Краткая характеристика легированных, инструментальных, жаростойких сталей

Легированные стали в отличие от углеродистых кроме углерода, железа и обычных примесей содержат определенное количество добавок (лигирующие элементы):
хром - X,
вольфрам - В,
молибден - М,
медь - Д,
кремний - С,
алюминий - Ю,
бор - Р,
цирконий - Ц,
никель - Н,
ванадий - Ф,
марганец - Г,
кобальт - К,
титан - Т,
фосфор - П,
ниобий - Б.
Каждый легирующий элемент имеет свое назначение.
Свойства легированных сталей зависят от содержания в них легирующих элементов.
Никель и хром улучшают механические свойства, повышают жаростойкость и коррозионную стойкость сталей.
Вольфрам повышает твердость, прочность, улучшает режущие свойства стали при высоких температурах (красностойкость).
Марганец повышает твердость, износостойкость, сопротивление ударным нагрузкам сталей.
Кремний повышает упругие свойства стали, увеличивает кислотостойкость сталей.
Титан увеличивает жаропрочность и кислотостойкость стали.
Молибден улучшает механические свойства при нормальной и повышенной температурах, несколько повышает свариваемость сталей. .
Ванадий улучшает пластические свойства стали, измельчает ее микроструктуру.
Кобальт увеличивает ударную вязкость и жаропрочность сталей.

Легированные стали по назначению подразделяются:
*конструкционные,
*инструментальные,
*стали со специальными свойствами.
Конструкционные стали (низколегированные).
Большинство низколегированных сталей содержат углерод нe более 0,6%.
Основные легирующие элементы низколегированных сталей - хром, никель, кремний, марганец.
Другие легирующие элементы вводят в сталь в небольших количествах, чтобы дополнительно улучшить ее свойства. Общее количество легирующих элементов у большинства сталей не превышает 5%.

Конструкционные низколегированные стали (ГОСТ 19281-73, 19282-73) обладают наилучшими механическими свойствами после термической обработки.
При маркировке легированных сталей первые две цифры показывают содержание углерода в сотых долях процента, следующая за ними буква - условно обозначение легирующего элемента, входящего в сталь.
Если количество легирующего элемента составляет 2% и более, то после буквы ставится еще цифра, указывающая это количество.
(пример: ст.15Х - сталь содержит 0,15% углерода и до 1% хрома, ст.20Х2Н4А - сталь содержит 0,20% углерода, около 2% хрома, 4% никеля, высококачественная (А), т. е. содержит меньше вредных примесей серы и фосфора).
Конструкционные легированные стали ст.19Г, ст.14Г, ст.17ГС, ст.14ХГС наиболее широко применяют при строительстве нефтегазопроводов высокого давления диаметром до 820 мм.
Сталь 14Г2 используют для крупных листо-сварных конструкций доменных печей, пылеуловителей, воздухонагревателей.
Сталь 17ГС предназначается для корпусов аппаратов, днищ, фланцев и других деталей паровых котлов, работающих при температурах до 475° С.

Хромокремненикелевые стали ст.10ХСНД, ст.15ХСНД используют для сварных ферм, конструкций мостов, вагонов, рам, аппаратов и сосудов химической промышленности.
Стали ст.35ГС и ст.25Г2С применяются для изготовления арматуры гладкого и периодического профилей, для армирования обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций.

Конструкционные легированные стали хорошо свариваются, не образуют при сварке горячих и холодных трещин. Механические свойства сварных соединений аналогичны свойствам основного металла.

В машиностроении применяют большое количество марок конструкционных легированных сталей, главным образом для изготовления ответственных деталей машин и металлических конструкций:
*валов двигателей,
*тяжелонагруженных зубчатых колес экскаваторов, автокранов и других строительных машин,
*деталей и арматуры, работающих при повышенных температурах.
Из кремнистых сталей изготовляют рессоры и пружины.

Инструментальные стали.
Инструментальные легированные стали подразделяются:
*низколегированные с содержанием легирующих элементов до 5%,
*высоколегированные с содержанием легирующих элементов более 10%.

Низколегированные инструментальные стали (ГОСТ 5950-2000):
ст.ХВГ, ст.9ХС, после термической обработки обладают более высокими показателями механических свойств по сравнению с углеродистыми инструментальными сталями: имеют более высокую твердость после термообработки (62-65 HRC), повышенные износостойкость и теплостойкость (до 200-250°С), меньшую чувствительность и склонность к перегреву и короблению при термообработке.
Низколегированные инструментальные стали применяют для изготовления режущих инструментов большого сечения, работающих при небольших скоростях резания: ручных сверл, протяжек, разверток, гребенок.

Высоколегированные инструментальные стали (ГОСТ 19265-76) содержат большое количество легирующих элементов, образующих в структуре стали химические соединения с углеродом (преимущественно карбиды).
Основной легирующий элемент таких сталей - вольфрам.
Изделия, изготовленные из высоколегированных инструментальных сталей с большим количеством карбида, сохраняют высокие твердость, прочность и износостойкость при температурах 600-620° С, которые появляются в режущей кромке при резании металлов с большой скоростью.
Такие стали называют быстрорежущими.
В состав быстрорежущих сталей входят 0,7-0,95% углерода, 3,1-4,4% хрома, 8,5-19% вольфрама, 1-2,5% ванадия. Маркируются быстрорежущие стали следующим образом:
ст.Р9, ст.Р18, ст.Р12, где буква Р обозначает, что сталь быстрорежущая, цифры 9, 18, 12 показывают среднее содержание вольфрама, предусмотренное стандартом.

У быстрорежущих сталей появляются высокие показатели механических свойств после сложной термической обработки. Из таких сталей изготовляют сверла, фрезы, долбяки, протяжки, развертки, пилы, напильники для твердых металлов и другой инструмент.
К быстрорежующим относяться ст.Р14Ф4, кобальтовые ст.Р9К5, ст.Р9КЮ, кобальто-ванадиевые ст.Р10К5Ф5, ст.Р18К5Ф2 и вольфрамо-молибденовая ст.Р6МЗ.
Эти стали обладают повышенной теплостойкостью, меньшей хрупкостью.
Применяют их для изготовления режущих инструментов, предназначенных для обработки жаропрочных и нержавеющих сталей с высокой вязкостью, титановых сплавов и пластмасс.

Стали со специальными свойствами (ГОСТ 5632-72).
В зависимости от основных свойств стали подразделяются на коррозионностойкие, жаростойкие, жаропрочные и износостойкие. Такие стали содержат большое количество легирующих элементов (10-35%).

Коррозионностойкие нержавеющие стали обладают высокой стойкостью против электрохимической коррозии.
По основным легирующим элементам - хрому и никелю, коррозионностойкие стали бывают хромистые и хромоникелевые.
(к этим сталям относят: ст.12Х18Н9Т, ст.5Х18Н9, ст.15Х25Н19С, ст.45Х17Г13НЗЮ, ст.55Х18П4СТ и другие)
Коррозионностойкие стали применяют для изготовления арматуры, коллекторов выхлопных систем, деталей паровых и газовых турбин, деталей химического машиностроения и т.д.
Жаростойкие стали, обеспечивающие длительную стойкость деталей в работе при небольших нагрузках, можно использовать при температурах выше 550° С.
Такие стали устойчивы против химического разрушения поверхности в газовых средах.
К жаростойким сталям относятся стали марок ст.25Х23Н7С, ст.30X21HI2C, ст.15Х6С10, ст.12X13, ст.09Х14Н16Б, ст.15X28. Применяют эти стали для изготовления клапанов двигателей внутреннего сгорания, лопаток компрессоров, деталей котельных установок, газовых турбин, труб пароперегревателей и других деталей, работающих при высоких температурах и небольшом давлении.
Жаропрочные стали, обеспечивающие длительную стойкость деталей в работе, можно применять при высоких температурах и больших нагрузках; при этом они сохраняют жаростойкость и высокие показатели механических свойств (прочности, пластичности).
К жаропрочным сталям относятся стали марок ст.12Х8ВФ, ст.10X11Н20ТЗР, ст.09Х16Н4Б;
их применяют для изготовления деталей турбин, трубопроводов установок сверхвысокого давления и других деталей.

Износостойкая сталь (ГОСТ 2176-77) марки ст.110Т13Л, получившая наибольшее распространение, содержит в среднем 1,1% углерода и 13% марганца.
Такая сталь очень трудно обрабатывается режущим инструментом, поэтому ее используют для получения деталей, требующих незначительной механической обработки.
Детали изготовляют методом литья, поэтому в маркировке стали на конце стоит буква Л.
Из этой стали отливают стрелки железнодорожных путей, гусеницы бульдозеров, щеки каменных дробилок, зубья ковшей экскаваторов, черпаки и козырьки землечерпательных машин, драг и другие детали.