Легирование стали

Легированными сталями называются сплавы, в которые специально вводят элементы (легирующие элементы) с целью изменения их структуры и свойств.

Легированием улучшают механические и изменяют физические, химические и технологические свойства стали. Это происходит в результате действия легирующих элементов на аллотропические формы железа /2/.

Легирование применяется, когда необходимо повысить стойкость к химическим воздействиям реагента.

Вводимые легирующие добавки по-разному изменяют свойства стали:

• никель – способствует уменьшению размеров зерна и образованию аустенита при термообработке. Введение никеля повышает прочность, пластичность, вязкость, коррозионную стойкость, свариваемость, улучшает обрабатываемость. Является дорогим легирующим элементом и часто применяется совместно с добавками хрома;

• хром – повышает механические свойства, особенно износостойкость. Образует на поверхности тонкую, прочную оксидную пленку. Повышает устойчивость к действию кислот, термостойкость, коррозионную стойкость. Однако высокохромистые стали плохо свариваются;

• марганец – является легирующей добавкой, если его содержание превышает 1%. Способствует образованию аустенитной структуры. Увеличивает износостойкость, но приводит к росту размера зерна, что снижает пластичность;

• молибден – повышает прокаливаемость стали, способствует сохранению прочности при высокой температуре, улучшает обрабатываемость, повышает коррозионную стойкость к горячим кислотам (серной, фосфорной) и хлорсодержащим веществам;

• ванадий – способствуют образованию равномерной мелкозернистой структуры, тем самым повышая пластичность, прокаливаемость стали, механическую обработку и сохранению прочности при высоких температурах. Повышает коррозионную стойкость к водородной коррозии;

• кремний – повышает коррозионную стойкость, твердость и упругость стали и незначительно снижает пластичность;

• титан – карбидообразующий элемент. Образует соединения типа ТiС (карбид титана). Повышает прочность и пластичность сталей. Присутствие титана в сплаве делает его не чувствительным к межкристаллической коррозии.

• вольфрам – увеличивает твердость стали. Стали легированные вольфрамом используются при изготовлении режущего инструмента /Л,4/.

Таким образом, легирующие добавки позволяют создавать на основе сталей гамму сплавов с различными свойствами, и поэтому в зависимости от содержания легирующих добавок стали подразделяются на низко легированные (до 2,5% легирующих компонентов), легированные (от 2,5 до 10%), высоколегированные и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные /4/.

Легированные стали и коррозионностойкие, жаростойкие, жаропрочные сплавы предназначены для работы в коррозионных средах и при высоких температурах. Эти материалы делятся на три группы:

1. стойкие к различным видам коррозии;

2. жаростойкие (окалийностойкие), также стойкие к коррозии, в том числе в газовых средах при температурах выше 550 °С в ненагруженном или слабонагруженном состоянии;

3. жаропрочные, стойкие к коррозии в течение определенного времени при высоких температурах в нагруженном состоянии /1/.

Благодаря повышенной химической стойкости легированные стали находят широкое применение в различных отраслях химической промышленности. Широко используются высоколегированные хромоникелевые стали с содержанием хрома 18–20% и никеля 8–10%.

Хромоникелевые стали обладают высокой коррозионной стойкостью к агрессивным средам, жаростойкостью и жаропрочностью, немагнитны и хорошо штампуются, свариваются и удовлетворительно обрабатываются резанием. Вследствие высокой прочности легированных сталей аппараты, изготовленные из них, более легки и надежны, чем изготовленные из углеродистых сталей для тех же условий работы. Однако легированные стали намного дороже углеродистых. Поэтому для изготовления химической аппаратуры находят все большее применение двухслойные стали.