Классификация, маркировка, применение легированных сталей. Виды легирующих элементов и их влияние на свойства сталей.

В данной статье вы узнаете, чем обусловлены свойства легированных сталей, как они классифицируются, где применяются и как расшифровать состав по маркировке. Разобраться с легирующими элементами их отличием от примесей, преимуществах легированных сталей и сферах их применения помог директор ООО «СпецИнокс»  –поставщик нержавеющего металлопроката в Беларусь.

СОДЕРЖАНИЕ:

• Отличие примесей от легирующих элементов
• Что значит легированная сталь
• Как легирующие элементы влияют на свойства стали
• Классификация легированных сталей
• Расшифровка маркировки
• Преимущества легированных сталей
• Сфера применения

В углеродистых сталях, кроме основных элементов – железа и углерода, содержатся другие компоненты, такие как марганец, сера, фосфор, кремний, водород и прочие. Эти элементы считаются примесями и классифицируются на несколько групп.

К числу постоянных примесей относятся сера, фосфор, марганец и кремний. Они всегда присутствуют в сталях в малых количествах, попадая в нее из чугуна или используясь в качестве раскислителей.

К скрытым примесям относятся водород, кислород и азот. Эти элементы также присутствуют в любой стали, попадая в нее при производстве.

К случайным примесям относятся медь, мышьяк, свинец, цинк, олово и другие элементы. Они попадают в сталь из шихтовых материалов, что связанно с особенностью руды.

Для каждой из перечисленных примесей характерно определенное процентное содержание. Например, марганца в сталях, как правило, не более 0,8%, кремния – не более 0,4%, фосфора – не более 0,025%, серы – не более 0,05%.

Если присутствующих элементов недостаточно для получения нужных характеристик стали, в нее дополнительно вводят специальные добавки в определенных количествах, которые называют легирующими элементами.

Легированными сталями называют стали, в состав которых наряду с железом и углеродом для придания металлу особых свойств добавлены специальные присадки – легирующие элементы. Эти добавки позволяют значительно изменить характеристики углеродистой стали и дают возможность улучшить такие свойства, как прочность, твердость, коррозионная стойкость, ковкость, жаропрочность, устойчивость к агрессивным средам и др., что делает ее более подходящей для конкретных условий использования.

Содержание углерода не влияет на степень легирования, если доля Марганца превышает 1%, а Кремния – 0,9%, они также признаются легирующими добавками.

• Хром (Cr) – недорогой и распространенный элемент, введение которого в состав сталей повышает их прочность, твердость и прокаливаемость, ударную вязкость, электросопротивление, одновременно уменьшая их коэффициент линейного расширения и пластичность. При содержании в количестве 13% и более повышают коррозионную стойкость металла.

• Никель (Ni) – обычно вводится в сплавы количестве не более 5%. Используется в коррозионностойких сталях совместно с хромом. Предназначен для снижения порога хладноломкости, обеспечения прочности и ударной вязкости. Обеспечивает малый линейный и объемный коэффициент термического расширения. Дорогостоящий элемент, поэтому в настоящее время уделяется большое внимание разработке более дешевых безникелевых нержавеющих сталей.
• Ванадий (V) – повышает прочность, твердость и плотность сталей.
• Молибден (Mo) и вольфрам (W)– дорогостоящие лигатуры, применяемые при производстве быстрорежущих сталей для повышения их теплостойкости. Эти элементы увеличивают красностойкость, износостойкость, ударную вязкость.
• Марганец (Mn) – в количестве до 0,6% является постоянной примесью. При искусственном повышении процентного содержания марганец выполняет функции более дешевой альтернативы никеля. Он увеличивает ударную вязкость, износостойкость и твердость при сохранении хорошей пластичности. Mn связывает серу и, тем самым, нейтрализует ее негативное воздействие на качество металла. Недостаток добавления марганца – повышение чувствительности сплава к перегреву.
• Кобальт (Co) – увеличивает ударную прочность, жаропрочность и улучшает магнитные свойства сталей.
• Алюминий (Al) – повышает жаростойкость и стойкость сталей к образованию окалины в следствии окисления при высоких температурах.
• Кремний (Si). Как и марганец, является постоянной примесью в количестве до 0,4 %. Повышение его содержания позволяет повысить упругость и прочность материала. Высокий процент Кремния придает сплавам особые свойства, необходимые в электротехнической индустрии, при производстве рессорно-пружинных, кислото- и окалиностойких марок.
• Титан (Ti). Обеспечивает комплекс ценных эксплуатационных характеристик – прочности, твердости и пластичности, повышает теплостойкость материала. Снижает зернистость, делает структуру более однородной, что предотвращает появление трещин и расколов. Дополнительно улучшается возможность металлообработки и устойчивость к коррозии.
• Ниобий (Nb) – повышает коррозионную стойкость и устойчивость сталей к воздействию кислот.
• Медь (Cu) – увеличивает коррозионную стойкость и пластичность сталей.
• Церий (Ce) – повышает пластичность и прочность сталей.
• Неодим (Nd), цезий (Cs) и лантан (La) – снижают пористость сталей и улучшают качество поверхности.

Легирование позволяет повысить ряд характеристик за счет:

• упрочнения феррита;
• повышения прокаливаемости;
• повышения ударной вязкости;
• повышения устойчивости аустенита, возможность применения более мягких хладителей при закалке, уменьшение закалочных напряжений;
• устойчивость против отпуска;
• замедление диффузионных процессов позволяет проводить отпуск при более высокой температуре, полнее снижаются закалочные напряжения, меньше хрупкость.

Классификация сталей по содержанию легирующих элементов

Процентное содержание легирующих присадок в составе сплавов обуславливает их разделение на:

• низколегированные до 2,5 %;
• среднелегированные в диапазоне от 2,5 до 10,0 %;
• высоколегированные более 10,0 %.

По структуре металла после охлаждения на воздухе

• — перлитные;
• — мартенситные;
• — аустенитные.

Классификация по химическому составу (виду легирующих добавок)

•  никелевые;
•  хромистые;
•  хромоникелевые;
• хромомолибденовые и т. п.;

Классификация легирующих сталей по назначению

• — конструкционные;
• — инструментальные;
• — коррозионностойкие;
• — жаростойкие;
• — жаропрочные;
• — электротехнические и др.

На территории стран бывшего СССР применяется маркировка, соответствующая советским ГОСТами, регламентирующих производство сталей и сплавов.

Маркировка марки стали выполняется буквенным и цифровым обозначением.  Умение читать маркировку позволяет определить составляющие компоненты марки стали.

Буквами указаны закодированные элементы, а цифрами – их процентное содержание. Чтобы проще было расшифровать маркировку, можно воспользоваться таблицей:

Буквенное обозначение	Название элемента	Международное обозначение
Х	Хром	Cr
Н	Никель	Ni
М	Молибден	Mo
С	Кремний	Si
Г	Марганец	Mn
В	Вольфрам	W
Т	Титан	Ti
Ю	Алюминий	Al
Д	Медь	Cu
Б	Ниобий	Nb
К	Кобальт	Co
А	Азот	N
Ф	Ванадий	V
Е	Селен	Se
Л	Бериллий	Be
АС	Свинец	Pb

Цифры, стоящие перед буквами, указывают на % включения углерода (1 цифра – десятая доля %, 2 – сотая). Если сразу идет буквенное обозначение, содержание углерода – от 1%.

В названии марки можно увидеть и вспомогательные обозначения в виде буквы в самом начале:

• Р – быстрорежущая;
• Э – электротехническая;
• А – автоматная;
• I – шарикоподшипниковая и другие.

Для примера приведено несколько расшифровок маркировки различных сталей:

• Нержавеющая сталь 12Х18Н10Т – цифра 12 указывает на содержание Углерода 0,12%, Х18 – содержание Хрома (Cr) 18%, Н10 – содержание Никеля (Ni) 10%; Т – содержание Титана (Ti) не более 1-1,5%, поэтому цифра не указана;
• Конструкционная низколегированная сталь 09Г2С углерода 0,09% (в сотых долях процента), содержание Марганца (Mn) 2%, содержание Кремния (Si) не более 1-1,5%, поэтому цифра не указана;
• Быстрорежущая инструментальная сталь Р6М5 – вольфрама 6%, молибдена 5%.

В европейских странах сталь производят и обозначают в соответствии с положениями стандарта EN 100 27, причем в Германии действует своя система классификации сталей- DIN (Deutsche Industrie Norm), во Франции применяется система маркировки – AFNOR (Association Francaise de Normalisation).

В США используют несколько стандартов обозначения марок стали, наиболее распространенные из которых: AISI (American Iron and Steel Institute), ASTM (American Society for Testing and Materials).

Перечисленные системы обозначения марок сталей и сплавов используются для маркировки как обычных, так и легированных сталей.

Европа (EN)	Германия (DIN)	США (AISI)	Япония (JIS)	СНГ (ГОСТ)
1,4000	X6Cr13	410S	SUS 410 S	08Х13
1,4002	X6CrAl13	405	SUS 405
1,4003	X2CrNi12
1,4006	X12CrN13	410	SUS 410	12Х13
1,4016	X6Cr17	430	SUS 430	12Х17
1,4021	X20Cr13	S42010	SUS 420 J1	20Х13
1,4024	X15Cr13	(410)	SUS 410 J1
1,4028	X30Cr13	(420)	SUS 420 J2	30Х13
1,4031	X39Cr13		SUS 420 J2	40Х13
1,4034	X46Cr13	(420)		40Х13
1,4113	X6CrMo17-1	434	SUS 434
1,4300		302		1Х17Н9
1,4301	X5CrNI18-10	304	SUS 304	08Х18Н10
1,4301		304 (304H)		12Х18Н9
1,4301		304 (304L)		04Х18Н10
1,4303	X4CrNi18-12	(305)	SUS 305	12Х18Н12
1,4306	X2CrNi19-11	304 L	SUS 304 L	03Х18Н11
1,4310	X10CrNi18-8	(301)	SUS 301	Х17Н8
1,4318	X2CrNiN18-7	301 LN	SUS 301 LN
1,4401	X5CrNiMo17-12-2	316	SUS 316	03Х17Н14М2
1,4404	X2CrNiMo17-12-2	316 L	SUS 316 L
1,4435	X2CrNiMo18-14-3	316 L	SUS 316 L	03Х17Н14М2
1,4435		316L		03Х17Н14М3
1,4435		316S		03Х17Н14М3
1,4439	X2CrNiMoN17-13-5	S 31726	SUS 317
1,4462	X2CrNiMoN22-5-3	S 31803	SUS 329 J3L
1,4509	X2CrTiNb18	441
1,4510	X3CrTi17	439 (430Ti)	SUS 430 LX	08Х17Т
1,4512	X2CrTi12	409	SUH 409
1,4520	X2CrTi17
1,4521	X2CrMoTi18-2	444	SUS 444
1,4539	X1NiCrMoCu25-20-5	N 08904
1,4541	X6CrNiTi18-10	321	SUS 321	08Х18Н10Т
1,4541		321		08Х18Н10Г
1,4541		321		12Х18Н10Т
1,4550	X6CrNiNb18-10	347	SUS 347	08Х18Н12В
1,4561	X1CrNiMoTi18-13-2
1,4565	X3CrNiMnMoNbN 23-17-5-3	S 34565
1,4568		AM 35017-7 РН		09Х17Н7Ю1
1,4571	X6CrNiMoTi17-12-2	316 Ti	SUS 316 Ti	10Х17Н13М2Т
1,4571		316Ti		08Х17Н13М2Т
1,4583		318		10Х16Н13М2В
1,4589	X5CrNiMoTi15-2
1,4713	X10CrAl7			10Х17СЮ
1,4724	X10CrAl13	405		10Х13СЮ
1,4828		309		20Х20Н14С2
1,4841	X15CrNiSi25-20	314		20Х25Н20С2
1,4742	X10CrAl18	442
1,4845	X12CrNi25-21	310 S		20Х23Н18
1,4762	X10CrAl24	446
1,4878	X12CrNiTi18-9	321 (321Н)		12Х18Н10Т
1,4828	X15CrNiSi20-12	309		20Х20Н14С2
1,4948		304 (304H)		08Х18Н10

Сфер использования настолько много, что их сложно перечислить. Скажем только о некоторых производствах:

• Оборудование для пищевой, химической, энергетической, нефтеперерабатывающей и газодобывающей промышленности;
• Пружины, рессоры, подшипники и прочие детали с высокой радиальной и опорной нагрузкой;
• Мечики, плашки, резцы, фрезы, сверла и оснастка для станков по металлообработке;
• Корпуса для техники и приборов;
• Нержавеющая посуда – кастрюли, ведра, тазы, столовые приборы;
• Емкости, кюветы, инструменты для медицины, в том числе острые режущие предметы;
• Лезвия, иголки, ножи, ножницы;
• Декоративные и ограждающие конструкции внутри и снаружи зданий;
• В производстве техники: автомобилей, самолетов, судов, локомотивов, вагонов, тракторов, комбайнов и пр.; 

Примеси неизбежно присутствуют в сталях. Ряд из них снижает качественные характеристики металлопроката (к ним относятся скрытые примеси). Поэтому содержание примесей стараются минимизировать. Легирующие элементы добавляют в сплавы целенаправленно для улучшения их свойств или получения специфических характеристик сталей.

Ознакомиться с ассортиментом и заказать с доставкой по Беларуси металлопрокат из нержавеющей стали, жаростойкие и жаропрочные трубы и листы, пруток из быстрорежущей инструментальной стали вы можете на официальном сайте компании «СпецИнокс».