Леговані сталі – це сплави заліза з різними хімічними елементами, які покращують їхні механічні, фізичні та хімічні властивості. Такі сталі широко застосовуються в будівництві, машинобудуванні, авіації, енергетиці та інших галузях, де потрібна висока міцність, зносостійкість, корозійна стійкість і термостійкість. У цій статті розберемо, що таке леговані сталі, які вони бувають, які елементи використовуються для легування, і в чому їхні ключові переваги.
Що таке леговані сталі?
Леговані сталі – це сплави, що містять крім заліза і вуглецю додаткові легувальні елементи (Cr, Ni, Mo, V, Vn, Mn та ін.), які змінюють властивості матеріалу. Залежно від концентрації легувальних елементів виділяють:
- Низьколеговані сталі (до 2,5% легуючих елементів);
- Середньолеговані сталі (від 2,5% до 10%);
- Високолеговані сталі (понад 10%).
Чим більше легуючих елементів, тим сильніше змінюються властивості сталі. Наприклад, хром додає корозійну стійкість, нікель – ударну в’язкість, молібден – жароміцність, ванадій – зносостійкість.
Основні легувальні елементи та їхній вплив на властивості сталі
| Елемент | Позначення | Вплив на властивості сталі | Приклади сталі |
|---|---|---|---|
| Хром | Cr | Підвищує корозійну стійкість, твердість, жароміцність | 12Х18Н10Т, AISI 304 |
| Нікель | Ni | Збільшує міцність, пластичність, ударну в’язкість | 20Х13, AISI 316 |
| Молібден | Mo | Покращує жароміцність, опір повзучості, твердість | 10Х2МФА, AISI 316Ti |
| Ванадій | V | Підвищує зносостійкість, міцність, покращує структуру сталі | ХВГ, AISI 6150 |
| Марганець | Mn | Підвищує твердість, ударну в’язкість, покращує прожарюваність | 65Г, AISI 1085 |
| Кремній | Si | Покращує міцність, окислювальну стійкість, знижує пластичність | 12ХМ, AISI 4340 |
| Титан | Ti | Покращує жаростійкість, корозійну стійкість | 12Х18Н10Т, AISI 321 |
Комбінація цих елементів дає змогу створювати сталі із заданими характеристиками, що відповідають конкретним умовам експлуатації.
Переваги легованих сталей
Висока міцність і зносостійкість
Леговані сталі мають підвищену міцність завдяки зміцнювальним фазам, що утворюються при введенні легуючих елементів. Наприклад, мартенситні сталі з хромом і вуглецем використовують для виготовлення ріжучого інструменту (Х12МФ, AISI D2), оскільки вони забезпечують високу твердість і стійкість до стирання.
Стійкість до корозії
Додавання хрому (від 12%) і нікелю забезпечує антикорозійну стійкість, що робить леговані сталі придатними для використання в агресивних середовищах. Наприклад, нержавіюча сталь AISI 316 з молібденом стійка до кислотних і морських середовищ, що робить її ідеальною для суднобудування і хімічної промисловості.
Жароміцність і термостійкість
Деякі леговані сталі (наприклад, з молібденом і ванадієм) зберігають міцність і не деформуються за високих температур. Жароміцні сплави типу 12Х18Н10Т широко застосовуються в енергетиці, авіації та виробництві турбінних лопаток.
Покращена зварюваність і оброблюваність
Деякі леговані сталі, особливо низьколеговані (наприклад, 09Г2С), добре піддаються зварюванню і механічному обробленню, що спрощує їхнє використання в будівництві мостів і металоконструкцій.
Довговічність і надійність
Леговані сталі мають значно більший термін служби порівняно зі звичайними вуглецевими сталями, що знижує витрати на ремонт і заміну конструкцій. Наприклад, використання низьколегованої сталі 15ХСНД у будівництві мостів збільшує їхній термін служби до 50 років без значних ремонтів.
Класифікація легованих сталей
За призначенням
- Конструкційні (застосовуються в будівництві, машинобудуванні);
- Інструментальні (використовуються для різців, штампів, ріжучих інструментів);
- Жароміцні та жаростійкі (експлуатуються за високих температур);
- Нержавіючі (стійкі до корозії, застосовуються в харчовій, хімічній промисловості, медицині).
За структурою
- Феритні (підвищена корозійна стійкість, міцність);
- Аустенітні (висока пластичність, жароміцність);
- Мартенситні (висока твердість і зносостійкість).
Де застосовуються леговані сталі?
- Будівництво – опорні конструкції, мости, висотні будівлі (09Г2С, 15ХСНД);
- Машинобудування – двигуни, шестерні, вали (40Х, 30ХГСА);
- Авіація і космос – деталі літаків, ракет (12Х18Н10Т, ХН70Ю);
- Нафтогазова промисловість – трубопроводи, резервуари (AISI 316, 10Х2МФА);
- Харчова і хімічна промисловість – нержавіючі сталі для обладнання (AISI 304, 321).
Підбиваємо підсумки
Леговані сталі – це найважливіший матеріал у промисловості та будівництві завдяки своїй високій міцності, зносостійкості, корозійній стійкості та термостійкості. Використання різних легуючих елементів дає змогу отримувати сплави з необхідними характеристиками для конкретних завдань.
Під час вибору легованої сталі необхідно враховувати:
- Умови експлуатації (корозійне середовище, температура, навантаження);
- Необхідні механічні властивості (твердість, міцність, пластичність);
- Оброблюваність і зварюваність.
Знання характеристик і властивостей дає змогу оптимально підбирати матеріали для різних галузей, забезпечуючи довговічність і надійність конструкцій.