Сталі низьколеговані

Світова металургія випускає великий асортимент низьколегованих сталей. Вони можуть мати зовсім різні технологічні якості, властивості міцності і цінову доступність в залежності від застосованої системи легування. Інформація, подана нижче, насамперед стосується низьколегованих сталей, що випускаються відповідно до вимог міждержавних стандартів ГОСТ та національних стандартів України ДСТУ, і не стосується міжнародних та європейських норм, де використовуються інші принципи класифікації та термінології.

Визначення

Низьколегована сталь – це частина ширшого класу легованих сталей, сплавів заліза з вуглецем, що містять спеціально додані компоненти, що надають легуючий ефект. Від вуглецевих нелегованих сталей низьколеговані марки відрізняються наявністю спеціально введених у розплав модифікуючих компонентів у кількості до 2,5%. При цьому легуючі добавки можуть бути представлені недефіцитними елементами помірної вартості (марганець (Mn), кремній (Si) та ін), так і дорогими, аж до рідкісноземельних (РЗМ), дорогоцінних і радіоактивних металів.

Введення до складу сталі легуючих може змінювати її структуру і властивості і робити матеріал найбільш підходящим для конкретних умов експлуатації.

Класифікація низьколегованих сталей

Як і інші види сталі, низьколеговані марки класифікують за декількома ознаками, серед яких спосіб виплавки, вміст шкідливих домішок, структура та сфера застосування. За призначенням такі сталі можуть бути конструкційними, інструментальними та спеціальними.

Класифікація за хімічним складом

За вмістом вуглецю більшість низьколегованих марок сталі є маловуглецевими, хоча також є середньо- та високовуглецеві (останніх особливо багато в сегменті інструментальних сплавів). Залежно від основних легуючих елементів їх поділяють на безліч видів, серед яких: 

• марганцеві. У порівнянні з нелегованими марками вони мають знижену схильність до крихкого руйнування і характеризуються підвищеною міцністю і ударною в'язкістю. До них належать 14Г, 19Г, 09Г2 та ін;
• марганцевокремнієві. Характеризуються підвищеною міцністю та низьким порогом холодноламкості, але при цьому виявляють знижену пластичність та в'язкість. До них відносяться 12ГС, 09ГС, 10Г2С1 і т.д.;
• інші багатокомпонентні сплави – хромонікелеві (20ХН), хромонікельмолібденові (30ХН2МА), хромокремненікелемедисті (10ХСНД, 15ХСНД) тощо.

Класифікація за якістю

На основі структури металу, що формується при виплавці, і за кількістю вмісту шкідливих технологічних домішок, якими є сірка і фосфор, низьколеговані марки поділяють на сталі звичайної якості, якісні та високоякісні.

Сірка (S) сприяє утворенню легкоплавкої евтектики та прояву червоноламкості сталі. Утворення сполук фосфору (P) з металом призводить до різкого зниження пластичності за низьких температур. Тому їхня масова частка ретельно контролюється.

У високоякісних сталях вміст сірки та фосфору не повинен перевищувати 0,025%, у якісних – 0,04 та 0,035% відповідно. У марках звичайної якості їх кількість може досягати 0,05 та 0,06%. Виробництво останніх у наші дні значно скоротилося.

Низьколегована сталь може поставлятися у різних видах металопродукції:

• фасонний та сортовий прокат;
• плоский прокат у вигляді товстого та тонкого листа, широкосмугового та рулонного прокату, вузької смуги та стрічки;
• електрозварні труби та профілі;
• безшовні труби;
• дріт, металовироби, холоднотягнута арматура;
• сталеві напівфабрикати, поковки, зливки та ін.

Склад низьколегованих сталей

Як очевидно з класифікації, хімічний склад таких сталей дуже різноманітний. Крім марганцю і кремнію як «умовно базових» легуючих компонентів часто використовуються Cr (хром), Ni (нікель), мідь (Cu) та інші елементи.

"Базові" легуючі елементи низьколегованих сталей

Марганець збільшує твердість металу, підвищує межу плинності, ударну в'язкість та зносостійкість, але впливає на чутливість до перегріву та знижує зварюваність. Кремній збільшує межу плинності та міцність. Мідь збільшує корозійну стійкість. Введення хрому також позитивно впливає на дану якість і при цьому збільшує параметри твердості та міцності металу. Наявність нікелю в межах 2% забезпечує високі характеристики в'язкості та пластичності.

Для надання особливих властивостей такі сталі можуть також додатково легувати ніобієм, молібденом, кобальтом, бором та рідкісноземельними металами (РЗМ). Ці компоненти надають комплексний вплив на структуру та властивості сталей. Наприклад, бор навіть у малих концентраціях (до 0,005%) здатний суттєво збільшити прожарюваність, цирконій – оброблюваність, а ванадій – холодостійкість.

Легуючі елементи, що використовуються в менших кількостях

Позначення та маркування

За традиціями, що склалися, маркування сталей, які виробляються відповідно до вимог ГОСТ і ДСТУ, у тому числі і низьколегованих, складається з комбінації букв і цифр, які позначають хімічний елемент і його кількість, а також іноді рівень якості, спосіб виробництва та інші. параметри продукції.

Розглянемо позначення конструкційних низьколегованих сталей за стандартами ГОСТ та ДСТУ. Дві перші цифри маркування відбивають середню кількість вуглецю в сотих частках відсотка. Далі йде стандартне позначення легуючих елементів, що вводяться. Якщо їх вміст більше одного відсотка, після буквеного символу прописується цифра, що вказує на середнє значення в цілих відсотках, якщо ж близько одного відсотка, то цифрове позначення не вказується. У маркування також включають ряд елементів, які впливають на структуру та властивості при мінімальному легуванні у кількості часток відсотка (наприклад, бор та РЗМ).

Порядок послідовності легуючих елементів вибудовується з урахуванням значущості їхнього впливу на властивості та структуру сталі. Тому в маркуванні вказуються лише основні елементи, хоча склад може включати й інші компоненти, які благодійно впливають на властивості металу.

Увага. Літера «А» всередині позначення вказує на наявність азоту. Наприкінці маркування ця літера відносить сталь до високоякісних.

Якщо сталь напівспокійна (розкислена не до кінця), в кінці її маркування вказується скорочене позначення «нс».

Для спокійних якісних легованих сталей це позначення не прописується за умовчанням.

Приклад розшифрування низьколегованих сталей

*Довідкові дані

Обробка низьколегованої сталі

Металопрокат з низьколегованої сталі може поставлятися як у необробленому гарячекатаному/холоднокатаному стані, так і після різних видів термічної обробки – відпалу, нормалізації/нормалізуючої прокатки, нормалізації з відпусткою, загартування з відпусткою, контрольованої/термомеханічної прокатки та ін. здійснюється, виходячи з умов подальшої переробки та кінцевого використання цієї продукції.

З огляду на широкий спектр областей використання низьколегованих сталей, у процесі виготовлення кінцевих виробів вона може піддаватися й іншим видам обробки:

• гарячої обробки тиском (прокатка, кування, штампування);
• холодної обробки (гнучка, профільування, штампування, прокатка, витяжка, видавлювання);
• механічної обробки (фрезерна, токарна та ін.);
• зварювання та паяння;
• нанесення захисних металевих покриттів (цинкове, алюмінієве, алюмоцинк, цинк-алюміній, кремнієве та ін.);
• нанесення декоративних лакофарбових покриттів і т.д.

Матеріали та технології зварювання низьколегованих марок повинні обиратися на основі хімічного складу, особливостей структури та властивостей сталі. Враховуючи різноманітність цих сплавів, єдиного правильного методу їхнього зварювання не існує. Багато хто з них є дуже важкозварюваним, для окремих видів низьколегованих сталей зварювання зовсім не рекомендується.

Застосування

Ще у першій половині минулого століття низьколеговані стали застосування мали досить обмежене. Але з розвитком технологій виплавки та позапічної обробки та методів переробки сталевих виробів, а також зі зростанням вимог до готових металоконструкцій, деталей та інструменту вони займали все більшу частку в загальному обсязі споживання чорних металів і сплавів. Наразі їх стали застосовувати практично у всіх виробничих сферах:

• у промисловому та цивільному будівництві, мостобудуванні – для виготовлення металоконструкцій відповідального призначення з підвищеною несучою здатністю;
• у магістральних нафто- та газопроводах – у вигляді безшовних та зварних труб;
• у вагонобудуванні - як елементи підвіски та обшивки вантажних та пасажирських вагонів, цистерн та зерновозів;
• у машинобудуванні, де з них виготовляють деталі та інструмент найрізноманітнішого призначення;
• в будь-яких інших областях, де від виробу потрібна знижена металомісткість, тривалий термін експлуатації, підвищений рівень механічних або експлуатаційних характеристик або специфічні властивості, які не можуть бути забезпечені при використанні вуглецевих сталей.

Тепер, знаючи, що означає низьколегована сталь та які її особливості, постійним та потенційним клієнтам «Метінвест-СМЦ» простіше зорієнтуватиметься у великому сортаменті металопрокату. Телефонуйте, наш телефон 0800-30-30-70. Менеджери «Метінвест-СМЦ» завжди проконсультують та допоможуть у виборі товару.