Вопрос 34.

Требуемые свойства в стальном изделии получают добавлением легирующих элементов в сталь при ее выплавке или их введением в поверхностный слой изделия при химико-термической обработке и соответствующей термической обработкой.

 Все примеси, содержащиеся в стали, можно разделить на 4 группы:

1 . Постоянные или обыкновенные примеси.

Это невредные примеси: марганец 0,3-0,7% вес, кремний 0,2-0,4% (их введение необходимо при производстве стали для раскисления жидкого металла, причем в кипящей стали кремния мало <0,07%).

К этой же группе относят вредные примеси: серу 0,01-0,04% (попадает самопроизвольно из руды и топлива) и фосфор 0,02-0,05% (из руды). Полностью очистить сталь от вредных примесей трудно.

2. Скрытые примеси. Это водород, кислород и азот, присутствующие в любой стали в малых количествах. В обычных технических условиях на сталь не указывают ограничений на содержание этих газов, по сколько методы их химического анализа в стали очень сложны.

3. Случайные примеси попадают в сталь самопроизвольно из шихтовых материалов. Например, уральские железные руды содержат медь, керченские- мышьяк, переплавляемый металлический лом(скрап) может содержать луженые, оцинкованные никелированные отходы и отслужившие изделия из легированной стали. Содержание хрома в нелегированной стали может достигать 0,1-0,3% и никеля 0,2-0,3%.

 Легирующие добавки- элементы, специально вводимые в сталь в определенных концентрациях с целью изменения ее строения и свойств.Стали с легирующими элементами называют легированными, а иногда специальными.

Если в сталь ввели 0,1% титана или 0,005% бора специально с целью получения требуемых свойств, то сталь считают легированной, а при добавке марганца сталь будет легированной только в случае заметного превышения его технологически необходимой концентрации (0,7%), например до 1,0% и более.

 Сталями называют сплавы, в которых железа содержится более 50вес%. При содержании железа менее 50%, но больше чем любого другого элемента – это сплав на основе железа.

По степени легированности стали делят на:

а.) нелегированные (углеродистые), содержащие только технологические, открытые и случайные примеси (эти стали составляют 2/3 всего тоннажа стали, выплавляемой в стране)

б.) низколегированные стали (малолегированные), содержащие в сумме до 2,5% легирующих элементов,

в.) среднелегированные стали содержат в сумме 2,5-10% легирующих добавок,

г.) высоколегированные стали содержат в сумме более 10% легирующих элементов . Сталь называют хромистой, кремнистой, хромоникелевой и т.д. в соответствии с введенными в нее легирующими добавками.

Часто применяют комплексное(сложное) легирование, т.е. вводят в сталь одновременно 5-6 легирующих элементов.

Существуют и другие способы классификации сталей, например, по структуре после отжига (доэвтектоидная, эвтектоидная, заэвтектоидная), по структуре после нормализации (перлитного, мартенситного, аустенитного, ледебуритного класса), по назначению (конструкционная, инструментальная, сталь особого назначения).

Обозначение марок легированной сталей. В большинстве случаев обозначение марки легированной стали начинается с двухзначного (или трехзначного) числа, обозначающего содержание углерода в сотых долях процента, например, сталь 15Г содержит 0,15% углерода. Если марка начинается с однозначного числа, то концентрация углерода выражена в десятых долях процентам например, сталь 5ХНМ содержит 0,5% углерода, нелегированная сталь У8-0,8% углерода.

При концентрации углерода в стали более 1,0% его цифровое обозначение может отсутствовать, например, сталь XI 2 содержит до 2% углерода. Если углерода меньше 0,1%, то марка ;тали может начинаться с нуля(ОХ18Н9Т).

Затем в марке следуют буквальные обозначения легирующих элементов, которые зашифрованы буквами русского алфавита; часто это начальная буква русского или латинского названия элемента или другая характерная буква русского названия или химического символа элемента): Х- хром, Н- никель. Т- титан. К- кобальт, М- молибден, В-вольфрам, Ф-ванадий, С- кремний, Ц,- цирконий. Г- марганец, Д- медь, Ю- алюминий, В- ниобий, Р- бор. А- азот( ставится не в конце марки) ,Ч-редкоземельные элементы, Е-селен, П- фосфор.

Цифры после каждой буквы указывают содержание обозначаемого этой буквой элемента в целых процентах, причем, если концентрация элемента менее или около 1%, то число после буквы не ставят, а если элемента содержится около 1,5%, то ставят единицу: 70Г, Х42Ф 1 .

В зависимости от назначения стали можно объединить в следующие группы.

Конструкционная сталь, идущая на изготовление деталей машин. Конструкционная (машиноподелочная) сталь, как правило, у потребителя подвергается термической обработке. Поэтому конструкционные стали подразделяют на цементуемые (подвергаемые цементации) и улучшаемые (подвергаемые закалке и отпуску, практически не обязательно высокому).

Близкие по составу к конструкционным сталям, но не предназначаемые для термической обработки у потребителя, объединяются в группу так называемых строительных сталей (они в основном применяются в строительстве). Часто их называют низколегированными.

Инструментальная сталь, идущая на изготовление режущего, измерительного, штампового и прочего инструмента. Инструментальные стали условно подразделяют на следующие четыре категории: углеродистые, легированные, штамповые и быстрорежущие.

Стали и сплавы с особыми свойствами. К ним относятся стали, обладающие каким-нибудь резко выраженным свойством: нержавеющие, жаропрочные и теплоустойчивые, износоустойчивые, с особенностями теплового расширения, с особыми магнитными и электрическими свойствами и т. д. В ряде случаев эти стали содержат такое большое количество легирующих элементов, что их нужно причислять не к сплавам железа, т.е. не к сталям, а к сложным многокомпонентным сплавам.