Общая характеристика легированных сталей

Требуемые свойства в стальном изделии получают добавлением легирующих элементов в сталь при ее выплавке или их введением в поверхностный слой изделия при химико-термической обработке и соответствующей термической обработкой. Для изготовления изделия необходимо выбирать такую сталь, уровень физико-механических и химических свойств которой обеспечит безаварийную работу изделия в течение требуемого времени. При этом необходимо учитывать и экономические требования, так как стоимость стали возрастает с увеличением содержания в ней легирующих элементов. Поэтому при назначении стали для каждого изделия руководствуются правилом «минимального легирования», предусматривающем выбор такой стали, которая при отсутствии легирующих элементов или при минимальном их содержании обеспечит требуемые свойства. Надо учитывать и дефицитность легирующих элементов. Например, стали, легированные никелем и вольфрамом, следует применять только в тех случаях, когда непригодны стали, легированные менее дефицитными материалами.

Классификация примесей

По классификации Н.Т. Гудцова все примеси, содержащиеся в стали, можно разделить на 4 группы:

1 . Постоянные или обыкновенные примеси.

Это невредные примеси: марганец 0,3-0,7% вес, кремний 0,2-0,4% (их введение необходимо при производстве стали для раскисления жидкого металла, причем в кипящей стали кремния мало <0,07%).

К этой же группе относят вредные примеси: серу 0,01-0,04% (попадает самопроизвольно из руды и топлива) и фосфор 0,02-0,05% (из руды). Полностью очистить сталь от вредных примесей трудно.

2. Скрытые примеси. Это водород, кислород и азот, присутствующие в любой стали в малых количествах. В обычных технических условиях на сталь не указывают ограничений на содержание этих газов, по сколько методы их химического анализа в стали очень сложны.

3. Случайные примеси попадают в сталь самопроизвольно из шихтовых материалов. Например, уральские железные руды содержат медь, керченские- мышьяк, переплавляемый металлический лом(скрап) может содержать луженые, оцинкованные никелированные отходы и отслужившие изделия из легированной стали. Содержание хрома в нелегированной стали может достигать 0,1-0,3% и никеля 0,2-0,3%.

Перечисленные выше примеры в указанных количествах нельзя считать легирующими добавками, так как они присутствуют в стали как неизбежное следствие технологического производства в различных условиях.

Легирующие добавки- элементы, специально вводимые в сталь в определенных концентрациях с целью изменения ее строения и свойств. Стали с легирующими элементами называют легированными, а иногда специальными.

Если в сталь ввели 0,1% титана или 0,005% бора специально с целью получения требуемых свойств, то сталь считают легированной, а при добавке марганца сталь будет легированной только в случае заметного превышения его технологически необходимой концентрации (0,7%), например до 1,0% и более.

Классификация сталей.

Сталями называют сплавы, в которых железа содержится более 50вес%. При содержании железа менее 50%, но больше чем любого другого элемента- сплав на основе железа.

По степени легированности стали делят на:

а) нелегированные (углеродистые), содержащие только технологические, открытые и случайные примеси (эти стали составляют 2/3 всего тоннажа стали, выплавляемой в стране)

б) низколегированные стали (малолегированные), содержащие в сумме до 2,5% легирующих элементов,

в) среднелегированные стали содержат в сумме 2,5-10% легирующих добавок,

г) высоколегированные стали содержат в сумме более 10% легирующих элементов . Сталь называют хромистой, кремнистой, хромоникелевой и т.д. в соответствии с введенными в нее легирующими добавками.

Часто применяют комплексное(сложное) легирование, т.е. вводят в сталь одновременно 5-6 легирующих элементов. Существуют и другие способы классификации сталей, например, по структуре после отжига (доэвтектоидная, эвтектоидная, заэвтектоидная), по структуре после нормализации (перлитного, мартенситного, аустенитного, ледебуритного класса), по назначению (конструкционная, инструментальная, сталь особого назначения) (рис.10.1).