Легированная сталь

Низколегированная сталь
Низколегированными считаются стали, в которых легирующие элементы составляют менее 8% от состава металла. Эти легирующие элементы добавляются для улучшения механических свойств стали. Например: молибден повышает прочность; никель увеличивает прочность металла, хром придает жаропрочность, коррозионную стойкость и твердость.
Низколегированная сталь широко применяется в обрабатывающей и строительной отрасли. Обычно эта сталь используется в военных транспортных средствах, строительном оборудовании, кораблях, трубопроводах, сосудах под давлением, конструкционной стали и платформах для бурения нефтяных скважин.

Высокопрочная низколегированная сталь (HSLA)
Высокопрочная низколегированная сталь (HSLA) или микролегированная сталь обеспечивает как высокую прочность, так и хорошую устойчивость к атмосферной коррозии. Существует шесть основных категорий стали HSLA: атмосферостойкая сталь, игольчатая ферритная сталь, сталь с восстановленным перлитом, двухфазная сталь, контролируемая прокатка и микролегированная ферритно-перлитная сталь. Обычно медь, хром, фосфор и кремний используются для повышения коррозионной стойкости, а ванадий, ниобий, титан и медь используются для повышения прочности. Высокая прочность сталей HSLA может затруднить их формовку.
HSLA широко используется в автомобильной промышленности. Горячекатаную сталь HSLA можно использовать для изготовления систем подвески, шасси, колес и механизмов сидений. В то время как холоднокатаные стали HSLA можно использовать для усиления и кронштейнов сидений.

Высоколегированная сталь
Высоколегированная сталь отличается высоким содержанием легированных сплавов – более 8% от общего состава стали. Производство высоколегированной стали может быть дорогостоящим, и с ней может быть сложно работать. Тем не менее, эти марки идеально подходят для применения в автомобилестроении, конструкционных компонентах, химической обработке и энергетическом оборудовании благодаря своей твердости, коррозионной стойкости и ударной вязкости.

Нержавеющая сталь
Нержавеющая сталь — одна из самых известных легированных сталей и наиболее устойчивая к коррозии. Обычно она содержит некоторую комбинацию никеля, хрома и молибдена в качестве основных легирующих элементов, которые составляют около 11-30 % состава стали. Существует три типа нержавеющей стали: аустенитная, ферритная и мартенситная.
Аустенитные стали обычно используются для содержания агрессивных жидкостей и оборудования в горнодобывающей, химической, архитектурной или фармацевтической промышленности. В аустенитных сталях содержатся высокие количества никеля (до 35%), молибдена, хрома (16-26%) и ниобия с содержанием углерода до 0,15%. Аустенитные стали часто обладают лучшей коррозионной стойкостью среди всех нержавеющих сталей. Эти стали также обладают высокой формуемостью и прочностью и обычно востребованы из-за своих свойств при экстремальных температурах.
Ферритная сталь, используемая в промышленном оборудовании и автомобилях, представляет собой сорт нержавеющей стали с содержанием углерода менее 0,10% и более 12%. Эта марка стали была разработана для защиты от коррозии и окисления, в частности, от коррозии под напряжением. Эти стали практически не поддаются упрочнению путем термической обработки, и их можно лишь слегка упрочнить путем холодной прокатки.
Мартенситные стали, в основном используемые для изготовления столовых приборов, имеют обычное содержание хрома от 11,6 до 18% с добавлением 1,2% углерода и иногда никеля. В целом самое высокое содержание хрома в мартенситных сталях ниже, чем самое высокое содержание хрома в ферритных и аустенитных сталях. Мартенситные стали известны своей исключительной прокаливаемостью и умеренной коррозионной стойкостью. Это делает их идеальными для столовых приборов, гаечных ключей, хирургических инструментов и турбин.

Микролегированная сталь
Высокопрочные низколегированные стали (HSLA) часто называют микролегированными сталями.

Усовершенствованная высокопрочная сталь (AHSS)
Усовершенствованная высокопрочная сталь (AHSS) в основном используется в автомобильной промышленности. Этот металлический сплав играет ключевую роль в снижении общего веса транспортных средств. Он обладает уникальными свойствами, такими как: высокая прочность и оптимизированная формуемость, что делает его идеальным для автомобильной промышленности.

Стареюще-стареющая сталь
Стареюще-стареющая сталь — это особый вид стального сплава с низким содержанием углерода. Эта сверхвысокопрочная сталь обладает превосходной вязкостью и хорошей пластичностью по сравнению с большинством сталей. В отличие от других стальных сплавов, мартенситностареющая сталь упрочняется за счет выделения интерметаллических соединений, а не за счет присутствия углерода. Стареюще-стареющая сталь сочетает в себе высокую прочность и твердость с относительно высокой пластичностью благодаря отсутствию углерода и использованию интерметаллических выделений. Основными типами осадков являются Ni3Mo, Ni3Ti, Ni3Al и Fe2Mo, которые также встречаются в объемных фракциях. Мартенситностареющие стали в основном используются в аэрокосмической отрасли, а также при производстве инструментов и оружия.

Инструментальная сталь
Инструментальная сталь — это термин, используемый для описания ряда углеродистых и легированных сталей, которые хорошо подходят для производства инструментов. Эти стали отличаются твердостью, стойкостью к износу, вязкостью и устойчивостью к размягчению при высоких температурах. Идеальная эксплуатационная прочность инструментальной стали и устойчивость к размягчению при высоких температурах. Идеальным применением инструментальной стали является производство инструментов, включая (но не ограничиваясь) штампы и ручные инструменты.

Методы, используемые для производства легированной стали, включают методы, в которых используются легирующие элементы, такие как хром, никель, молибден, ванадий и т. Д. В зависимости от типа и марки необходимой стали для создания легированной стали используются различные процессы. Некоторые из общих процессов:

Процесс в электродуговой печи (ЭДП)

Основным исходным материалом для этой процедуры является стальной лом или железо прямого восстановления (DRI), которое плавится в электрической печи. Путем продувки кислородом или вакуумной дегазации легирующие элементы вводятся в расплавленную сталь и рафинируются. Затем из стали формуют слябы, слитки, блюмы, заготовки или другие формы.

Процесс кислородно-конверторного производства стали (BOS)

Основным сырьем для этой процедуры является жидкий чугун из доменной печи и стальной лом, а примеси окисляются путем продувания кислорода в конвертере. Путем вакуумной дегазации или ковшовой металлургии легирующие элементы вводятся в расплавленную сталь перед ее рафинированием. Затем из стали формуют слябы, слитки, блюмы, заготовки или другие формы.

Процесс в электроиндукционной печи (ЭИП)

В этом методе стальные отходы являются основным сырьем и плавятся с помощью электромагнитной индукции в индукционной печи. Ковшовая металлургия используется для очистки расплавленной стали после введения легирующих элементов. Затем из стали формуют слябы, слитки, блюмы, заготовки или другие формы.

Тигельный процесс

Используя древесный уголь в качестве источника топлива, эта процедура плавит ферросплавы, стальной лом и кованое железо в герметичном тигле. Состав сырьевого вещества регулирует количество углерода и легирующих элементов. После плавления сталь формуют в слитки.

Бессемеровский процесс

Первичным сырьем для этого процесса служит чугун, а воздух подается в конвертер грушевидной формы для окисления загрязняющих веществ. Регулировать легирующие компоненты и содержание углерода можно, добавляя в расплавленную сталь ферромарганец или шпигеляйзен (чугун с высоким содержанием марганца). После плавления сталь формуют в слитки.

Мартеновский процесс

Чугун и стальные отходы являются основным сырьем, используемым в этом процессе, который плавится в неглубоком поде, используя газ или нефть в качестве топлива. В расплавленную сталь можно добавлять известняк, железную руду и другие материалы для регулирования легирования и содержания углерода. После плавления сталь формуют в слитки.

После разливки слитки, блюмы, заготовки или слябы легированной стали подвергаются дальнейшей обработке для создания различных форм и форм изделий из легированной стали, включая прутки, стержни, проволоку, листы, пластины, трубопроводы и трубы. Дополнительные методы обработки включают горячую прокатку, холодную прокатку, процесс ковки, механическую обработку, термообработку и обработку поверхности.

Чистое железо слишком мягкое, чтобы его можно было использовать для структурирования, но добавление небольших количеств других элементов (например, углерода, марганца или кремния) значительно увеличивает его механическую прочность.
Сплавы обычно прочнее чистых металлов, хотя они обычно обладают пониженной электро- и теплопроводностью. Прочность – важнейший критерий, по которому оцениваются многие конструкционные материалы. Поэтому сплавы используются в машиностроении. Синергетический эффект легирующих элементов и термической обработки приводит к огромному разнообразию микроструктур и свойств.

Карбон.Углерод — неметаллический элемент, который является важным легирующим элементом во всех материалах на основе черных металлов. Углерод всегда присутствует в металлических сплавах, т.е. во всех марках нержавеющей стали и жаропрочных сплавах. Углерод является очень сильным аустенитизатором и повышает прочность стали. Фактически, это основной упрочняющий элемент, необходимый для образования цементита, Fe3C, перлита, сфероидита и железоуглеродистого мартенсита. Добавление небольшого количества неметаллического углерода в железо меняет его большую пластичность на большую прочность. Если его соединить с хромом в качестве отдельного компонента (карбида хрома), это может оказать отрицательное влияние на коррозионную стойкость за счет удаления части хрома из твердого раствора в сплаве и, как следствие, уменьшения количества хрома, доступного для обеспечения устойчивость к коррозии.

Хром.Хром повышает твердость, прочность и устойчивость к коррозии. Укрепляющий эффект образования стабильных карбидов металлов на границах зерен и сильное увеличение коррозионной стойкости сделали хром важным легирующим материалом для стали. Устойчивость этих металлических сплавов к химическому воздействию агрессивных агентов основана на пассивации. Чтобы пассивация произошла и оставалась стабильной, сплав Fe-Cr должен иметь минимальное содержание хрома около 11% по массе, выше которого пассивация может возникнуть, а ниже которого она невозможна. Хром может использоваться в качестве упрочняющего элемента и часто используется с упрочняющим элементом, таким как никель, для достижения превосходных механических свойств. При более высоких температурах хром способствует повышению прочности. Быстрорежущие инструментальные стали содержат от 3 до 5% хрома. Обычно он используется для подобных применений в сочетании с молибденом.

Никель.Никель – один из наиболее распространенных легирующих элементов. Около 65% производимого никеля используется в производстве нержавеющих сталей. Поскольку никель не образует карбидных соединений в стали, он остается в растворе в феррите, тем самым укрепляя и повышая ударную вязкость ферритной фазы. Никелевые стали легко поддаются термической обработке, поскольку никель снижает критическую скорость охлаждения. Сплавы на основе никеля (например, сплавы Fe-Cr-Ni(Mo)) демонстрируют превосходную пластичность и вязкость даже при высоких уровнях прочности, и эти свойства сохраняются до низких температур. Никель также уменьшает тепловое расширение для лучшей стабильности размеров. Никель является базовым элементом суперсплавов, которые представляют собой группу сплавов никеля, железа с никелем и кобальта, используемых в реактивных двигателях. Эти металлы обладают превосходной устойчивостью к тепловой деформации и сохраняют свою жесткость, прочность, ударную вязкость и стабильность размеров при температурах, намного более высоких, чем другие конструкционные материалы аэрокосмической отрасли.

Молибден.Молибден, содержащийся в небольших количествах в нержавеющих сталях, повышает прокаливаемость и прочность, особенно при высоких температурах. Высокая температура плавления молибдена делает его важным для придания прочности стали и другим металлическим сплавам при высоких температурах. Молибден уникален тем, что он повышает прочность стали на растяжение и ползучесть при высоких температурах. Он замедляет превращение аустенита в перлит гораздо больше, чем превращение аустенита в бейнит; таким образом, бейнит можно получить путем непрерывного охлаждения молибденсодержащих сталей.

Ванадий.Ванадий обычно добавляют в сталь для предотвращения роста зерна во время термообработки. Контролируя рост зерна, он улучшает прочность и ударную вязкость закаленных и отпущенных сталей.

Вольфрам.Вольфрам дает стабильные карбиды и измельчает зерно для повышения твердости, особенно при высоких температурах. Вольфрам широко используется в быстрорежущих инструментальных сталях и был предложен в качестве заменителя молибдена в ферритных сталях с пониженной активацией для ядерных применений.