Легирующие элементы: что каждый элемент делает в стали

Как читать эту таблицу

Элементы действуют совместно, и один и тот же элемент может быть преимуществом в одной марке и ограниченным остаточным элементом в другой. Приведённые ниже записи описывают основной, предусмотренный эффект в типичных легированных и нержавеющих сталях; страницы марок на этом сайте дают фактические допустимые диапазоны для каждой названной марки.

Элемент	Основные эффекты	Что стоит знать
Углерод (C)	Основной упрочнитель: образует карбиды и обеспечивает мартенсит при закалке, повышая твёрдость и прочность на растяжение	Пластичность, вязкость и свариваемость падают по мере роста углерода; самый значимый элемент в рецепте
Марганец (Mn)	Раскислитель; повышает прочность и прокаливаемость; связывает серу в виде безвредного MnS вместо хрупких плёнок FeS	Присутствует почти в каждой стали; высокие уровни (11–14%) создают наклёпывающиеся износостойкие стали Гадфильда
Кремний (Si)	Раскислитель; упрочнитель твёрдого раствора; ключевой элемент в пружинных и электротехнических сталях	Повышенные уровни могут ухудшать качество поверхности и поведение при цинковании
Хром (Cr)	Прокаливаемость, износостойкие карбиды, жаропрочность; при примерно 10.5% и выше — пассивная плёнка, определяющая нержавеющую сталь	Также приносит чувствительность к отпускной хрупкости в некоторых сталях Cr-Mo при небрежном охлаждении
Молибден (Mo)	Жаропрочность (сопротивление ползучести), прокаливаемость, сопротивление отпуску; значительно улучшает стойкость к питтинговой коррозии в нержавеющей стали (это член Mo в формуле PREN)	Дорогой — марки используют его целенаправленно, обычно несколько десятых процента в легированных сталях
Никель (Ni)	Вязкость, особенно при низкой температуре; прокаливаемость; стабилизирует аустенит (основа нержавеющих сталей серии 300)	Обычно самая дорогая распространённая добавка; определяет разницу в цене между 304 и 430
Ванадий (V)	Мелкие карбиды: измельчение зерна, вторичное твердение в инструментальных сталях, износостойкость, сопротивление ползучести в малых дозах	Эффективен при низких уровнях, обычно 0.05–0.30%
Вольфрам (W)	Очень твёрдые, термостойкие карбиды: горячая твёрдость быстрорежущих сталей (M2 содержит примерно 6% W)	Тяжёлый и дорогой; частично заменяется молибденом во многих современных инструментальных сталях
Ниобий (Nb)	Измельчение зерна и дисперсионное упрочнение в сталях HSLA; стабилизирует нержавеющую сталь против сенсибилизации (марка 347)	Работает при сотых долях процента в конструкционных сталях
Титан (Ti)	Сильный образователь карбидов/нитридов: стабилизирует нержавеющую сталь (марка 321), защищает бор от азота, фиксирует углерод в сталях IF	Избыток титана может ухудшать качество поверхности и вязкость
Бор (B)	При всего нескольких частях на миллион резко повышает прокаливаемость низко- и среднеуглеродистых сталей	Его эффект исчезает, если он соединяется с азотом или кислородом — борсодержащие стали защищают его титаном или алюминием
Сера и фосфор (S, P)	Обычно остаточные элементы, подлежащие ограничению: сера вредит поперечной вязкости, фосфор охрупчивает и сегрегирует	Целенаправленно добавляются в автоматные стали — сера для обрабатываемости (например, 1215, 11SMn30), фосфор в некоторых рефосфорированных и атмосферостойких марках

Взаимодействия важнее отдельных элементов

Реальные марки — это балансы: хром плюс молибден даёт сопротивление ползучести в 2.25Cr-1Mo; никель плюс хром даёт аустенитную структуру 304; потенциал твёрдости углерода достижим через сечение только тогда, когда марганец, хром или бор обеспечивают прокаливаемость. Поэтому стандарты указывают элементы как пакет диапазонов, и замена между «эквивалентными» марками безопаснее всего, когда сравнивается полный пакет, а не один элемент за раз.