Углеродистая сталь технически тоже сплав — это железо плюс углерод. Реальное различие, которое проводит отраслевое употребление, уже: «легированная сталь» означает марку, в которую намеренно добавляют элементы помимо углерода (хром, никель, молибден, ванадий, марганец и другие) в значимых количествах для тонкой настройки конкретных свойств, а не полагаются только на содержание углерода.
Различие в составе
- Углеродистая сталь: железо плюс углерод (как правило, менее 2 %), лишь с сопутствующими количествами марганца, кремния и подобных элементов — ничего не добавляется намеренно для усиления конкретного свойства.
- Легированная сталь: железо, углерод плюс намеренно добавленные элементы. Отраслевое соглашение обычно делит её на низколегированную сталь (суммарное содержание легирующих элементов менее примерно 5 %) и высоколегированную сталь (более примерно 5 % — нержавеющая сталь с 10,5 %+ хрома находится на верхнем краю этой категории). Эта граница в 5 % не вполне единообразна между источниками — одни ставят её уже на 4 %, другие — до 8 %, — поэтому воспринимайте её как распространённое отраслевое эмпирическое правило, а не как фиксированный стандарт.
Из чего состоит легированная сталь
Каждый элемент, добавляемый в легированную сталь, нацелен на конкретную слабость обычной углеродистой стали:
| Элемент | Типичный диапазон добавки | Что улучшает |
|---|---|---|
| Хром (Cr) | 0,5 %–2 % (до 12 %+ в нержавеющих марках) | Твёрдость, износостойкость, коррозионная стойкость |
| Никель (Ni) | 0.5%–5% | Вязкость, ударная стойкость, коррозионная стойкость |
| Молибден (Mo) | 0.1%–0.5% | Жаропрочность, прокаливаемость |
| Ванадий (V) | 0.1%–0.25% | Измельчение зерна, усталостная прочность |
| Марганец (Mn) | 0.3%–2% | Прочность, прокаливаемость, износостойкость |
| Кремний (Si) | 0.2%–2% | Раскислитель, более высокий предел текучести |
Рабочий пример: сталь 4140 — одна из самых распространённых низколегированных марок — содержит около 0,4 % углерода, 1 % хрома и 0,2 % молибдена. Этого сочетания достаточно, чтобы поднять её значительно выше того, что может дать одно лишь содержание углерода в обычной углеродистой стали. Полную разбивку спецификаций см. в статье Что такое сталь 4140?
Сравнение характеристик
| Углеродистая сталь | Легированная сталь | |
|---|---|---|
| Источник прочности/твёрдости | Содержание углерода + термообработка | Легирующие элементы + термообработка в сочетании |
| Коррозионная стойкость | Плохая, легко ржавеет | Зависит от используемых элементов — может быть значительно улучшена (например, хромом) |
| Характеристики при высоких температурах | В целом ограничены | Обычно лучше (молибден повышает жаропрочность) |
| Свариваемость/обрабатываемость | Обычно проще | Обычно сложнее, в зависимости от легирующих элементов |
| Стоимость | Ниже | Выше (стоимость легирующих элементов + сложность обработки) |
| Типичное применение | Балки, плита, трубы, общие конструкционные детали | Шестерни, высокопрочные валы, сосуды под давлением, высокотемпературные компоненты, автомобильные детали |
Какое выбрать
- Общие конструкционные работы, ограниченный бюджет или детали, которые нужно легко сваривать: углеродистая сталь.
- Высокие требования к удельной прочности, повышенные температуры, коррозионное воздействие или применения, чувствительные к усталости: легированная сталь, выбираемая по конкретным элементам, отвечающим конкретному требованию (хром — для износа/коррозии, молибден — для нагрева, ванадий — для усталости).
О внутренней структуре марок самой углеродистой стали (низко-/средне-/высокоуглеродистая и где место мягкой стали) см. Что такое углеродистая сталь?
Читайте также: Что такое углеродистая сталь? Состав, марки и как содержание углерода меняет всё · Что такое сталь 4140? Состав, прочность и применение
