35. Легированные стали. Цели легирования. Маркировка.

Стали, в которые специально вводят легирующие элементы для изменения структуры и свойств.

Все примеси, содержащиеся в стали, можно разделить на группы:

1. Постоянные примеси – Mn, Si, S, P, которые оказывают влияние на свойство стали. Присутствие их объясняется трудностью удаления при выплавке (фосфор и кремний). Или переходом элементов в сталь в процессе раскисления (марганец и кремний). Содержание кремния и марганца в качестве примесей не превышает 0,35..0,4%, а марганца 0,5..0,8%. Кремний повышает предел текучести (σ_Т), что снижает способность стали к вытяжке и холодной вытяжке. Марганец повышает прочность практически не снижая пластичности, и резко уменьшая красноломкость стали, вызванную влиянием серы. Сера является вредной примесью в стали. С железом образует химическое соединение FeS, которое практически не растворимо в железе в твёрдом состоянии, но растворимо в жидком металле. Соединение FeS образует с железом легкоплавкую эвтектику при температуре 980°С. Эвтектика образуется даже при малом содержании серы и располагается по границам зёрен. При деформации стали в местах расположения эвтектики возникают надрывы и трещины. Это явление называется красноломкость. Сернистые соединения сильно снижают механические свойства. Фосфор, растворяясь в феррите, сильно искажает кристаллическую решётку, и увеличивает предел прочности и текучести, но сильно уменьшает пластичность и вязкость. Фосфор повышает порог хладноломкости стали. Фосфор обладает большой склонностью к ликвации. Вредная примесь допускается до 0,025..0,08%.

2. Скрытые примеси – O, H, N. Присутствуют в малых количествах. Водород охрупчивает сталь. Образует флокены в паковках. Флокены – тонкие трещины, овальной или округлой формы, имеющие в изломе вид пятен – хлопьев серебристого цвета. Присутствует в стали в виде хрупких металлических включений: FeO, SiO₂, Al₂O₃, Fe₄Nв виде твёрдого раствора или в свободном виде. Располагаются в дефектных участках металла (раковины, трещины), и являются концентраторами напряжений. Они значительно понижают предел выносливости и вязкость. Так же примеси внедрения (N, O) повышают порог хладноломкости и понижают сопротивление хрупкому разрушению.

3. Случайные примеси: мышьяк, олово, цинк, свинец.

4. Легирующие элементы. Если марганец (>0,8%) и кремний (>0,4%), то их тоже относят к легирующим. Концентрация легирующих элементов может быть разной в зависимости от назначения стали и требуемых свойств, например Ti, Nb (0,1%..10%). Легирующие элементы могут присутствовать от 1 до нескольких %.

Легирование проводят для:

1. Изменения механических свойств – прочности, пластичности, вязкости

2. Изменения физических свойств – электропроводность, магнитных характеристик

3. Повышения коррозионной стойкости в различных средах.

Необходимый комплекс свойств стали достигается не только легированием, но и последующей термической обработкой.

Основными легирующими элементами являются: Cr, Ni, Mn, Si, W, Mo, Al, Ne, Ti, B, Cu, Co. Чаще всего легируют не одним, а несколькими. Существуют определённые композиции: Cr – Ni, Cr – Mn, Cr – Ni – Mo, и так далее.

Маркировка легированных сталей

Принята буквенно-цифровая система маркировки легированных сталей:

Cr – Х, Ni – Н, W – В, Mo–М, V–Ф, Ti – T, Al–Ю, Cu–Д, Мn–Г, Si–С, Co–К, B – P, Nb–Б, Zr–Ц, Se–Е, редкоземельные – Ч, P–П.

А – в середине марки стали – показывает содержание азота. В конце А – высококачественная. В начале марки стали (А20 например) – автоматная сталь – используется для обработки на станках-автоматах. Для конструкционных сталей первые 2 цифры показывают содержание С в сотых долях процента. Если содержание легирующих элементов больше 1%, то после буквы, указывающей элемент, идёт цифра, указывающая среднее содержание элемента в целых процентах, а если меньше 1% - цифра не идёт. Например сталь 18ХГТ – Х, Г, Т около 1 %. Сталь 30ХГСА– углерода 0,3%. Пример – 20Х2Н14А – углерода – 0,2%, хрома – 2%, никеля – 14%.

В инструментальных сталях в начале марки ставится одна цифра, показывающая содержание углерода в десятых долях. Иногда эта цифра опускается, если содержание углерода около 1%. Пример: 3Х2В8Ф – углерода – 0,3%, хрома – 2%, вольфрама – 8%, ванадий – в малых количествах. Пример: 5ХНМ – 0,5% углерода, или ХВГ – углерода 1%. Пример: ШХ15, ШХ20СГ – здесь Ш – шарикоподшипниковая сталь. Хром содержится 1,5%, 2,0% (индивидуальное обозначение для шарикоподшипниковой стали).

Быстрорежущая инструментальная сталь маркируется буквой М. Следующая за М цифра указывает среднее содержание главного легирующего элемента – W. Пример: Р9 – W-9%. Р6М5 – с молибденом. Содержание хрома в большинстве быстрорежущих сталей составляет 4%, и поэтому в обозначении марки стали не указывается.