Вплив легуючих елементів на властивості сталі. Види, марки і призначення сталей

Сталь – один з найбільш затребуваних матеріалів у світі сьогодні. Без неї важко уявити будь-яку існуючу будівельний майданчик, машинобудівні підприємства, так і багато інших місць і речей, які нас оточують в повсякденному житті. Разом з тим, цей сплав заліза з вуглецем буває досить різним, тому в цій статті буде розглянуто вплив легуючих елементів на властивості сталі, а також її види, марки і призначення.

Загальна інформація

Сьогодні багато марки стали широко застосовуються практично в будь-якій сфері життєдіяльності людини. Це багато в чому пояснюється тим, що в цьому сплаві оптимально поєднується цілий комплекс механічних, фізико-хімічних і технологічних властивостей, які не мають які-небудь інші матеріали. Процес виплавки сталі безперервно вдосконалюється і тому її властивості і якість дозволяють отримати необхідні показники роботи одержуваних у результаті механізмів, деталей та машин.

Класифікація за призначенням

Кожна сталь в залежності від того, для чого вона створена, в обов'язковому порядку може бути зарахована в одну з наступних категорій:

Конструкційна.

Інструментальна.

Спеціального призначення з особливими властивостями.

Найчисленніший клас – це конструкційні сталі, розроблені для створення різноманітних будівельних конструкцій, приладів, машин. Конструкційні марки поділяються на покращувані, цементуемие, пружинно-ресорні, високоміцні. Інструментальні сталі диференціюють залежно від того, для якого інструменту вони виробляються: різального, вимірювального і т. д. Само собою, що вплив легуючих елементів на властивості сталі цієї групи також велике.


Спеціальні сталі мають свій поділ, яке передбачає наступні групи:

Нержавіючі (вони ж корозійностійкі).

Жароміцні.

Жаростійкі.

Електротехнічні.

Групи сталей за хімічним складом

Класифікацією озвучуються сталі в залежності від утворюють їх хімічних елементів:

Вуглецеві марки сталі.

Леговані.

При цьому обидві ці групи додатково поділяються ще й за кількістю міститься в них вуглецю на:

Низьковуглецеві (карбону менше 03%).

Середньовуглецеві (концентрація карбону дорівнює 03 – 07 %).

Високовуглецеві (карбону більше 07%).

Що таке легована сталь?

Під цим визначенням слід розуміти стали, в яких містяться, паралельно з постійними домішками, ще й добавки, що впроваджуються в структуру сплаву, з метою збільшення механічних властивостей отриманого в кінцевому рахунку матеріалу.

Кілька слів про якість стали

Цей параметр даного сплаву має на увазі під собою сукупність властивостей, які, в свою чергу, обумовлюються безпосередньо процесом його виробництва. До таких характеристикам, яким підкоряються і леговані інструментальні сталі, відносяться:

Хімічний склад.

Однорідність структури.

Технологічність.

Механічні властивості.

Якість будь-якої стали безпосередньо залежить від того, скільки міститься в ній кисню, водню, азоту, сірки і фосфору. Також не останню роль відіграє і метод одержання сталі. Найточнішим з точки зору попадния в потрібний діапазон домішок є сопособ виплавки сталі в електропечах.

Легована сталь і зміна її властивостей

Легована сталь, марки якої містять у своїй маркуванні літерні позначення вводяться примусово елементів, змінює свої властивості не тільки від цих сторонніх речовин, але і також від їх взаємної дії між собою. Якщо розглядати конкретно вуглець, то по взаємодії з ним легуючі елементи можна умовно розділити на дві великі групи:

Елементи, які формують з вуглецем хімічну сполуку (карбід) – молібден, хром, ванадій, вольфрам, марганець.

Елементи, які не створюють карбідів – кремній, алюміній, нікель.

Варто зауважити, що сталі, які легируются карбидобразующими речовинами, мають дуже високу твердість і підвищений опір зносу. Низьколегована сталь (марки: 20ХГС209Г212Г2СМФ, 12ХГН2МФБАЮ та інші). Особливе місце займає сплав 13Х, який досить твердий для виготовлення з нього хірургічного, гравірувального, ювелірного обладнання, бритв.

Розшифровка

Вміст легуючих елементів в сталі можна визначити за її маркуванні. Кожна з таких вводяться в сплав складових має своє літерне позначення. Наприклад:

Хром – Cr.

Ванадій –V.

Марганець –Mn.

Ніобій – Nb.

Вольфрам –W.

Титан – Ti.

Іноді на початку індексу марки сталі стоять літери. Кожна з них несе особливий сенс. Зокрема, літера "Р" означає, що сталь є швидкорізальної, "Ш" сигналізує, що сталь шарикоподшипниковая, "А" – автоматна, "Е" – електротехнічна і т. д. Високоякісні сталі мають в своєму цифро-буквеному позначенні в кінці літеру "А", а особливо якісні містять в самому кінці маркування букву "Ш".

Вплив легуючих елементів

В першу чергу слід сказати, що основний вплив на властивості сталі має вуглець. Саме цей елемент забезпечує з підвищенням своєї концентрації збільшення міцності і твердості при зниженні в'язкості і пластичності. Крім того, підвищена концентрація вуглецю гарантує погіршення оброблюваності різанням.
Вміст хрому в сталі безпосередньо впливає на її корозійну стійкість. Цей хімічний елемент формує на поверхні сплаву в агресивному окислювальному середовищі тонку захисну оксидну плівку. Однак для досягнення такого ефекту хрому в сталі повинна бути не менше 117%. Особливої уваги заслуговує алюміній. Його застосовують у процесі легування сталі для видалення кисню і азоту після її продування, щоб посприяти зменшенню старіння сплаву. Крім того, алюміній значно підвищує ударну в'язкість і плинність, нейтралізує вкрай шкідливий вплив фосфору. Ванадій – це особливий легирующий елемент, завдяки якому леговані інструментальні сталі отримують високу твердість і міцність. При цьому в сплаві зменшується зерно і підвищується щільність. Легована сталь, марки якої містять вольфрам, наділена високою твердістю і красностойкостью. Вольфрам гарний також і тим, що він повністю усуває крихкість під час запланованої відпустки сплаву. Для підвищення жароміцності, магнітних властивостей і опору значним ударним навантаженням сталь легують кобальтом. А от одним із тих елементів, який не виявляє будь-якого істотного впливу на сталь, є кремній. Однак у тих марках сталі, які призначені для зварних металоконструкцій, концентрація кремнію обов'язково повинна бути в межах 012-025 %. Значно підвищує механічні властивості сталі магній. Його також використовують як десульфуратора у разі використання внедоменной десульфурації чавуну. Низьколегована сталь (марки її містять легуючих елементів менше 25%) дуже часто містить марганець, що забезпечує їй неодмінна збільшення твердості, зносостійкості при збереженні оптимальної пластичності. Але при цьому концентрація цього елемента повинна бути більше 1%, інакше не вийде досягти зазначених властивостей. Вуглецеві марки сталі, виплавлюваної для різних масштабних будівельних конструкцій, що містять у собі мідь, яка забезпечує максимальні антикорозійні властивості. Для збільшення красностойкости, пружності, межі міцності при розтягуванні і стійкості до корозії сталь обов'язково вводять молібден, який також ще і підвищує опір окисленню металу при нагріванні до високих температурних показників. У свою чергу церій і неодим застосовуються для зниження пористості сплаву. Розглядаючи вплив легуючих елементів на властивості стали, не можна обійти увагою і нікель. Даний метал дозволяє стали отримати чудову прожарювана і міцність, підвищити пластичність і ударостійкість і знизити межу холодноламкості. Дуже широко використовується як легуючі добавки і ніобій. Його концентрація, в 6-10 разів перевищує кількість обов'язково присутсвтующего вуглецю в сплаві, дозволяє усунути межкристаллитную корозію марки нержавіючої сталі і оберігає зварні шви від вкрай небажаного руйнування. Титан дозволяє отримати оптимальні показники міцності і пластичності, а також поліпшити корозійну стійкість. Ті, які містить цю добавку, дуже добре піддаються обробці різним інструментом спеціального призначення на сучасних металорізальних верстатах. Введення в сталевий сплав цирконію дає можливість отримати необхідну зернистість і при необхідності впливати саме на зростання зерна.

Випадкові домішки

Вкрай небажаними елементами, які дуже негативно позначаються на якості сталі, є миш'як, олово, сурма. Їх поява в сплаві завжди призводить до того, що сталь стає дуже крихкою по своїх кордонів зерен, що особливо помітно при намотці сталевих стрічок і в процесі відпалу низьковуглецевих марок сталей.

Висновок

В наш час вплив легуючих елементів на властивості стали досить добре вивчено. Фахівці ретельно провели аналіз впливу кожної добавки в сплаві. Отримані теоретичні знання дозволяють металургам вже на етапі оформлення замовлення сформувати принципову схему виплавки сталі, визначитися з технологією і кількістю необхідних витратних матеріалів (руди, концентрату, окатишів, присадок та іншого). Найбільш часто сталеплавильники використовую хром, ванадій, кобальт та інші легуючі елементи, які є досить дорогими.