Маркировка легированных сталей.
Для обозначения марок стали разработана система, принятая в ГОСТах. Обозначения состоят из числа цифр и букв, указывающих на примерный состав стали.
Каждый легирующий элемент обозначается буквой: Н – никель; Х – хром; К – кобальт; М – молибден; Г – марганец; Д – медь; Р – бор; Б – ниобий; Ц – цирконий; С – кремний; П – фосфор; Ч – редкоземельные металлы; В – вольфрам; Т – титан; А – азот; Ф – ванадий; Ю – алюминий.
Первые цифры в обозначении показывают среднее содержание углерода в сотых долях процента (у высокоуглеродистых инструментальных сталей в сотых долях процента). Цифры, идущие после буквы, указывают на примерное содержание данного легирующего элемента (при содержании элемента не менее 1% цифра отсутствует; при содержании 1% цифра 1 и 2% - цифра 2 и т. д.).
Следовательно, сталь состава 0,10-0,15% С и 1,3-1,7 % Mn 12Г2; сталь состава 0,28-0,35% С, 0,8-1,1% Cr, 0,9-1,2% Mn и 0,8-1,2% Si обозначается 30ХГС и т. д.
Для того, чтобы показать, что в стали ограничено содержание серы и фосфора (S <0,03%, Р<0,03%), а также что соблюдены все условия металлургического производства высококачественной стали, в конце обозначения марки ставят букву А.
Однако в ряде случаев для сокращения числа знаков в обозначении несколько отступают от точного соблюдения системы ГОСТов (особенно это относится к сложнолегированным сталям). Например, в инструментальных сталях, имеющих углерода больше 1%, цифры, обозначающие его содержание, полностью опускают. Так, инструментальная сталь с 1,45-1,70% С, 11,0-12,5% Cr и 0,5-0,8% Мо обозначают Х12М.
Для сплавов с содержанием железа менее 50% и большое количество различных легирующих элементов все они перечисляются буквами, а цифрой указывается только содержание никеля.
Нестандартные стали обозначают самым различным образом. Так, опытные марки, выплавленные на заводе «Электросталь», обозначаются буквой И (исследовательские), П (пробные), или К и порядковым номером, например ЭИ179, ЭИ276, ЭП398 и т. д.
Несмотря на то, что для всех сталей невозможно применить в полном объеме систему маркировки ГОСТа, она все же более удобна, наглядна и значительно превосходит в этом отношении принятую в других странах (США, Англии, ФРГ и др.) систему маркировки стали.
4. Распределение легирующих элементов в стали.
В промышленных легированных сталях, которые являются многокомпонентными системами, легирующие элементы могут находиться:
а) в свободном состоянии;
б) в форме интерметаллических соединений с железом или между собой;
в) в виде оксидов, сульфидов и других неметаллических включений;
г) в карбидной фазе – в виде раствора в цементите или в виде самостоятельных соединений с углеродом – специальных карбидов;
д) в форме раствора в железе.
Рассмотрим перечисленные возможности.
1. Свинец, сербро, медь не образуют соединений с железом; кроме того, серебро и свинец нерастворимы в твердом железе, а растворимость меди составляет примерно 1%. Поэтому при наличии в стали даже весьма малых количеств свинца, серебра или меди (меди выше 1%) они будут находиться в свободном состоянии в виде металлических включений. Стали, легированные серебром, а также медью при содержании ее более 1%, применения не имеют. Следовательно, случай, когда легирующий элемент присутствует в стали в свободном состоянии, встречается весьма редко и подробного рассмотрения не заслуживает.
2. Образовывать интерметаллические сединения могут большинство применяемых легирующих элементов. Однако эти соединения образуются лишь при таких содержаниях легирующих элементов, которые практически не встречаются в обычных промышленных сталях. Поэтому можно считать, что в обычных массовых сталях интерметаллические соединения легирующих элементов не встречаются.
В высоколегированных сталях и сплавах образуются интерметаллические соединения, что имеет большое значение для этих сплавов.
3. Образовывать оксиды и другие неметаллические соединения могут многие элементы, имеющие большее сродство к кислороду, чем железо. Поэтому в процессе производства стали такие элементы, введенные в последний момент плавки, раскисляют сталь, отнимая кислород у железа:
FeO
+ M
MO
+ Fe.
В этой схематической формуле реакции под М подразумевается любой легирующий элемент-раскислитель. В результате реакции раскисления образуются оксиды Al2O3, TiO2, V2O5 и др.
Кроме большого сродства к кислороду, некоторые элементы имеют большое сродство к сере, чем железо, и при введении их образуются сульфиды.
Количество оксидов, сульфидов и других неметаллических включений в обычных промышленных сталях невелико и зависит от метода ведения плавки.
Больше всего неметаллических включений в кипящей мартеновской меньше в спокойной стали и еще меньше в электростали. Сталь вакуумной выплавки (а также сталь электрошлакового переплава) содержит самое небольшое количество неметаллических включений.
4. Растворяться в цементите или образовывать самостоятельные карбидные фазы могут многие элементы, имеющие сродство к углероду.
Карбидообразующими элементами являются лишь элементы, расположенные в периодической системе элементов левее железа (Ti, V, Cr, Mn, Zr, Nb, Mo, Tc, Hf, Ta, W, Re). Эти элементы, кроме того, что они образуют карбиды, растворяются и в железе. Следовательно, они в известной пропорции распределяются между этими двумя фазами.
5. Растворяться в железе в значительных количествах может большинство легирующих элементов, кроме углерода, азота, кислорода и бора и металлоидов, удаленных в периодической системе от железа. Элементы, расположенные в периодической системе левее железа, распределяются между железом (основой) и карбидами; элементы, расположенные правее железа (кобальт, никель, медь и другие), образуют только растворы с железом и не входят в карбиды.
Таким образом, подводя итоги, можно констатировать: легирующие элементы преимущественно растворяются в основных фазах железоуглеродистых сплавов (феррит, аустенит, цементит) или образуют специальные карбиды.