Легированные стали

леги́рованная сталь

помимо обычных примесей содержит так называемые легирующие элементы (смотри Легирование). Различают низколегированную (суммарное содержание легирующих элементов до 2,5%), среднелегированную (2,5—10%) и высоколегированную (свыше 10%) сталь.

* * *

ЛЕГИРОВАННАЯ СТАЛЬ

ЛЕГИ́РОВАННАЯ СТАЛЬ, углеродистая сталь, в которую специально введены легирующие элементы с целью улучшения ее эксплуатационных и технологических свойств (см. Легирование (см. ЛЕГИРОВАНИЕ)). Различают низколегированную (суммарное содержание легирующих элементов до 2,5%), среднелегированную (2,5—10%) и высоколегированную (свыше 10%) сталь. Легирующие элементы вводятся в сталь в различных количествах и в разных сочетаниях — по 2, по 3 и более элементов. Легированные стали используют для изготовления тяжелонагруженных деталей ответственного назначения, так как они обладают более высокими механическими характеристиками.
Легированные стали могут быть классифицированы по структуре, по составу и по назначению.
По равновесной структуре стали можно классифицировать как:
а) доэвтектоидные стали, имеющие в структуре избыточный феррит (см. ФЕРРИТ). Стали ферритного класса содержат элементы, сужающие область существования аустенита (см. АУСТЕНИТ); эти стали могут сохранять структуру феррита (иногда в сочетании с карбидами) при любых температурах (вплоть до расплавления) и после охлаждения с любой скоростью;
б) эвтектоидные стали, имеющие перлитную структуру;
в) заэвтектоидные стали, имеющие в структуре избыточные (вторичные) карбиды;
г) ледебуритные стали, имеющие в структуре первичные карбиды. В литом виде избыточные карбиды вместе с аустенитом образуют эвтектику — ледебурит (см. ЛЕДЕБУРИТ), который при ковке или прокатке разбивается на обособленные карбиды и аустенит. Стали карбидного класса содержат повышенное количество углерода и карбидообразующих элементов.
Большинство легирующих элементов влияют на диаграмму состояния C – Fe. Граница между доэвтектоидными и заэвтектоидными сталями, заэвтектоидными и ледебуритными в легированных сталях лежит при меньшем содержании углерода, чем в углеродистых.
Исходя из структуры стали, получаемой после охлаждения на воздухе, можно выделить перлитный, мартенситный и аустенитный классы сталей. Стали перлитного класса имеют структуру перлита (см. ПЕРЛИТ (в металловедении)) или его разновидностей: сорбита (см. СОРБИТ (в металловедении)), троостита (см. ТРООСТИТ), а также перлита с ферритом или с заэвтектоидными карбидами. Стали мартенситного класса характеризуются пониженной критической скоростью закалки и имеют после нормализации структуру мартенсита (см. МАРТЕНСИТ). Стали аустенитного класса имеют сильно пониженную температуру распада аустенита, который сохраняется в структуре стали даже при комнатной температуре. Получение этих классов сталей обусловлено тем, что по мере увеличения содержания легирующих элементов устойчивость аустенита в перлитной области возрастает, а температурная область мартенситного превращения понижается.
В зависимости от состава — наличия в стали тех или иных легирующих примесей — легированные стали классифицируются как никелевые, хромистые, хромоникелевые и т. д.
При легировании углеродистых сталей: марганец увеличивает прочность, твердость и сопротивление стали износу; кремний и хром повышают прочность и жаростойкость; медь повышает стойкость стали к атмосферной коррозии; никель способствует улучшению вязкости без снижения прочности. Низколегированные стали имеют более высокие механические свойства, чем малоуглеродистые. Стали, содержащие никель, хром и медь, высокопластичны, хорошо свариваются, их с успехом используют для сварных и клепаных конструкций промышленных и гражданских зданий, пролетных строений мостов, нефтерезервуаров, труб и др.
По назначению может быть: легированная конструкционная сталь (см. КОНСТРУКЦИОННАЯ СТАЛЬ), легированная сталь специального назначения и легированная инструментальная сталь (см. ИНСТРУМЕНТАЛЬНАЯ СТАЛЬ).
В отличие от маркировки углеродистых сталей буквы в марке низколегированных сталей показывают наличие в стали легирующих примесей, а цифры — их среднее содержание в процентах. Предшествующие буквам цифры показывают содержание углерода в сотых долях процента. Для маркировки стали каждому легирующему элементу присвоена определенная буква:
С — кремний, В — вольфрам, Г — марганец, Ю — алюминий, Х — хром, Д — медь, Н — никель, К — кобальт, М — молибден, Б — ниобий, Т — титан.
Первые цифры марки обозначают среднее содержание углерода (в сотых долях процента для инструментальных и нержавеющих сталей). Буквой указан легирующий элемент и последующими цифрами — его среднее содержание, например, сталь марки 3Х13 содержит 0,3% С и 13% Сr, сталь марки 2Х17Н2 — 0,2 % С, 17 % Сг и 2 % Ni. При содержании легирующего элемента менее 1,5 % цифры за соответствующей буквой не ставятся, например, 1Г2С, 12ХН3А. Буква А в конце обозначения марки указывает на то, что сталь является высококачественной, буква Ш — особо высококачественной. Например, легированная конструкционная сталь марки 1Г2С содержит 0,1 % углерода, 2 % марганца и 1 % кремния.
Большинство марок легированных сталей приобретает высокие механические характеристики только после соответствующей термической обработки, которая сопровождается фазовыми превращениями и делает структуру сталей более мелкозернистой. Легированные стали обладают более глубокой прокаливаемостью деталей тех же размеров, чем из углеродистых сталей. Большинство легирующих элементов снижают температуру мартенситного превращения и улучшают качество остаточного аустенита в структуре.