Metallurgy.zp.ua
Главная » Слитки и разливка стали » Легированные стали

Легированные стали

Легирующими элементами называют элементы, специально вводимые в сталь для изменения ее строения и свойств. Соответственно стали, содержащие легирующие элементы, называются легированными. При этом, если содержание кремния превышает 0,4 % или марганца — 0,8 %, то они также относятся к легирующим элементам.

Концентрация некоторых легирующих элементов может быть очень малой. В количестве до 0,1 % вводят Nb, Ti, а содержание бора обычно не превышает 0,005 % . Если концентрация элемента составляет около 0,1 % и менее, легирование стали принято на­зывать микролегированием.

Появление и широкое распространение легированных сталей обусловлено непрерывным ростом требований, предъявляемых к материалам по мере прогресса техники. Легирование производится с целью изменения механических (прочности, пластичности, вязкости), физических (электропроводности, магнитных характе­ристик, радиационной стойкости) и химических (коррозионной стойкости в разных средах) свойств.

Необходимый комплекс свойств обычно обеспечивается не только легированием, но и термической обработкой, позво­ляющей получать наиболее оптимальную структуру металла. Легированные стали дороже углеродистых, и поэтому применять их без термической обработки нерационально.

Применение легирующих элементов существенно влияет на себестоимость стали. При использовании тех или иных легирую­щих элементов руководствуются не только их влиянием на свой­ства стали, но и экономическими соображениями, в частности стоимостью добычи и получения, а также дефицитностью.

Основными легирующими элементами являются Cr, Ni, Mn, Si, W, Mo, V, Al, Cu, Ti, Nb, Zr, В. Часто сталь легируют не од­ним, а несколькими элементами, например Cr и Ni, получая хромоникелевую сталь, Cr и Mn — хромомарганцевую сталь, Cr, Ni, Mo, V — хромоникельмолибденованадиевую сталь.

Легирующие элементы, вступая во взаимодействие с железом и углеродом, могут участвовать в образовании различных фаз в легированных сталях:

  • легированного феррита — твердого раствора легирующего элемента в Feα;
  • легированного аустенита — твердого раствора легирующего элемента в Feγ;
  • легированного цементита — твердого раствора легирующего элемента в цементите или при увеличении содержания леги­рующего элемента сверх определенного предела — специальных карбидов.

Если проанализировать с помощью двойных диаграмм состоя­ния систему железо — легирующий элемент, как легирующие эле­менты влияют на расширение области γ-твердого раствора железа (легированного аустенита) и, наоборот, на сужение области γ-твердого раствора и соответственно расширение области α-твердого рас­твора, т. е. легированного феррита, то по этому влиянию все леги­рующие элементы можно разделить на две группы: расширяющие область γ-твердых растворов — аустенитообразующие легирующие элементы и сужающие γ-область (расширяющие область α-твердых растворов) — ферритообразующие легирующие элементы.

К числу аустенитообразующих легирующих элементов отно­сятся Ni, Mn, Со, Cu, С, N. К числу ферритообразующих леги­рующих элементов относятся Cr, Si, Al, Mo, V, Ti, W, Nb, Zr.

При легировании сталей аустенитообразующими элементами в большом количестве может произойти полное «выклинивание» области α-Fe, и в этом случае стали будут иметь аустенитную структуру при комнатной температуре — аустенитные стали.

Наоборот, при легировании сталей ферритообразующими эле­ментами в большом количестве может произойти «выклинивание» области γ-Fe, и стали приобретут чисто ферритную структуру — ферритные стали.

При комбинированном легировании сталей аустенитообра­зующими и ферритообразующими элементами структура стали будет состоять из аустенита и феррита, а стали будут аустенитно­ферритные.

В большинстве конструкционных сталей феррит при темпера­туре эксплуатации является основной структурной составляющей, занимающей не менее 90 % объема металла. Поэтому от свойств феррита во многом зависят свойства стали в целом. Чем больше разница в атомных размерах железа и легирующего элемента, тем больше искажение кристаллической решетки, тем выше твер­дость, прочность, но ниже пластичность и особенно вязкость фер­рита.