Пояснення легуючих елементів: що кожен елемент робить у сталі

Як читати цю таблицю

Елементи діють разом, і той самий елемент може бути перевагою в одній марці та обмежуваним залишковим елементом в іншій. Наведені нижче записи описують основний, задуманий ефект у типових легованих і нержавіючих сталях; сторінки марок на цьому сайті дають фактичні допустимі діапазони для кожної названої марки.

Елемент	Основні ефекти	Варто знати
Вуглець (C)	Головний зміцнювач: утворює карбіди та уможливлює мартенсит під час гартування, підвищуючи твердість і межу міцності на розтяг	Пластичність, ударна в’язкість і зварюваність падають зі зростанням вуглецю; єдиний найважливіший елемент у рецепті
Марганець (Mn)	Розкиснювач; підвищує міцність і прогартовуваність; зв’язує сірку у вигляді нешкідливого MnS замість крихких плівок FeS	Присутній майже в кожній сталі; високі рівні (11–14%) створюють зміцнювані деформацією зносостійкі сталі Гадфільда
Кремній (Si)	Розкиснювач; зміцнювач твердого розчину; ключовий елемент у ресорних сталях і електротехнічних сталях	Підвищені рівні можуть погіршувати якість поверхні та поведінку під час цинкування
Хром (Cr)	Прогартовуваність, зносостійкі карбіди, високотемпературна міцність; за приблизно 10.5% і вище — пасивна плівка, що визначає нержавіючу сталь	Також приносить чутливість до відпускної крихкості в деяких Cr-Mo сталях за недбалого охолодження
Молібден (Mo)	Високотемпературна (повзуча) міцність, прогартовуваність, стійкість до відпуску; сильно покращує стійкість до пітингу в нержавіючій сталі (це член Mo у формулі PREN)	Дорогий — марки використовують його свідомо, зазвичай кілька десятих відсотка в легованих сталях
Нікель (Ni)	Ударна в’язкість, особливо за низької температури; прогартовуваність; стабілізує аустеніт (основа нержавіючих сталей серії 300)	Зазвичай найдорожча поширена добавка; визначає розрив у ціні між 304 і 430
Ванадій (V)	Дрібні карбіди: подрібнення зерна, вторинне твердіння в інструментальних сталях, зносостійкість, міцність при повзучості в малих дозах	Ефективний за низьких рівнів, зазвичай 0.05–0.30%
Вольфрам (W)	Дуже тверді, термостійкі карбіди: гаряча твердість швидкорізальних сталей (M2 містить приблизно 6% W)	Важкий і дорогий; частково замінений молібденом у багатьох сучасних інструментальних сталях
Ніобій (Nb)	Подрібнення зерна та дисперсійне зміцнення у сталях HSLA; стабілізує нержавіючу сталь проти сенсибілізації (марка 347)	Працює за сотих відсотка в конструкційних сталях
Титан (Ti)	Сильний утворювач карбідів/нітридів: стабілізує нержавіючу сталь (марка 321), захищає бор від азоту, зв’язує вуглець у сталях IF	Надлишок титану може шкодити якості поверхні та ударній в’язкості
Бор (B)	Лише за кількох мільйонних часток різко підвищує прогартовуваність низько- та середньовуглецевих сталей	Його ефект зникає, якщо він поєднується з азотом або киснем, — боровмісні сталі захищають його титаном або алюмінієм
Сірка та фосфор (S, P)	Зазвичай залишкові елементи, які слід обмежувати: сірка шкодить поперечній ударній в’язкості, фосфор окрихчує та лікваційно сегрегує	Навмисно додаються у автоматні сталі — сірка для оброблюваності (наприклад, 1215, 11SMn30), фосфор у деяких рефосфоризованих і атмосферостійких марках

Взаємодії важливіші за окремі елементи

Справжні марки — це баланси: хром плюс молібден дає стійкість до повзучості у 2.25Cr-1Mo; нікель плюс хром дає аустенітну структуру 304; потенціал твердості вуглецю досяжний через товщину перерізу лише тоді, коли марганець, хром або бор забезпечують прогартовуваність. Тому стандарти визначають елементи як пакет діапазонів, а заміна між «еквівалентними» марками найбезпечніша, коли порівнюють повний пакет, а не один елемент за раз.