Обозначение легирующих элементов в стали: классификация, свойства, маркировка, применение

На сегодняшний день во множестве отраслей используется самая разная сталь. Разнообразие качества, механических и физических свойств достигается за счет легирования металла. Обозначение легирующих элементов в стали помогает определить, какие компоненты были введены в состав, а также их количественное содержание.

Общие сведения и общая классификация

Когда речь идет о легированной стали - это означает, что в материал были добавлены специальные элементы, которые изменили механические и физические свойства начального материала. Кроме того, меняется и внутренняя структура материала. Обозначение легирующих элементов в стали помогает не только понять, какие добавки были введены. В зависимости от них, выделяют и несколько классов самого продукта.

Первая классификация осуществляется по количеству углерода. Бывают низкоуглеродистые стали, где содержание углерода до 0,25%, среднеуглеродистые стали содержат от 0,25 до 0,65% добавки, высокоуглеродистые содержат более 0,65% углерода в составе.

Другие признаки классификации

Все виды изучаемого материала делятся еще на три категории, в зависимости от общего содержания легирующих элементов в стали. Обозначение этих групп - низколегированные, среднелегированные, высоколегированные. В первом случае общая массовая доля добавок не превышает 2,5%, для второй группы - не больше 10%, для третьей группы - от 10 до 50%.

Далее стоит отметить, что в зависимости от свойств, которыми легирующие элементы наделяют сталь, меняется ее внутренняя структура. Это также требует понимания. В этом случае при помощи обозначения легирующих элементов в стали можно определить структуру продукции. А по этому признаку провести еще одну классификацию:

1. Доэвтектоидный класс стали - слишком большое содержание феррита в составе.
2. Эвтектоидный класс указывает на перлитную структуру товара.
3. Заэвтектоидная группа продукции характеризуется структурой, содержащей вторичные карбиды.
4. Ледебуритный класс материала содержит в составе первичные карбиды.

Основные составляющие и их влияние

В сталь добавляется множество самых разных компонентов. Обозначение элементов в легированных сталях осуществляется при помощи букв, чаще всего заглавных первых букв названия самого компонента.

Можно начать с хрома и никеля. Обозначаются они соответственно буквами Х и Н. Если говорить о влиянии хрома, то он увеличивает стойкость стали к коррозии. Помимо этого повышается также прочность и и твердость. Хром считается основным легирующим компонентом при изготовлении нержавеющей продукции.

Обозначение элементов в марках легированных сталей помогает достаточно быстро определять свойства материала и его предназначение. Так, маркировка "Н" указывает на содержание никеля, а значит, вещество обладает повышенной вязкостью, большей пластичностью и хорошей стойкостью к коррозии.

Дополнительные легирующие элементы

Далее следует сказать о титане(Т) и ванадии(Ф). Увеличение содержания Т указывает на уменьшение зернистости структуры, из-за чего повышается прочность и плотность. Кроме того, улучшается устойчивость к появлению ржавчины и упрощается обработка. В качестве легирующих элементов в марках стали обозначается еще и ванадий буквой Ф. В данном случае он также способствует уменьшению зернистости, но результат несколько другой и заключается в улучшении текучести и повышению прочности на разрыв.

Далее следует поговорить о молибдене(М) и вольфраме(В).

Введение "М" в состав улучшает прокаливаемость продукции, повышает стойкость к коррозии, понижает хрупкость. "В" также снижает хрупкость во время отпуска, во время нагрева не давая зернам увеличиваться, кроме этого, увеличивая общую твердость.

Буквенное обозначение легирующих элементов в стали иногда не совпадает с их названием на русском языке. Так, одна из спорных добавок - кремний, обозначается буквой С. При наличии всего 1-1,5% этого вещества в составе, оно способно увеличить прочность и при этом сохранить вязкость. Если начать увеличивать содержание компонента в структуре, то будет увеличивается электрическое сопротивление и магнитопроницаемость. Кроме этого, кремний способен увеличить упругость, сопротивление коррозии и окисляемости. Однако при всем этом нужно учитывать, что он повышает хрупкость стали.

Последние две добавки - кобальт (К) и алюминий (Ю). Добавка первого элемента повышает жаропрочность и ударопрочность. Алюминий повышает стойкость к окалине.

Что такое примеси?

Говоря об обозначении легирующих элементов в марках металла, нельзя не упомянуть о примесях. Во-первых, их наличие также сказывается на свойствах продукции. Во-вторых, полностью избавиться от их наличия в составе вещества нельзя, а потому их массовая доля периодически указывается в маркировке.

Различные примеси и их влияние

Буквой А - обозначается азот. При его наличии обычно указывается примерно в середине маркировки. По своим свойствам он идентичен наличию кислорода. В случае превышения определенной массовой доли одного из этих двух элементов у материала повышается хрупкость. Кроме этого, будут понижаться и такие характеристики, как вязкость и выносливость.

Спорной примесью является углерод (У). Если в составе его содержится до 1,2% то он может оказывать положительное влияние, увеличивая твердость, прочность, предел текучести. Если же наблюдается даже небольшое превышение данного показателя, то начинает стремительно ухудшатся как прочность, так и пластичность.

Марганец (Г) и сера также принадлежат к примесям. Марганец, как и углерод оказывает разное влияние в зависимости от массовой доли в структуре. Если содержание элемента "Г" не превышает 0,8 %, то его можно назвать технологической примесью. Он увеличивает степень раскисления стали, снижает негативное воздействие серы на товар.

Если массовая доля второго элемента превышает 0,65 %, то он оказывает значительное пагубное влияние. Существенно падает пластичность, стойкость к коррозии и ударная вязкость. Повышение серы в составе будет ухудшать еще и возможность сварки стали.

Последней вредной примесью является водород. Увеличение массовой доли этого компонента ведет к значительному повышению хрупкости.

Обзор маркировки

Условные обозначения легирующих элементов в сталях по ГОСТу 4543-71 было вызвано тем, что улучшенных таким образом материалов очень много. Согласно данным правилам, сначала обозначается буква, а после нее цифра, указывающая на количество этого элемента. Можно рассмотреть это на примере такой марки, как X5CrNi18-10.

Сразу стоит сказать, что маркировка не всегда происходит русскими буквами, иногда на другом языке, как указано на примере. В данном случае расшифровка выглядит таким образом: буква "Х" указывает на то, что сплав принадлежит к нержавеющей категории сталей из магнитной или хромистой группы; цифра 5 - это содержание углерода, которого в данном случае 0,05%; Cr и Ni - это хром и никель соответственно, а 18 и 10 это их процентное содержание соответственно. То есть в структуре данного вида товара содержится 0,05 % углерода, 18 % хрома и 10 % никеля.

Маркировка других групп

Обозначение легирующих элементов, входящих в состав стали, также может указывать на их принадлежность к определенной категории изделий. Так, нержавеющая хромоникелевая будет иметь букву "Я" в начале своей маркировки. Шарикоподшипниковые и быстрорежущие инструментальные стали в начале будут иметь, соответственно, маркировку "Ш" и "Р".

Легированные стали могут быть высококачественными или даже особо высококачественными. В таком случае в конце маркировки к ним добавляется "А" или "Ш" соответственно. Обычные легированные стали на конце своей маркировки таких обозначений просто не имеют.

Здесь стоит отметить, что иногда к легированным сталям добавляется специальное обозначение, если материал был получен методом проката. В этом случае в маркировке имеется либо "Н" - нагартованный прокат или "ТО" - термически обработанный прокат.

Последовательность обозначения элементов

Чтобы определить максимально точный химический состав изделия придется просматривать его документацию, однако способность разбираться в маркировке может помочь определить основные легирующие добавки и примеси.

Так, если вначале маркировки стали указана какая-либо цифра, то она определяет массовую долю углерода в составе в сотых долях процента. После этого начинается перечисление добавок, входящих в состав легированной стали. Сразу после каждой буквы в обозначении будет указываться цифра, показывающая количественное содержание химического элемента в составе в процентах. Однако бывает и так, что сразу после буквы не идет никакой цифры вовсе. Это означает, что содержание этого элемента в составе не превышает 1,5 % что достаточно мало.

Разные легированные стали

В конце стоит отметить, для чего обычно используются такие типы метала. Существует легированная сталь инструментального типа. Как следует из названия, она широко используется для производства каких-либо инструментов. Ее обычно сравнивают с обычной углеродистой сталь. Химически улучшенный состав обладает большей твердостью и прочностью, но у всех легированных составов наблюдается большая хрупкость, чем у обычной углеродистой.

Отлично зарекомендовала себя сталь, принадлежащая к группе быстрорежущих. Такой материал характеризуется большой твердостью и красностойкостью до 600 градусов по Цельсию.

Отдельной большой группой стоят конструкционные легированные стали с особыми характеристиками. То есть это могут быть нержавеющие изделия, металл с улучшенными электрическими и магнитными показателями и другие.

Как видно из всего выше сказанного, легированный материал на сегодняшний день используется крайне активно и во многих отраслях. По этой причине знать и уметь разбираться в обозначении такого рода стали стоит всем, кто собирается иметь с ней дело.