[Легированная сталь] представляет собой материал, физические и химические свойства которого улучшаются за счет добавления легирующих элементов в состав.
Она отличается прочностью, меньше поддается коррозии, применяется в различных областях, в том числе, машиностроении, а также для создания различных конструкций, трубы различного назначения, деталей, которые в дальнейшем будут подвергаться высоким температурным колебаниям.
Содержание:
Химический состав
Качество стали зависит от количества в ней углерода, который является одним из основных элементов, входящих в состав. Еще одним обязательным элементом является железо.
Хром, никель, ванадий, медь и пр. элементы добавляются для улучшения свойств материала.
Рассмотрим подробнее влияние легирующих элементов на свойства стали:
- Никель – позволяет сделать материал не только прочным, но и пластичным. Именно этот элемент, входящий в состав, отвечает за стойкость к коррозии;
- Хром – также отвечает за устойчивость к коррозии, благодаря ему получается нержавеющая сталь, делает ее твердой и прочной;
- Ванадий – благодаря этому элементу структура стали становится мелкозернистой, плотной;
- Медь – помимо стойкости к коррозии противодействует кислотам;
- Вольфрам – позволяет материалу оставаться твердым при увеличении температуры (нагреве);
- Марганец, входящий в состав, отвечает за износостойкость;
- Кремний – делает металл упругим, отвечает за магнетизм;
- Если в состав входит алюминий, то он позволяет становиться материалу жаростойким.
Что происходит со структурой, когда добавляются различные примеси? При их введении кристаллическая решетка рушится за счет различия в формах электронов, а также атомных величин. Характеристики стали могут меняться в зависимости от состава.
В состав могут входить две, три и более примесей. Это зависит от того, какой конечный продукт нужно получить.
В состав могут также входить титан, кобальт, молибден, отвечающие за прочность, твердость и пластичность материала, который приобретает все перечисленные свойства в основном после того, как будет пройдена термообработка.
Разновидности металла
Различают углеродистые и легированные стали. Рассмотрим различие.
Углеродистая сталь представляет собой сплав, в состав которого помимо железа и углерода, вводятся кремний с марганцем. Сера и фосфор, входящие также в состав, считаются вредными примесями, которые снижают механические свойства.
От количества углерода такая сталь подразделяется на высоко-, средне- и низкоуглеродистую. Чем больше состав оснащен углеродом, тем тверже и менее пластичным будет конечный продукт.
Видео:
Углеродистая сталь в свою очередь делится на конструкционные и инструментальные виды. Конструкционная сталь находит свое применение в создании металлических конструкций, трубы, арматуры для железобетона и прочих строительных материалов.
Инструментальные виды – после закаливания становятся более твердыми, но хрупкими, их обработка требует осторожности (ГОСТ 1435-54).
Сталь также бывает конструкционная, инструментальные виды и добавляется еще один вид с особыми химическими свойствами (по ГОСТ).
Конструкционная легированная сталь также используется в машиностроении и строительстве, однако в нее входят легирующие примеси, позволяющие улучшить свойства материала, из которого будут сделаны конструкции, трубы и прочие строительные материалы.
Химический состав легированного металла может различаться, исходя из этого, ниже представлена классификация:
- Низколегированная – состав легированных добавок не превышает 2,5%. Конструкционная сталь представлена в ГОСТ 5958-57 (в зависимости от состава);
- Среднелегированная – добавки, входящие в состав, находятся в диапазоне 2,5-10%;
- Высоколегированная – процент примесей, входящих в состав, превышают 10% (до 50%).
Также классификация подразделяется на жаропрочную (более 1000 градусов), коррозино-устойчивую, по химическому распаду на жароустойчивую и окалиноустойчивую (при 550 градусах).
Следует отметить, что классификация ГОСТ распространяется на свойства, а также на область применения.
Маркировка металла
О чем говорит маркировка легированных сталей? Маркировка согласно ГОСТ рассказывает следующее: буква означает название химического элемента, а цифра, которая находится после нее, указывает на процентное содержание данной примеси.
Если за буквой не располагается никакой цифры, то следовательно, процент содержания этого элемента маленький, не превышает значения 1%.
Сколько содержится углерода в стали можно понять по первым двум цифрам, обозначается также в процентах, но в сотых долях. Если вместо двух стоит одна цифра, то значит, процентное содержание указывается не в сотых, а в десятых.
Классификация и обозначение марок по химическому составу:
Еще в СССР был разработан ГОСТ, по которому была принята данная система маркировки. Примечательно то, что она до сих пор остается актуальной.
Следует отметить, что классификация и обозначение химических элементов буквами не всегда соответствует начальной букве их названия: марганец (г), хром (х), никель (н), медь (д), ванадий (ф), вольфрам (в), алюминий (ю), азот (а) и пр.
Если в середине маркировки стоит буква «А», обозначающая азот, то значит, она показывает содержание азота.
Если буква «А» стоит в конце, то следовательно, сера и фосфор содержатся в незначительном количестве (меньше 0,03%), такая сталь считается чистой.
Удвоенная буква «А» на конце говорит об особо чистом материале от содержания названных выше элементов. Определение количества серы также происходит согласно ГОСТ.
Также в начале маркировки можно встретить дополнительное обозначение: быстрорежущая сталь обозначается буквой «Р», шарикоподшипниковая – «Ш», автоматная – «А», электротехническую обозначают буквой «Э», буква «Л» говорит о том, что сталь получена литьем.
Например, маркировка стали: 18ХГТ – содержание углерода составляет 0,18%, содержит хром, марганец и титан.
Применение металла
Как уже было сказано ранее, легированная сталь обладает рядом свойств, обеспечивающих ее широкое применение. Она позволяет изделию увеличивать срок эксплуатации, обеспечить его надежность и даже в каком-то роде экономить.
Применение легированных сталей можно встретить в различных областях, не только в машиностроении и строительстве, но и в хирургии (оборудование), производстве трубы различного назначения, а также из нее делаются даже ножи, которые долго остаются наточенными.
Область применения напрямую зависит от состава элементов, от того, какая термическая обработка была применена и др. Ранее была рассмотрена классификация по назначению (по ГОСТ): конструкционные, инструментальные и с особыми свойствами.
Машинные детали, а также различные конструкции чаще изготавливают из перлитных сталей.
Низколегированные материалы отличаются хорошей свариваемостью, поэтому применяются для создания конструкций, также из них делаются трубы.
Легированные инструментальные разновидности стали используются в создании деталей, предназначенных для работы под давлением (например, Х12МФ). При изготовлении резцов, сверл и фрез используются также инструментальные виды стали.
Согласно ГОСТ 5950-2000, легированный материал нашел свое применение в создании скальпелей и ножей, ленточных пил, штемпелей, матриц, зубонакатников и проч. В этом ГОСТе указано обозначение стали и сфера ее применения.
Нержавеющая сталь, в состав которой входит хром (в большом количестве), используется в создании трубы и трубопроводов.
Такие трубы отличаются устойчивостью к ржавчине, а также стойкостью к перепадам температур.
Сваривание легированных сталей
Сварка легированных сталей и их обработка должна производиться с учетом некоторых моментов, например, некоторые элементы начинают выгорать, металл в местах сварки начинает самозакаливаться, карбиды при этом выделяются, а также могут появляться трещины из-за низкого уровня теплопроводности.
Кстати, показатель теплопроводности у углеродной стали выше, чем у легированной.
Процесс сварки должен протекать правильно, исключая вышеописанные явления.
Для этого в обязательном порядке соблюдается температурный режим, таким образом, исключается возможность перегрева конструкции, флюсы различного состава также должны применяться.
Качество сварки, в первую очередь, зависит от содержания углерода: чем ниже этот показатель, тем лучше качество сварки.
Хромистая нержавеющая сталь при сварке имеет свои особенности: за счет низкого содержания углерода процесс сварки протекает хорошо.
Чтобы нержавеющая хромированная сталь не выгорала, используют защиту поверхности будущего изделия, а также электроды, которые содержат хром.
Металл для восстановления вязкости желательно перед самим процессом нагреть (до 300 градусов), а после сварки сделать отжиг шва (до 800 градусов). При этом лучше использовать электрическую дугу.
Важным моментом является то, что термическая обработка легированной стали хромом должна осуществляться при высокой температуре. Температура напрямую зависит от количества этого элемента: чем его больше, тем выше должна быть температура термообработки.
Нержавеющая хромоникелевая сталь при высокой температуре термообработки теряет карбиды хрома, из-за этого в швах снижается способность стали противостоять коррозии, что не подходит для эксплуатации многих металлический конструкций, и различных видов трубы.
Для обеспечения сохранности нержавеющих свойств вводится ниобий или титан. Отжиг, обработка и закаливание (охлаждение) шва позволят обеспечить устойчивость к ржавлению.
Швы марганцовистого металла могут потрескаться в процессе сварки. Чтобы этого избежать, сварка осуществляется электродами, состав которых не отличается от состава свариваемого металла.
Видео:
Сварка и обработка должна производиться быстро, а швы по окончанию – охлаждаться.
Чтобы качество сварки получилось «на уровне», необходимо сделать предварительную чистку, поверхности. Все окалины, шлаки, смазка должны быть устранены.
Необходимо чистить не только поверхность предполагаемого шва, но и площадь рядом с ним (около 10 см).
Сварка или иначе — термическая обработка легированной стали должна происходить без перерывов и очень быстро.
Если материал предрасположен к образованию трещин, то тогда сварка (термическая обработка) должна производиться в закрытом помещении, температурным пределом является минусовой показатель в 40 градусов.
Сила тока должна быть постоянной, на поверхности материала не должен образоваться конденсат, иней или лежать снег. Лучше доверить этот процесс специалистам.
