Легированные стали

Сталь, содержащая один или несколько легирующих элементов, вводимых для придания изделию определенных физико-механических свойств, называется легированной. Содержание некоторых элементов, когда они не являются легирующими, не должно превышать: кремния (Si) — 0,5%; марганца (Мп) — 0,8%; хрома (Сг) 0,3%; никеля (Ni) — 0,3%; меди (Си) -0,3%
Легированные стали подразделяют на подклассы: низко— , средне— , и высоколегированные. Низколегированная сталь — это сталь, легированная одним элементом при содержании его не более 2% (по верхнему пределу) или несколькими элементами при суммарном их содержании 3,5% (по верхнему пределу). Среднелегированная сталь, легированная одним элементом, при содержании его не более 8% (по верхнему пределу) или несколькими элементами при суммарном их содержании, как правило, не более 12% (по верхнему пределу). Высоколегированная — это сталь с суммарным содержанием легирующих элементов не менее 10% (по верхнему пределу), при содержании одного из них не менее 8% (по нижнему пределу), при содержании железа более 45%.
Маркировка всех легированных конструкционных сталей однотипная. Первые две цифры обозначают содержание углерода в сотых долях процента, буквы являются условным обозначением легирующих элементов, цифра после буквы обозначает содержание легирующего элемента в %, причем содержание, равное 1% и меньше, не ставится, буква "А" в конце марки показывает, что сталь высококачественная и имеет пониженное содержание серы и фосфора.
Основными элементами, влияющими на свойства стали, являются углерод, марганец и кремний.
Углерод при повышении его содержания в стали ведет к повышению прочности и твердости и уменьшению пластичности. Окисление углерода во время сварки вызывает появление большого количества газовых пор.
Марганец повышает ударную вязкость и хладноломкость стали, являясь хорошим раскислителем, способствует уменьшению содержания кислорода в стали. При содержании марганца в стали более 1,5 % свариваемость ухудшается, так как увеличивается твердость стали, образуются закалочные структуры и могут появиться трещины. Кремний вводится в сталь как раскислитель. При содержании кремния более 1 % свариваемость стали ухудшается, так как возникают тугоплавкие окислы, что ведет к появлению шлаковых включений. Сварной шов становится хрупким.
Хром при значительном содержании в стали снижает ее свариваемость вследствие образования тугоплавких окислов и закалочных структур.
Никель повышает прочность и пластичность шва и не ухудшает свариваемость.
Алюминий — активный раскислитель стали, повышает окалиностой-кость.
Вольфрам повышает прочность и твердость при повышенных температурах, ухудшает свариваемость, сильно окисляется.
Ванадий затрудняет сварку, сильно окисляется, требует введения в зону плавления активных раскислителей.
Медь улучшает свариваемость, повышая прочность, ударную вязкость и коррозионную стойкость сталей.
Сера приводит к образованию горячих трещин.
Фосфор вызывает при сварке появление холодных трещин.
Как правило, повышение уровня легирования и прочности стали приводит к ухудшению ее свариваемости. Первостепенная роль по влиянию на свойства сталей принадлежит углероду. Доля влияния каждого легирующего элемента может быть отнесена к доле влияния углерода. На этом основании о свариваемости легированных сталей можно судить по коэффициенту эквивалентности по углероду для различных элементов. При подсчете Сэ содержание химических элементов принимается в процентах.
Если Сэ меньше 0,4% , то трещины в зоне термического влияния не возникают.
При Сэ = (0,4 — 0,7%) — необходим предварительный подогрев.
Если Сэ = (0,7 — 1,0%) — нужны предварительный и сопутствующий подогрев.
При Сэ более 1,0% сталь не сваривается обычными (традиционными) методами сварки плавлением. Образование холодных трещин уменьшается путем выбора рационального способа и технологии сварки, предварительного подогрева, снижения содержания водорода в сварном соединении, применения отпуска после сварки.
Элементами, обуславливающими возникновение горячих трещин, являются прежде всего сера, затем углерод, фосфор, кремний и др. Элементами, повышающими стойкость швов против трещин и нейтрализующими действие серы, являются: марганец, кислород, титан, хром, ванадий.
Предупреждение образования горячих трещин может быть достигнуто путем уменьшения количества и сосредоточения швов, выбора оптимальной формы разделки кромок, устранения излишней жесткости закреплений, предварительного подогрева, применения электродного металла с более низким содержанием углерода и кремния.
Низколегированные стали хорошо свариваются всеми способами сварки плавлением. Получение при сварке равнопрочного сварного соединения, особенно термоупрочненных сталей, вызывает некоторые трудности и требует определенных технологических приемов. В зонах, удаленных от высокотемпературной области, возникает холодная пластическая деформация. При наложении последующих слоев эти зоны становятся участками деформационного старения, приводящего к снижению пластических и повышению прочностных свойств металла и соответственно к возможному появлению холодных трещин. В сталях, содержащих углерод по верхнему пределу и повышенное количество марганца и хрома, вероятность образования холодных трещин увеличивается (особенно с ростом скорости охлаждения). Предварительный подогрев и последующая термо обработка позволяют снимать остаточные сварочные напряжения и получать необходимые механические свойства сварных соединений из низколегированных сталей.
По разрезаемости легированные стали делятся на аналогичные четыре группы с соответствующим значением показателя эквивалента углерода.