История легированной стали, содержащей в составе хром и запатентованной американским металлургом Джулиусом Бауром, началась в 1865 г. Ее производство организовала компания Chrome Steel Co., но только спустя 15 лет технология литья сталей, содержащих в составе хром, была доработана французом Анри Брустляйном, который начал производить и успешно торговать инновационной продукцией . Так Франция стала лидером в производстве хромированных сталей, из которых делали броню, снаряды, высокопрочные режущие, ударно-штамповые и измерительные инструменты.
В это же период, в Шотландии под руководством британского металлурга Д. Райли, началось производство никелево-углеродной стали. Одна из его разработок (сталь с 0.2% углерода и 5% никеля) обладала повышенными физико-механическими свойствами и заинтересовала производителей строительных металлоконструкций. Такая сталь, обработанная по технологии прокатки и отжига, была на 40% прочнее, чем аналог, не содержащий никель. Из нее были возведены знаменитые Манхэттенский и Квинсборский консольные мосты. Применение никелевых сталей с повышенной жаростойкостью, электрическим сопротивлением и магнетизмом позволило активно развивать машиностроение, в том числе производство автомобилей с ДВС.
Классификация и маркировка легированных сплавов
Современная металлургия выпускает большое разнообразие углеродистых сталей с более чем 20 видами легирующих добавок. Их классифицируют по количеству и составу легирующих добавок, которые определяют особые свойства, назначение и область применения сплавов. Так по процентному содержанию добавок стали классифицируют на: низко-, средне- и высоколегированные. В низколегированных сплавах количество добавок не превышает 2.5%. В высоколегированных легирующие наполнители стали могут составлять от 10 до 50% от общего объема.
В составе легирующей стали присутствуют различные добавки:
- Cr (Х), увеличивающий общую прочность и сопротивление коррозионным процессам;
- Ni (Н), обеспечивающий стали высокую ударную стойкость и сопротивляемость процессам окисления;
- Al (Ю), который выводит из стали активный фосфор, серу и кислород;
- Mn (Г), увеличивающий жаропрочность, износостойкость и улучшающий пластичность стали;
- Si (С), повышающий магнитные свойства;
- W (В), увеличивающий показатель прочности и твердости;
- V (Ф), повышающий показатель ударной прочности и вязкости.
Классификация и систематизация легированных сталей определена маркировкой, которая производится в соответствии с ГОСТ 14959-79. Буквенно-цифровая маркировка позволяет сразу определить, какие добавки содержит углеродистая сталь. Так сталь марки 25Х2МФА содержит:
- от 0.22 до 0. 29% углерода;
- 1.5 - 1.8% хрома;
- 0.15 - 0.3% ванадия;
- 0.2 - 0.3% молибдена.
Буква А в конце маркировки указывает на особые свойства легирующей стали - низкое содержание фосфора и серы.
Характеристики и назначение
Разнообразие легирующих добавок и особые характеристики, которые благодаря им приобретают расплавы, делит сталь на несколько основных групп:
- Конструкционные стали, которые используются в производстве строительных каркасов, производстве машин и механизмов. В число легирующих компонентов входят хром, никель, медь, азот и ванадий, которые обеспечивают стали повышенные прочностные характеристики, стойкость к коррозии и защиту от преждевременного разрушения.
- Инструментальные стали, применяемые в производстве режущего, мерного, штампового и другого высокоточного инструмента. Сталь содержит до 1.5% углерода, а также хром, вольфрам, молибден, кобальт, которые наделяют материал способностью сохранять форму и прочность при многократных деформационных нагрузках и высокотемпературном нагреве.
- Сталь с особыми физическими характеристиками – определенными магнитными показателями, сниженным коэффициентом линейного расширения и пр. Примером может служить электротехническая сталь и супервинар.
- Сталь с особыми химическими характеристиками – жаростойкие или нержавеющие сплавы.
Свойства легированных сталей определяются элементами, которые добавляют в расплавы в процессе производства, а также их процентным содержанием в общем объеме конечного материала.
Применение легированной стали
Применение легирующих сталей позволяет конструкторам разрабатывать новые машины и механизмы, а производителям – дает уверенность, что все, что они изготовят и построят будет служить не одно десятилетие.
Легированные стали со специальным составом широко применяются в разных отраслях народного хозяйства. Их используют в промышленном и жилом строительстве, машиностроении, при добыче полезных ископаемых, в производстве бытовой техники, электротехнического оборудования, медицинского инструментария.
Возведение высотных зданий (дома с большой этажностью, стадионы, здания вокзалов и аэропортов) ведется исключительно с применением специальной легированной стали, из которой собирают высокопрочные металлические каркасы. Кортеновские стали используются для возведения мостов с пролетами большой длины, требующие повышенной защиты от коррозии. Металлообработка ведется исключительно резцами из инструментальной стали. Даже такие небольшие изделия, как фитинги, фланцы и крепежи производят из легированных марок стали с повышенной прочностью.
Применение легированных сталей позволяет конструкторам разрабатывать новые машины и механизмы, а производителям – дает уверенность – то, что они изготовят и построят будет служить не одно десятилетие.
