8.4. Легированные стали

Маркировка легированных сталей.

Марка легированных сталей состоит из сочетания букв и цифр, обозначающих ее химический состав. По ГОСТ 4543-71 принято обозначать хром-Х, никель-Н, марганец-Г, кремний-С, молибден - М, вольфрам-В, титан-Т, ванадий-Ф, алюминий-Ю, медь-Д, ниобий-Б, бор-Р, кобальт-К. Цифра, стоящая после буквы, указывает на примерное содержание легирующего элемента в процентах. Если цифра отсутствует, то легирующего элемента меньше или около 1%.

Две цифры в начале марки конструкционной легированной стали показывают содержание углерода в сотых долях процента. Например, сталь в среднем содержит 0,20% Буква А в конце марки означает, что сталь высококачественная. Особовысококачественные стали имеют в конце марки букву Ш, например .

Некоторые группы сталей содержат дополнительные обозначения: марки шарикоподшипниковых сталей начинаются с буквы Ш, электротехнических - с буквы Э, автоматных - с буквы А.

Нестандартные легированные стали, выплавляемые заводом «Электросталь», маркируют сочетанием букв ЭИ (электросталь исследовательская) или ЭП (П - пробная) и порядковым номером (например, ). После промышленного освоения условное обозначение заменяют на марку, отражающую примерный состав стали.

Влияние легирующих элементов на механические свойства сталей.

Легирующие элементы вводят для повышения конструкционной прочности стали. Легированные стали производят качественными, высококачественными или особовысококачественными. Их применяют после закалки и отпуска, поскольку в отожженном состоянии они по механическим свойствам практически не отличаются от углеродистых.

Улучшение механических свойств обусловлено влиянием легирующих элементов на свойства феррита, дисперсность карбидной фазы, устойчивость

Рис. 8.8. Влияние легирующих элементов на свойства феррита: а - твердость; б - ударную вязкость

мартенсита при отпуске, прокаливаемость, размер зерна.

В конструкционных сталях феррит — основная структурная составляющая (не менее 90% по объему), во многом определяющая их свойства. Легирующие элементы, растворяясь в феррите, упрочняют его. Наиболее сильно повышают твердость медленно охлажденного (нормализованного) феррита (рис. 8.8, а) кремний, марганец, никель, т. е. элементы, имеюшие отличную от кристаллическую решетку. Слабее влияют молибден, вольфрам и хром, изоморфные

Упрочняя феррит и мало влияя на пластичность, большинство легирующих элементов снижают его ударную вязкость, особенно если их концентрация выше (рис. 8.8, б). Исключение составляет никель, который не снижает вязкости. Марганец и хром при содержании до 1% повышают ударную вязкость; при большей концентрации она снижается, достигая уровня нелегированного феррита, примерно при

При увеличении в стали углерода усиливается влияние карбидной фазы, дисперсность которой определяется термической обработкой и составом стали.

Карбидообразующие элементы и частично кремний задерживают выделение и коагуляцию карбидов при отпуске, увеличивая дисперсность карбидной фазы. Кроме того, они затрудняют разупрочнение закаленного феррита, замедляя тем самым снижение прочности стали при отпуске.

К важнейшим факторам, способствующим повышению конструкционной прочности, относятся снижение при легировании критической скорости закалки и увеличение прокаливаемости. Наиболее эффективно повышает прокаливаемость введение нескольких элементов: и др. При комплексном легировании высокие механические свойства можно получить практически в сечении любого размера, поэтому комплексно-легированные стали применяют для крупных деталей сложной формы. Возможность менее резкого охлаждения при закалке таких деталей уменьшает в них внутренние напряжения и опасность образования трещин.

Большинство легирующих элементов измельчает зерно, что способствует повышению работы развития трещины и снижению порога хладноломкости.

При одинаковом размере зерна легирующие элементы оказывают индивидуальное влияние на температуру перехода в хрупкое состояние и работу развития трещины. Наиболее сильно понижает порог хладноломкости и увеличивает сопротивление распространению трещины никель. Введение снижает порог хладноломкости термически

улучшенной стали на 60-80 °С и увеличивает критерий Ирвина на Такое благоприятное влияние обусловлено тем, что никель снижает энергию взаимодействия дислокаций с атомами внедрения, облегчает их подвижность. Остальные элементы, за исключением небольших добавок хрома, марганца и молибдена, повышают порог хладноломкости.

Таким образом, для обеспечения высокой конструкционной прочности количество легирующих элементов в стали должно быть рациональным. После достижения необходимой прокаливаемости избыточное легирование (за исключением никеля) снижает трещиностойкость и облегчает хрупкое разрушение.

Хром вводят в количестве до 2%. Он растворяется в феррите и цементите, оказывая благоприятное влияние на механические свойства стали, что предопределило его широкое применение в конструкционных сталях.

Никель наиболее ценный и в то же время наиболее дефицитный легирующий элемент. Его вводят в количестве от 1 до 5%.

Марганец вводят в количестве до 1,5% и используют нередко как заменитель никеля. Он заметно повышает предел текучести стали, однако делает сталь чувствительной к перегреву, поэтому для измельчения зерна вместе с ним вводят карбидообразующие элементы.

Кремний - некарбидообразующий элемент, количество которого ограничивают 2%. Кремний сильно повышает предел текучести, несколько затрудняет разупрочнение стали при отпуске; снижает вязкость и повышает порог хладноломкости при содержании свыше 1 %.

Молибден и вольфрам - дорогие и остродефицитные карбидообразуюшие элементы, которые большей частью растворяются в цементите. Основная цель введения - уменьшение склонности к отпускной хрупкости второго рода, улучшение свойств комплексно-легированных сталей в результате измельчения зерна, повышения стойкости к отпуску, увеличения прокаливаемости.

Ванадий и титан - сильные карбидообразователи. Их добавляют в небольшом количестве (до 0,3% V и в стали, содержащие хром, марганец, никель, для измельчения зерна. Повышенное содержание этих элементов (так же, как молибдена и вольфрама) недопустимо, так как приводит к образованию специальных труднорастворимых при нагреве карбидов. Избыточные карбиды снижают прокаливаемость и, располагаясь по границам зерен, способствуют хрупкому разрушению.

Бор вводят в микродозах для увеличения прокаливаемости. Микролегирование бором эквивалентно введению