Сталь, в состав которой намеренно вводятся специальные примеси,
называется специальной или легированной. Легированная сталь, содержащая
один легирующий элемент, называется тройной (в ее составе учитываются
также железо и углерод), содержащая два элемента, — четверной и т. д.
В зависимости от того, какие специальные элементы
введены в состав стали, она называется хромистой, никелевой,
хромоникелевой, хромомарганцевокремнистой и т. д.
Влияние химических элементов на механические свойства стали.
Каждый химический элемент, входящий в состав стали, улучшает или
ухудшает ее механические свойства.
Углерод, являющийся обязательным элементом во всякой стали, независимо
от его количества увеличивает твердость и прочность стали и уменьшает
вязкость и способность к свариваемости. Чем больше углерода в стали, тем
больше ее твердость и прочность и тем меньше вязкость и свариваемость.
Сера и фосфор — вредные примеси. Содержание серы я фосфора даже в
незначительных количествах оказывает вредное влияние на механические
свойства стали, понижая ее прочность. Содержание в стали более 0,045%
серы делает сталь красноломкой, т. е. такой, которая при ковке в
нагретом состоянии дает рванины, трещины. Содержание в стали более
0,045% фосфора, делает сталь хладноломкой, т. е. легко ломающейся в
холодном состоянии.
Марганец (Г) повышает твердость и прочность стали, ее режущие свойства,
увеличивает прокаливаемость, но снижает стойкость стали к ударным
нагрузкам. Стали Гадфильда с содержанием примерно 15!% марганца обладают
высокой вязкостью.
Кремний (С) значительно повышает упругие свойства стали, но снижает
вязкость и свариваемость. При содержании более 2% кремния сталь
становится хрупкой и при ковке разрушается.
Никель (Н) увеличивает вязкость, прочность и упругость, но несколько
снижает теплопроводность стали; никелевые стали хорошо куются.
Значительное содержание никеля делает сталь немагнитной,
коррозийностойкой и жаропрочной. Содержание никеля в обычных сортах
стали доходит до 5%;, а в специальных— до 50%.
Хром (X) повышает прочность, закаливаемость и жаростойкость, режущие
свойства и стойкость на истирание, но снижает вязкость и
теплопроводность стали. Поэтому хромистую сталь следует нагревать
медленно и следить за выдержками, ковать при высоких температурах, так
как ковка при пониженных температурах вызывает наклеп (поверхностную
уплотненную корку). Содержание хрома в обычных сортах стали доходит до
2%, а в специальных — до 25%.
Молибден (М) повышает прочность, вязкость и твердость стали, ее режущие
свойства, по снижает теплопроводность. Чем больше молибдена в стали, тем
медленнее ее следует нагревать. Для ковки молибденовых сталей требуется
более мощное оборудование, так как повышенная прочность их сохраняется и
в нагретом состоянии. Содержание молибдена
в обычных сортах стали доходит до 0,45%, а в
специальных — до 6%.
Кобальт (К) повышает прочность стали при ударных нагрузках, улучшает
жаропрочность и магнитные свойства стали.
Ванадий (Ф) способствует раскислению стали, повышает ее твердость и
режущие свойства, не оказывает на ковку заметного влияния, препятствует
перегреву стали. Содержание ванадия в обычных сталях доходит до 0,1—1%,
а в специальных — до 18%.
Вольфрам (В) так же, как и молибден, повышает твердость и сохраняет
режущие свойства стали даже при высоких температурах, но снижает
теплопроводность. Поэтому вольфрамовую сталь следует нагревать медленно,
чтобы избежать трещин, а ковать — при высоких температурах. Содержание
вольфрама в обычных сталях доходит до 0,5%, а в специальных— до 20%.
Титан (Т) при плавке способствует удалению из стали азота, благодаря
чему сталь получается более плотной, однородной и жаропрочной.
Кроме перечисленных, при изготовлении стали применяются и другие
элементы (каждый в отдельности или в соединении с одним, двумя, тремя
другими элементами). Одновременным введением в состав стали двух или
более легирующих элементов достигается максимальное значение
механических свойств. В соответствии с этим в машиностроении нередко
применяют стали сложного химического состава — хромоникелевые
(содержащие хром и никель), хромокремнемарганцовистые (содержащие хром,
кремний, марганец), хромовольфрамовые (содержащие хром и вольфрам) «и
др.
Изменения механических свойств стали, вызываемые легирующими элементами,
становятся особенно заметными после термической обработки поковок.
Маркировка легированных сталей. Легированные
стали подразделяются на конструкционные, инструментальные и стали с
особыми свойствами. Для маркировки легированных сталей применяются цифры
и буквы, например: легированная сталь марки 35ХГС содержит 0,32—0,39%
углерода, 1,1—1,40% хрома, 0,8—1,1% марганца, 1,1 —1,4% кремния;
легированная сталь марки 25Х2МФА содержит 0,22—0,29% углерода, 1,5—1,8%
хрома, 0,2—0,3% молибдена, 0,15—0,30% ванадия-; буква А указывает на то,
что эта сталь высококачественная, имеет пониженное содержание серы и
фосфора.
Таким образом, цифры и буквы в марках легированных сталей фиксируют
химический состав стали и количество легирующих элементов, а именно:
первые две цифры обозначают количество углерода в сотых долях процента,
буквы — наличие того или иного легирующего элемента, стоящие вслед за
бук-
вами цифры — среднее содержание данного элемента в
процентах, отсутствие цифр указывает на то, что количество легирующего
элемента составляет около 1%. Буквы А, Э, Р, поставленные в некоторых
марках легированных сталей, обозначают: буква А — сталь
высококачественная, буква Э — сталь изготовлена в электропечи, буква Р —
сталь быстрорежущая.
Легированная конструкционная сталь. Наименование, марки и применение 18
групп легированных конструкционных сталей установлены ГОСТ 4543—48.
Наиболее употребительные марки этих сталей и их применение приведены в
приложении 4.
Легированная инструментальная сталь, помимо прочих повышенных свойств,
обладает лучшими режущими свойствами по сравнению с углеродистой и
сохраняет их даже при нагреве до высоких температур.
Из инструментальных легированных сталей наиболее качественной является
быстрорежущая сталь, которая согласно ГОСТ 5251—51 выпускается в виде
двух марок Р18 и Р9 (цифры показывают среднее содержание в этой стали
вольфрама в целых процентах). Наименование и применение наиболее
употребительных марок легированной инструментальной стали приведены в
приложении 5.
Легированные стали и сплавы с особыми свойствами. Стали и сплавы этой
группы содержат значительное количество легирующих элементов, которые
придают им свойства, обеспечивающие успешную работу механизмов,
изготовленных из таких сталей, при высоких температурах, в среде,
вызывающей коррозию и пр. Марки, наименование и применение наиболее
употребительных сталей и сплавов с особыми свойствами согласно ГОСТ
5632—51. приведены в приложении 6.
Декапированная листовая сталь. Декапированной называется листовая сталь,
прошедшая отжиг и травление. Она применяется для изготовления предметов
домашнего обихода— котелков, бачков, бидонов и пр. Размеры листов и вес
декапированной стали даны в приложении 7.