Легированные стали

План

1 Определение легированные стали, особенности и обозначение

2 Значение легированных сталей в изготовлении сварных конструкций

3 Классификация сталей по различным признакам

4 Маркировка легированных сталей

5 Влияние легирующих элементов на превращение в сталях

6 Влияние легирующих элементов на свойства стали

1 Определение легированные стали, особенности и обозначение

Легированные стали – это стали, в которые вводят в сталь специальные (легирующие) элементы, для получения заданных свойств.

В конструкционных сталях легирование осуществляется с целью улучшения механических свойств (прочности, пластичности). Кроме того меняются физические, химические, эксплуатационные свойства.

Легирующие элементы повышают стоимость стали, поэтому их использование должно быть строго обоснованно.

Легирующие элементы в легированных сталях обозначается буквенно-цифровым обозначением. Легирующие элементы имеют условные обозначения и обозначаются буквами русского алфавита.

Обозначения легирующих элементов:

Х – хром

Н – никель

М – молибден

В – вольфрам

К – кобальт

Т – титан

А – азот ( указывается в середине марки),

Г – марганец

Д – медь

Ф – ванадий

С – кремний

П – фосфор

Р – бор

Б – ниобий

Ц – цирконий

Ю – алюминий

 А – в конце марки обозначает что сталь качественная (высококачественная).

3 Классификация сталей по различным признакам

Классификация сталей

  Стали классифицируются по множеству признаков:

1 По химическому составу: углеродистые и легированные.

2 По содержанию углерода:

- низкоуглеродистые, с содержанием углерода до 0,25 %;

- среднеуглеродистые, с содержанием углерода 0,3…0,6 %;

- высокоуглеродистые, с содержанием углерода выше 0,7 %

3 По равновесной структуре: доэвтектоидные, эвтектоидные, заэвтектоидные.

4 По качеству (количественным показателем качества является содержания вредных примесей: серы и фосфора):

- 0,04 ≤ S ≤ 0,06 %, 0,04 ≤ Р ≤ 0,08 %,– углеродистые стали обыкновенного качества:

- P, S = 0,03 - 0,04 % – качественные стали;

P, S ≤ 0,03% – высококачественные стали.

5 По способу выплавки:

- в мартеновских печах;

- в кислородных конверторах;

- в электрических печах: электродуговых, индукционных и др.

6 По назначению:

конструкционные – применяются для изготовления деталей машин и механизмов;

инструментальные – применяются для изготовления различных инструментов;

специальные – стали с особыми свойствами: электротехнические, с особыми магнитными свойствами и др.

7 По степени легирования (по содержанию легирующих элементов):

- низколегированные – 2,5…5 %;

- среднелегированные – до 10 %;

- высоколегированные – более 10%.

8 По составу (признак – наличие тех или иных легирующих элементов):

- никелевые

- хромистые

- хромоникелевые

- хромоникельмолибденовые и так далее

10 По структуре после охлаждения на воздухе выделяются три основных класса сталей:

- перлитный – характеризуется малым содержанием легирующих элементов;

- мартенситный – характеризуется более значительным содержанием легирующих элементов;

- аустенитный – характеризуется высоким содержанием легирующих элементов;

- ферртиный

- карбидный

Классификация связана с кинетикой распада аустенита. Диаграммы изотермического распада аустенита для сталей различных классов представлены на рис. 1

Рис.1 - Диаграммы изотермического распада аустенита для сталей перлитного (а), мартенситного (б) и аустенитного (в) классов

 

Стали перлитного класса характеризуются небольшим содержанием легирующих элементов (менее 5...7%). Для них, как и для углеродистых сталей, кривая скорости охлаждения при нормализации будет пересекать С-кривые перлитного распада. Следовательно, будут получаться структуры перлитного типа: перлит, сорбит, тростит.

Стали мартенситного класса содержат большее количество легирующих элементов (обычно 7... 15 %). В присутствии никеля, даже при общем количестве легирующих элементов около 5 %, сталь может относиться к мартенситному классу. Содержание углерода в сталях мартенситного класса обычно не превышает 0,55 %, Область перлитного распада в этих сталях сдвинута вправо, поэтому охлаждение на воздухе приводит к переохлаждению аустенита до температур мартенситного превращения, где и происходит образование мартенсита.

Стали аустенитного класса содержат более 15 % легирующих элементов, в том числе не менее 8 % никеля или около 13 % марганца. В большинстве этих сталей содержание углерода не превышает 0,2 %. Легирующие элементы (особенно никель), растворяясь в аустените, очень сильно повышают его устойчивость. При этом не только сдвигается вправо область перлитного распада, но и точка начала мартенситного превращения снижается в область отрицательных температур. В результате сталь, охлажденная на воздухе до комнатной температуры, сохраняет аустенитную структуру.

Стали ферритного класса содержат от 17 до 30 % хрома или не менее 2,5% кремния. Это малоуглеродистые стали, в которых процент углерода не превышает 0,2. Растворяясь в феррите, хром очень сильно повышает его устойчивость. Такие стали практически не имеют фазовых превращений при нагреве вплоть до плавления, то есть сохраняют ферритную структуру во всех интервалах температур.

К сталям карбидного (ледебуритного) класса относятся высокоуглеродастые (более 0,7 % С), легированные большим количеством карбидообразующих элементов, преимущественно вольфрамом, ванадием, молибденом, хромом. Легирующие элементы образуют с углеродом большое количество специальных карбидов. Уже в процессе кристаллизации стали образуются карбиды, входящие в состав эвтектики, напоминающей ледебурит. При охлаждении на в сталях карбидного класса, подобно сталям мартенситного класса, основа структуры получается мартенситной.

Структура легированных сталей в нормализованном состоянии

В зависимости от содержания легирующих элементов и углерода при заданной скорости охлаждения (на воздухе) можно получить разную структуру.

Микроструктура сталей различных классов в нормализованном состоянии показана на рис.2.

 

Риc.2 - Микроструктуры сталей различных классов в нормализованном состоянии, увеличение 100:

а) перлит и феррит;

б) мартенсит игольчатый;

в) аустенит;

г) феррит;

д) бесструктурный мартенсит и карбиды.

Рассмотренная классификация легированных сталей условна и относится к случаю охлаждения на воздухе образцов небольших сечений. Меняя условия охлаждения можно в одной и той же стали получать различные структуры и свойства.