Легированная сталь для лазерной резки: виды и назначение

Термин «легированная сталь» сегодня встречается очень часто. Под ним понимают металл, в который специально добавляют определенные элементы, чтобы улучшить его свойства. Если в состав обычной стали дополнительно вводят хром, никель, молибден и другие компоненты, материал заметно меняет свои характеристики. Он становится прочнее, лучше сопротивляется коррозии или высоким температурам.

Содержание

• Что такое легированная сталь
• Классификация по степени легирования
• Легирующие элементы
• Виды легированной стали и марки
• Назначение и применение
• Наиболее распространенные марки легированных сталей
• Конструкционные легированные стали
• Инструментальные легированные стали
• Быстрорежущие стали
• Нержавеющие стали
• Жаростойкие и жаропрочные стали
• Особенности производства легированных сталей
• Подготовка шихты и плавка
• Легирование и раскисление
• Разливка и формирование слитков
• Прокатка и термообработка
• Преимущества
• Области применения
• Машиностроение
• Энергетика
• Химическая и нефтегазовая промышленность
• Строительство
• Инструментальное производство
• Заключение

Что такое легированная сталь

Под легированной сталью понимают сплав, в который добавлены специальные компоненты сверх обычного железо-углерода с целью изменения свойств материала. К этим добавкам могут относиться хром, никель, титан, ниобий и другие. Их влияние проявляется в изменении кристаллической решетки, образовании карбидов, изменении зернистости, что в конечном итоге меняет механические, химические и технологические свойства стали.

Важно понимать, что в ходе легирования специалисты по металлургии не просто добавляет «побольше» металлов в состав, а точно дозируют их содержание, контролируют их взаимодействие с основным составом, а также учитывают последующую термообработку.

Классификация по степени легирования

Классификация легированных сталей по степени легирования основана на количестве специальных добавок, включенных в состав металла. Она помогает понять, насколько сильно легирующие элементы влияют на свойства стали и для каких задач она подходит. В самой простой формулировке низколегированной сталью принято считать металл, в котором общее содержание легирующих компонентов не превышает примерно 2,5 %.

Следующая группа — среднелегированные стали. В их составе легирующие элементы присутствуют в диапазоне примерно от 2,5 до 10 %. В этом случае добавки уже заметно меняют структуру металла и позволяют получать более высокие показатели прочности, износостойкости или термостойкости. Эти стали чаще применяются в машиностроении, энергетике и других сферах, подразумевающих работу материалов под существенными нагрузками.

Высоколегированные стали содержат свыше 10 % легирующих компонентов. Благодаря такому составу они приобретают особые свойства: устойчивость к коррозии, жаропрочность, способность сохранять твердость при сильном нагреве или отличную химическую стойкость. Именно высоколегированные стали чаще всего используют в специализированных и ответственных областях — в производстве нержавеющей стали, инструментов, энергетического оборудования или изделий, работающих при экстремальных температурах.

Подобная классификация помогает быстро оценить характер материала — чем выше доля легирующих элементов, тем более специфичными и точечными становятся его свойства. Но степень легирования — не единственный способ разделить такие стали. Их также классифицируют по назначению, структуре, способам термообработки и особенностям работы в определенных условиях. Такой комплексный подход помогает выбрать материал для конкретной задачи и правильно оценить его поведение в процессе эксплуатации.

Легирующие элементы

Чтобы разобраться, почему легированная сталь ведет себя иначе, чем обычная, полезно взглянуть на влияние отдельных легирующих элементов:

• хром (Cr) — повышает прочность;
• никель (Ni) — улучшает ударную вязкость, снижает склонность к хладноломкости, повышает пластичность;
• марганец (Mn) — поддерживает прокаливаемость, помогает связыванию серы, улучшает технологичность;
• молибден (Mo) — увеличивает устойчивость к высокотемпературной усталости, улучшает прочностные свойства при высоких температурах;
• ванадий (V), титан (Ti), ниобий (Nb) — часто используются как микролегирующие элементы; они повышают износостойкость.

Именно разнообразие и дозировка этих добавок в совокупности позволяют получить сталь с нужным набором свойств, например с высокой прочностью + хорошей свариваемостью + коррозионной стойкостью. При этом важно помнить, что каждая добавка может обуславливать и обратные свойства (так, чрезмерное количество хрома и карбидов может снижать пластичность), поэтому нужна сбалансированная металлургическая технология.

Виды легированной стали и марки

Легированные стали делят на несколько основных групп, и каждая из них рассчитана на свои задачи. Конструкционные разновидности применяют в строительстве и машиностроении — тех отраслях, в которых элементы работают под нагрузкой и требуется повышенная прочность. Инструментальные и быстрорежущие стали содержат больше легирующих добавок, поэтому выдерживают высокие скорости резания, сильный износ и хорошо реагируют на термообработку.

Нержавеющие и коррозионно-стойкие марки отличаются высоким содержанием хрома, никеля и других элементов, которые формируют защитную пленку и предотвращают ржавление. Жаропрочные стали рассчитаны на работу при высоких температурах, поэтому их используют в турбинном оборудовании, котлах и энергетической технике.

Маркировка таких сталей в отечественных стандартах достаточно понятна: буквы и цифры показывают долю углерода и обозначают основные легирующие элементы. Так, в маркировке 12Х18Н10Т указано следующее: около 0,12 % углерода, 18 % хрома, 10 % никеля и добавка титана.

Назначение и применение

Такие материалы выбирают для ответственных деталей, работающих под нагрузкой. Они идут на валы, шестерни и другие узлы, которым нужна повышенная прочность.

В энергетике, химической и нефтегазовой промышленности их применяют для изготовления труб, фланцев и оборудования, которое должно сохранять свойства при нагреве или контакте с активными веществами. В строительстве сплавы часто становятся основой металлоконструкций, каркасов и мостов, так как дают лучший баланс между прочностью и стоимостью.

Наиболее распространенные марки легированных сталей

Марок легированной стали существует много, и каждая рассчитана на конкретные условия работы. Различия в составе и способах термообработки позволяют получать металлы с разными свойствами: одни — лучше защищены от коррозии, другие — отличаются высокой твердостью, третьи — сохраняют прочность при нагреве. Ниже представлены основные группы таких сталей.

Конструкционные легированные стали

Эти стали используют при создании деталей, которые постоянно испытывают давление, вибрацию, изгиб или износ. Сюда относятся марки 30ХГСА, 40Х, 20ХН3А, 38ХН3МА и другие. Благодаря хрому, марганцу, никелю, кремнию и другим добавкам такой металл сочетает прочность и пластичность. Из конструкционных сталей делают шестерни, валы, муфты, оси и элементы силовых систем — все, что требует устойчивости к нагрузкам и долговечности.

Инструментальные легированные стали

Эти стали предназначены для изготовления инструментов. В эту категорию входят марки Х12МФ, У10А, Р6М5 и другие. Они содержат много хрома, молибдена, ванадия, вольфрама. Благодаря этому металл становится очень твердым и стойким к износу. После закалки такие стали хорошо сохраняют форму, выдерживают высокие нагрузки и нагрев. Их используют для производства ножей, фрез, сверл, резцов, штампов — всего, что должно оставаться острым и прочным долгое время.

Быстрорежущие стали

Это варианты высоколегированных сталей, в которых много вольфрама, молибдена, ванадия и иногда кобальта. Популярные марки: Р6М5, Р18, Р9К5, Р6М3. Из них делают инструмент, работающий при больших скоростях и интенсивных нагрузках, — фрезы, метчики, протяжки, сверла.

Нержавеющие стали

Пожалуй, самые узнаваемые среди легированных. Их особенность — высокий процент хрома, а также никель и иногда молибден или титан в составе. Эти элементы формируют на поверхности защитную пленку, которая предотвращает ржавление. К известным маркам относятся 12Х18Н10Т, 08Х18Н10, 20Х13, 40Х13. Такие металлы широко применяются в пищевой, химической, медицинской промышленности, в архитектуре, энергетике и даже при изготовлении бытовых изделий.

Жаростойкие и жаропрочные стали

Эти стали используются в условиях, в которых металл подвергается длительному нагреву. Марки вроде 12Х1МФ, 15Х5М, 10Х9МФБ, 20Х23Н13 востребованы в энергетике. Их используют в турбинах, печах, котлах, теплообменниках и трубопроводах, поскольку температура там постоянно повышена.

Особенности производства легированных сталей

Технология производства таких сталей подразумевает несколько критически важных этапов, каждый из которых влияет на структуру, качество и эксплуатационные свойства будущего материала.

Подготовка шихты и плавка

Производство начинается с подбора исходных материалов — железа, углерода и легирующих элементов. Важно не только соблюсти процентное содержание добавок, но и обеспечить их чистоту. Плавка чаще всего происходит в электропечах или конвертерах, где тщательно контролируется химический состав.

Легирование и раскисление

Легирующие элементы вводят в строго контролируемых количествах. На этом этапе важно добиться однородности расплава и равномерного распределения добавок. Раскисление обеспечивает получение стали без газовых включений и дефектов.

Разливка и формирование слитков

Металл разливается в изложницы или через установки непрерывной разливки стали. Этот этап определяет однородность структуры и отсутствие внутренних полостей.

Прокатка и термообработка

После получения заготовок сталь подвергают горячей прокатке, формируя листы, прутки, трубы или иные профили. Затем выполняют термообработку — закалку, отпуск, нормализацию или улучшение. Термообработка — обязательный этап, который раскрывает потенциал легирующих элементов.

Преимущества

Легированная сталь обладает целым комплексом достоинств, которые делают ее незаменимой в промышленности и строительстве. К основным преимуществам относят следующие:

• высокую прочность и твердость;
• отличную износостойкость;
• термостойкость и жаропрочность;
• лучшую ударную вязкость;
• стабильные свойства после термообработки;
• возможность подбора материала под конкретные условия.

Благодаря такому набору характеристик данную сталь применяют тогда, когда обычная углеродистая не обеспечивает нужный ресурс работы.

Области применения

Разнообразие марок позволяет использовать такие материалы практически во всех сферах промышленности.

Машиностроение

Здесь легированные стали применяют для изготовления валов, корпусов редукторов и других деталей, подвергающихся циклическим нагрузкам или трению.

Энергетика

Жаропрочные и жаростойкие марки незаменимы в турбинных комплексах, котлах, теплообменниках, газоперерабатывающих системах.

Химическая и нефтегазовая промышленность

Нержавеющие марки используют для производства резервуаров, труб, арматуры, насосного оборудования, работающего в агрессивных средах.

Строительство

Низколегированные марки применяются для изготовления балок, колонн, металлоконструкций — всего, что требует прочности, пластичности и усталостной стойкости.

Инструментальное производство

Здесь стали служат основой для инструмента, штампов, пресс-форм, установочных и мерительных приспособлений.

Заключение

Легированная сталь — это огромная группа материалов, обладающих уникальным сочетанием прочности, пластичности, износостойкости, жаростойкости и коррозионной устойчивости. Благодаря разнообразию марок и типов такие стали применяются буквально во всех промышленных направлениях, от строительства и машиностроения до энергетики, химии и высокотемпературных производств. Правильно подобранная легированная сталь обеспечивает надежность конструкции, повышает срок ее службы и значительно расширяет область применения металлических изделий.

06.11.2025 12:12:00