Что такое высоколегированная сталь

Высоколегированная сталь – это сталь, в составе которой количество специальных добавок, легирующих элементов, варьирует в пределах 10-50%. В качестве дополнительных компонентов используются хром, никель, марганец, алюминий и другие химические элементы. Специальные включения позволяют расширить сферу применения стали, так как с их помощью можно улучшить базовые механические свойства, такие как: прочность, пластичность, модуль упругости стали, а также придать ей нержавеющие свойства, и стойкость к высоким температурам.

Классификация

Согласно ГОСТ 5632-2014 “Нержавеющие стали и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные”, легированные стали данного типа классифицируют по назначению, а также структурным особенностям сплавов.

По назначению

Разделение материала осуществляется по нескольким факторам. Обычно высоколегированная сталь классифицируется в соответствии с физическими свойствами. Исходя из этого критерия, выделяют следующие разновидности продукции:

• жаростойкие;
• жаропрочные;
• антикоррозийные;
• хладостойкие.

Жаростойкие высоколегированные стали отличаются устойчивостью к высоким температурам. Они не изменяют структуру при температурах выше 550 °С. Материал выдерживает нагрев в течение длительного времени при ненагруженном или слабо нагруженном состоянии. В списке достоинств этой разновидности металла значится устойчивость к химическим реагентам средней токсичности. В таблице ниже перечень марок таких сталей.

Жаропрочные сплавы выдерживают высокие температуры находясь как в нагруженном, так и ненагруженном состоянии. Время нахождения при высоком термическом режиме сплавов не ограничено. Дополнительно они обладают стойкостью к химически агрессивным веществам. Перечень некоторых из них в таблице ниже.

Коррозионно-стойкие высоколегированные стали хорошо противостоят образованию ржавчины. На этом материале исключено возникновение любого типа коррозии (поверхностной, кристаллической, электрохимической). Добавки равномерно распределены по всей структуре металла, поэтому стойкость к формированию ржавчины характерна для всего изделия. Вопрос, нужна нержавейка или нет, давно не актуален. Продукция хорошо зарекомендовала себя в суровых условиях использования, включая повышенный уровень влажности, резкие термические перепады, агрессивные кислотно-щелочные среды. Вот перечень марок некоторых из них.

Рекомендуем к изучению статью по теме: магнитится ли нержавеющая сталь.

Хладостойкие стали применяются для изготовления материалов которые будут подвергаться воздействию низких температур. Такие стали способны сохранять свои пластичные и вязкие свойства при температуре ниже -100°С.

По структуре

По фактору структуры и свойств высоколегированная сталь делится на несколько разновидностей. Каждая из них характеризуется превалирующим содержанием определенного элемента. Далее в таблице представлены основные наименования материалов, их свойства, распространенные маркировки:

Важно: классификация высоколегированных сталей по фактору структуры и свойств является условной. Она не применяется для отбраковки материала, когда выявлены отклонения от обозначенных пропорций.

Наиболее востребованной на рынке считается аустенитная высоколегированная сталь с большим количеством хрома (до 18%) и никеля (до 8%). Материал обладает универсальностью применения, выдерживает воздействие разрушающих сред. Сплав характеризуется механической прочностью, длительным сроком службы, привлекательным внешним видом. Он может находиться в нагруженном состоянии годами, сохраняя первоначальные физико-химические свойства.

Маркировка

Высоколегированные стали выпускаются в соответствии с требованиями ГОСТ. На каждую партию наносится маркировка, которая отображает свойства материала. Технически маркировка представлена буквенно-числовой последовательностью, где определенный символ содержит четкую информацию о продукте. Расшифровка кода интерпретируется следующим образом:

• ХХХ – буквенный префикс, обозначающий тип сплава;
• YYY – числовое обозначение, указывающее на процентное содержание углерода;
• ZZZ – буквенно-числовая маркировки с информацией о легирующих компонентах и их количестве.

Первый буквенный префикс демонстрирует специальные свойства материала. Как правило, это один символ (иногда – несколько). Он указывает на конкретную характеристику. В качестве примера приведем букву «Э», которая обозначает электротехническую сталь. Литера «А» ставится на автоматный сплав, «Л» – литой, «Р» – режущий, «Ш» — шарикоподшипниковая.

Показатель ZZZ демонстрирует количество легирующих компонентов. Для каждого элемента принято уникальное обозначение.

• Х – Хром (Cr).
• Г – Марганец (Mn).
• Ф – Ванадий (V).
• Д – Мель (Cu).
• Ю – Алюминий (Al).
• В – Вольфрам (W).
• М – Молибден (Mo).
• Н – Никель (Ni).
• Т – Титан (Ti).
• С – Кремний (Si).
• П – Бор (B).
• А – Азот (N).
• Ц – Цирконий (Zr).
• Б – Ниобий (Nb).

В маркировке сталей цифры после букв, обозначают примерное количество легирующих элементов в составе материала, в целых числах. Когда содержание компонента в сплаве менее 1,5%, то рядом с буквенным обозначением ничего не ставится. На основании проставленной маркировки пользователь знает виды и компонентный состав используемой продукции. Например, аббревиатура марки стали Л12Х17, согласно ГОСТ 5632-2014, расшифровывается следующим образом: «Л» – литая сталь, содержащая 0,12% углерода и 17% хрома. Данную марку стали применяют для изготовления кухонной посуды , а также оборудования для заводов легкой и пищевой промышленности.

Для примера расшифруем ещё маркировку высоколегированной жаростойкой стали 30Х13Н7С2.

• 30 – обозначает что массовая доля углерода в сплаве 0,30 %;
• Х13 – хрома 13%;
• Н7 – никеля 7%;
• С2 – кремния 2%.

Специфика сварки

Сложная структура делает высоколегированную сталь одной из наиболее чувствительных к воздействию высоких температур. При несоблюдении технологии плавления материал теряет изначальные свойства, сокращается срок его службы и степень устойчивости к неблагоприятным внешним факторам. Преобразование кристаллической решетки металла ведет к изменению пропорций химических компонентов. Учитывая этот факт, для каждого метода сварки необходимо правильно подобрать присадочные материалы на основании технической документации и рекомендаций компании-изготовителя.

В процессе сварки высоколегированных сталей во внимание принимаются следующие особенности:

• в результате увеличения теплопроводности на металлической поверхности концентрируется избыток тепловой энергии, что позволяет легко проплавлять металл, поэтому силу тока требуется снизить на 15-25%;
• значительный коэффициент расширения металла приводит к сильной деформации, вследствие чего требуется учитывать риск формирования трещин на металлических изделиях;
• требуется минимизировать температуру сварочной дуги для составов с отсутствием титана или ниобия, поскольку при нагреве такой продукции более 500 ºС теряются антикоррозийные свойства;
• целесообразно применение электродов со специальным покрытием, которые снижают риск формирования трещин, деформаций на металле с высоким содержанием марганца, молибдена, вольфрама;
• во избежание дефектов, вызванных линейным расширением, следует предварительно прогревать заготовку до температуры 100-300 ºС, что позволит теплу равномерно распределиться по всей структуре материала.

Сварочные работы с высоколегированной сталью осуществляются высококвалифицированными специалистами. Они должны быть обеспечены соответствующим оборудованием, средствами индивидуальной защиты. В процессе сварки необходимо учитывать многочисленные нюансы, которые позволят обеспечить качество шва, надежную фиксацию конструкции, сохранение изначальных характеристик металла.

Преимущества

Высоколегированная сталь является востребованным материалом на рынке. Главным плюсом такой продукции остается отменная прочность и возможность использования в агрессивных кислотно-щелочных средах. Легирующие компоненты повышают стойкость металла к различным видам нагрузок. В списке других преимуществ значатся:

• надежность;
• долговечность;
• легкость обработки;
• разнообразие типоразмеров;
• наличие антикоррозийных свойств;
• устойчивость к резким термическим перепадам.

Материал универсален, используется в тех местах, где обычный металл не применяется. Высоколегированная сталь позволяет создавать монолитные конструкции при минимальном количестве ресурсов. Она не теряет эстетики внешнего вида с годами, доступна по цене, практична.

Особенности применения

Высоколегированная сталь распространена за счет уникальных характеристик и общепризнанных достоинств. Материал не подвержен коррозии, поэтому допускается использовать продукцию в локациях с повышенной влажностью, резкими термическими перепадами, агрессивными кислотно-щелочными средами. В списке основных сегментов применения материала отметим:

• промышленность;
• сельское хозяйство;
• нефтехимическую отрасль;
• жилищно-коммунальная сфера.

Пример применение высоколегированной стали в промышленности.

Высоколегированную сталь задействуют при производстве энергетического оборудования (турбин, котлов, магистралей высокого давления). Использование материала в судостроении, авиастроении и автомобилестроении гарантирует выпуск деталей с повышенной износостойкостью.

Высоколегированная сталь – универсальный металл с замечательными эксплуатационными качествами. Он обладает стойкостью к неблагоприятным внешним факторам, длительным сроком службы, неприхотливостью использования. Сфера применения продукции постоянно расширяется, а стоимость снижается за счет более эффективных и экономичных технологий производства.