Легированная сталь, в отличие от углеродистой, имеет в своем составе специальные компоненты, позволяющие улучшить ее свойства и характеристики. Такой сплав отличается от обычного химическим составом, именно он дает возможность применять изготовленные из него инструменты и механизмы в агрессивных средах и при экстремальных ситуациях.
Металлические и неметаллические добавки к стали
Основной метод легирования - металлургический. В этом случае добавки вносятся непосредственно в расплавленный металл. Дальнейшие химические реакции происходят под контролем и в ускоренном режиме. Дополнительный способ - покрытие металла химическими компонентами, далее происходит взаимопроникновение веществ. При любом методе легирования в качестве добавок используют элементы из таблицы Менделеева. В зависимости от состава меняется и характеристика сплава. Содержание металлов придает следующие свойства:
- Никель - делает сплав вязким, теплоемким, пластичным, снижает хрупкость.
- Хром увеличивает твердость, сопротивляемость механическим повреждениям, защищает от ржавчины. Основной компонент нержавеющей стали.
- Ниобий - противодействует кислотам.
- Кобальт - ударопрочность, стойкость к высоким температурам.
- Медь - увеличивает прочность, снижая при этом вязкость. Такая сталь применима в строительстве.
- Титан и цирконий - понижает зернистость, делает сплав однородным, устраняет возможность растрескивания.
- Вольфрам и молибден - придают антикоррозийность, особую прочность.
- Алюминий - при нагреве препятствует появлению окалины.
- Ванадий - обеспечивает сталь жаропрочностью, улучшает структуру.
В качестве неметаллических компонентов используют марганец, кремний, селен, бор, азот. Они придают сплаву следующие свойства:
- увеличение прочности при одновременном сохранении вязкозти;
- усиление текучести, приводящее к легкости механической обработки;
- понижение вредоносного влияния кислорода, фосфора, серы.
Последние значительно ухудшают качество легированной стали. Данные остаточные примесь удаляют любыми возможными способами.
Разновидности и маркировка легированных сплавов
От процентной доли лигирующих примесей зависит квалификация стали. А именно:
- 0,5% добавок - низколегированная;
- от 2,5 до 10% - среднелегированная;
- свыше 10% - высоколегированная.
Добавление новых элементов и равномерное связывание их со сталью невозможно без очистки от вредных примесей. Делается это как с помощью внесения различных добавок в виде раскислителей, так и применяя более высокотехнологичные способы, например, газокислородное рафинирование. От квалификации зависит и назначение:
- Конструкционное - применяют в строительных конструкциях, транспортных механизмах, паровых нагревателях.
- Инструментальное - для создания штамповых и режущих инструментов. После температурной обработки из стали изготавливают фрезы, метчики, резцы и т. д.
- Отдельная группа инструментов, механизмов и конструкций для работы в особых условиях. Они имеют такие свойства как жаропрочность, антикоррозийности, износостойкость и т. д. К данной категории принадлежат важные узлы механизмов, трубы, в т. ч. и для химической промышленности, ЖД стрелки, гусеницы, ковши экскаваторов, горное оборудование.
К последней группе относятся и магнитные/немагнитные, жаропрочные, реостатные легированные стали с повышенным электросопротивлением. Отдельные из перечисленных групп подразделяются на:
- быстрорежущие;
- шарикоподшипниковые;
- авиационные;
- пружинно-рессорные;
- криогенные;
- автоматные;
- жаропрочные.
Современные легированные составы имеют уникальные характеристики, например, сталь с маркировкой 15Х2НМФА способна не менее 100 лет обеспечивать ресурсы реакторной установки.
Маркировка стали по ГОСТу
По стандарту РФ и стран СНГ в маркировке принято буквенно-цифренное обозначение. По примеру марка 15Х2НМФА расшифровывается как:
- 5 - содержание углерода до 0,15%;
- Х2 - хром присутствует в количестве 2,5%;
- М (молибден) - до 1%;
- Ф (ванадий) - до 0,35%;
- А присутствие присутствие азота, в случае А-А - совсем без примесей, т. е. сталь высококачественная.
Для некоторых групп существует дополнительное маркировочное обозначение. Если первая буква «А» - сталь автоматная, «Ш» - подшипниковая, «Р» - быстрорежущая, «Э» - электротехническая, «Е» - магнитно-твердая.
Положительные качества
Каждый добавочный компонент придают итоговому сплаву необходимые положительные характеристики и специфические свойства. Легированная сталь обладает следующими качествами:
- термостойкость;
- пластичность и упругость;
- твердость и прочность;
- высокая ударная вязкость;
- тогоплавкость, жаростойкость;
- антикаррозийность;
- низкая хрупкость;
- неподверженность сжатию/растяжению;
- износостойкость, долговечность.
Исходя из полученных качеств и свойств каждая марка легированного сплава имеет свое назначение.
Назначение легированной стали
Основной потребитель - промышленная отрасль. Высочайшая прочность дает возможность применять ее в изготовлении оборудования для металлопроката. Еще несколько сфер, где необходим использование легированной стали:
- острые, колющие, режущие инструменты для медицинских и научных целей;
- лезвия различного назначения:
- детали с высокой опорной и радиальной нагрузкой, подшипники;
- корпуса приборов и техники, в т. ч. и бытовой;
- детали станков для металлообработки (фрезы, напильники, резцы, сверла ит д.);
- посуда из «нержавейки» (тазы, кастрюли, ведра);
- автомобильные детали.
Низколегитированная сталь применима при производстве ЖД и метро вагонов, с/х машин, инженерных сооружений, несущих конструкций для локомотивов, военной техники.
Производство легированной стали достаточно затратно. Поэтому ее использование оправдано для создании важных конструкций, механизмов, деталей, приборов. В таких отраслях, где заменить ее не представляется возможным.
Полезные ссылки:
