В наше время достаточно сложно переоценить значение продуктов металлургии, которые широко используются в промышленности, строительстве, изготовлении бытовой утвари, предметов домашнего пользования. Но особого внимания заслуживают легированные стали, без которых большое количество отраслей (машиностроительная, нефтехимическая, энергетическая, пищевая, изготовление специальных конструкций, основным назначением которых является работа в агрессивных условиях) не смогли бы выполнять свои основные функции.
Возникает закономерный вопрос: а что же такое легированная сталь, ее сплавы? Какая существует классификация легирующих элементов? Каковы основные характеристики и свойства высоколегированной стали? На эти и некоторые другие вопросы мы постараемся максимально развернуто ответить в нашей статье.
Что такое легированная сталь?
Давайте сначала выясним, что же представляет собой этот металл. Легированная сталь – сплав железа с углеродом, который имеет в своем составе специальные элементы, влияющие на главные механические или физические свойства конечной продукции металлургической отрасли. Элементы, которые добавляются к основному составу сплава, называются легирующими. Хром, никель, ванадий, марганец, медь – их основная группа.
Виды стали
Существует классификация легирующих элементов, которая основывается на их процентном содержании в сплаве:
- Высоколегированная сталь – 10-50 %.
- Среднелегированная – 2,5-10 %.
- Низколегированная – до 2,5 %.
Виды: высоколегированные стали, сплавы
Рассмотрим еще один интересный момент. Высоколегированная сталь и ее сплавы также имеют классификацию. Каждый из нижеприведенных видов применяется в определенных условиях:
- Жаростойкие или жаропрочные стали.
- Коррозионно-стойкие.
Исходя из процентного содержания легирующего элемента, различают следующие виды:
- Хромомарганцевая сталь.
- Хромоникелевая.
- Хромистая.
Использование высоколегированных сталей
Где же применяется такой металл? Высоколегированные стали и их сплавы являются неотъемлемыми компонентами в производстве различной продукции. Следующие отрасли не могут обойтись без их использования:
- Химическая.
- Нефтяная промышленность.
- Машиностроение.
- Строительство.
- Изготовление конструкций, основным назначением которых является работа в агрессивных условиях (высокая температура, перепады).
Добавление легирующих элементов позволяет достичь определенных механических свойств. Поэтому высоколегированная сталь используется как хладостойкий компонент. Особенно часто этот металл встречается в машиностроении. Самыми популярными являются высоколегированные аустенитные стали, в составе которых легированный компонент занимает около 55 %, а все остальное – железо, хром (около 18 %), никель (8 %). Легирующие компоненты подобного состава определяют дальнейшее назначение изготовленной продукции.
Использование коррозионно-стойких сталей
Коррозионно-стойкие высоколегированные стали используют в газовой среде или щелочной кислоте. Характерным их отличием является пониженное содержание углерода – приблизительно 0,12 %. Дальнейшее легирование и термическая обработка позволяют получить особый сплав, который может противостоять агрессивным условиям газовой или жидкометаллической среды.
Использование сталей, содержащих вольфрам или молибден на уровне 7 % и бор, позволяет работать при температуре до 1100 градусов. Вольфрам и молибден – элементы, которые относятся к упрочнителям. Для повышения окалиностойкости производимой продукции в качестве легирующих элементов добавляются кремний или алюминий. Такие конструкции могут использоваться как нагревательные элементы или печи.
Основные характеристики металла
Высоколегированная сталь имеет свойства и характеристики, которые позволяют более широко использовать производимую продукцию. Подобные стали обладают следующими характеристиками:
- Прочность (достигается благодаря термической обработке).
- Коррозионная стойкость.
- Стойкость к деформационным процессам.
- Пластичность (в сравнении с углеродистой сталью пластичность в разы больше).
- Немагнитность (стали, используемые в машиностроении).
- Упругость.
- Закаленность.
- Свариваемость.
Благодаря тому, что формула сплава является различной, свойства получаются разнообразные. Структура легко меняется благодаря термической обработке и легирующим компонентам. Таким образом, можно получить свойства, которые требуются по условиям проекта. К примеру, высоколегированная 18 % хромистая сталь может иметь в составе никель, который дает возможность получить коррозионную стойкость и хладноломкость.
Сварка высоколегированных сталей позволяет получить продукцию, которая может использоваться в любых климатических условиях. Так, метод штампосварки позволяет использовать конечный продукт в критически низких температурах – до минус 253 градусов по Цельсию. Специальная обработка кремнием позволяет получить ферросилиды, которые могут работать в сильных кислотах (азотной, фосфорной и других).
Высоколегированная сталь отличается твердостью, высокой способностью к истиранию. Так, кислотоупорными материалами являются – С15 и С17, а хром, ванадий и марганец повышают износостойкость сплава.
Виды высоколегированных сталей по тепловым свойствам
Исходя из тепловых характеристик, существует следующая классификация:
- Платинит (ЭН42) – используется для производства электродов, которые используются в лампах накаливания. Это объясняется тем, что коэффициент расширения такой же, как у стекла.
- Элинвар (Х8Н36) – идеально подходит для часовых пружин и измерительных приборов. Это объясняется тем, что модуль упругости является постоянным и не разрушается при температурах от -50 до +100 градусов по Цельсию.
- Инвар (И36) – применяется для производства эталонов, калибровочных элементов, так как коэффициент расширения равняется нулю.
Занимательным свойством коррозионной стали (только высоколегированная нержавеющая сталь) является магнитность. Поэтому различают немагнитные и магнитные виды таких металлов. Первые подразделяют на магнитомягкие и магнитотвердые подвиды, а последние имеют в составе кобальт, хром.
ГОСТ: высоколегированные стали
Требования к таким прочным металлам и жаростойким сплавам регламентируются специальными нормативами, а именно ГОСТом 5632-72.
Марки высоколегированных сталей
Наиболее востребованными и известными являются следующие марки сталей:
- Ферритные: 15Х28, 12Х17, 08Х18Т1, 15Х25Т, 08Х18Тч, 10Х13СЮ.
- Мартенситные: 15Х11МФ, 40Х9С2, 18Х11МНФБ, 40Х10С2М, 95Х18, 25Х13Н2, 20Х17Н2, 13Х11Н2В2МФ, 40Х13, 20Х13, 20Х17Н2, 13Х14Н3В2ФР.
- Аустенитно-мартенситные: 07Х16Н6, 08Х17Н5М3, 08Х17Н6Т, 09Х17Н7Ю1.
- Аустенитно-ферритные: 08Х21Н6М2Т, 08Х22Н6Т, 08Х20Н14С2, 20Х23Н13, 12Х21Н5Т, 03Х22Н6М2.
- Мартенситно-ферритные: 12Х13, 18Х12ВМБФР, 14Х17Н2, 15Х12ВНМФ.
- Аустенитные: 05Х18Н10Т, 45Х22Н4М3, 45Х14НМВ2М, 10Х14Г14Н4Т, 03Х18Н10Т, 08Х16Н13М2Б, 12Х18Н12Т, 03Х18Н12, 03Х16Н15М3Б, 10Х11Н23Т3МР, 20Х23Н18, 10Х11Н20Т2Р, 12Х18Н9Т, 12Х18Н9, 20Х25Н20С2.
Применение легирующих марок стали:
- 40Х13, 30Х13 – используют для карбюраторных игл, пружин для транспорта, хирургических инструментов.
- 12Х17 – марка высоколегированной стали, использующаяся для изготовления кухонной утвари или предметов домашнего обихода.
- 20Х13, 12Х13, 08Х13 – используют для изготовления элементов гидравлических установок, конструкций, которые работают в слабоагрессивных условиях.
- 95Х18 – используют для производства высокотвердых шарикоподшипников.
