Легированные конструкционные стали

Легирующие элементы вводят в стали для повышения конструкционной прочности. Наиболее дешёвыми легирующими элементами являются кремний и марганец, относительно дорогими – хром, никель, титан, ещё более дорогими – молибден и вольфрам. Поэтому последние из указанных легирующих элементов добавляются в небольших количествах к конструкционным сталям, содержащим другие легирующие элементы.

По легированности стали делятся на группы: 1) низколегированные (менее 5 % легирующих элементов в сумме), 2) среднелегированные (от 5 до 10 %) и 3) высоколегированные (более 10 % легирующих элементов).

Легирующие элементы, снижая скорость диффузии всех компонентов, снижают критическую скорость охлаждения при закалке, повышают устойчивость аустенита, улучшают прокаливаемость сталей. Возможность использования масла в качестве закаливающей среды снижает коробление деталей, поэтому масло целесообразно использовать при закалке изделий малых размеров.

Присутствие легирующих элементов в сталях отмечается в маркировке буквами русского алфавита: А – азот (но буква обязательно ставится в середине марки, потому что буква А в конце означает, что сталь высокого качества), Б – ниобий, В – вольфрам, Г – марганец, Д – медь, Е – селен, К – кобальт, М – молибден, Н – никель, П – фосфор, Р – бор (ставится обязательно в конце марки), С – кремний, Т – титан, Ф – ванадий, Х – хром, Ц – цирконий, Ч – редкоземельные элементы, Ю – алюминий. Содержание компонентов в процентах записывается цифрами, стоящими в маркировке после обозначения элемента. Если содержание элемента менее 1,5, то за буквенным обозначением цифра не ставится. Содержание углерода в легированных сталях обозначается двузначным числом, соответствующим сотым долям процента, например, сталь 40ХН означает, что в ней содержится 0,4 % углерода и примерно по 1-1,5 % хрома и никеля. Сталь 18Х2Н4МА – содержит 0,18 % углерода, 2 % хрома, 4 % никеля, менее 1 % молибдена и относится к высококачественным сталям (буква А в конце маркировки).

Хотя наибольшая относительная экономическая эффективность достигается при применении высоколегированных и сложнолегированных сталей вместо нелегированных, более широкое распространение и абсолютную экономическую выгоду даёт применение низколегированных сталей. К числу низколегированных конструкционных сталей относятся 17ГС (0,17 % С, 1-1,2 % М_П, до 0,7 % Si), 14ХГС, 35ХМ, 40ХН, 30ХГСА и др. Хромистые стали 15Х, 20Х относятся к числу дешёвых сталей нормальной прочности (s_в = 700 МПа, d = 12 %). Эти стали подвергаются цементации, в результате чего твёрдость поверхностных слоёв достигает 58 – 62 единиц НRС. Их используют для изготовления небольших деталей (сечением до 25мм), работающих при средних нагрузках.

Более высокие прочностные свойства достигаются в хромоникелевых сталях 20ХНЗА, 12Х2Н4А. После закалки и отпуска прочность этих сталей достигает 850-860 МПа, при d = 10-11 %.

Ещё более высокая прочность достигается в сталях 18Х2Н4ВА и 1Х2Н4М (до s_в =950 МПа, d = 12 %).

Вместо приведённых, сравнительно дорогих, марок сталей высокой прочности можно добиваться в дешёвых хромомарганцевых сталях, легированных титаном, после цементации. Примером может служить сталь 18ХГТ. Присутствие титана в ней в количестве 0,06-0,12 % приводит к образованию мелких частиц карбида титана и существенному измельчению зерна. После закалки и отпуска в сердцевине изделия получают прочность 1150 МПа при d = 10 %. Легирование стали 18ХГТ бором (марка 18ХГТР) приводит к ещё большему измельчению зерна, увеличению устойчивости аустенита (вероятность протекания мартенситного превращения зависит от размеров зерна), повышает прокаливаемость изделий до диаметра ~ 40мм.

Из низколегированных конструкционных сталей в пищевой промышленности изготавливают днища теплообменных аппаратов, различные трубы и трубные решётки, фланцы и различные крепежные детали. Стали 20Х, 40ХН, 30ХГСА и др. разрешены для изготовления деталей непосредственно контактирующих с пищевыми средами.

Дата добавления: 2015-07-25