Стали низколегированные

Мировая металлургия выпускает обширный ассортимент низколегированных сталей. Они могут иметь совершенно разные технологические качества, прочностные свойства и ценовую доступность в зависимости от примененной системы легирования. Информация, представленная ниже, прежде всего относится к низколегированным сталям, которые выпускаются в соответствии с требованиями межгосударственных стандартов ГОСТ и национальных стандартов Украины ДСТУ, и не касается международных и европейских норм, где используются другие принципы классификации и терминологии.

Определение

Низколегированная сталь – это часть более обширного класса легированных сталей, сплавов железа с углеродом, содержащих специально добавленные компоненты, оказывающие легирующий эффект. От углеродистых нелегированных сталей низколегированные марки отличаются  наличием специально вводимых в расплав модифицирующих компонентов в количестве до 2,5%. При этом легирующие добавки могут быть представлены как недефицитными элементами умеренной стоимости (марганец (Mn), кремний (Si) и др.), так и дорогими, вплоть до редкоземельных (РЗМ), драгоценных и радиоактивных металлов.

Введение в состав стали легирующих может принципиальным образом изменять ее структуру и характеристики и делать материал более подходящим для конкретных условий эксплуатации. 

Классификация низколегированных сталей

Как и другие виды стали, низколегированные марки классифицируют по нескольким признакам, среди которых способ выплавки, содержание вредных примесей, структура и область применения. По назначению такие стали могут быть конструкционными, инструментальными и специальными.

Классификация по химическому составу

По содержанию углерода большинство низколегированных марок стали являются малоуглеродистыми, хотя также есть средне- и высокоуглеродистые (последних особенно много в сегменте инструментальных сплавов). В зависимости от основных легирующих элементов их разделяют на множество видов, среди которых:

• марганцовистые. В сравнении с нелегированными марками они обладают пониженной склонностью к хрупкому разрушению и характеризуются повышенной прочностью и ударной вязкостью. К их числу относятся 14Г, 19Г, 09Г2 и др.;
• марганцевокремнистые. Характеризуются повышенной прочностью и низким порогом хладноломкости, но при этом проявляют пониженную пластичность и вязкость. К их числу относятся 12ГС, 09ГС, 10Г2С1 и т.д.;
• другие многокомпонентные сплавы – хромоникелевые (20ХН), хромоникельмолибденовые (30ХН2МА), хромокремненикелемедистые (10ХСНД, 15ХСНД) и так далее.

Классификация по качеству

На основе формирующейся при выплавке структуры металла и по количеству содержания вредных технологических примесей, которыми являются сера и фосфор, низколегированные марки разделяют на стали обыкновенного качества, качественные и высококачественные.

Сера (S) способствует образованию легкоплавкой эвтектики и проявлению красноломкости стали. Образование соединений фосфора (P) с металлом приводит к резкому снижению пластичности при низких температурах. Поэтому их массовая доля тщательно контролируется.

В высококачественных сталях содержание серы и фосфора не должно превышать 0,025%, в качественных – 0,04 и 0,035% соответственно. В марках обыкновенного качества их количество может достигать 0,05 и 0,06%. Производство последних в наши дни значительно сократилось.

Низколегированная сталь может поставляться в различных видах металлопродукции:

• фасонный и сортовой прокат;
• плоский прокат в виде толстого и тонкого листа, широкополосного и рулонного проката, узкой полосы и ленты;
• электросварные трубы и профили;
• бесшовные трубы;
• проволока, метизы, холоднотянутая арматура;
• стальные полуфабрикаты, поковки, слитки и др.

Состав низколегированных сталей

Как видно из классификации, химический состав таких сталей очень разнообразен. Кроме марганца и кремния в качестве «условно базовых» легирующих компонентов часто используются Cr (хром), Ni (никель), медь (Cu) и другие элементы.

"Базовые" легирующие элементы низколегированных сталей

Марганец увеличивает твердость металла, повышает предел текучести, ударную вязкость и износостойкость, но влияет на чувствительность к перегреву и снижает свариваемость. Кремний увеличивает предел текучести и прочность. Медь повышает коррозионную стойкость. Введение хрома также положительно сказывается на данном качестве и при этом увеличивает параметры твердости и прочности металла. Наличие никеля в пределах 2% обеспечивает высокие характеристики вязкости и пластичности.

Для придания особых свойств такие стали могут также дополнительно легировать ниобием, молибденом, кобальтом, бором и редкоземельными металлами (РЗМ). Эти компоненты оказывают комплексное действие на структуру и свойства сталей. Например, бор даже в малых концентрациях (до 0,005%) способен существенно увеличить прокаливаемость, цирконий – обрабатываемость, а ванадий – хладостойкость.

Легирующие элементы, применяющиеся в меньших количествах

Обозначение и маркировка

Согласно сложившимся традициям маркировка сталей, которые производятся в соответствии с требованиями ГОСТ и ДСТУ, в том числе и низколегированных, состоит из комбинации букв и цифр, которые обозначают химический элемент и его количество, а также иногда уровень качества, способ производства и другие параметры продукции.

Рассмотрим обозначение конструкционных низколегированных сталей по стандартам ГОСТ и ДСТУ. Две первые цифры маркировки отражают среднее количество углерода в сотых долях процента. Далее идет стандартное обозначение вводимых легирующих элементов. Если их содержание более одного процента, после буквенного символа прописывается цифра, указывающая среднее значение в целых процентах, если же около одного процента, то цифровое обозначение не указывается. В маркировку также включают ряд элементов, которые влияют на структуру и свойства при минимальном легировании в количестве долей процента (например, бор и РЗМ).

Порядок последовательности легирующих элементов выстраивается с учетом значимости их влияния на свойства и структуру стали. Поэтому в маркировке указываются только основные элементы, хотя состав может включать и другие компоненты, оказывающие благотворительное влияние на свойства металла.

Внимание. Буква «А» в середине обозначения указывает на наличие азота. В конце маркировки эта же буква относит сталь к высококачественным.

Если сталь полуспокойная (раскислена не до конца), в конце ее маркировки указывается сокращенное обозначение «пс».

Для спокойных качественных легированных сталей данное обозначение не прописывается по умолчанию.

Пример расшифровки низколегированных сталей

*Справочные данные

Обработка низколегированной стали

Металлопрокат из низколегированной стали может поставляться как в необработанном горячекатаном/холоднокатаном состоянии, так и после различных видов термической обработки – отжига, нормализации/нормализующей прокатки, нормализации с отпуском, закалки с отпуском, контролируемой/ термомеханической прокатки и пр. Выбор состояния поставки осуществляется, исходя из условий дальнейшей переработки и конечного использования данной продукции.

Учитывая обширный спектр областей использования низколегированных сталей, в процессе изготовления конечных изделий она может подвергаться и другим видам обработки:

• горячей обработке давлением (прокатка, ковка, штамповка);
• холодной обработке (гибка, профилирование, штамповка, прокатка, вытяжка, выдавливание);
• механической обработке (фрезерная, токарная и пр.);
• сварке и пайке;
• нанесению защитных металлических покрытий (цинковое, алюминиевое, алюмоцинк, цинк-алюминий, кремниевое и др.);
• нанесению декоративных лакокрасочных покрытий и т.д. 

Материалы и технологии сварки низколегированных марок должны выбираться на основе химического состава, особенностей структуры и свойств стали. Учитывая разнообразие этих сплавов, единого правильного метода их сваривания не существует. Многие из них являются весьма трудносвариваемыми, для отдельных видов низколегированных сталей сварка и вовсе не рекомендуется.

Применение

Еще в первой половине прошлого века низколегированные стали применение имели довольно ограниченное. Но с развитием технологий выплавки и внепечной обработки и методов переработки стальных изделий, а также с ростом требований к готовым металлоконструкциям, деталям и инструменту, они занимали все большую долю в общем объеме потребления черных металлов и сплавов. Сейчас их стали применять практически во всех производственных сферах:

• в промышленном и гражданском строительстве, мостостроении – для изготовления металлоконструкций ответственного назначения с повышенной несущей способностью;
• в магистральных нефте- и газопроводах – в виде бесшовных и сварных труб;
• в вагоностроении - в качестве элементов подвески и обшивки грузовых и пассажирских вагонов, цистерн и зерновозов;
• в машиностроении, где из них изготавливают детали и инструмент самого разного назначения;
• в любых других областях, где от изделия требуются пониженная металлоемкость, длительный срок эксплуатации, повышенный уровень механических или эксплуатационных характеристик или специфические свойства, которые не могут быть обеспечены при использовании углеродистых сталей.

Теперь, зная, что значит низколегированная сталь и каковы ее особенности, постоянным и потенциальным клиентам «Метинвест-СМЦ» будет проще сориентироваться в обширном сортаменте металлопроката. Звоните, наш телефон 0800-30-30-70.  Менеджеры «Метинвест-СМЦ» всегда проконсультируют и помогут в выборе товара.