Легированные стали химический состав свойства маркировка

В современном мире имеется большое количество разновидностей стали. Это один из самых востребованных материалов, который используется практически во всех отраслях промышленности.

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.

Что такое легированная сталь — простыми словами

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.

Обозначения легирующих элементов

Для того чтобы по маркировке стали узнать качественный и количественный состав, для легирующих элементов используют буквенные обозначения. В основном, русские буквы соответствуют названиям элементов, хотя встречаются исключения, поскольку есть элементы, которые начинаются с одинаковых букв. Таблица легирующих элементов выглядит следующим образом.

Как видно из таблицы, в ней присутствуют два неметалла – кремний и азот, а углерода нет. Наличие углерода подразумевается в составе любой стали, поэтому в обозначении указывается лишь его содержание

Преимущества легированных сталей по сравнению с углеродистыми

Легирование позволяет повысить ряд характеристик за счет:

Отличие примесей от легирующих элементов (добавок)

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.

Примеры расшифровки маркировки

Для того чтобы расшифровка была понятнее, следует привести некоторые, наиболее яркие примеры маркировки. На основании примеров, определение марки стали в сравнении с уже известными, будет являться несложной задачей. Вот некоторые виды стали с расшифровкой условных обозначений:

Классификация по назначению

Выше уже были приведена классификация видов сталей по назначению. Маркировка конструкционных сталей включает в себя такие обозначения:

Остальные разновидности, в том числе и инструментальные марки из легированных сталей, не имеют специальных обозначений, кроме химического состава, поэтому расшифровку и назначение отдельных видов можно определить только по справочной литературе.

Использование легированных сталей (сферы применения)

Легированные стали по причине их высокой стоимости, в сравнении с углеродистой сталью, используются только для производства самых ответственных конструкций и деталей, где изделия из других металлов просто не смогут выполнить возложенные на них задачи.

Помимо прочего, сфера применения стали с добавками большая. Из них делают:

С точки зрения практического применения, среди легированных сталей выделяют:

Такая легированная сталь является материалом для трех групп инструментов:

Из низколегированной стали производят корпуса железнодорожных вагонов, вагонов метро, трамваев, несущих конструкций локомотивов, сельскохозяйственных и прочих полевых машин. Также данная легированная сталь служит материалом инженерных сооружений, функционирующих при переменных динамических нагрузках, сезонных и суточных теплосменах. При выборе стали следует обратить внимание на маркировку. В статье выше мы разобрали, как разобраться с маркировкой и что она значит. Инструментальная легированная сталь марок 9ХС, ХВГ, 6ХВ2С идет на изготовление сверл, метчиков, плашек, фрез, протяжки, для технологической оснастки, для ножей холодной резки металла, просечных штампов, вырезных матриц и пуансонов. Инструментальная не рассчитана на сварку.

Легированные стали могут иметь различные свойства, которые они получают за счет соотношения основных элементов, области применения. Однако важно понимать, чем отличается любая легированная сталь.

Исторический путь

Начало развития легирования было заложено обоснованием тигельного способа плавления стали в Европе в XVIII веке. В более примитивном варианте тигли использовались еще в древние времена, в том числе для выплавки булатной и дамасской стали. В начале 18 века эта технология получила совершенствование в промышленных масштабах и позволяла корректировать состав и качество исходного материала. Приобретает новые характеристики.

Проводились опыты с точки зрения качественного и количественного влияния на стальной сплав вольфрама, марганца, титана, молибдена, кобальта, хрома, платины, никеля, алюминия и прочих.

Первое промышленное производство стали, легированной марганцем, налажено в начале XIX века. Оно же получило развитие с 1856 года в рамках бессемеровского процесса выплавки.

Область применения легированной стали

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

Цветовая маркировка

Цветовая маркировка сталей применяется для обозначения проката. Это удобно при хранении материалов на складах, транспортировке. Обозначение сталей производится метками в виде точек или полос, выполненных несмываемой краской. Цвет обозначений выбирается из таблицы согласно назначениям стали. При этом группа стали и степень ее раскисления не учитываются.

Классификация легированных сталей

По содержанию в составе стали углерода идет разделение на:

В зависимости от общего количества в их составе легирующих элементов, которые содержит легированная сталь, она может принадлежать к одной из трех классификаций:

По структуре классификация на:

По форме решетки:

Легирующие элементы (добавки)

Примеси, которые невозможно полностью убрать их сплава. Таблица:

Также добавкой может считаться медь и некоторые другие.

Виды сталей и особенности их маркировки

Различные области применения сталей требуют наличие у нее строго определенных свойств – физических, химических. В одном случае требуется максимально высокая износоустойчивость, в других – повышенная устойчивость против коррозии, в третьих внимание уделяется магнитным свойствам. Видов стали много. Основная масса выплавляемого металла идет в производство конструкционной стали, в которую входят такие виды:

При расшифровке обозначений нужно учитывать, что каждому из видов соответствует строго определенная буква в маркировке.

Свойства легированной стали

Свойства легированных сталей являются разнообразными. Они главным образом определяются теми добавками, которые применяются в качестве легирующих при производстве отдельных видов стальных материалов.

В зависимости от добавленных легирующих компонентов сталь приобретает следующие качества:

Внимание: Стоит отметить, что для того, чтобы легированная сталь была более прочной и устойчивой к внешнему влиянию окружающей среды необходимое содержание хрома не должно быть менее двенадцати процентов.

Сталь легированного типа при правильном процентном соотношении всех входящий в нее элементов не должна менять свои качестве при температуре нагревания до шестисот градусов Цельсия.

Производство легированной стали.

https://youtube.com/watch?v=7n5D1kBdNXI

Маркировка сталей по американской и европейской системам

Маркировка сталей отечественного производства и на постсоветском пространстве позволяет приблизительно определить состав, назначение и характеристики, не прибегая к справочной литературе. В американских и европейских стандартах такая расшифровка, по большей части, отсутствует. Это связано с большим количеством организаций, занимающихся стандартизацией металлопродукции. По большей части обозначение стали по американским и европейским стандартам не содержит указаний на химический состав. Виды стали по назначению характеризуются буквенным или цифровым кодом, который можно расшифровать при помощи справочной литературы. Только в европейском стандарте EN10027 существует вариант маркировки сплавов по химическому составу, который имеет близкое сходство с отечественными обозначениями.

Назначение легирующих элементов, влияние добавок на свойства легированных сталей

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

Особенности легирования

Современные возможности позволяют выплавлять легированные металлы любого состава. Основные принципы рассматриваемой технологии:

Маркировка легированных сталей

Марки стали — это классификация сталей по их химическому составу и физическим свойствам. Марка указывает на предназначение, основу, наличие добавок. При обозначении легированной конструкционной стали процентная величина массовой доли углерода маркируется первыми двумя цифрами, без использования обозначения буквой. Далее в порядке уменьшения в маркировке указываются легирующие компоненты и их доля в сплаве в среднем эквиваленте. Марка конструкционной стали может включать буквенные обозначения. Маркировка обозначается буквой, которая показывает назначение конструкционной стали. Конструкцио́нная сталь применяется для изготовления деталей, механизмов и конструкций в машиностроении и строительстве и обладает определёнными свойствами. Литеры обозначают следующие марки:

Элементы, добавленные в легированную конструкционную сталь, в маркировке обозначают буквами русского алфавита, где X – хром, Н – никель, В – вольфрам, М – молибден, Ф – ванадий, Т – титан, Ю – алюминий, Д–медь, Г – марганец, С – кремний, К – кобальт, Ц – цирконий, Р – бор, Б – ниобий. Буква А в середине марки говорит о содержание азота, а в конце свидетельствует о том, что сталь высококачественная.

За буквой в маркировке стоит цифра, указывающая количество добавления данного элемента в процентах. Если за буквой в маркировке цифры нет, то это означает, что содержание легирующего элемента составляет менее 1,0%. Если в конце марки указана буква «А» — это обозначение высококачественной стали. Примеры:

Легированные сплавы с маркировками выпускаются по нескольким Государственным стандартам:

Европейские стандарты

EN 10027 определяет порядок обозначения и маркировки всех сталей. Легированные сплавы имеют маркировку 1.20ХХ – 1.89ХХ, где первая цифра определяет, что данный материал относится к сталям, вторая и третья цифра определяют номер группы сталей и две последние — порядковый номер сплава в этой группе.

Североамериканские стандарты ASTM/ASME и AISI

В США действует наиболее обширная система маркировки видов сталей. Например, маркировка ASTM предполагает обозначение основных химических элементов, предел прочности и форму проката материала. В системе AISI используют 4 цифры, где первые две указывают номер группы, две последующие – процентное количество углерода. Буквенные символы демонстрируют наличие соответствующих присадок.

Характеристика легированных сталей

Легированная сталь представляет собой сталь, которая кроме обычных примесей оснащена еще и дополнительными добавочными веществами, которые необходимы для того, чтобы она соответствовала тем или иным химическим и физическим требованиям.

Обычная сталь состоит из железа, углерода и примесей, без которых невозможно себе представить данный материал. В легированную сталь добавляются дополнительные вещества, которые получили название легирующих. Они используются для того, чтобы сталь стала обладать такими свойствами, которые необходимы в тех или иных ситуациях.

В большинстве случаев в качестве легирующих элементов к железу, примесям и углероду добавляются: никель, ниобий, хром, марганец, кремний, ванадий, вольфрам, азот, медь, кобальт. Также не редко в таком материале отмечаются такие вещества, как молибден и алюминий. Для придания прочности материалу в большинстве случаев добавляется титан.

Такой вид стали имеет три основные категории. Отношение легированной стали к той или иной группе обусловлено тем, сколько в ней содержится стали и примесей, а также легированных добавок.

Виды легированной стали

Есть три основных вида стали с легирующими элементами:

Она характеризуется тем, что в ней содержится около двух с половиной процентов легирующих дополнительных элементов.

Данный материал имеет в своем составе от 2.5 до 10 процентов легирующих дополнительных веществ.

К данному виду относятся стальные материалы, количество легирующих добавок в которых превышает десяти процентов. Количество этих компонентов в такой стали может достигать пятидесяти процентов.

Назначение легированной стали

Легированную сталь широко применяют в современной промышленности. Она обладает высоким уровнем прочности, что позволяет изготовлять из нее оборудование для резки и рубки металлического проката самых разных видов.

По своему назначению стали легированного типа могут быть представлены большим количеством групп.

Основными из них являются:

Характеристики легированных сталей могут быть разнообразными. Они их приобретают благодаря соотношению основных элементов. Стали такого типа являются в любом случае более прочными и устойчивыми к образованию коррозии.

Соответствие нержавеющих сталей различных стандартов

При выплавке стали в ней остается некоторое количество кислорода в составе окислов железа. Для снижения количества кислорода и восстановления железа из окислов применяется реакция раскисления, при которой в расплавленный металл добавляют соединения, более активные по взаимодействию с кислородом, чем железо. Во время реакции высвободившийся кислород также реагирует с углеродом, в результате чего образуется углекислый газ, который выделяется в виде пузырьков. В зависимости от количества раскислителей и продолжительности процесса можно выделить три вида итогового сплава:

При изготовлении ассортимента марок стали из металла разной степени раскисления применяется специальная маркировка материалов, соответственно символами «сп», «кп» и «пс».

Отличия легированной стали от углеродной

В составе легированной стали, помимо обычных примесей, присутствуют дополнительные вещества, позволяющие ей отвечать определенным химическим и физическим требованиям.

Разница между легированным и нелегированным металлом состоит в химическом составе:

Существуют разные степени легирования, однако даже небольшое содержание химических элементов значительно повышает качественные характеристики металла и его состояние. Например, углерод, усиливая твёрдость, одновременно делает сплав более хрупким, но добавив хром и никель можно значительно улучшив сплав.

Легирование и примеси — есть ли разница

Некоторые химические элементы, содержащиеся в обычных сталях, тоже можно называть легирующими. К таким можно отнести, например, медь (до 0,2%), кремний (до 0,37%) и т.д. Постоянными спутниками любой стали являются фосфор и сера. Тем не менее, металловеды относят их к примесям.

Почему? Любая примесь является следствием либо чистоты исходной руды (марганец), либо специфики металлургических процессов плавки (сера, фосфор). Теоретически выплавленная без фосфора и серы сталь обладала бы такими же механическими свойствами. Легирование же имеет своей конечной целью именно повышение определённых технических характеристик стали, а сера и фосфор этого не делают. При этом они однозначно относятся к вредным, но неизбежным примесям добавкам.

Наличие химического элемента с концентрацией более 1% дает основание вводить его условное значение в марку стали. В целом принято, что стали:

Если в составе выплавляемого сплава процентное содержание железа не превышает 55%, то такой материал уже не может использовать название легированной стали. Это правило нельзя отменить.

Химический состав легированной стали

Есть постоянные компоненты – это те, которые есть в любом сплаве данной категории, есть также необязательные, легирующие ингредиенты. Сперва перечислим те, которые образуют классический материал:

Кроме того, в составе обычно есть вредные и скрытые примеси. От них пытаются избавиться, но, к сожалению, полностью убрать не получается. Поэтому в крайне малых дозах в образцах есть:

Есть случайные, безвредные. Они попадают в емкость вместе с шахтами, то есть со смесью исходных материалов, и не несут положительного влияния:

И есть специальные легирующие добавки, которые мы перечисляли в статье выше.

Марки легированной стали

Марки легированной стали являются различными. Они представлены в большом многообразии. В зависимости от назначения стали определяется ее маркировка.

Сегодня имеется большое количество требований к маркировке легированной стали. Для данного процесса используются цифровые и буквенные обозначения. Сначала при маркировке используются цифры. Они являются показателями того, сколько содержится в том или ином виде легированной стали сотых долей углерода. После цифр стоят буквы, которые являются обозначением того, какие легирующие добавки были использованы при производстве того или иного легированного типа стали.

После букв могут стоять цифры, обозначающие количество легирующего вещества в составе стального материала. Если после обозначения какого-либо легирующего элемента не стоит цифровое обозначение, то его в составе имеется минимальное количество, не достигающее даже одного процента.

Таблица 1. Сопоставление марок стали типа Cm и Fе по международным стандартам ИСО 630-80 и ИСО 1052-82.

Маркировка сталей по российским стандартам позволяет определить состав металла и, частично, принадлежность к определенному виду. При наличии углерода в стали более 1 %, его количество в маркировке не указывается. Марка стали включает буквенные обозначения легирующих добавок с указанием их количества в десятых и сотых долях процента, но если содержание компонента менее 1,5 %, то в маркировке присутствует только буквенное обозначение. Кроме химического состава, маркировка содержит символы, характеризующие назначение стали, степень ее качества.

Сварка легированных сталей

Легированные сплавы обладают хорошей пластичностью, поэтому из них можно изготовить сложные конструкции методом сварки. По причине различного содержания добавок каждый вид легированных изделий имеет свои особенности:

Легированный металлолом

Обзор рынка легированного лома касается не только стали, но и чугуна. Действительно, доля объявлений купим легированный лом чугуна, не особо уступает спросу на вторичное низкоуглеродистое железо. Прием легированного лома осуществляется практически всеми пунктами, работающими с черным металлом, однако по существенно более высокой стоимости.

Для пунктов приема металлолома разделения по легированным сталям нет (как в справочнике) – для них есть черный лом, лом нержавеющей стали и лом быстрорезов. В черный лом могут включаться такие стали, как: 09Г2с и другие марки. Некоторые предприятия специализированно закупают определенную марку.

Цена лома за килограмм определяется вхождением легирующих элементов. Например, вторичная сталь, с содержанием никеля более 9.3%, может приниматься до 60 рублей за кг, тогда как более низкая концентрация Ni, приравнивает отходы к обычному черному стальному лому – 11000 за тонну.

Легированный лом

Особую ценность представляют быстрорежущие марки (быстрорежущая сталь), ценность которых даже в виде металлолома существенно выше. Однако сами по себе отходы быстрорезов многие приемщики разделяют на две категории:

Таким образом, стоимость лома легированной стали определяется в основном парой параметров: содержание и вид добавки, а также качество самой стали.

Достоинства и недостатки

Разные виды термообработки нивелируют недостатки интересующих легированной стали. И изделия обретают особые, а зачастую и уникальные свойства, достаточно простым способом.

Классификация по качеству

Легированная и нелегированная сталь в пределах каждой марки отличается качеством, которое зависит от технологии производства и качества исходных материалов. На качество стали особо влияют примеси, которые остаются в ней при восстановлении железа из рудных концентратов. В основном негативно влияют на качество стали фосфор и сера. По их содержанию классифицируют стали обыкновенного качества и высококачественную, в конце обозначения которой присутствует буква А. Содержание фосфора в высококачественной стали не превышает 0,025 %.

Легирование стали

Легированными называют стали, в которые специально вводят те или иные химические элементы. Эти элементы вводят с целью воздействия на структуру и получения требуемых свойств.

Процесс легирования стали

Есть два вида операции:

Несколько правил процесса легирования:

Свойства и назначение

Наиболее часто используемыми легирующими элементами являются никель, марганец, хром, кремний, свинец, селен и бор. Менее часто используются алюминий, медь, ниобий, цирконий, молибден и вольфрам. Назначение зависит от свойств элемента.

Например, железо само по себе не особо прочное, но его прочность значительно возрастает, когда оно легируется углеродом, а затем быстро охлаждается для производства стали. Медь увеличивает антикоррозийные свойства стали. Некоторые характеристики легированной стали — мягкая, полумягкая, полутвердая, твердая — в значительной степени обусловлены содержанием углерода, которое может составлять от 0,10 до 1,15%.

Риски

Черные легированные сплавы — это железо и его сплавы. Значительное содержание углерода делает чугун очень хрупким. Несмотря на свою хрупкость и более низкие механические свойства, чем у стали, низкая себестоимость материала, простота литья и специфические характеристики делают их одним из самых ценных в мире продуктов с самым большим тоннажем производства.

Цветные сплавы

Цветные сплавы — это сплавы, которые не содержат железа или содержат относительно небольшое количество железа. Их характеристики — значительная коррозионная стойкость, высокая электро- и теплопроводность, низкая плотность и простота производства.

Марки легированных сталей — расшифровка маркировки

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:

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:

Для примера приведено несколько расшифровок маркировки различных сталей:

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.

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

По структуре металла после охлаждения на воздухе

Под структурой стали подразумевается внутреннее строение металла, которое может существенно меняться в зависимости от условий термообработки, механических воздействий. Форма и размер зерен зависят от состава и соотношения легирующих добавок, технологии производства. Основу зерен стали составляет кристаллическая решетка железа, в которую включены атомы примесей – углерода, металлов. Углерод может образовывать твердые растворы в кристаллической решетке, а может создавать с железом химические соединения, карбиды.

Добавки металлов существуют в виде растворов, и многие из них влияют на состояние раствора углерода.

Структура стали меняется при изменениях температуры. Эти изменения называются фазами. Каждая фаза существует в определенном температурном диапазоне, но легирующие добавки могут существенно смещать границы перехода одной фазы в другую. Насчитывают такие основные фазы состояния металла:

Фазы строения металла характеризуют его физические свойства, в зависимости от которых определяется класс стали – конструкционная, литейная и так далее.

Заключение

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».