Легированная сталь: состав, виды и применение

Сталь — распространённый и универсальный материал, применяемый в строительстве, машиностроении, инженерии и других отраслях. В данной статье мы подробно рассмотрим легированные стали. В целом стали делят на четыре основные категории: углеродистые, нержавеющие, инструментальные и легированные. С технической точки зрения любая сталь является сплавом, так как создаётся путём соединения железа с углеродом, однако официально сталь называется «легированной» только тогда, когда помимо этих двух элементов она содержит один или несколько дополнительных легирующих элементов. Цель создания легированных сталей — улучшить механические или физические свойства металла: прочность, обрабатываемость, коррозионную стойкость и др.

Классификация: высоколегированные и низколегированные стали

Стали принято делить на две главные группы — высоколегированные и низколегированные. Обычно считается, что низколегированные стали содержат до 8% легирующих элементов, а всё, что превышает этот порог, относится к высоколегированным.

Основные легирующие элементы

Ниже приведён список наиболее распространённых легирующих элементов (он не претендует на исчерпываемость). По оценкам, около 75% всех сталеплавительных сплавов были разработаны всего за последние 20 лет, и процесс не останавливается. Многие сплавы требуют термической обработки для раскрытия заданных свойств. Хотя из списка видно, как отдельные элементы влияют на характеристики, в реальности большинство сплавов содержат два и более легирующих добавок для достижения специфического эффекта. Классический пример — серия 4100 хромо-молибденовых сплавов, широко применяемых от строительных конструкций до военной техники.

Алюминий

Используется в малых дозах, придаёт металлу лёгкость и высокую коррозионную стойкость, однако при определённых пропорциях может повышать ломкость и ухудшать ударную вязкость.

Хром

Небольшое количество хрома повышает твёрдость и вязкость, хоть и слегка снижая пластичность. Более высокие концентрации хрома резко увеличивают коррозионную стойкость; нержавеющая сталь — самый известный представитель этой группы (содержание хрома от ~11% и выше).

Кобальт

Кобальтовые сплавы обладают повышенной твёрдостью и выдающейся стойкостью к закалке при высоких температурах, поэтому часто используются как инструментальные стали.

Кремний

Вводится в небольших количествах (обычно ~3%) для незначительного повышения прочности, увеличения магнитных свойств и как мощный деоксидизатор. Это делает такие стали полезными в электротехнике: трансформаторы, двигатели, генераторы.

Марганец

Повышает и пластичность, и твёрдость, снижает ломкость, резко увеличивает износостойкость и ударную вязкость. Идеальны для деталей, работающих под ударом или высокой нагрузкой.

Никель

Ещё один деоксидизатор. При повышенном содержании сильно увеличивает коррозионную стойкость, а также прочность и твёрдость без потери пластичности, свойственной некоторым другим сплавам.

Вольфрам

Помимо прочности и твёрдости, вольфрамовые сплавы ценятся за уникальную теплостойкость и точку плавления, превосходящую большинство сталей. Способность сохранять вязкость при высоких температурах делает их незаменимыми для высокоскоростного инструмента и деталей (сверла, режущие пластины).

Ванадий

Ванадиевые сплавы — отличный универсальный выбор: растут предельная прочность, вязкость, износо- и коррозионная стойкость. Часто сочетаются с хромом для сохранения приемлемой куемости.

Применение легированных сталей

Сфера использования легированных статей практически неограничена и охватывает множество отраслей.

В строительстве из них изготавливают балки, прутки, трубы, листы, стержни, профили и многое другое. Крупные инфраструктурные объекты — мосты, ограждения трасс, опоры ЛЭП, ж/д пути — в основном создаются из различных сталей. Нержавеющая и иные легированные стали применяются в крепеже, кронштейнах, втулках и фитингах.

Стальные сплавы окружают нас повсюду, иногда в неожиданных местах: например, титановые стали стали модным трендом в ювелирке. К продуктам из сталевых сплавов относятся бытовая техника, кухонная утварь, посуда, пищевые контейнеры, медицинское оборудование, автомобили, авиация, освещение — от скрепки до последней модели iPhone.