Легирование стали

Обычную сталь называют углеродистой, она является сплавом железа с углеродом, содержание последнего 0,02-2,14%. При производстве легированной в состав вводятся элементы, меняющие физические и химические характеристики. Их задача — повысить устойчивость к механическим, температурным и химическим воздействиям, образованию ржавчины. При изготовлении электродов добавки вводятся в металл или покрытие, могут использоваться оба способа. Структура должна соответствовать составу свариваемого металла. Выбор способа зависит от наличия проволоки с требуемым составом и экономических показателей.

Что такое легированные стали

В легированной стали до 45% железа, углерод и 1-3% специальных добавок. Легирование бывает объемное и поверхностное, при первом варианте дополнительные элементы добавляются в сплав, при втором наносятся напылением или диффузией при высокой температуре, проникают на 1-2 мм. За счет изменения структуры кристаллических решеток повышается или снижается пластичность, прочность, другие важные характеристики.

Правила легирования:

• в качестве легирующих элементов можно применять как металлы, так неметаллы;

• добавок может быть больше одной;

• легирующие элементы можно добавлять на любом этапе плавки;

• добавка считается легирующим элементов при содержании от 1%;

• неметаллическими добавками служит кремний, азот, бор, реже фосфор;

• металлические добавки хром, цинк, никель, алюминий, марганец, кобальт, реже молибден, вольфрам, титан.

В процессе легирования часть ионов железа замещается ионами добавки, новые связи прочные, не растворяются в жидком сплаве. Новый материал имеет однородную структуру, обладает характеристиками, заданными на этапе подбора легирующих элементов.

Марки легированных сталей

Для классификации чаще всего используется процентное содержание легирующих добавок и назначение.

По первому признаку сталь может быть:

• низколегированная (до 2,5%);

• среднелегированная (2,5-10%);

• высоколегированная (10-55%).

Классификация по назначению:

• строительная (низколегированная арматурная, конструкционная);

• машиностроительная;

• инструментальная (штамповая, режущая);

• с особыми характеристиками (рессорно-пружинная, особо прочная, термостойкая, нержавеющая, износостойкая).

Марки по ГОСТ 4543-2016 определяются согласно физическим свойствам и химическому составу. В маркировках используются буквы и цифры. Первая цифра обозначает содержание углерода. Если ее нет, то углерода примерно 1%. Буквы указывают на легирующий элемент, цифры за ними на состав в процентах. При их отсутствии содержание до 1%.

Высококачественная сталь обозначается буквой «А» в конце маркировки, содержащая азот — в середине. Для шарикоподшипниковой первая буква «Ш» и цифра с процентами, указывающая на содержание хрома, для быстрорежущей «Р» и цифра, указывающая на содержание вольфрама. 

Особенности электродных сталей:

• хромистые содержат 0,1-0,4% углерода, предназначены для предварительного нагрева;

• марганцевые, марганцево-никелевые, предотвращают образование трещин;

• хромоникелевые из мартенситных или аустенитных сплавов.

При изготовлении из низколегированных сталей электроды закаливаются, обладают прекрасной свариваемостью, но требуется предварительный подогрев и медленное охлаждение. Изделия из среднелегированной с добавлением вольфрама, молибдена требуют защиты от перегрева и окисления. Высоколегированные электроды с хромом или никелем подбираются с учетом назначения.

Роль легирующих элементов в электродном покрытии

Электродов на рынке огромное количество, покрытия отличаются. Их задача — предотвратить окисление из-за взаимодействия с кислородом и водородом, ускорить ионизацию. У каждого материала покрытия индивидуальные свойства.

Этапы производства электродов:

• подготовка стержня из проволоки;

• подготовка обмазки;

• нанесение обмазки на стержень;

• сушка, прокаливание.

Готовый электрод — это стальной стержень с обмазкой, предотвращающей образование пор или трещин, активирующей кристаллизацию, очищающей сварную ванну от примесей.

Элементы обмазки:

• образующие газ (мрамор, целлюлоза, крахмал);

• стабилизирующие (соединения калия, обеспечивающие быстрое зажигание);

• раскисляющие (хром, алюминий, молибден, удаляющие кислород);

• образующие шлаки (марганец, ильменит, шпаты);

• легирующие (хром, марганец, кремний, титан);

• формующие (каолин, бетонит, повышающие эластичность);

• красящие (для визуального определения маркировки).

Существует множество видов покрытий для электродов, каждый предназначен для выполнения определенных типов работ с конкретным металлом. Важно точно определить назначение, малейшая ошибка приводит к образованию трещин, ухудшению эксплуатационных характеристик.

Как правильно резать легированную трубу

На промышленных предприятиях используется профессиональное оборудование, в том числе плазменное, и лазерное, дополненное станком ЧПУ. Последнее отличается высокой скоростью и точностью. При толщине стенок от 30 мм и сечении от 1500 мм используется кумулятивная резка. 

В быту для резки труб чаще всего используется болгарка, что нельзя считать лучшим вариантом. Существует риск нарушения целостности трубы, деформации кромки, отклонения от заданных размеров.

Для резки под прямым углом лучший вариант труборез. Выполнение работы не требует много времени и значительных усилий, срезы получаются чистые, предотвращаются неточности при монтаже, выгорание добавок, образование ржавчины во время эксплуатации.

Критерии выбора трубореза:

• требования к поверхности после резки (наличию шероховатостей, заусенцев);

• требуемая скорость выполнения работы;

• качество труб;

• квалификация резчика;

• объем работ.