Легирование стали

При производстве легированной стали, выплавляемый, как правило, в электрических и мартеновских печах, вводят разнообразные легирующие материалы, в качестве которых используют ферросплавы, лигатуры и реже технически чистые металлы. Основными легирующими элементами в стали являются хром, никель, молибден, вольфрам, ванадий, титан, ниобий, кобальт, марганец, кремний, медь, бор, магний.

Если атомный объем легирующего элемента, тип и параметр его кристаллической решетки подобны строению основного элемента стали - железа, следует ожидать образования твердых растворов с широкими границами концентрации растворенного легирующего элемента.

Легирующие элементы могут образовывать с основой стали или с другими присутствующими в сплаве элементами особые химические соединения, существующие в широкой области концентрации. Такие инерметаллидные, карбидные и нитридные соединения в стали обладают высокой твердостью и прочностью, химической стойкостью, жароупорностью, жаропрочностью и т.д. Присутствуя в достаточном количестве и будучи равномерно распределенными по всему объему твердого раствора, эти соединения воздействуют на основу легированной стали и придают ей необходимый для успешной эксплуатации комплекс свойств.

Влияние легирующих элементов на положение критических точек полиморфного превращения твердых растворов в стали определяет те изменения свойств, которые можно получить термической обработкой легированных сталей. Некоторые основные сведения о влиянии легирующих элементов на свойства стали приведены в таблице 1.

Легирующие элементы, вводимые в саль, можно разбить на следующие три группы:
1. Элементы, образующие с железом твердые растворы с высокими значениями прочности, температур рекристаллизации и плавления, а также затрудняющие протекание диффузионных процессов в стали (никель, марганец, хром, молибден, вольфрам и др.)
2. Элементы, образующие в стали соединения, обладающие прочной кристаллической решеткой, высокой температурой плавления, высокой твердостью, ограниченной и меняющейся с температурой растворимостью в легированном твердом растворе на базе железа (хром, молибден, вольфрам, ванадий, титан, ниобий и др.).
3. Элементы, придающие стали специальные физико - химические свойства - коррозионную стойкость, особые магнитные характеристики, заданные коэффициенты термического расширения, неизменность упругих свойств и т.д. (хром, алюминий, никель, кобальт и др.)

Легирующие элементы, обладающие большим атомным объемом, находятся в стали свободном состоянии и не образуют ни твердых растворов, ни химических соединений (свинец и медь).

При выплавке легированной стали наиболее часто применяют ферросплавы, так как это экономически более выгодно, чем использование чистых металлических элементов. Введение в саль при выплавке различных лигатур позволяет преодолеть ряд технологических трудностей, связанных либо с большой разницей в температурах плавления или в удельных весах компонентов, либо с особыми свойствами сплавляемых элементов (возгораемость магния, окисляемость алюминия). Применяемые в производстве ферросплавы и лигатура должны быть свободны от вредных примесей и посторонних элементов, ухудшающих качество готово продукции.

Таблица 1. Влияние легирующих элементов на свойства стали.