3.1.3. Легированные стали

Маркировка легированных сталей. Легированными называют стали, содержащие одновременно с углеродом и другие легирующие элементы для получения требуемых свойств.

Содержание углерода указывают цифрами в начале марки в сотых долях процента. Легирующие элементы обозначают следующими буквами: Х – хром, Н – никель, М – молибден, В – вольфрам, Г – марганец, С – кремний, Д – медь, Т – титан, Б – ниобий, Р – бор, А – азот.

Если содержание элемента более 1,5 % , то после буквы указывают его среднее значение в целых процентах. Если содержание элемента менее 1,5 %, то цифру после соответствующей буквы не указывают. Например, сталь 20Х2Н4А содержит 0,2 % С, 2 % Сr, 4 % Ni. Буква А в конце марки означает, что сталь высококачественная. Особовысококачественные стали имеют в конце марки букву Ш, например 30ХГС-Ш.

Влияние легирующих элементов на структуру и свойства сталей

Задача легирования сталей заключается в увеличении прокаливаемости, повышении прочности, получении особых физико-химических свойств.

Легирующие элементы-металлы могут оказывать влияние на свойства сталей: изменяя равновесную структуру; легируя твердые растворы (феррит, аустенит, мартенсит) и вызывая твердорастворное упрочнение; образуя специальные карбиды и интерметаллические фазы (дисперсионное упрочнение).

Специальные карбиды в сталях образуют металлы, которые имеют большее сродство к углероду, чем железо. Это – титан, ванадий, хром, молибден, вольфрам. К некарбидообразующим элементам относятся кремний, никель.

По влиянию на температуры фазовых превращений легирующие элементы подразделяют на феррито - и аустенитообразующие. Хром, титан, ванадий, молибден, вольфрам, ниобий, алюминий, кремний способствуют образованию феррита, сужают γ - область, повышая температуру А₃ и понижая А₄ (рис. 3.4, а), и называются ферритообразующими элементами.

Никель, марганец, кобальт, азот, углерод расширяют γ - область, понижая температуру А₃ и повышая А₄ (рис. 3.4, б), являются аустенитообразующими элементами.

а	б

Рис. 3.4. Схемы диаграмм состояния железолегирующий элемент

а – железо - ферритообразующий элемент (хром);

б – железо - аустенитообразующий элемент (никель)

Влияние легирующих элементов на феррит

Феррит присутствует в сталях как в виде отдельной фазы, так и входит в состав перлита. Общее содержание феррита (как отдельной фазы, так и в составе перлита) составляет до 90 %. Легирование феррита металлическими элементами оказывает влияние на свойства сталей в состояниях после отжига, нормализации, после закалки со средним или высоким отпуском (рис.3.5).

Рис. 3.5. Схема влияния легирующих элементов на свойства феррита

Практически все легирующие элементы, упрочняя феррит, в то же время вызывают снижение ударной вязкости и повышение критической температуры хрупкости. В связи с этим часто используют комплексно – легированные стали с небольшим (1 – 3%) содержанием элементов. Количество никеля, обеспечивающего повышение ударной вязкости, может быть увеличено до 4 - 5 %.