Свойства и применение низколегированных конструкционных сталей реферат

Обновлено: 04.07.2024

Углеродистой сталью называется сплав железа с углеродом (содержание углерода до 2%) с примесями кремния, серы и фосфора, причем главной составляющей, определяющей свойства, является углерод. Процентное содержание элементов в стали примерно следующее: Fe - до 99,0; С - 0,05-2,0; Si – 0,15-0,35; Mn – 0,3-0,8; S – до 0,06; P – до 0,07. В зависимости от содержания углерода углеродистые стали подразделяют на низкоуглеродистую (до 0,25% С), среднеуглеродистую (0,25-0,6% С) и высокоуглеродистую (более 0,6% С). Различают углеродистые стали обыкновенного качества и качественную конструкционную. К первой группе относится горячекатаная (сортовая, фасонная, толстолистовая, тонколистовая, широкополосная) и холоднокатаная (тонколистовая) сталь; во вторую входят горячекатаные и кованые заготовки диаметром (или толщиной) до 250 мм, калиброванная сталь и серебрянка. Углеродистая сталь - наиболее распространённый вид чёрных металлов.

Конструкционной углеродистой сталью называется сталь, содержащая углерода до 0,65-0,70% (в виде исключения производят конструкционные стали с содержанием 0,85% углерода). Конструкционная сталь идет для изготовления деталей машин и конструкций. Она должна обладать достаточной прочностью, хорошо сопротивляться удару и в то же время хорошо обрабатываться.

По качеству конструкционная сталь делится на три группы:

Сталь обыкновенного качества – сталь широкого потребления, идет для строительных конструкций, крепежных деталей, листового проката, заклепок, труб, арматуры, мостов, профильного проката.

Сталь повышенного качества идет для паровозных и вагонных осей, бандажей, котлов, проволоки и т.д.

Качественная сталь идет для деталей, требующих более высокой пластичности, сопротивления удару, работающих при повышенных давлениях: для зубчатых колес, труб, винтов, болтов, для деталей, подлежащих цементации, для сварных изделий.

Инструментальной углеродистой сталью называется сталь с содержанием углерода от 0,7% и выше. Эта сталь отличается высокой твердостью и прочностью и применяется для изготовления инструмента. Инструментальная углеродистая сталь делится на качественную и высококачественную. Содержание серы и фосфора в качественной инструментальной стали – 0,03% и 0,035%, в высококачественной – 0,02% и 0,03% соответственно.

Выпускается по ГОСТ 1435-90 следующих марок: У7; У8; У8Г; У9; У10; У11; У12; У13; У7А; У8А; У8ГА; У9А; У10А; У11А; У12А; У13А. Стандарт распространяется на углеродистую инструментальную горячекатаную, кованую, калиброваную сталь, серебрянку.

К группе качественных сталей относятся марки стали без буквы А, к группе высококачественных сталей, более чистых по содержанию серы и фосфора, а также примесей других элементов - марки стали с буквой А. Буквы и цифры в обозначении этих марок стали означают: У - углеродистая, следующая за ней цифра - среднее содержание углерода в десятых долях процента, Г - повышенное содержание марганца.

Применение инструментальной углеродистой стали

У7, У7А	Для обработки дерева: топоров, колунов, стамесок, долот; пневматических инструментов небольших размеров: зубил, обжимок, бойков; кузнечных штампов; игольной проволоки; слесарно-монтажных инструментов: молотков, кувалд, бородок, отверток, комбинированных плоскогубцев, острогубцев, боковых кусачек и др.
У8, У8А, У8Г, У8ГА, У9, У9А	Для изготовления инструментов, работающих в условиях, не вызывающих разогрева режущей кромки; обработки дерева: фрез, зенковок, поковок, топоров, стамесок, долот, пил продольных и дисковых; накатных роликов, плит и стержней для форм литья под давлением оловянно-свинцовистых сплавов. Для слесарно-монтажных инструментов: обжимок для заклепок, кернеров, бородок, отверток, комбинированных плоскогубцев, острогубцев, боковых кусачек. Для калибров простой формы и пониженных классов точности; холоднокатаной термообработанной ленты толщиной от 2,5 до 0,02 мм, предназначенной для изготовления плоских и витых пружин и пружинящих деталей сложной конфигурации, клапанов, щупов, берд, ламелей двоильных ножей, конструкционных мелких деталей, в т. ч. для часов и т. д.
У10А, У12А	Для сердечников.
У10, У10А	Для игольной проволоки.
У10, У10А, У11, У11А	Для изготовления инструментов, работающих в условиях, не вызывающих разогрева режущей кромки; обработки дерева: пил ручных поперечных и столярных, пил машинных столярных, сверл спиральных; штампов холодной штамповки (вытяжных, высадочных, обрезных и вырубных) небольших размеров и без резких переходов по сечению; калибров простой формы и пониженных классов точности; накатных роликов, напильников, шаберов слесарных и др. Для напильников, шаберов холоднокатаной термообработанной ленты толщиной от 2,5 до 0,02 мм, предназначенной для изготовления плоских и витых пружин и пружинящих деталей сложной конфигурации, клапанов, щупов, берд, ламелей двоильных ножей, конструкционных мелких деталей, в т. ч. для часов и т. д.
У12, У12А	Для метчиков ручных, напильников, шаберов слесарных; штампов для холодной штамповки обрезных и вырубных небольших размеров и без переходов по сечению, холодновысадочных пуансонов и штемпелей мелких размеров, калибров простой формы и пониженных классов точности.
У13, У13А	Для инструментов с пониженной износостойкостью при умеренных и значительных удельных давлениях (без разогрева режущей кромки); напильников, бритвенных лезвий и ножей, острых хирургических инструментов, шаберов, гравировальных инструментов.

К недостаткам углеродистой стали относятся:

- отсутствия сочетания прочности и твердости с пластичностью;

- потеря твердости и режущей способности при нагревании до 200°C и потери прочности при высокой температуре;

- низкая коррозионная устойчивость в среде электролита, в агрессивных средах, в атмосфере и при высоких температурах;

- низкие электротехнические свойства;

- высокий коэффициент теплового расширения;

- увеличение веса изделий, удорожание их стоимости, усложнение проектирования вследствие невысокой прочности этой стали.

Легированные стали:

Легированной называется сталь, в которой наряду с обычными примесями имеются легированные элементы, резко улучшающие ее свойства: хром, вольфрам, никель, ванадий, молибден и др., а также кремний и марганец в большом количестве. Примеси вводятся в процессе плавки.

По химическому составу (ГОСТ 5200) легированная сталь делится на три группы:

- низколегированная сталь – не более 2,5% примесей;

- высоколегированная – свыше 10%.

Легированная сталь обладает ценнейшими свойствами, которых нет у углеродистой стали, и не имеет ее недостатков. Применение легированной стали повышает долговечность изделий, экономит металл, увеличивает производительность, упрощает проектирование и потому в прогрессивной технике приобретает решающее значение. По назначению легированные стали делят обычно на конструкционные стали, инструментальные стали и стали с особыми свойствами (электротехнические, нержавеющие, жаропрочные и др.).

Конструкционная легированная сталь делится на качественную, высококачественную А и особовысококачественную Ш (электрошлакового переплава).

В зависимости от основных легирующих элементов эта сталь подразделяется на группы:

Марганцевая сталь после соответствующей химико-термической обработки приобретает высокую твердость, не снижая пластичности. Обрабатывается лучше, чем углеродистая. В производстве широко применяется сталь марок 15Г, 20Г, 30Г и др. Высокая износоустойчивость.

Хромоникелевая сталь является одной из самых распространенных конструкционных сталей, так как после термообработки приобретает высокую твердость, прочность, упругость и сопротивление ударным нагрузкам; ее марки - 20ХНА, 12Х2Н4А, 12ХН3А

Хромокремнистая сталь обладает высокой твердостью и упругостью после термической обработки и широко применяется для изготовления рессор и пружин.

Хромомарганцевая сталь частично заменяет хромоникелевую (в целях экономии никеля). Широко применяется сталь марок 20ХГ, 20ХГР, 40ХГР, 30ХСС, 18ХГТ; последняя идет для автомобильных деталей.

Хромомарганцевокремнистая сталь (хромансиль) является заменителем хромомолибденовых сталей. При малом содержании углерода хорошо штампуется и сваривается. Марка - 25ХГСД, 14ХГСА, 30ХГСА.

Хромованадиевая сталь обладает высокой прочностью, пластичностью, твердостью, упругостью. Сталь марки 50ХВА идет для ответственных пружин, марки 15ХФ - для валов, шестерен, муфт.

Хромомолибденовая сталь обладает высокой пластичностью и хорошей свариваемостью, многие из этих сталей теплоустойчивы при температурах 400-500°C. Сталь марок 30ХМА служит для изготовления роторов, осей, зубчатых колес.

Хромоникелевольфрамовая и хромоникелемолибденовая стали предназначаются для нагруженных деталей машин, зубчатых колес, коленчатых валов, высоконагруженных шатунов. Марки этой стали - 30ХНВА, 40ХНВА, 40ХНМА, 25Х2Н4ВА.

Инструментальная легированная сталь. Эта сталь идет для изготовления различного инструмента: ударно-штампового, измерительного, режущего. Она имеет ряд преимуществ перед инструментальной углеродистой сталью. Штампы из углеродистой стали обладают высокой твердостью и прочностью, но плохо сопротивляются удару. Метчики, развертки и другие длинные и тонкие инструменты из углеродистой стали при закалке получаются хрупкими, они ненадежны в работе и часто ломаются.

Режущий инструмент - резцы, фрезы, сверла из углеродистой стали при незначительном нагреве (около 200°C) теряют свою твердость, поэтому применение их при обработке металла с большой скоростью резания невозможно. При введении определенных легирующих примесей сталь приобретает красностойкость, износоустойчивость, получает глубокую прокаливаемость; она имеет высокую прочность, твердость и хорошо противостоит ударным нагрузкам.

Важнейшие легирующие примеси инструментальной легированной стали: хром, вольфрам, молибден, марганец, кремний. Содержание углерода в этой стали может быть ниже, чем в углеродистой, и колеблется от 0,3 до 2,3%.

В отдельную группу выделяют быстрорежущие стали. Они применяются для изготовления режущего инструмента – резцов, сверл, фрез. Важнейшие свойства этой стали – высокая твердость и красностойкость до 600°C (такой нагрев вызывается высокой скоростью резания). Благодаря применению быстрорежущей стали повышается стойкость инструмента и увеличивается производительность обработки. Важнейшими легирующими элементами являются вольфрам (в количестве не менее 9%), ванадий (1-2%), хром (не менее 4%). Кроме того, в быстрорежущей стали могут находиться молибден, кобальт и в небольшом количестве – никель.

В настоящее время широко применяются стали марок Р18, Р9, Р9Ф5, Р18Ф2, Р9К5, Р9К10, Р10К5Ф5, Р18М, Р9М, Р6М5 и др. Буква Р обозначает быстрорежущую сталь. Цифра, стоящая за буквой Р, показывает среднее содержание вольфрама в процентах.

Применение инструментальных легированных сталей

Инструмент горячего деформирования на кривошипных прессах и горизонтально- ковочных машинах, подвергающихся в процессе работы интенсивному охлаждению (как правило, для мелкого инструмента), пресс-формы лить под давлением медных, ножи для горячей резки, охлаждаемые водой.

Легированная сталь с особыми физическими и химическими свойствами .

К группе сталей с особыми физическими и химическими свойствами относятся: магнитные и немагнитные, обладающие высоким электрическим сопротивлением, особыми тепловыми свойствами, нержавеющие жаропрочные и окалиностойкие. В такой стали особенно нуждается авиационная промышленность, электротехническая, турбинная, химическая промышленность, ракетная техника и др.

Магнитные сплавы и стали. Эти сплавы и стали широко применяются для изготовления постоянных магнитов, сердечников трансформаторов, электроизмерительных приборов, электромагнитов. Магнитная сталь делится на две группы, резко отличающаяся по магнитным свойствам: магнитотвердые и магнитомягкие.

Магнитотвердые сплавы и стали применяются для изготовления постоянных магнитов. Сталь для постоянных магнитов обозначается буквой Е. Она содержит высокий процент хрома или кобальта. Согласно ГОСТ 6862, установлены следующие марки этой стали: ЕХ, ЕХ3, Е7136, ЕХ9К15М.

Магнитомягкие сплавы и стали должны обладать очень высокой магнитопроницаемостью. Их этих сталей и сплавов делают сердечники трансформаторов, электроизмерительных приборов, электромагнитов. Обозначается электромагнитная сталь буквой Э. Марки её: Э1, Э2, Э3, Э4, Э1АА. Она содержит высокий процент кремния. Эта сталь идет для изготовления магнитопроводов, роторов, статоров.

США

Россия

Украина

Беларусь

Молдова

Низколегированная сталь содержит легирующие элементы в небольшом количестве, откуда и соответствующие название. Среди легирующих компонентов: хром, никель, молибден и др., придающие ей особые свойства. Благодаря указанным выше элементам, низколегированная сталь приобретает лучшую прочность, становится более податливой для обработки и устойчивость к коррозии, хотя и остаются достаточно уязвимыми перед воздействием атмосферных явлений. Легирующих элементов в составе сплава должно быть менее 2,5%, от всего объема, не считая углерода.

Низколегированная сталь марки

Низколегированная сталь марки которой указывают химический состав сплава, производится в большом количестве типов и наименований. Технология маркирования металла построена следующим образом: цифра, которая стоит перед буквой, соответствует среднему показателю углерода в стали в сотых долях процента. Буквы соответственно показывают наименование легирующего элемента:

Г- марганец;
С- кремний;
Х- хром;
Н- никель и т.д.

Если компонента в составе менее 0,3% от всего объема материала, то его в обозначение не вносят. Такие стали имеют лучшие механические свойства, выше износостойкость, лучшую свариваемость, чем углеродистые стали, но все эти марки нуждаются в защите от коррозии. Низколегированные стали марки 10ХСНД, 10ХНДП, 15ХСНД содержат легирующие их медь и олово, обладают замечательной стойкостью к атмосферным воздействиям, поэтому их применяют для строительных конструкций, опор электропередач и т.д. Такие марки как 18Г2С, 25Г2С используют в железобетонных конструкциях как арматуру. Марки 16ГС, 09Г2С, содержащие кремний и марганец, высокопрочные и очень надежные, они успешно применяются в химической промышленности. Эти стали имеют хорошую пластичность, ударную вязкость и свариваемость.

США

Россия

Украина

Беларусь

Молдова

Низколегированная сталь применение

Низколегированная сталь применение которой довольно обширно в силу сочетания ряда положительных характеристик. Так механическая прочность стали позволяет снизить вес конструкций иногда до 30%, путем применения различной прокатной продукции. Кроме того, применение низколегированных сталей дает возможность повышать надежность конструкции и продолжительность срока службы, снижая при этом их стоимость. Благодаря хорошей сбалансированности легирующих элементов, толщина изделий значительно сокращается, поэтому низколегированная сталь применение находит в судостроении, магистральных трубопроводов, мостостроении, применяют ее и на железобетонных комбинатах для обеспечения жесткости железобетонных конструкций, для изготовления сосудов работающих под давлением, шахтного оборудования, землеройного и др.

Маркировка низколегированных сталей

Маркировка низколегированных сталей имеет буквы и цифры. Буква обозначает содержащийся легирующий элемент, а цифра среднее содержание элемента. Пример: сплав 18ХГТ содержит:

Марки низколегированных сталей могут иметь дополнительные обозначения:

Р — быстрорежущая сталь;
Ш — шарикоподшипниковая;
А — автоматная сталь;
Э – электротехническая;
Л — полученная литьем.

Обработка низколегированной стали

В низколегированной стали содержится от 0,2% углерода и легирующих элементов не более 5% (в некоторых научных источниках допускается применение добавок не более 2,5%). Чаще всего легирование осуществляют путем внесения:

ванадия — для обеспечения равномерной структуры;
молибдена — делает металл устойчивым к воздействию высоких температур;
ниобия — отвечает за повышение прочности;
вольфрама, азота — обеспечивает повышение теплостойкости;
титана — для повышения износоустойчивости;
никеля, кремния — придает стали удароустойчивости, сопротивляемости току;
марганца — делает металл тверже, не нарушая его пластичность;
кобальта — для повышения пластичности, прочности, магнитных характеристик.

Назначение низколегированной стали

Высокие эксплуатационные характеристики сталей с легирующими добавками обеспечивают их использование в следующих областях:

Устройство трубопроводных систем различного назначения. Применение стальных сплавов с добавками хрома, кремния и марганца обеспечивает высокую прочность конструкций и изделий, упругость, эффективное сопротивление упругим деформациям.
Изготовление сварных конструкций в вагоно-, станко-, автомобилестроении, тяжелом машиностроении. Из этих сплавов производят корпусы железнодорожных и трамвайных вагонов, сельскохозяйственных машин.
Нефтяное аппаратостроение. Применение низколегированной стали в этой области позволяет сэкономить металл, снизить массу конструкций, трудозатраты на изготовление и монтаж, а следовательно, себестоимость.
Строительство инженерных сооружений, которые эксплуатируются при переменных динамических нагрузках, в условиях суточных и сезонных значительных температурных перепадов.
Производство паровых турбин. Для этих целей используют теплоустойчивые марки, легированные молибденом, хромом+молибденом, хромом+молибденом+ванадием. Такие изделия также устойчивы к значительным пневмонагрузкам.

Наиболее распространенная марка – 09Г2С – и ее аналоги используются при производстве проката, способного работать в широком температурном интервале – от -70°C до +450°C. Из такого металлопроката изготавливают паровые котлы, емкости и аппараты, эксплуатируемые при высоком давлении, сварные конструкции ответственного назначения, используемые в химической, нефтяной индустрии, судостроении. Марку 09Г2С применяют при производстве горячекатаных бесшовных труб, электросварных труб значительных диаметров, контейнеров значительной грузоподъемности.

Низколегированные стали: свойства и особенности

Категория низколегированных сталей представлена черными металлами. В зависимости от используемых легирующих элементов и их количества, такой материал может обладать:

повышенным сопротивлением механическому старению;
достаточно высоким пределом текучести;
низким порогом хладноломкости;
хорошей пластичностью.

В сравнении с высокоуглеродистыми металлами, марки низколегированных сталей содержат минимум неметаллических соединений. Они также обладают антикоррозийной устойчивостью и способностью противостоять истиранию. Такой материал поддается легкой обработке, сохраняет свои рабочие характеристики при минусовых температурах. Благодаря закалке, низколегированные стали становятся слабо чувствительными к надрезу.

Легирующие элементы и их влияние на свойства сталей

Выше описывалось несколько легирующих добавок, которые добавляются в состав соединений наиболее часто. Чтобы понимать, как воздействуют все дополнительные компоненты на технические характеристики сплава, требуется разобраться с ними по отдельности более подробно:

Титан — зернистость структуры уменьшается, повышаются показатели плотности, прочности.
Сера — этого компонента не должно быть более 0.65% в составе. В противном случае снизится устойчивость к коррозии, пластичность, ударная вязкость.
Углерод — содержание не более 1.2% повышает показатели прочности, твердости. Если количество будет увеличено, технические параметры снизятся.
Фосфор — не подходит в качестве легирующей добавки. Увеличение его количества в составе приводит к резкому снижению технических параметров.
Алюминий — чтобы повысить окалиностойкость, добавляется этот компонент.
Никель — способствует повышению коррозийной стойкости, вязкости, пластичности.
Хром — увеличивает твердость, прочность, коррозийную стойкость.
Кремний — содержание этого компонента не должно превышать 15%. Увеличивает электросопротивление, магнитопроницаемость.
Марганец — содержание до 0.8% причисляется к одной из технологических примесей. Снижает негативное воздействие серы на сплав.
Кислород, азот — большое количество пузырьков газов в составе делает металл более хрупким.
Водород — металлурги стараются снизить количество этого компонента в составе, чтобы сделать материал более прочным.

О классификации низколегированных сталей

Данный металл разделяют по химическому составу:

марганцевые;
марганцевокремнистые;
кремнемарганцевые;
кремнемарагнцевомедистые;
хромокремненикелемедистые;
марганцеванадиевые.

По качеству выделяют низколегированные стали:

обыкновенные;
качественные;
высококачественные.

Также их могут различать по способу термической обработки и свариваемости.

Маркировка

Маркировка металла несет в себе множество информации для покупателей, людей, работающих с продукцией. Марки низколегированной стали указываются по ГОСТу 4543-71. Маркировка представляет собой набор букв, цифр, каждая из которых имеет определенное значение. Стандартная расшифровка:

Высокопрочные легированные стали

Таблца 6. Высокопрочные легированные стали

Примечания: 1) Показатели механических свойств в числителе – после закалки от 900°С и низкого отпуска при 250°С, в знаменателе – после изотермической закалки. 2) Показатели механических свойств для стали в состоянии после закалки на воздухе и последующего старения.

Комплексно-легированные стали – это среднеуглородистые (0,25-0,6% С) легированные стали, термоупрочняемые при низком отпуске или подвергающиеся термомеханической обработке (см. главу 5).

Мартенситостареющие стали – это новый класс высокопрочных легированных сталей на основе безуглеродистых (не более 0,03% С) сплавов железа с никелем, кобальтом, молибденом, титаном, хромом и другими элементами. Мартенситостареющие стали закаливают на воздухе от 800-860°С с последующим старением при 450-500°С.

Конструкционные легированные стали

Толстостенные трубы из конструкционной стали

Классификация этого вида низкоуглеродистого железа достаточно обширна. Среди параметров, определяющих сортировку конструкционной стали присутствуют:

форма и габариты;

процентная масса легирующих элементов;

химический состав и базовая примесь;

качество металла, его поверхности (две различные категории);

В частности, различают такие виды проката конструкционной легированной стали: круглый (марка 40х), квадратный, шестигранный, профильный под косые шайбы и полосы. Также, согласно ГОСТ 1113-88, конструкционная сталь производится в виде кованых прутков квадратного и круглого сечения. Обособленная разновидность этого вида легированного черного метала – сталь со специальной отделкой поверхности (ГОСТ 14955).

Разобраться какие стали называются легированными (конструкционный металл) поможет ГОСТ 4543-71. Соответственно этому документу изготовляется конструкционное низкоуглеродистое железо. Таким образом, вопрос “дайте определение легированных сталей”, сводится к ассортименту добавок, вводимых в металл для улучшения его характеристик. Это: азот, хром, кремний, бор, тугоплавкие металлы. Дополняют ряд никель, медь, алюминий и прочие цветные металлы.

Рассматривая конструкционные легирующие стали, следует обратить внимание на такой критерий, как общее содержание примесей. Он сортирует металл на три класса:. высоколегированный – доля добавок более 10%;

высоколегированный – доля добавок более 10%;

умеренный от 2.5 до 10%;

низкое содержание примесей – менее 2,5%.

Во всех случаях указывается массовый процент легирующей добавки.

Аналогично качеству химического состава, различают три категории легированной конструкционной стали, соответственно качеству обработки поверхности. Дополнительный критерий сортировки в этом случае – вид обработки. Это, во-первых, кованый или горячекатаный прокат, калиброванный металл, а также сталь со специальной отделкой поверхности.

Нагартовка – это упрочнение металлов и сплавов вследствие изменения их структуры и фазового состава в процессе пластической деформации при температуре ниже температуры рекристаллизации (определение из Википедии)

Дополнительные обозначения легированных сталей указывают на следующие особенности:

Альтернативная классификация конструкционных сталей по сфере использования, разделяет металл на подшипниковый, рессорно-пружинный и теплоустойчивый. В первых двух случаях наименования говорят сами за себя, тогда как последний вариант соответствует металлу, сектор применения которого – энергетическое машиностроение. Подобные конструкционные стали используются в производстве котлов, паронагревателей или сосудов.

МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ

3.1. Поставка стали должна производиться в соответствии с требованиями ГОСТ 7566-69.

3.2. Сталь поставляется партиями. Партия должна состоять из стали одной марки, одного профиля и одного размера по толщине или диаметру, а для термически обработанной стали — одной садки в печь или одного режима термической обработки в печах непрерывного действия — для стали с установок непрерывной разливки; для стали из слитков, кроме того, и из одной плавки-ковша.

Вес партии разливаемой на установках непрерывной разливки, должен быть не более 250 т.

В партиях, поставляемых непоплавочно с установок непрерывной разливки, разница по содержанию углерода не должна превышать 0,04 %, а по содержанию марганца — 0,15 % (по ковшовому анализу).

(Измененная редакция —

«Информ. указатель стандартов № 5 1972 г.).

3.3. При контрольной проверке потребителем качества стали должны применяться правила отбора проб и методы испытаний, указанные ниже.

3.4. Для проверки качества стали от партии отбирают:

а) для химического анализа от плавки ковша — одну пробу;

б) для испытания на растяжение — два образца от разных прутков партии;

в) для определения ударной вязкости — три образца от разных прутков партии;

г) для испытания на холодный загиб — два образца от разных прутков партии.

Примечание. По требованию заказчика листовая сталь толщиной 10 мм и более подвергается испытаниям полистно. Универсальная полоса испытывается поштучно по соглашению сторон.

3.5. Отбор проб для химического анализа производится по ГОСТ 7565-66; химический анализ стали — по ГОСТ 12344-66 — ГОСТ 12365-66.

Примечание. Анализ остаточных элементов в стали (хрома, никеля, меди и мышьяка) можно не производить, если поставщик гарантирует их содержание не более установленного нормами.

3.6. Отбор проб для механических испытаний (на растяжение, ударную вязкость и холодный загиб) производится по ГОСТ 7564-64.

3.7. Испытание на растяжение при нормальной температуре производят по ГОСТ 1497-61.

3.8. Определение ударной вязкости при пониженных температурах производится по ГОСТ 9455-60 на образцах типа I.

1. Ударная вязкость определяется в прокате толщиной 5 мм и более.

2. В прокате толщиной 10 мм и менее ударная вязкость определяется на образцах типа V ГОСТ 9455-60 (размером 5´10´55 мм). В прокате толщиной 10 мм допускается определение ударной вязкости на образцах типа I; в этом случае величина ударной вязкости должна быть не менее норм, установленных для проката последующей группы толщин (11 мм и более).

3. По соглашению сторон для одного из образцов допускается снижение ударной вязкости на 0,5 кгс · м/см2 по сравнению с нормами, указанными в табл. 3 и в п. 2.7

3.10. Испытание на холодный загиб производится по ГОСТ 14019-68.

3.1.1. Величина зерна определяется по ГОСТ 5639-65.

Легированный металлолом

Обзор рынка легированного лома касается не только стали, но и чугуна. Действительно, доля объявлений купим легированный лом чугуна, не особо уступает спросу на вторичное низкоуглеродистое железо. Прием легированного лома осуществляется практически всеми пунктами, работающими с черным металлом, однако по существенно более высокой стоимости.

Стоит понимать: для пунктов приема металлолома такого разделения по легированным сталям нет (как в справочнике) – для них есть черный лом, лом нержавеющей стали и лом быстрорезов. Если с нержавейкой и быстрорезом все понятно, то в черный лом могут включаться такие стали, как: 09Г2с и другие марки, которые востребованы в данном конкретном регионе. Некоторые предприятия специализированно закупают лом стали из 09г2с.

Естественно, учитывая специфику легированных отходов и лома легированной стали, цена такого лома за килограмм определяются вхождением определенных металлов – легирующих элементов. Например, вторичная сталь, с содержанием никеля более 9.3%, может приниматься до 60 рублей за кг, тогда как более низкая концентрация Ni, приравнивает отходы к обычному черному стальному лому – 11000 за тонну.

Особую ценность представляют быстрорежущие марки, ценность которых даже в виде металлолома существенно выше. Однако сами по себе отходы быстрорезов многие приемщики разделяют на две категории. К первой группе относятся марки Р6М5, Р18, применяемые для обработки металлов, тех же легированных конструкционных сталей. Вторая – включает сорта Р9 и Р12, используемые для работ по камню и менее твердым материалам – см. статью лом быстрорежущей стали.

Лом быстрорежущей стали

Таким образом, стоимость лома легированной стали определяется в основном парой параметров: содержание и тип добавки, а также качество самой стали. С другой стороны, лом быстрорезов, в отличие от других стальных отходов, может быть использован как деловой. Многие инструменты, даже отработав эксплуатационный ресурс, остаются привлекательными для дальнейшего использования. Сфера их применения может включать как бытовой сектор, так и небольшие частные предприятия.

Физические свойства, такие как прочность, пластичность, хрупкость, могут быть увеличены или уменьшены в несколько раз. Изменение кристаллической решетки материалов активно применяют в металлургии, а также при производстве многочисленных деталей и корпусов для автомобильного, машинного, станочного и прочего производства, а также для создания строительных конструкций и инструментов. Сфера применения настолько велика, что сплав начали изготавливать большими партиями, он постепенно вытесняет долю изготавливаемого железа и обычных стальных веществ.

Исходя из приведенной информации, легирование стали – это металлургический процесс выплавки, в ходе которого в состав добавляются материалы примесей. При этом есть два вида операции:

Объемный – когда компоненты попадают в глубинную структуру. В расплав или шихту внедряются хром, никель и пр.
Поверхностный – в ходе него происходит диффузионное или иное напыление, то есть покрывается только верхний слой.

Процесс начал использоваться относительно недавно. Впервые эксперименты начали проводить в 1882 году. И с первого же образца исследователи обнаружили, что вместе с улучшением физических свойств значительно снижается степень обрабатываемости. Простыми словами, с материалом просто стало сложно работать. Безусловно, к настоящему времени все дополнительные эффекты легирования изучены, поэтому составлены специальные ГОСТы для разных способов металлообработки.

Состав

ванадия — для обеспечения равномерной структуры;
молибдена — делает металл устойчивым к воздействию высоких температур;
ниобия — отвечает за повышение прочности;
вольфрама, азота — обеспечивает повышение теплостойкости;
титана — для повышения износоустойчивости;
никеля, кремния — придает стали удароустойчивости, сопротивляемости току;
марганца — делает металл тверже, не нарушая его пластичность;
кобальта — для повышения пластичности, прочности, магнитных характеристик.

Назначение

Устройство трубопроводных систем различного назначения. Применение стальных сплавов с добавками хрома, кремния и марганца обеспечивает высокую прочность конструкций и изделий, упругость, эффективное сопротивление упругим деформациям.
Изготовление сварных конструкций в вагоно-, станко-, автомобилестроении, тяжелом машиностроении. Из этих сплавов производят корпусы железнодорожных и трамвайных вагонов, сельскохозяйственных машин.
Нефтяное аппаратостроение. Применение низколегированной стали в этой области позволяет сэкономить металл, снизить массу конструкций, трудозатраты на изготовление и монтаж, а следовательно, себестоимость.
Строительство инженерных сооружений, которые эксплуатируются при переменных динамических нагрузках, в условиях суточных и сезонных значительных температурных перепадов.
Производство паровых турбин. Для этих целей используют теплоустойчивые марки, легированные молибденом, хромом+молибденом, хромом+молибденом+ванадием. Такие изделия также устойчивы к значительным пневмонагрузкам.

Свойства и особенности

повышенным сопротивлением механическому старению;
достаточно высоким пределом текучести;
низким порогом хладноломкости;
хорошей пластичностью.

Классификация легированных сталей

С развитием новых технологий, появлением разных легированных сталей, их нужно было классифицировать.

Разделение по количеству углерода, содержащегося в сплаве:

Высокоуглеродистые — более 0.65%.
Среднеуглеродистые — от 0.25% до 0.65%.
Низкоуглеродистые — менее 0.25%.

Разделение по процентному содержанию легирующих добавок:

Низколегированные — до 5% (по некоторым источникам до 2.5%).
Среднелегированные — до 10%.
Высоколегированные — 10–50%.

По внутренней структуре легированные стали бывают:

Эвтектоидные — перлитная структура.
Ледебуритные — наличие первичных карбидов в структуре.
Доэвтектоидные — присутствие избыточных ферритов, насыщающих состав.
Заэвтектоидные — наличие вторичных карбидов в сплаве.

По назначения эти материалы можно разделить на две больших группы:

Строительные — для изготовления металлоконструкций, которые во время последующей эксплуатации не будут подвергаться критическим температурам.
Машиностроительные — используются при изготовлении деталей для разных механизмов, корпусов.

Машиностроительные стали бывают:

Цементуемые — при изготовлении проходят процесс цементации, а затем закалки.
Жаропрочные — среднеуглеродистые стали. Применяются при изготовлении изделий, использующихся в сфере энергетики.
Улучшаемые — материалы, проходящие дополнительную закалку. Из них изготавливаются детали, подвергающиеся большим нагрузкам.

Наименование и маркировка

В наименовании сталей легирующие компоненты указывают в порядке убывания их содержания (к примеру, хромомолибденовая, хромокремнемарганцовая, хромоникелевая).

Маркировка Элемент

Начальные цифры повествуют о содержании углерода (десятые или сотые доли). Если марка начинается с буквенного обозначения, то доля его в составе сплава – от 1% и выше. Так, к примеру, сталь 18ХГТ состоит из 0,18% углерода и хрома, марганца, титана (доля каждого не превышает 1%).

Иногда в начале маркировки есть вспомогательные обозначения, характеризующие назначение сырья: А – сталь автоматная, Р – быстрорежущая, Ш – шарикоподшипниковая и др.

Низколегированные стали: классификация и применение

Легированными сталями называют такие стали, которые получают свои улучшенные свойства за счет: — одного или нескольких специальных легирующих элементов; — более высокого содержания, чем в обычных углеродистых сталях таких элементов как магний и кремний.

Легированные стали содержат марганец, кремний и медь в более высоких концентрациях, чем это допускается для обычных углеродистых сталей (1,65 % по марганцу; 0,60 % по кремнию и 0,60 % по меди).

Легирующие элементы повышают механические и технологические свойства сталей. Обычно легированные стали делят на три группы по суммарному содержанию легирующих элементов (не считая углерода): — низколегированные стали – менее 5 %; — среднелегированные стали – от 5 до 10 %; — высоколегированные стали – более 10 %.

Низколегированные стали

Низколегированные стали образуют группу сталей, которые проявляют более высокие механические свойства по сравнению с обычными углеродистыми сталями. Это является результатом добавок таких легирующих элементов как никель, хром и молибден. Для многих низколегированных сталей главная функция легирующих элементов заключается в увеличении прокаливаемости стали, чтобы оптимизировать затем прочностные и вязкие свойства средствами термической обработки. В некоторых случаях, однако, легирующие элементы применяют для того, чтобы повысить сопротивление стали каким-либо специфическим воздействиям.

Низколегированные стали , в свою очередь, разделяют:

по химическому составу на базе основных легирующих элементов: никелевые, хромоникелевые, молибденовые, хромомолибденовые и тому подобные стали;
по термической обработке: закаленные и отпущенные (мартенситные), нормализованные и отпущенные, отожженные и так далее;
по свариваемости.

По этой причине низколегированные стали чаще делят на четыре больших группы, такие как:

низколегированные мартенситные (улучшаемые) стали;
среднеуглеродистые высокопрочные стали;
шарикоподшипниковые стали;
теплостойкие хромомолибденовые стали.

Низколегированные мартенситные стали

Низколегированные мартенситные стали характеризуются относительно высокой прочностью с минимальным пределом текучести 690 МПа и хорошей ударной вязкостью и пластичностью, коррозионной стойкостью и свариваемостью. Их также называют низколегированными улучшаемыми сталями, имея в виду улучшение термической обработкой. Из этих сталей изготавливают плиты, листы, прутки, профили и кованые изделия. Они широко применяются для изготовления сосудов под давлением, землеройного и шахтного оборудования, а также ответственных элементов больших стальных конструкций.

Среднеуглеродистые высокопрочные стали

Среднеуглеродистые высокопрочные стали являются конструкционными и имеют очень высокую прочность. Минимальный предел текучести сталей этого класса достигает 1380 МПа.

ГОСТ 4543-71 разбивает эти сплавы на пять групп – по возрастанию степени легирования. По мере увеличения степени легирования возрастает размер сечения изделия, на котором может быть достигнута сквозная прокаливаемость. Самые прочные стали из пятой группы легируются 1,2-1,5 % хрома; 3,0-3,4 % никеля; 0,35-0,45 % молибдена и 0,1-0,2 % ванадия.

Примером такой стали может служить хромомолибденовая сталь 30ХМ из третьей группы по ГОСТ 4543-71 (аналог знаменитой стали 4130, из которой за рубежом делают велосипедные рамы). Минимальные предел текучести стали 30ХМ составляет 735 МПа, минимальный предел прочности – 930 МПа, а минимальная ударная вязкость KCU – 78 Дж/см2.

Шарикоподшипниковые стали

Шарикоподшипниковые стали должны обладать высокой твердостью. Поэтому они обычно имеют содержание углерода около 1 %. Для хорошей прокаливаемости при закалке в масле эти стали имеют от 0,4 дл 1,65 % хрома. Иногда применяют низколегированную подшипниковую сталь (0,10-0,20 % углерода). В этом случае высокой твердости поверхности добиваются цементованием.

Хромомолибденовые теплостойкие стали

Хромомолибденовые теплостойкие стали содержат 0,5-9 % хрома, 0,5-1,0 % молибдена и обычно менее 0,20 % углерода. Их подвергают различным термическим обработкам: нормализации с отпуском, закалке с отпуском или отжигу. Эти стали применяют в нефтегазовом оборудовании, химической промышленности, оборудовании обычных и атомных электростанций для изготовления труб, теплообменников и сосудов высокого давления.

Сварка сплавов

Мы отмечали, что после добавления компонентов металлообработка, в том числе с помощью сварочного аппарата, затрудняется. Посмотрим, в чем особенности.

Низколегированных

Нельзя допускать быстрого остывания шва – тогда могут появиться микротрещины.
Аппарат должен быть с обратной полярностью и постоянным напряжением.
Нужно использовать электроды с фтористо-кальциевым покрытием.
Процесс – без перерыва, плавно со средней скоростью в 20 м/ч.
Напряжение – 40 В и сила тока – 80 А.

Среднелегированных

В электродах должно быть меньше легирующих веществ, чем в сплаве.
Если лист шире, чем 5 мм, применяйте аргоновую сварку.
При газовом аппарате используйте смесь из ацетилена и кислорода.

Высоколегированных

Тепловой захват материала – минимальный.
Электроды с фтористо-кальциевым покрытием.
Не стоит применять газовую сварку.

В статье мы рассказали все про легированную сталь: что это значит, особенности получения, свойства и состав. Надеемся, что информация была для вас познавательной.

Применение металла

Применяются низколегированные стали в разных направлениях промышленности. Область применения:

Изготовление облегченных конструкций из металла.
Корпуса для бытовой техники.
Детали для промышленного оборудования.
Режущие инструменты.

Конструкция из металла

Разница между низколегированной сталью и высоколегированной сталью

Основное различие между низколегированной сталью и высоколегированной сталью состоит в том, что низколегированные стали содержат менее 0,25% легирующего элемента, тогда как высоколегированные стали имеют более 10% легирующего элемента.

Кроме разделения на низколегированную и высоколегированную сталь, она ещё подразделяется по степени легирования на среднелегированную. В этой стали количество легирующих элементов составляет от 2,5 до 10 %)

Сплав представляет собой смесь двух или более элементов. Он производится путем смешивания металла с некоторыми другими элементами (металлами или неметаллами или обоими), чтобы получить материал, который обладает улучшенными свойствами по сравнению с исходным металлом. Низколегированная и высоколегированная сталь — это два типа сплавов железа с легирующими элементами.

Наиболее популярные легирующие элементы в этих сталях применяются такие: никель (Ni) , медь (Cu) , титан (Ti) и ванадий (V), азот (N) и др.

Что такое низколегированная сталь?

Низколегированная сталь — это тип легированной стали, свойства которой улучшены по сравнению с углеродистой сталью. Например, этот сплав обладает лучшими механическими свойствами и большей коррозионной стойкостью, чем углеродистая сталь. Содержание углерода в низколегированной стали составляет менее 0,2%. Наиболее распростраённые л егирующие элементы в этой стали такие: Никель (Ni), Хром (Cr), Молибден (Мо), Вольфрам (V), Бор (B), Вольфрам (W) и Медь (Cu).

В большинстве случаев процесс изготовления этих легированных сталей включает термическую обработку и отпуск (для нормализации). Но теперь, появилась тенденция производить закалку и отпуск. Кроме того, почти все материалы из низколегированной стали являются свариваемыми. Однако материал иногда требует обработки до или после сварки (чтобы избежать растрескивания).

Некоторые преимущества низколегированной стали:

Предел текучести выше
Высокий предел прочности
Более высокая стойкость к окислению и коррозии
Низкий порог хладноломкости

Что такое высоколегированная сталь?

Высоколегированная сталь — это тип легированной стали, в котором более 10% легирующих элементов. В отличие от низколегированной стали, легирующими элементами для высоколегированной стали являются хром (Cr) и никель (Ni). Н аиболее известным примером этой стали — является нержавеющая сталь.

Хром обеспечивает сталь тонким оксидным слоем на поверхности стали. Это называется скрытым слоем, потому что этот слой задерживает коррозию металла. Кроме того, производители обычно добавляют большое количество углерода и марганца, чтобы придать стали аустенитный характер. Кроме того, этот материал дороже, чем низколегированная сталь.

В чем разница между низколегированной сталью и высоколегированной сталью?

Как низколегированная, так и высоколегированная сталь обладают улучшенными свойствами, чем углеродистая сталь. Однако ключевое различие между низколегированной сталью и высоколегированной сталью состоит в том, что низколегированные стали содержат менее 0,25% легирующих элементов, тогда как высоколегированные стали содержат более 10% легирующих элементов. В химическом составе низколегированная сталь содержит железо, углерод (менее 0,2%) и другие легирующие элементы, такие как Никель (Ni), Хром (Cr), Молибден (Мо), Вольфрам (V), Бор (B), Вольфрам (W) и Медь (Cu), в то время как высоколегированная сталь содержит железо, хром, никель, углерод, марганец и др.

Сварка

Чтобы соединить детали из низколегированной стали с помощью сварки, нужно учитывать несколько нюансов:

Изготавливать вертикальные, потолочные швы.
Сварочный стержень должен быть не менее 4 мм по сечению.
Чтобы снизить скорость охлаждение металла, требуется выполнять стыковые или бортовые швы.
Сваривая заготовки толщиной, не превышающей 6 мм, требуется выполнять только один проход.
Чтобы придать соединению высокую пластичность, нужно использовать электроды Э42А.
Если металл содержит малое количество углерода, требуется применять электроды с покрытием из фтора, кальция.

Для проведения сварочных работ, требуется использовать специальную присадку Св-10Г2.

Низколегированные стали имеют повышенные технические параметры, благодаря добавлению дополнительных компонентов в состав. Их используют в тех направлениях промышленности, где нужно применять детали, металлоконструкции высокой прочности, износоустойчивости. Для соединения отдельных деталей, нужно учитывать ряд нюансов использования сварочного оборудования.

Читайте также: