Легированные стали

Влияние легирующих элементов на свойства феррита. Карбиды в легированных сталях. Классификация и маркировка легирующих сталей.

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

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

Легирование производится с целью изменения механических свойств (прочности, пластичности, вязкости), физических свойств (электропроводности, магнитных характеристик, радиационной стойкости) и химических свойств (коррозионной стойкости в разных средах). 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 термообработки нерационально.

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

Основными легирующими элементами являются Сr, Ni, Мn, Si, Мо, V, Тi, Аl, Сu, Nb, В. Часто сталь легируют не одним, а несколькими легирующими элементами, например Сr и Ni, получая хромоникелевую сталь, Сr и Мn - хромомарганцевую сталь, Сr, Ni, Мо, V - хромоникельмолибденованадиевую сталь. Легирующие элементы оказывают существенное влияние на полиморфизм железа. Легирующие элементы по их влиянию на устойчивость феррита или аустенита делятся на две группы.

Рисунок 5.2. Влияние легирующих элементов на полиморфизм железа

К первой группе относят Ni, Мn, Сu, Со, которые образуют расширенную g - область и увеличивают устойчивость аустенита. Стали, в которых под влиянием легирования g - область сохраняет стабильность от температуры плавления до комнатной температуры, называют аустенитными сталями.

Ко второй группе относят Сr, Si, V, Мо, W, Аl, Тi и др., т. е. большинство легирующих элементов, которые в двойных диаграммах с железом образуют замкнутую g - область (Рисунок 5.2, б), увеличивая устойчивость феррита. Стали, в которых под влиянием легирования a -область сохраняет стабильность от комнатной температуры до температуры плавления, называют ферритными сталями.

В отличие от других сплавов на основе железа, аустенитные и ферритные стали не испытывают превращений при нагреве и охлаждении.

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 Fе-a;

легированного аустенита - твердого раствора легирующего элемента в Fе-g;

легированного цементита - твердого раствора легирующего элемента в цементите, или при увеличении содержания легирующего элемента сверх определенного предела специальных карбидов.