочность и твердость
• Ванадий – повышает антикоррозийную прочность, ударную прочность и вязкость

Все эти сплавы, конечно, систематизированы и имеют оригинальные буквенно-цифровые обозначения. Особая маркировка легированных сталей, выпущенных по некоторым стандартам СНГ, позволяет сразу определить, какие легирующие элементы были добавлены в сталь, в какой пропорции и какие свойства, в результате, имеет полученный материал.

Исторический экскурс

Самая первая в истории человечества легированная сталь содержала хром и была запатентована в 1865 г. американским металлургом Джулиусом Бауром. Ее производство наладила бруклинская Chrome Steel Co., но успеха на рынке проект не имел. Тем не менее, новация вызвала живой интерес у металлургического сообщества. Французский металлург Анри-Ами Брустляйн начал собственные эксперименты со сталью и хромом. Вскоре Брустляйн усовершенствовал процесс производства хромистой легированной стали и превратил ее в коммерчески успешный продукт. Брустляйн наладил производство пушечных снарядов, брони и инструментов, и его продукция доминировала на рынке легированной стали около 15 лет.

Кстати, инструментальные легированные стали популярны до сих пор и широко используются для выпуска режущих, измерительных, ударно-штамповых и других инструментов.

Раз уж мы коснулись классификации легированных сталей, то отметим, что кроме инструментальных, также различают легированные конструкционные стали (как понятно из названия, их применяют для выпуска строительных металлических конструкций) и стали с особыми физическими и химическими свойствами (сюда относится, например, высокая степень электрического сопротивления, магнетизм, жаропрочность и т.п.).

Но вернемся к г-ну Брустляйну. За свою работу по созданию хромированной стали, изучению особенностей термической обработки и применения этого сплава французского металлурга заслуженно называют «отцом легированных сталей».

В то время как Брустляйн разрабатывал хромистые стали, англичанин Джеймс Райли организовал производство никелевой стали в Шотландии. Одна из созданных им сталей, содержащая примерно 0,2% углерода и 5% никеля, обладала прочностными свойствами, которые представляли значительный интерес для строительства и машиностроения. Эта сталь, обработанная прокаткой и отжигом, примерно на 40% была прочнее аналогичной стали без никеля.

Также на рубеже XIX и XX веков выпуск никелевой стали начал свое широкое распространение в США. Так, сталь, содержащая 5% никеля, массово применялась при производстве велосипедов (из нее делали цепи и другие элементы конструкции).

Постепенно легированная сталь «добралась» и до автомобилестроения. Пионер производства автомобилей в штате Индиана, Haynes-Apperson Company придумал один из первых автомобилей с бензиновым двигателем в США. Он назывался Brass Era или карета-автомобиль. Оси Brass Era были изготовлены из никелевой стали. К 1898 г. Haynes-Apperson Co выпускала одну машину каждые две-три недели и продавала диковинки за $2 тыс. (по тем временам баснословные деньги).

Несколько позже никелевые стали начали использовать и при строительстве крупных инфраструктурных объектов, включая Манхэттенский мост и мост Куинсборо в Нью-Йорке. В целом, по данным ASM International (Информационное общество по материалам) в 1900 г. в США было произведено около 3000 т легированной стали.

Собственно, именно автомобилестроители и положили начало великой эпохе легированного материала. В первые два десятилетия XX века количество видов легированной стали, используемых в автомобильной индустрии, резко возросло. В 1920 г. Уолтер Джомини из Мичиганского университета, специализировавшийся в области металлургии и работавший в Studebaker Automobile Co., опубликовал список из 12 легированных сталей. Особые свойства этих сплавов, описанные ученым, по его заключению, могли полностью удовлетворить все потребности автоиндустрии того времени. Дополнительным «трамплином» для дальнейшего распространения легированных сталей стала первая мировая война. По подсчетам ASM International, в тот период количество легированной стали, производимой в США, достигает уже 1 млн. т ежегодно.

Применение легированной стали

Прошло более, чем сто лет, и сегодня существуют сотни промышленных изделий, которые могут быть изготовлены из легированной стали различного состава. К ним относятся трубы, пластины, листы и рулоны, прутки, фитинги, фланцы, крепежные элементы и многое другое. Они применяются в самых разных отраслях промышленности – автомобильной и горнодобывающей индустрии, машиностроении, дорожном и жилищном строительстве, производстве бытовой техники и т.п.

К примеру, в строительстве легированные стали используются при возведении масштабных современных конструкций – аэропортов, мостов, небоскребов и стадионов, дизайн которых предполагает возведение стального каркаса. Свойства легированной стали придают металлическим каркасам высокую прочность, столь необходимую для таких больших объектов. Для увеличения прочности и снижения общего веса легированную сталь также применяют в качестве усиления конструкций из бетона. Упомянем и о винтах, гвоздях и болтах – эти мелкие изделия из легированной стали также распространены очень широко.А вот при строительстве мостов используются и специфические легированные сплавы, например, так называемые кортеновские стали. За счет присутствия никеля, меди и хрома они обеспечивают мостам улучшенную защиту от коррозии.

Тут уместно вспомнить и о высокопрочном стальном прокате.Чаще всего промышленные покупатели продукции Метинвеста останавливают свой выбор на высокопрочной стали, подвергшейся термомеханической прокатке или закалке с отпуском. При производстве высокопрочного стального проката на предприятии используют ряд систем легирования стали, несколько спецрежимов горячей прокатки и особую термообработку. По сравнению с традиционными марками стали, высокопрочный металл служит дольше и менее затратен в производстве и эксплуатации. Кроме хороших показателей прочности, материал отличает повышенная ударная вязкость (он проявляет это свойство и на морозе), свариваемость и пластичность.

Перечисленные факторы, а также снижение металлоемкости высокопрочной стали сделали ее востребованной у потребителей, и продукт нашел применение в различных индустриях. Впрочем, как и другие современные легированные стали. Их универсальность и прекрасные потребительские качества позволяют дизайнерам не сдерживать полет своих фантазий, а строителям придает уверенности в том, что грандиозные современные сооружения из легированной стали возводятся на века.

Легированная сталь: применение, классификация и маркировка

Уже более 3 000 лет человечество обрабатывает железо изготавливая различные орудия, машины, домашнюю утварь. Несмотря на относительно высокие механические свойства этого металла его разрушение в результате коррозии не способствует долговременному использованию железных изделий на открытом воздухе.

Ещё одним существенным ограничением в использовании данного металла является его невысокие эстетические качества. Чтобы существенно улучшить данные свойства при производстве стали используются добавки придающие устойчивость к окислению, появлению на её поверхности блеска и существенному увеличению прочности металла.

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:

• хром;
• никель;
• молибден;
• вольфрам;
• медь.

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

Видео:

Виды легированных сталей

От процентного содержания добавок стали разделяются на:

1. Низколегированные — содержание добавок менее 2,5%
2. Среднелегированные — 2,5 — 10%.
3. Высоколегированные — более 10%.

Также легированные стали подразделяются на следующие виды:

• конструкционные;
• инструментальные;
• с особыми физическими свойствами.

Конструкционные и инструментальные изделия используются в тех областях применения металлов, где необходима повышенная прочность. Легированные стали с особыми физическими свойствами могут быть устойчивыми к коррозии, высокой температуре и к химически агрессивным средам.

Маркировка легированных сталей

Из-за большого разнообразия сплавов с улучшающими добавками появилась необходимость в их маркировке. Легированные стали классификация и маркировка которых будет приведена ниже очень легко идентифицировать по буквенному обозначению, а также по указанию процентного состава тех или иных веществ в металле.

Расшифровка

Маркировка включает в себя буквы, которые обозначают предназначение металла.

1. Ж, Х, Е — обозначение нержавеющих, хромистых и магнитных сплавов.
2. Я — хромоникелевая нержавеющая сталь.
3. Ш — шарикоподшипниковая.
4. Р — режущая.
5. А, Ш — качественная и высококачественная легированная сталь.

Также в сплавах могут содержаться следующие элементы:

• Азот — А
• Алюминий — Ю
• Бериллий — М
• Бор — П
• Вольфрам — В
• Ванадий — Ф
• Кобальт — К
• Кремний — С
• Марганец — Г
• Медь — Д
• Молибден — М
• Магний — Ш
• Ниобий — Б
• Никель — Н
• Селен — Е
• Титан — Т
• Фосфор — П
• Хром — Х
• Цирконий — Ц
• Редкоземельные металлы — Ч

Если легированные стали маркировка которых после букв не имеет цифр не содержат ниобия, молибдена, ванадия, алюминия, азота, бора, титана, циркония и редкоземельных металлов, то это будет говорить о том, что в материале содержание легирующего элемента менее 1,5%. Для перечисленных выше металлов имеется исключение из данного правила, по причине влияния на механические свойства сплава даже десятых долей процента.

Если перед буквенным обозначением стоит цифра, то это показатель содержания кремния, а расположение цифр после буквы указывает процентное соотношение обозначенных химических элементов.

Видео:

Применение легированных сплавов

Благодаря высоким эксплуатационным характеристикам легированная сталь применение находит в машиностроении, изготовлении инструментов, труб и строительных материалов.

Детали машин обычно изготавливают из перлитных металлов. К этой категории материалов относятся низколегированные и среднелегированные стали, которые после отжига имеют структуру позволяющую легко обрабатывать металл с помощью режущего инструмента.

Низколегированные стали благодаря повышенным прочностным характеристикам позволяют существенно экономить денежные средства при строительстве крупногабаритных сооружений и машин. Например, в судостроительстве благодаря использованию материала удаётся уменьшить толщину применяемого металла.

Легированные стали с добавками хрома широко используются для производства изделий, которые устойчивы к воздействия молочной и уксусной кислоты, а также следующих деталей работающих под значительным давлением:

1. Поршневые пальцы, карданные крестовины и другие изделия предназначенные для эксплуатации в условиях повышенного износа.
2. Кулачковые муфты, плунжеры и шлицевые валики.
3. Шестерни коробок передач и червячные валы, а также другие изделия для работы на малых и средних скоростях.

Высоколегированная сталь широко используется для производства деталей устойчивых к коррозионному разрушению. Такие изделия также устойчивы к высоким температурам и способны работать в условиях до +1100 градусов.

Некоторые виды сплавов благодаря особым тепловым качествам имеют специальное применение, например:

1. ЭН42 — материал обладает коэффициентом расширения таким же как и у стекла, поэтому применяется в качестве электродов в лампах накаливания.
2. Х8Н36 — обладает постоянной упругостью, которая не изменяется в температурных пределах от минус 50 до +100 градусов. Благодаря неизменяемой упругости такой материал широко используется для
   производства пружин для часовых механизмов и стрелочных измерительных приборов.
3. И36 — сплав обладает нулевым коэффициентом температурного расширения, поэтому идеально подходит для изготовления различных эталонов и калибровочных изделий.

Сварка легированных сталей: особенности

Легированные сплавы обладают хорошей пластичностью, поэтому из них можно изготовить сложные конструкции методом сварки. По причине различного содержания добавок каждый тип легированных изделий имеет свои особенности.

Сварка низколегированных сталей

Особенность сварных соединений низколегированных сталей заключается в высокой сопротивляемости холодным трещинам и хрупкому разрушению. Но, такие свойства соединительного шва можно достичь только при правильном сваривании.

Если процесс предварительного нагрева будет нарушен либо сварной шов подвергнется слишком быстрому остыванию металл может получить в местах соединения микроскопические повреждения, которые значительно уменьшат прочность всей конструкции.

Низколегированные стали марки 10Г2СД, а также 14ХГС и 15ХСНД свариваются с использованием аппарата постоянного тока с обратной полярностью. Электроды для сваривания должны иметь фтористо-кальциевое покрытие. Величина сварочного тока должна точно соответствовать типу электрода, толщине металла и типу сплава. Несоблюдение этого требования также отразится на качестве сварного шва и, как следствие, на прочности изготавливаемой конструкции.

Сварка низколегированной стали должна осуществляться без перерыва, чтобы весь шов был выполнен без при температуре металла не менее 200 градусов. Средняя скорость сварки составляет 20 м/ч, при напряжении 40 В и силе тока 80 А.

Видео:

Сварка среднелегированных сталей

При изготовлении конструкций из среднелегированных сталей необходимо использовать сварочные материалы, в которых содержание легирующих элементов должно быть меньше, чем в свариваемом материале.

Только при использовании таких материалов можно добиться получения шва с высокой устойчивостью к деформации. Если при изготовлении изделий из среднелегированных сталей толщина листа не превышает 5 мм, то высокого качества соединения можно достичь при использовании аргонодуговой сварки.

Если для соединения деталей используется газовая сварка, то в качестве источника горения следует применять ацетилен в смеси с кислородом.

Сварка высоколегированных сталей

Если для производства металлических деталей применяется высоколегированная сталь, то в этом случае следует применять сварочное оборудование с минимальным тепловым захватом материала. Это необходимо для снижения вероятности коробления металла во время сварки, по причине большого содержания в составе металла различных примесей.

Электрическая сварка высоколегированных сплавов осуществляется с использованием электродов с фтористокальциевым покрытием. В этом случае удаётся добиться высоких показателей механической и химической прочности сварного шва.

Применение газовой сварки при изготовлении конструкций из высоколегированных сталей нежелательно. В исключительных случаях возможно использование газовой сварки для соединения жаропрочного высоколегированного стального листа толщиной не более 2 мм.

Видео:

Заключение

Применение легированных сплавов при изготовлении металлических деталей и конструкций позволяет придать ним необходимые физические качества. При работе с такими металлами обозначение легирующих элементов в стали помогает подобрать заготовку с нужными параметрами, из которой затем будет изготовлена конструкция.

При использовании таких сплавов необходимо не только знать их состав, но и способы соединения при помощи сварки. Поэтому если следовать рекомендациям изложенным в данной статье, то можно получить высококачественное изделия с заданными параметрами.

Сталь: состав, свойства, сферы применения

Сталь – это сплав железа с углеродом с добавлением различных примесей, оказывающих влияние на основные характеристики продукта. При заказе материала нужно учитывать, какими свойствами должна обладать сталь, так как механические и химические свойства стали напрямую влияют на то, где ее можно использовать.

Сталь – это один из основных промышленных материалов, используемых в разных отраслях, от машиностроения до медицины. Сырье представляет собой сплав, в котором соединяется железо с углеродом. Также добавляются и другие примеси, оказывающие значительное влияние на основные характеристики конечного продукта.

Состав стали

Основа состава – железо и углерод. В сплаве обычно содержится не более 2,14%.

Основной критерий классификации – химический состав. Вся представленная на рынке продукция разделена на два основных вида сырья:

• Углеродистая сталь. В ее составе кроме железа и углерода также есть фосфор, сера, марганец и кремний. В зависимости от процентного содержания углерода сырье разделено на высоко-, средне- и низколегированные марки. Этот материал можно применять, даже если перед вами стоит задача создать инструмент, использующийся под постоянным напряжением и высокими нагрузками.
• Легированная сталь. К основным компонентам добавлены дополнительные легирующие элементы. Среди них – множество типов веществ, от кремния, бора и азота до хрома, циркония, ниобия, вольфрама и титана. Это влияет не только на стоимость, но и на качество продукции, область использования и характеристики. В продаже вы найдете множество типов продукции – жаропрочные, цементуемые, улучшаемые стали. В зависимости от структуры сырье может быть доэвтектоидного, ледебуритного, эвтектоидного и заэвтектоидного типа.

Свойства и применение стали можно определить по ее марке.

В состав стали могут добавляться различные примеси. В зависимости от того, в каком количестве они представлены в рецептуре, выделяются два основных типа продукции:

• Обыкновенного качества. В составе такого сплава углерода не более 0,6%. Основные стандарты, используемые в изготовлении –ГОСТ 14637 и ГОСТ 380-94. Многие виды продукции в маркировке указываются как «Ст», что означает стандартное качество. На рынке этот тип сырья –один из наиболее доступных по стоимости.
• Качественный. К этой категории относятся легированная и углеродистая разновидности. Уже в маркировке указывается особенность состава, количество углерода в сотых долях. Основной стандарт, которого придерживаются изготовители, – ГОСТ 1577. Стоит такая сталь дороже, чем продукт обыкновенного качества. При этом материал намного более пластичен, хорошо сваривается и отлично защищен от механического воздействия.

Основные свойства стали

При заказе материала нужно учитывать, какими свойствами должна обладать сталь, чтобы подойти под конкретную область применения. Если не понимать такой особенности, есть риск покупки сырья, не соответствующего прочности, уровню защиты от коррозии, качеству свариваемости и другим характеристикам.

Рассмотрим основные характеристики материала.

Механические

Показывают, какие варианты обработки можно выбирать и где использовать. Есть несколько основных параметров:

• Прочность. Показывает, какую нагрузку можно прикладывать к детали, пока не появятся первые признаки разрушения. Для каждой марки материала указывается этот параметр, а также предел текучести.
• Предел прочности. Указывает на защищенность материала от механического напряжения.
• Предел текучести. Дает представление о растягиваемости материала. Это помогает понимать, насколько сильно можно растянуть материал до момента, пока процесс будет продолжаться, даже когда нагрузка перестанет прикладываться.
• Пластичность. Чтобы материал можно было использовать в изготовлении различных типов деталей и заготовок. Такая характеристика помогает сырью менять форму, прописывается, чтобы определить параметры относительного угла изгиба и удлинения.
• Ударная вязкость. Напрямую связана с пределами динамических нагрузок. Характеристика указывает, насколько сильный удар сможет выдержать готовое изделие или заготовка, прежде чем начнет окончательно разрушаться.
• Твердость. Показывает предельную нагрузку по площади до момента возникновения вдавливания. Может определяться разными методами, как Бринелля, так и Виккерса.

Физические

Параметры дают понять, возможно ли применение стали в строительстве или различных областях промышленности. Есть три значимых центральных показателя:

• Плотность. В характеристике зашифровано, какая масса стали содержится в указанном объеме. Чем выше прочность, тем больше защищенность от деформации, сильного давления и других потенциальных угроз.
• Теплопроводность. Параметр дает представление, насколько быстро тепло передается по заготовке. Параметр очень важен для промышленности, к примеру, при изготовлении радиаторов или труб для теплотрасс.
• Электропроводность. Позволяет оценить безопасность применения материала в местах, где есть риск удара током. Также сплав можно выбрать и для установки в сферах, где имеют значение его проводниковые характеристики.

Химические

Весь набор параметров дает представление о том, как поведет себя материал в разных температурах или средах с разной степенью агрессивности. Есть четыре основных параметра:

• Окисляемость. Процесс окисления вызывается контактом металла с кислородом, может стимулироваться увеличением температуры. На уровень окисляемости влияет содержание углерода и среда, в которой используются изделия. Чем больше подверженность окислению, тем быстрее на поверхности появится ржавчина.
• Защищенность от коррозии. Указывается для разных сред. Может меняться при использовании на открытом воздухе, а также при контакте с водой или почвой.
• Жаростойкость. Помогает понять, при каком нагреве на металле начинает постепенно развиваться коррозия. Характеристика напрямую связана с окисляемостью.
• Жаропрочность. От жаростойкости отличается тем, что затрагивает не коррозийную стойкость и защиту от окалины, а саму прочность. Знание параметров поможет вам понять, до какой температуры нагреется заготовка, прежде чем ее можно будет сломать или деформировать.

Технологические

Показывают возможность обработки с применением различных технологий. Центральные параметры:

• Ковкость. Чем она выше, тем быстрее можно будет придать форму постоянным внешним механическим воздействием.
• Жидкотекучесть. Если этот параметр находится на высоком уровне, расплавленный материал сможет лучше заполнять пустоты.
• Свариваемость. Помогает соединять различные заготовки между собой. Отличается как в зависимости от типа использованной сварки, так и самого сплава.
• Обрабатываемость резанием. Сталь можно обрабатывать разными видами режущих инструментов для создания металлопроката и деталей с разными параметрами и областью применения.

Применение стали

Механические и химические свойства стали напрямую влияют на то, где ее можно использовать. Проще всего определиться со сферой по марке, указанной на сырье. Так продукцию с хорошей жаропрочностью можно использовать в средах, где есть риск воздействия постоянных высоких температур. То же относится к маркам, отличающимся хорошей свариваемостью и коррозийной стойкостью.

По сферам производства можно выделить несколько основных категорий:

• Строительные. Применяются при создании металлоконструкций различного масштаба, арматуры, обшивки стен. Необходимые характеристики отличаются в зависимости от области применения. Так для одних видов сплава важна стойкость к коррозии во влажных средах, для других – защита от окисления при контакте с почвой. Но все используемые типы сырья должны хорошо свариваться, иметь повышенную прочность при постоянном или периодическом сильном механическом давлении. В сочетании с важной для строителей доступностью стоимости такими параметрами обладают низколегированные сплавы и варианты обычного качества.
• Инструментальные. Применяются для изготовления инструментов различного назначения. Все сплавы разделены на три категории. Первая используется для создания штампованных деталей. Вторая – при производстве режущего инструмента, третья – измерительного с высокой точностью. Лучшим решением станет заказ высоколегированных и высокоуглеродистых материалов. Они не только хорошо защищены от износа, но и отличаются твердостью, хорошей теплопроводностью.
• Конструкционные. Разнообразны по сфере использования: применяются для металлоконструкций, а также для деталей, крупных механических узлов. Лучшее решение – применение сплава с малой долей марганца. Легирование позволяет расширить список полезных характеристик. Эксперты рекомендуют обратить внимание на высокопрочные, автоматные, износостойкие и другие марки.

Также всегда можно заказать материалы со специальными характеристиками для конкретной зоны применения. Это могут быть как сплавы с повышенной жаропрочностью, так и защищенные от окисления при контакте с кислородом, хорошо плавящиеся, электропроводные и многие другие.

Легированные стали

Легированными называются стали, в составе которых есть легирующие компоненты. Данные компоненты оказывают влияние на структуру и свойства стали. Производство легированных сталей занимает значительную долю среди общего объема выплавляемых сталей. А именно четвертую часть. При этом особое значение придается рациональному выбору легирующих компонентов. 

Для чего нужно легирующие элементы и для чего они нужны?

Легирующие элементы – это химические элементы, используемые для улучшения механических свойств стали. Благодаря легированию сталь становится более износостойкой в различных условиях эксплуатации. 

Где используются легированные стали?

Легированные стали используются, в основном, для ответственных сооружений различного назначения. Например, для изготовления деталей машин, подвергающихся большой нагрузке, для изготовления оборудования, сложных конструкций. Строительство – основная область применения легированных сталей. 

Классификация легированных сталей. 

Существует несколько классификаций легированных сталей 

Легированная сталь прежде всего определяется легирующими элементами. Поэтому легированную сталь делят на кремнистую, кремнемарганцевую, хромомарганцевую. Это отражается и в маркировке сталей. Сталь, легированная Бором обозначается буквой «Р», сталь, легированная хромом – «Х», марганцем – «Г», кремнием – «С».

В зависимости от сферы назначения, легированные стали могут быть конструкционными, инструментальными и сталями с особыми свойствами. К сталям с особыми свойствами относят нержавеющие, жаростойкие и износостойкие стали. 

Легирующие элементы оказывают огромное влияние на качество стали. Как и почему это происходит? Во время процесса легирования присадки начинают взаимодействовать с углеродом и железом. При этом, легирующие элементы образуют фазы, выражающиеся в комбинации двух или более металлов. Существуют такие понятия, как легированный феррит (твердый раствор), легированный аустенит (твердый раствор легирующего элемента в гамма-железе) и легированный цементит (твердый раствор легирующего элемента в цементите). 

К аустенитам относят такие химические легирующие компоненты, как никель, медь, кобальт, марганец, углерод, азот. К ферритам относятся молибден, вольфрам, ванадий, хром, титан, алюминий и т.д. 

Концентрация легирующих компонентов в стали может варьироваться. В случае, если она составляет менее 0,1%, такая сталь называется низколегированной. Выделяют, так же, высоколегированные и среднелегированные стали. 

Сварка легированных сталей

В связи с тем, что легированные стали обладают высокой чувствительностью к напряжению при нагрузках, они требуют соблюдения особых условий при сварке. Главное, чему стоит уделить внимание – выбор сварочных материалов и защитных средств. Условия высокой пластичности сварного шва и высокой сопротивляемости трещинам возможно в том случае, если содержание углерода в присадочном металле не превышает 0,15%. Разделка кромок должна быть широкой. Для того, чтобы избежать сварочных напряжений, следует избегать жестких узлов и скопления швов. 

Легированная сталь отличается высоким качеством и хорошими эксплуатационными характеристиками. 

Легированная сталь

: все, что вам нужно знать о легированных сталях и их роли в строительстве

Обзор «стали»

Сталь — один из самых популярных материалов, используемых в строительной отрасли. По данным Всемирной ассоциации производителей стали, в 2018 году во всем мире было произведено около 1808 миллионов тонн нерафинированной стали, и около 50% этой продукции было использовано в строительной отрасли. Кроме того, они также заявляют, что существует до 3500 различных марок стали, и каждая марка обладает экологическими, химическими и физическими свойствами, уникальными для этой марки стали.Сталь претерпела значительные изменения с течением времени, и около 75% всех видов современной стали были разработаны за последние 20 лет. Интересно отметить, что если бы Эйфелева башня (построенная в 1887 году) была построена в наши дни, для нее потребовалась бы только треть стали, используемой тогда.

Виды стали

По сути, сталь представляет собой сплав железа с низким содержанием углерода. Существуют тысячи различных типов сталей, которые созданы для различных областей применения.Они делятся на 4 типа: углеродистая сталь, инструментальная сталь, нержавеющая сталь и легированная сталь. Углеродистые стали составляют большинство сталей, производимых сегодня в мире. Инструментальные стали используются для изготовления деталей машин, штампов и инструментов. Из нержавеющей стали делают обычные предметы домашнего обихода. Легированные стали состоят из железа, углерода и других элементов, таких как ванадий, кремний, никель, марганец, медь и хром.

Легированная сталь

Когда к углеродистой стали добавляются другие элементы, содержащие металлы и неметаллы, образуется легированная сталь.Эти легированные стали обладают различными экологическими, химическими и физическими свойствами, которые могут варьироваться в зависимости от элементов, используемых для легирования. Здесь соотношение легирующих элементов может обеспечивать разные механические свойства.

Эффекты легирования

Легирующие элементы могут изменять углеродистую сталь несколькими способами. Легирование может повлиять на микроструктуру, условия термообработки и механические свойства. Современные технологии с использованием высокоскоростных компьютеров позволяют предвидеть свойства и микроструктуру стали при холодной штамповке, термообработке, горячей прокатке или легировании.Например, если для некоторых применений стали требуются такие свойства, как высокая прочность и свариваемость, тогда углеродистая сталь сама по себе не будет служить этой цели, поскольку присущая углероду хрупкость сделает сварной шов хрупким. Решение состоит в том, чтобы уменьшить углерод и добавить другие элементы, такие как марганец или никель. Это один из способов изготовления высокопрочной стали с требуемой свариваемостью.

Виды легированной стали

Существует два вида легированной стали — низколегированная и высоколегированная.Как упоминалось ранее, состав и пропорция легирующих элементов определяют различные свойства легированной стали. Низколегированные стали содержат до 8% легирующих элементов, тогда как высоколегированные стали содержат более 8% легирующих элементов.

Легирующие элементы

Существует около 20 легирующих элементов, которые можно добавлять в углеродистую сталь для производства различных марок легированной стали. Они предоставляют различные типы свойств. Некоторые из используемых элементов и их эффекты включают:

• Алюминий — очищает сталь от фосфора, серы и кислорода
• Хром — может повысить ударную вязкость, твердость и износостойкость
• Медь — может повысить коррозионную стойкость и жгут
• Марганец — может повысить жаропрочность, износостойкость, пластичность и прокаливаемость
• Никель — может повысить стойкость к коррозии, окислению и прочность
• Кремний — может увеличить магнетизм и прочность
• Вольфрам — может повысить прочность и твердость
• Ванадий — может повысить коррозионную стойкость, ударопрочность, прочность и ударную вязкость

Другие легирующие элементы, которые обеспечивают различные свойства, включают висмут, кобальт, молибден, титан, селен, теллур, свинец, бор, серу, азот, цирконий и ниобий.Эти легирующие элементы могут использоваться по отдельности или в различных комбинациях в зависимости от желаемых свойств.

Свяжитесь с ближайшими к вам крупнейшими дилерами стали и получите бесплатные расценки

Изделия из легированной стали и области их применения

Существуют сотни продуктов, которые могут быть изготовлены из легированных сталей различного состава. Сюда входят трубы и трубки из легированной стали, листы и рулоны из легированной стали, прутки из легированной стали, прутки и проволока, кованые фитинги из легированной стали, стыковые фитинги из легированной стали, фланцы из легированной стали, крепежные детали и многое другое.Легированные стали находят широкое применение в различных отраслях промышленности, таких как автомобилестроение, горнодобывающая промышленность, машиностроение и оборудование, железные дороги, дорожное строительство, здания, бытовая техника и оффшорные приложения.

Применение в строительстве крупных сооружений

В строительстве легированные стали используются для изготовления очень больших современных конструкций, таких как аэропорты, мосты, небоскребы и стадионы в виде стального каркаса. Легированные стали обеспечивают необходимую высокую прочность для поддержки таких больших конструкций.Даже в бетонных конструкциях в качестве арматуры используются легированные стали, чтобы повысить прочность и снизить общий вес конструкций. В строительстве используются более мелкие изделия, такие как шурупы, гвозди и болты из легированной стали.

Применения в строительстве мостов

В мостах используются специальные легированные стали, известные как погодостойкие. Они обеспечивают улучшенную защиту от коррозии из-за присутствия никеля, меди и хрома в качестве легирующих элементов. Погодостойкая сталь также находит применение в зданиях в качестве облицовочного материала для улучшения внешнего вида.Погодостойкая сталь предлагает несколько преимуществ, включая высокую безопасность, простоту и скорость строительства, эстетичный внешний вид, небольшую глубину конструкции, низкие эксплуатационные расходы и возможность внесения изменений в будущем. Из-за его естественной выветривания отделка не требует покраски, что позволяет избежать проблем с окружающей средой, вызванных красками. Погодостойкие стали в долгосрочной перспективе чрезвычайно рентабельны.

Плоский прокат из легированной стали

Легированные стали используются для изготовления плоского проката — листов и полос.Таблички доступны в широком диапазоне сортов и размеров. Они используются в строительстве путем сварки пластин в готовые секции.

Лента и рулоны из легированной стали

Доступны полосы горячего и холодного проката, а также рулоны горячеоцинкованной стали. Оцинкованные методом горячего цинкования рулоны используются для изготовления строительных изделий, которые включают облицовку стен и крыш, боковые перила, прогоны крыши, легкие стальные рамы и перемычки.

Сортовой прокат из легированной стали
Легированные стали
используются для производства сортового проката, используемого в строительной отрасли, такого как балки, конструкционные профили, стержни, рельсы, стержни и проволока.

Фланцы из легированной стали

Еще одним важным продуктом из легированных сталей являются фланцы. Они используются в трубопроводах из нержавеющей стали. Эти фланцы могут быть изготовлены для различных применений. Некоторые из них включают фланцы с приварной шейкой, которые имеют ту же толщину и фаску, что и труба, и могут хорошо работать в суровых условиях высокого давления, высокой температуры или минусовых температур. Фланцы с соединением внахлест представляют собой надвижные фланцы, подходящие для трубопроводов из легированной стали, которые требуют регулярного технического обслуживания и осмотра.

Трубы из легированной стали

Трубы из легированной стали являются важным материалом в строительстве из-за их эксплуатационных характеристик, таких как пластичность, простота крепления без термической обработки и высокая прочность. Они представляют собой сплав нержавеющей стали, хрома и никеля. Некоторые специальные типы труб из легированной стали включают сварные трубы большого диаметра, трубы, полученные электросваркой плавлением, сварные трубы и бесшовные трубы. Они чрезвычайно полезны для высокотемпературных или агрессивных сред, помимо сред с высоким давлением.

Цена легированной стали

Поскольку легированные стали обладают особыми свойствами, необходимыми для конкретных применений, цены сильно различаются в зависимости от марок, входящих в состав легирующих элементов, процесса производства и размера. Цены на легированные стали, доступные в Индии, обычно варьируются в диапазоне от 90 580 рупий (1294 долларов США) за тонну до 4 08 730 рупий (5839 долларов США) за тонну.

Как видно из вышеизложенного, легированные стали играют важную роль в строительстве и других отраслях промышленности.Легированные стали отличаются экономичностью, высокими эксплуатационными характеристиками, коррозионной стойкостью, долговечностью, высокой прочностью, высоким соотношением прочности и веса, высокими эксплуатационными характеристиками в суровых условиях и широким ассортиментом продукции, подходящей для большинства областей применения.

Свяжитесь с ближайшими к вам ближайшими дилерами стали и получите бесплатные расценки

Свойства, состав и применение стандартных сталей

Стальные трубы

Изображение предоставлено: Shutterstock / CHIARI VFX

Сталь — это общий термин для большого семейства железоуглеродистых сплавов, которые являются ковкими в определенном температурном диапазоне сразу после затвердевания из расплавленного состояния.

Основным сырьем, используемым в сталеплавильном производстве, является железная руда, уголь и известняк. Эти материалы превращаются в доменной печи в продукт, известный как «чушковый чугун», который содержит значительное количество углерода, марганца, серы, фосфора и кремния. Чугун твердый, хрупкий и непригоден для прямой переработки в кованые формы. Сталеплавильное производство — это процесс рафинирования передельного чугуна, а также лома чугуна и стали путем удаления нежелательных элементов из расплава с последующим добавлением желаемых элементов в заранее определенных количествах.Первичной реакцией в большинстве сталеплавильных производств является соединение углерода с кислородом с образованием газа. Если растворенный кислород не удаляется из расплава до или во время разливки, газообразные продукты продолжают выделяться во время затвердевания. Если сталь сильно раскисляется добавлением раскисляющих элементов, газ не выделяется, и сталь называют «убитой», потому что она спокойно лежит в формах. Повышенная степень газовыделения (пониженное раскисление) характеризует стали, которые называются «полувысокими», «покрытыми» или «ободными».«Степень раскисления влияет на некоторые свойства стали. Помимо кислорода жидкая сталь содержит измеримые количества растворенного водорода и азота. Для некоторых критических сталеплавильных применений могут использоваться специальные методы раскисления, а также вакуумная обработка для уменьшения и контроля растворенных газов.

Содержание углерода в обычных марках стали колеблется от нескольких сотых процента до примерно 1 процента. Все стали также содержат различные количества других элементов, в основном марганца, который действует как раскислитель и облегчает горячую обработку.Кремний, фосфор и сера тоже присутствуют всегда, хотя и в следовых количествах. Другие элементы могут присутствовать либо в виде остатков, которые не добавляются намеренно, а являются результатом использования сырья или производства стали, либо в виде легирующих элементов, добавленных для изменения свойств стали.

Сталь может быть отлитой для придания ей формы, или отлитый слиток или прядь можно повторно нагреть и подвергнуть горячей обработке прокаткой, ковкой, экструзией или другими процессами в форму деформируемого стана. Кованые стали являются наиболее широко используемыми конструкционными материалами, предлагая множество форм, отделок, прочности и применимых температурных диапазонов.Ни один другой материал не предлагает сопоставимой универсальности в дизайне продукта.

Классификация стандартной стали

Деформируемые стали можно систематически классифицировать по группам на основе некоторых общих характеристик, таких как химический состав, практика раскисления, метод чистовой обработки или форма продукта. Химический состав — наиболее часто используемая основа для определения и присвоения стандартных обозначений деформируемым сталям. Хотя углерод является основным упрочняющим и упрочняющим элементом стали, ни один элемент не влияет на характеристики стали.Совместное действие нескольких элементов влияет на реакцию на термообработку, твердость, прочность, микроструктуру, коррозионную стойкость и формуемость. Стандартные стали можно условно разделить на три основные группы: углеродистые стали, легированные стали и нержавеющие стали.

Углеродистые стали

Сталь квалифицируется как углеродистая, если содержание в ней марганца ограничено 1,65 процента (макс.), Кремния — 0,60 процента (макс.), А меди — 0,60 процента (макс.). За исключением раскислителей и бора, если это указано, другие легирующие элементы не добавляются намеренно, но они могут присутствовать в виде остатков.Если любой из этих случайных элементов считается вредным для специальных приложений, могут быть указаны максимально допустимые пределы. В отличие от большинства легированных сталей углеродистые стали чаще всего используются без окончательной термообработки; однако они могут быть подвергнуты отжигу, нормализации, поверхностной закалке или закалке и отпуску для улучшения производственных или механических свойств. Углеродистые стали могут быть убитыми, полуфабрикатами, покрытыми колпаками или краями, и при необходимости может быть указан метод раскисления.

Легированные стали

Легированные стали

включают не только те марки, которые превышают пределы содержания элементов для углеродистой стали, но также и любые марки, в которые добавляются элементы, отличные от тех, которые используются для углеродистой стали, в определенных диапазонах или определенных минимумах для улучшения механических свойств, характеристик изготовления или любой другой атрибут стали.Согласно этому определению, легированные стали включают все стали, кроме углеродистых сталей; однако обычно стали, содержащие более 3,99% хрома, считаются «особыми типами» легированных сталей, включая нержавеющие стали и многие из инструментальных сталей.

В техническом смысле термин легированная сталь зарезервирован для тех сталей, которые содержат небольшое количество легирующих элементов (около 1-4 процентов) и обычно зависят от термической обработки для развития определенных механических свойств.Легированные стали всегда гибнут, но для особых критических применений могут быть рекомендованы специальные методы раскисления или плавления, включая вакуум. Легированные стали обычно требуют дополнительного ухода на протяжении всего процесса производства, поскольку они более чувствительны к термическим и механическим воздействиям.

Нержавеющая сталь

Нержавеющие стали — это высоколегированные стали, которые обладают превосходной коррозионной стойкостью по сравнению с углеродистыми и обычными низколегированными сталями, поскольку содержат относительно большое количество хрома.Хотя другие элементы также могут повышать коррозионную стойкость, их полезность в этом отношении ограничена.

Нержавеющие стали обычно содержат не менее 10 процентов хрома с другими элементами или без них. Однако в Соединенных Штатах было принято включать в классификацию нержавеющей стали те стали, которые содержат всего 4 процента хрома. Вместе эти стали составляют семейство, известное как нержавеющие и жаропрочные стали, некоторые из которых обладают очень высокой прочностью и стойкостью к окислению.Однако немногие из них содержат более 30 процентов хрома или менее 50 процентов железа.

В самом широком смысле стандартные нержавеющие стали можно разделить на три группы в зависимости от их структуры: аустенитные, ферритные и мартенситные. В каждой из трех групп есть один состав, который представляет собой основной сплав общего назначения. Все другие составы производятся из основного сплава, с определенными вариациями в составе, сделанными для получения очень специфических свойств.

Аустенитные марки немагнитны в отожженном состоянии, хотя некоторые из них могут стать слегка магнитными после холодной обработки.Их можно упрочнить только холодной обработкой, а не термообработкой, и они сочетают в себе исключительную коррозионную и жаропрочность с хорошими механическими свойствами в широком диапазоне температур. Аустенитные марки далее подразделяются на две подгруппы: хромоникелевые типы и менее часто используемые хромомарганцево-малоникелевые типы. Основной состав хромоникелевой группы широко известен как 18-8 (Cr-Ni) и является аустенитным сортом общего назначения. Эта марка является основой для более чем 20 модификаций, которые можно охарактеризовать следующим образом: соотношение хром-никель было изменено для изменения характеристик формования; содержание углерода было уменьшено для предотвращения межкристаллитной коррозии; элементы ниобий или титан были добавлены для стабилизации структуры; или был добавлен молибден, или было увеличено содержание хрома и никеля для улучшения стойкости к коррозии или окислению.

Стандартные ферритные сорта всегда магнитные и содержат хром, но не содержат никель. Их можно до некоторой степени упрочнить холодной обработкой, но не термообработкой, и они сочетают в себе устойчивость к коррозии и нагреванию с умеренными механическими свойствами и декоративной привлекательностью. Ферритные сорта обычно ограничены более узким диапазоном коррозионных условий, чем аустенитные сорта. Основной ферритный сорт содержит 17 процентов хрома. В этой серии есть модификации для свободной обработки и сплавы с повышенным содержанием хрома для повышения устойчивости к образованию накипи.Также в эту ферритную группу входит сталь с 12-процентным содержанием хрома (основной состав мартенситной группы) с другими элементами, такими как алюминий или титан, добавленными для предотвращения закалки.

Стандартные марки мартенсита являются магнитными и могут упрочняться закалкой и отпуском. Они содержат хром и, за двумя исключениями, никель. Основная мартенситная марка обычно содержит 12 процентов хрома. В мартенситном ряду более 10 стандартных составов; некоторые модифицированы для улучшения обрабатываемости, а другие содержат небольшие добавки никеля или других элементов для улучшения механических свойств или их реакции на термическую обработку.Третьи имеют значительно повышенное содержание углерода в диапазоне инструментальных сталей и поддаются закалке до самого высокого уровня среди всех нержавеющих сталей. Мартенситные марки отлично подходят для работы в мягких средах, таких как атмосфера, пресная вода, пар и слабые кислоты, но не устойчивы к сильно коррозионным растворам.

Системы нумерации металлов и сплавов

Несколько различных систем нумерации были разработаны для металлов и сплавов различными торговыми ассоциациями, профессиональными инженерными обществами, организациями по стандартизации и частными предприятиями для их собственного использования.Цифровой код, используемый для идентификации металла или сплава, может быть связан или не иметь отношения к спецификации, которая представляет собой изложение технических и коммерческих требований, которым должен соответствовать продукт. Используемые системы нумерации включают системы, разработанные Американским институтом чугуна и стали (AISI), Обществом автомобильных инженеров (SAE), Американским обществом испытаний и материалов (ASTM), Американским национальным институтом стандартов (ANSI), Американским обществом основателей стали, Американское общество инженеров-механиков (ASME), Американское общество сварщиков (AWS), Алюминиевая ассоциация, Ассоциация разработки меди, U.S. Министерство обороны (военные спецификации) и Главное бухгалтерское управление (федеральные требования).

Единая система нумерации (UNS) была разработана совместными усилиями ASTM и SAE, чтобы обеспечить средства сопоставления различных систем нумерации для металлов и сплавов, имеющих коммерческую ценность. Эта система позволяет избежать путаницы, возникающей при использовании более одного идентификационного номера для указания одного и того же материала или когда один и тот же номер присваивается двум совершенно разным материалам.Важно понимать, что номер UNS не является спецификацией; это идентификационный номер для металлов и сплавов, подробные характеристики которых приведены в другом месте. Номера UNS показаны в таблице 1; каждое число состоит из буквенного префикса, за которым следуют пять цифр. В некоторых случаях буква наводит на мысль о семействе металлов, идентифицированных серией, например, A для алюминия и C для меди. По возможности номера в группах UNS содержат последовательности нумерации, взятые непосредственно из других систем, чтобы облегчить идентификацию материала; е.g., соответствующий номер UNS для стали AISI 1020 — G10200. Номера UNS, соответствующие обычно используемым номерам AISI-SAE, которые используются для идентификации углеродистой, легированной и инструментальной стали, приведены в таблице 2.

Сводка

В этой статье описаны основные типы стандартных сталей. Узнайте больше о свойствах материалов из Руководства по машинному оборудованию, 30-е издание, которое опубликовано и доступно в Industrial Press на Amazon.

Чтобы найти источники поставок стали, посетите платформу Thomas Supplier Discovery Platform, где вы можете найти потенциальные источники поставок для более чем 70 000 различных категорий продуктов и услуг.

Прочие изделия из стали

• Типы профилей из конструкционной стали
• Ведущие производители и поставщики арматуры
• Типы арматуры
• Виды стали
• Типы нержавеющей стали
• Ведущие сталелитейные компании и производители стали США в мире
• Все о стали 5160 (свойства, прочность, применение)
• Все о стали 440 (свойства, прочность, применение)
• Все о стали 430 (свойства, прочность, применение)
• Все о стали 304 (свойства, прочность, применение)
• Все о 52100 Сталь
• Обработка стали для поверхностного упрочнения (цементирование)
• Все о стали 9260 (свойства, прочность, применение)
• Все о стали 4130 (свойства, прочность, применение)
• Steel vs.Титан — прочность, свойства и применение

Другие товары от Metals & Metal Products

Типы и применение легированной стали | Кованые детали сосуда

Для проектов по производству устьевых компонентов

API иногда требуется сталь с особыми свойствами. В легированной стали углеродистая сталь сочетается с другими материалами, такими как алюминий, никель или медь, в соответствии со спецификациями проекта. Легированная сталь в первую очередь классифицируется по легируемому или процентному содержанию сплава.

Высоколегированная сталь

Высоколегированные стали отличаются высоким процентным содержанием легирующих элементов.Наиболее распространенной высоколегированной сталью является нержавеющая сталь, которая содержит не менее 12 процентов хрома. Нержавеющая сталь обычно делится на три основных типа: мартенситную, ферритную и аустенитную. Мартенситные стали содержат наименьшее количество хрома, обладают высокой способностью к закалке и обычно используются для изготовления столовых приборов. Ферритные стали содержат от 12 до 27 процентов хрома и часто используются в автомобилях и промышленном оборудовании. Аустенитные стали содержат высокие уровни никеля, углерода, марганца или азота и часто используются для хранения агрессивных жидкостей и горнодобывающего, химического или фармацевтического оборудования.

Сталь низколегированная

Низколегированные стали имеют гораздо меньшее процентное содержание легирующих элементов, обычно от 1 до 5 процентов. Эти стали имеют разную прочность и применение в зависимости от выбранного сплава. Производители фланцев большого диаметра обычно выбирают сплавы по определенным механическим свойствам. Разнообразие потенциальных сплавов делает низколегированную сталь полезной для множества проектов, включая изготовление бесшовных катаных колец и изготовление выпускных отверстий для шпилек.

Тип сплава

Легированная сталь

часто классифицируется в зависимости от типа сплава и его концентрации.Вот некоторые из наиболее распространенных добавок к легированной стали:

• Алюминий удаляет кислород, серу и фосфор из стали.
• Висмут улучшает обрабатываемость.
• Хром увеличивает износостойкость, твердость и вязкость.
• Кобальт увеличивает стабильность и способствует образованию свободного графита.
• Медь улучшает закалку и коррозионную стойкость.
• Марганец повышает прокаливаемость, пластичность, износостойкость и жаропрочность.
• Молибден снижает концентрацию углерода и увеличивает прочность при комнатной температуре.
• Никель улучшает прочность, коррозионную стойкость и стойкость к окислению.
• Кремний увеличивает прочность и магнетизм.
• Титан улучшает твердость и прочность.
• Вольфрам улучшает твердость и прочность.
• Ванадий увеличивает ударную вязкость, прочность, коррозионную стойкость и ударопрочность.

Вам нужно производство форсунок для сосудов высокого давления?

Если вам необходимо изготовление подводных соединений, ковка сопла с длинной приварной шейкой или выпускные отверстия под шпильки для промышленных фланцев, обратитесь в Forged Components, Inc. сегодня. Позвоните нам по телефону (281) 441-4088 или свяжитесь с нами через Интернет.

Типы легированной стали, свойства и применение

Легированные стали

обычно более чувствительны к термической и механической обработке, чем углеродистые стали.Код для котлов и сосудов под давлением ASME для сварных конструкций ограничивает содержание углерода до менее 0,35%. Легированная сталь является прочной, жесткой и износостойкой, а также имеет значительно улучшенную жаропрочность по сравнению с обычной углеродистой сталью. HSLA — это высокопрочная низколегированная сталь.

• 10062 Новые подходы к выбору пресс-форм
• 11005 Современная науглероженная никелевый сплав
• 389 Диаграммы изотермического превращения никелевых легированных сталей
• 1232 Вязкость разрушения и соответствующие характеристики криогенных никелевых сталей
• 4419 Мартенситностареющая сталь с 18% никелем — Технические свойства
• 1278 IN-787 — Легированная сталь с дисперсионным твердением, свойства и применение
• 1238 Низкотемпературные свойства никелевых легированных сталей
• 1203 Шесть причин для определения никелевых науглероживающих сталей
• 1108 Пластины из никелевой легированной стали
• 447 Составы легированной стали
• 479 Никелевые легированные азотированные стали
• 472 Никелевые легированные инструментальные стали
• 392 Прокаливаемость никелевых легированных сталей

Наиболее часто используемые стали

ASTM A213 / A213M — 17:

Стандартные технические условия на бесшовные котлы из ферритной и аустенитной легированной стали, трубы перегревателя HPW и теплообменные трубы

ASTM A335 / A335M — 15a:

Стандартные технические условия на бесшовные трубы из ферритной легированной стали для работы при высоких температурах

Элементы из легированной стали и их преимущества

• Хром — Повышает твердость. Повышенная ударная вязкость и износостойкость.
• Кобальт — Используется для изготовления режущих инструментов; улучшенная горячая твердость (или красная твердость).
• Марганец — Повышает твердость поверхности. Повышает устойчивость к деформации, ударам и ударам.
• Молибден — Повышает прочность. Повышает устойчивость к ударам и теплу.
• Никель — Повышает прочность и ударную вязкость. Повышает устойчивость к коррозии.
• Вольфрам — Повышает твердость и улучшает структуру зерна. Обеспечивает повышенную термостойкость.
• Ванадий — Повышает прочность, ударную вязкость и ударопрочность. Повышенная коррозионная стойкость.
• Хром-ванадий — значительно улучшенная прочность на разрыв.Его сложно, но легко согнуть и разрезать.

Легированная сталь

используется во многих отраслях промышленности, включая:

• Сельское хозяйство
• Подшипники
• Общее машиностроение
• Автомобильная промышленность
• Гидравлика
• Железная дорога
• Горное дело
• Строительство
• Аэрокосмическая промышленность
• Ветровая электростанция
• Химическая промышленность
• Медицинский
• Оборона

Легированная сталь марки

• Легированная сталь 8637
• Легированная сталь 41L49
• Легированная сталь 9260
• Легированная сталь 8750
• Легированная сталь 8640
• Легированная сталь 4150
• Легированная сталь 8630
• Легированная сталь 86L20
• Легированная сталь 4120
• Легированная сталь 8620
• Легированная сталь 52100
• Легированная сталь 4140
• Легированная сталь 5160
• Легированная сталь 4750

Состав труб из сплава A335

Что такое легированная сталь? | Механические свойства | HSLA

Легированная сталь — это сталь, которая легирована различными элементами для улучшения ее механических свойств. Обычно эти элементы добавляются в небольшом количестве, обычно не более 5%.Технически каждая сталь представляет собой сплав, но не все стали имеют маркировку «легированная сталь». Стали с этой маркировкой легированы другими легирующими элементами помимо углерода. Обычные легирующие элементы включают марганец, хром, никель, кремний, бор и молибден.

Низколегированные стали являются наиболее распространенными, с незначительной химической модификацией для незначительного улучшения свойств стали. Высоколегированная сталь часто определяется как имеющая легирующие элементы, составляющие более 8% состава материала.Обычно низколегированные стали используются для повышения прочности и прокаливаемости, а высоколегированные стали используются для достижения особых свойств, таких как температурная стабильность.

Улучшение механических свойств

Как мы уже упоминали, легированные стали обладают улучшенными механическими свойствами в зависимости от используемых легирующих элементов.

Одно из самых популярных механических свойств, которые изменяются в легированных сталях, — это прочность материала. Марганец, кремний, медь и никель — обычные легирующие элементы, используемые для повышения прочности легированной стали, поскольку они образуют твердые растворы в феррите.Вольфрам, молибден, хром и ванадий также могут повышать прочность легированных сталей за счет образования карбидов второй фазы.

Коррозионная стойкость — еще одно механическое свойство, которое часто повышается за счет использования легирующих элементов. Для этого часто используются хром, медь и никель, что позволяет использовать эти сплавы в более экстремальных условиях. Легированные стали также могут иметь свойства, которые помогают упростить процесс изготовления, например, висмут и свинец помогают улучшить обрабатываемость.

Обычные легированные стали

Хотя существует множество различных легирующих элементов, которые можно использовать для улучшения механических свойств стали, часто используются определенные комбинации, и существуют различные типы легированной стали, которые более популярны, чем другие.

Высокопрочная низколегированная (HSLA) сталь — это сплав, который обеспечивает большую стойкость к атмосферной коррозии и высокую прочность. Существует шесть различных классификаций стали HSLA с различными используемыми легирующими элементами.Обычно для повышения прочности используются ванадий, ниобий, титан и медь, а для повышения коррозионной стойкости — медь, хром, фосфор и кремний.

Из-за высокой прочности сталей HSLA их труднее формовать, в некоторых случаях для улучшения формуемости добавляют кальций или цирконий.

Подробнее: Что такое высокопрочная низколегированная сталь (HSLA Steel)?

Хромомолибден — еще одна распространенная легированная сталь. Этот материал представляет собой сплав хрома и молибдена, который улучшает прокаливаемость, увеличивает прочность, устойчивость к высоким температурам, коррозии и окислению.

Легированные стали марки Masteel

Masteel поставляет ряд легированных сталей, включая сталь HSLA и хромомолибденовую сталь. Masteel, как глобальный поставщик стали, является экспертом в предоставлении стали, подходящей для конкретного применения. Если вам нужна дополнительная информация о нашем ассортименте легированных сталей, свяжитесь с нами.

Легированная сталь

| Конструкция машины

Стали, содержащие определенные количества легирующих элементов, кроме углерода и общепринятых количеств марганца, меди, кремния, серы и фосфора, называются легированными сталями.Легирующие элементы добавляются для изменения механических или физических свойств. Сталь считается сплавом, если максимальное значение диапазона, указанного для содержания легирующих элементов, превышает один или несколько из этих пределов: 1,65% Mn, 0,60% Si или 0,60% Cu; или когда определенный диапазон или минимальное количество любого из следующих элементов указано или требуется в пределах, признанных для конструкционных легированных сталей: алюминий, хром (до 3,99%), кобальт, колумбий, молибден, никель, титан, вольфрам, ванадий, цирконий или другой элемент, добавленный для получения эффекта легирования.

Таким образом, технически инструментальная и нержавеющая стали являются легированными. Однако в этой главе термин легированная сталь используется для тех сталей, которые содержат небольшое количество легирующих элементов и которые обычно зависят от термической обработки для развития определенных свойств. Например, при надлежащей термообработке предел прочности на разрыв некоторых легированных сталей может быть повышен с примерно 55000 фунтов на квадратный дюйм до почти 300000 фунтов на квадратный дюйм.

Подразделения для большинства сталей в этом семействе включают марки со сквозной закалкой и науглероживанием (плюс несколько специальных марок, таких как стали для азотирования).Сплавы со сквозным упрочнением, которые подвергаются термообработке путем закалки и отпуска, используются, когда максимальная твердость и прочность должны проникать глубоко внутрь детали. Марки науглероживания используются там, где требуется прочная сердцевина и относительно неглубокая твердая поверхность. После упрочняющей обработки поверхности, такой как науглероживание (или азотирование для азотирования сплавов), эти стали подходят для деталей, которые должны выдерживать износ, а также высокие нагрузки. Литые стали обычно подвергаются сквозной закалке, а не поверхностной обработке.

Содержание углерода и легирующие элементы влияют на общие характеристики обоих типов легированных сталей.Максимально достижимая твердость поверхности зависит в первую очередь от содержания углерода. Максимальная твердость и прочность на небольших участках увеличиваются с увеличением содержания углерода, примерно до 0,7%. Однако содержание углерода более 0,3% может увеличить вероятность растрескивания во время закалки или сварки. Легирующие элементы в первую очередь влияют на прокаливаемость. Они также влияют на другие механические и производственные свойства, включая ударную вязкость и обрабатываемость.

Добавки свинца (от 0,15 до 0,35%) существенно улучшают обрабатываемость легированных сталей быстрорежущими инструментальными сталями.При обработке твердосплавными инструментами стали, обработанные кальцием, имеют удвоенный или тройной срок службы инструмента в дополнение к улучшению качества поверхности.

Существует несколько точных правил для выбора марок легированной стали для сквозной или поверхностной закалки. В большинстве случаев критически важные детали проходят полевые испытания для оценки их характеристик. Детали с большим сечением — например, тяжелые поковки — часто изготавливаются из легированных сталей, прошедших вакуумную дегазацию. Находясь в расплавленном состоянии, эти стали подвергаются воздействию вакуума, который удаляет водород и, в меньшей степени, кислород и азот.

Легированные стали часто рекомендуются, когда требуется высокая прочность в средних и больших сечениях. Независимо от того, является ли предел прочности на растяжение или предел текучести основой конструкции, термически обработанные легированные стали обычно имеют высокое отношение прочности к массе. Для применений, требующих максимальной пластичности, используются сплавы с низким содержанием серы (

В общем, износостойкость может быть улучшена за счет увеличения твердости сплава, путем выбора сплава с большим содержанием углерода (без увеличения твердости) или за счет того и другого.Например, поверхность закаленной пламенем среднеуглеродистой стали, вероятно, будет иметь более низкую износостойкость, чем богатый углеродом корпус науглероженной стали такой же твердости. Исключение составляют азотированные детали, которые имеют лучшую износостойкость, чем можно было бы ожидать, исходя только из содержания углерода.

Для любой комбинации легированной стали и термообработки три фактора имеют тенденцию к снижению ударной вязкости: низкая рабочая температура, высокие скорости нагружения и концентрации напряжений или остаточные напряжения. Общие эффекты этих трех условий качественно схожи, поэтому испытания на удар при низких температурах (до -50 ° F) полезны для многих приложений в качестве индикаторов ударной вязкости при различных условиях эксплуатации и температурах.

Полностью закаленные и отпущенные низкоуглеродистые (от 0,10 до 0,30% C) легированные стали обладают хорошим сочетанием прочности и вязкости как при комнатной, так и при низких температурах. Однако при термообработке некоторых марок легированных сталей необходимо соблюдать осторожность, поскольку ударная вязкость может быть существенно снижена из-за отпускной хрупкости — формы охрупчивания, развивающейся при медленном охлаждении в диапазоне от 900 до 600 ° F или при выдержке или отпуске. в этом диапазоне.

Когда закалка в жидкости нецелесообразна (из-за опасности растрескивания или деформации, или из-за стоимости), различные низкоуглеродистые никелевые или никель-молибденовые стали в нормированном и отпущенном состоянии могут использоваться для работы при низких температурах.

Деформируемые легированные стали (и углеродистые стали) классифицируются по серии номеров AISI и SAE, которые обозначают состав и тип сплава. Буквы, которые используются в дополнение к четырехзначным обозначениям, включают суффикс «H», используемый для стали, произведенной с определенными пределами прокаливаемости (что позволяет более широкий диапазон составов для определенных легирующих элементов), и префикс «E», который указывает сталь, полученная основным электропечным способом. Другие спецификации, например, выпущенные ASTM, определяют минимальные свойства для критических конструкций, сосудов высокого давления и ядерных приложений.

Спецификации ASTM классифицируют литые легированные стали по их механическим свойствам и предполагаемым условиям эксплуатации. Химический анализ вторичен. Существуют спецификации ASTM для общего использования, такие как A27 или A148, когда механические свойства имеют решающее значение. Для работы при низких температурах рекомендуется использовать A352 или A757, когда важна прочность. Для свариваемости A216 указывается, когда изготовление критично, а для работы под давлением рекомендуется A217 или A389, когда важен ряд свойств.Для специальных применений доступны и другие легированные стали ASTM. Другие спецификации, такие как SAE J435, используются для литых сталей в автомобильной промышленности. Сводку спецификаций стального литья можно получить в Американском обществе основателей стали, Дес-Плейнс, Иллинойс.

Прочность, твердость и прочность: множество способов получения никельсодержащих легированных сталей

Легированные стали

включают широкий спектр материалов на основе железа. Содержание никеля колеблется от очень низкого, ~ 0,3% в некоторых легированных сталях, до 20% в мартенситностареющих сталях.Каждый сплав разработан для некоторого сочетания большей прочности, твердости, износостойкости или ударной вязкости, чем углеродистые стали. Обычно они используются в оборудовании, которое подает мощность, формирует и режет металл, или используются при низких температурах, когда углеродистые стали не обладают достаточной прочностью. Для простоты легированные стали можно разделить на несколько типов с особыми свойствами для конкретных конечных применений. Стали из никелевых сплавов необходимы для изготовления инструментов и оборудования, которые позволяют промышленности производить другие инструменты и оборудование.

Типичный химический состав некоторых известных никельсодержащих легированных сталей

Закаливаемая низколегированная сталь

Эти стали относятся к категории черных металлов, которые обладают механическими свойствами, превосходящими простые углеродистые стали.Это достигается добавлением легирующих элементов, таких как никель, хром и молибден, с последующей закалкой (быстрым охлаждением) и отпускной термообработкой. Эти элементы, растворенные в аустените перед закалкой, увеличивают прокаливаемость. Никель дополняет упрочняющий эффект хрома и молибдена и играет важную роль в обеспечении ударной вязкости твердо-мартенситной микроструктуре, которая возникает в результате термообработки с закалкой и отпуском.

Сравнение типичных механических характеристик для AISI 4340 в отожженном, закаленном и отпущенном состоянии с углеродистой сталью AISI 1045

Инструментальная сталь

Инструментальная сталь — это термин, применяемый к множеству высокотвердых, устойчивых к истиранию сталей, используемых для таких применений, как штампы (штамповка или экструзия), резка или резка, изготовление пресс-форм или ударные инструменты, такие как молотки (личные или промышленные).Их термическая обработка аналогична закаливаемым низколегированным сталям.

Закаленные на воздухе инструментальные стали уменьшают деформацию, вызванную быстрой закалкой в ​​воде, и обладают балансом износостойкости и вязкости.

Инструментальная сталь для пластмассовых форм — это низкоуглеродистые стали, которые формуют, а затем науглероживают, закаляют и затем отпускают до высокой твердости поверхности, что делает их идеальными для форм для литья под давлением и штампов для литья под давлением.

Высокопрочная низколегированная (атмосферостойкая сталь)

Более мелкозернистая структура этих сталей обеспечивает повышенную прочность по сравнению с обычными углеродистыми сталями.Это более мелкое зерно достигается за счет воздействия на температуру превращения, так что превращение аустенита в феррит и перлит происходит при более низкой температуре во время охлаждения на воздухе. При низком уровне углерода, типичном для сталей HSLA, такие элементы, как кремний, медь, никель и фосфор, особенно эффективны для получения мелкодисперсного перлита.

Добавление хрома, меди и никеля создает устойчивый слой ржавчины, который прилипает к основному металлу и является гораздо менее пористым, чем слой ржавчины, который образуется на обычной конструкционной стали.В результате скорость коррозии значительно снижается, что позволяет использовать эти стали без покрытия.

В таблице ниже показаны различия в механических свойствах углеродистой конструкционной стали ASTM A36 и высокопрочной низколегированной конструкционной стали ASTM A588 Grade C.

Разница в механических свойствах углеродистой конструкционной стали ASTM A36 и высокопрочной низколегированной конструкционной стали ASTM A588 класса C

Никелевая сталь

Ферритные стали с высоким содержанием никеля, обычно более 3%, находят широкое применение в областях, связанных с воздействием температур от 0 ° C до -196 ° C.К таким приложениям относятся резервуары для хранения сжиженных углеводородных газов, а также конструкции и оборудование, предназначенные для использования в холодных регионах. Эти стали используют эффект содержания никеля для снижения температуры ударного перехода, тем самым улучшая ударную вязкость при низких температурах.

В углеродистых и большинстве низколегированных сталей при понижении температуры ниже 24 ° C (75 ° F) прочность и твердость увеличиваются, а пластичность при растяжении и вязкость снижаются.