Хром (Х), никель (Н), молибден (М), вольфрам (В), ванадий (Ф), титан (Т), кобальт (К), марганец (Г), кремний (С), медь (Д)

Сталь является многокомпонентным сплавом, содержащим углерод и ряд постоянных или технологических примесей Mn, S, P, O, H, N и другие, влияющие на ее свойства.

В сталях всегда присутствуют примеси, которые делятся на четыре группы.

1.Постоянные примеси: кремний, марганец, сера, фосфор. Являются обязательными компонентами сталей и сплавов, что объясняется трудностью их удаления как при выплавке (Р, S), так и в процессе раскисления (Si, Mn) или из шихты - легированного металлического лома (Ni, Сr и др.). Постоянные примеси могут присутствовать в виде твердых и газообразных фаз. Однако они не оказывают существенного влияния на положение критических точек диаграммы Fe - Fе₃С.

Кремний (С) - вводится для раскисления. Кремний – ферритизатор – повышает устойчивость феррита при высоких температурах, то есть такая сталь обладает хорошими электро-магнитными свойствами (феррит – сильный ферромагнетик). Кремний присутствует в сталях и сплавах в твердом растворе a-Fe.

Кремний дегазируя сталь повышает плотность слитка, повышает предел текучести в твердом растворе. Кремний Si при содержании 0,8 % и больше значительно повышает твердость, упругость и одновременно снижает вязкость стали. Повышается . Увеличивает износостойкость и придает антифрикционные и упругие качества. Более 2 % - снижает пластичность, и как следствие снижает способность стали к вытяжке. Повышает прокаливаемость, но увеличивает температуры закалки, нормализации и отжига.

Сталь с содержанием кремния0,8-1,2 % применяют при строительстве мостов и других сооружений, с содержанием кремния1,5-2 % —для изготовления пружин и рессор, 1-4 % - трансформаторов и динамомашин. В сталях, предназначенных для сварных конструкций, содержание кремния не должно превышать 0,12-0,25%.

Стали с высоким содержанием кремния используются для изготовления сердечников для электроприборов.

Марганец (Г) - вводят в сталь при раскислении для устранения вредного влияния закиси железа.

Марганец повышает прочность, не снижая пластичности, и резко снижает красноломкость стали, вызванную влиянием серы, обеспечивает высокую вязкость сталей. Он способствует уменьшению содержания сульфида железа FeS, так как образует с серой соединение сульфид марганца MnS. Частицы сульфида марганца располагаются в виде отдельных включений, которые деформируются и оказываются вытянутыми вдоль направления прокатки. При содержании более 1,5 % сообщает склонность к отпускной хрупкости. При содержании более 13 % и выше придает стали аустенитную структуру, противоударную стойкость, высокую износостойкость. При нагреве способствует росту зерна.

Фосфор - при концентрации до 1,2 % растворяясь в феррите, искажает кристаллическую решетку и увеличивает предел прочности и предел текучести , но снижает пластичность и вязкость, при этом вызывает хладноломкость стали. Повышение содержания фосфора на каждую 0,01 % повышает порог хладоломкости на 20-25^oС.

Фосфор в сталях и сплавах присутствует в твердом растворе a-Fe.

Фосфор – искажает кристаллическую решетку. Вредное влияние фосфора особенно сильно сказывается при повышенном содержании углерода.

При совместном действии С и Р (фосфора не более 1,2 %) вызывается фосфидная эвтектика, плавящаяся при Т менее 1100 ⁰С. Фосфор - вредная примесь стали. В присутствии меди повышает сопротивление коррозии.

Фосфор обладает склонностью к ликвации, поэтому в центре слитка отдельные участки имеют резко пониженную вязкость.

Содержание фосфора в стали 0,025-0,045 %. Для некоторых сталей возможно увеличение содержания фосфора до 0,10-0,15 %, для улучшения обрабатываемости резанием.

Сера – вредная примесь, попадает в сталь из чугуна. Сера - нерастворима в железе, при взаимодействии с железом образует химическое соединение – сульфид серы FeS, которое, в свою очередь, образует с железом легкоплавкую эвтектику с температурой плавления 988^oС. Наличие зерен хрупкой и легкоплавящейся эвтектики по границам зерен стали делает ее при температурах 800 ⁰С и выше (в районе температур красного каления) - красноломкой.

Красноломкость – повышение хрупкости при высоких температурах.

В то же время, сера повышает обрабатываемость резанием. Вредное влияние серы нейтрализуют введением марганца, образующего с ней сульфид MnS. MnS при горячей обработке давлением деформируется и создает продолговатые линзы - строчки. Их присутствие стали, как и других включений, не допустимо для ответственных изделий. MnS стремятся перевести в шлак при плавке стали.

Содержание серы в сталях составляет 0,025-0,06 %.

Сера – уменьшается пластичность, свариваемость и коррозионная стойкость. Сера снижает механические свойства, особенно ударную вязкость а_н и пластичность (d и y), а так же предел выносливости. Она ухудшают свариваемость и коррозионную стойкость.

2. Скрытые примеси - газы (азот, кислород, водород) – попадают в сталь при выплавке.

Водород, азот, кислород - растворяются в стали.

Кислород и азот растворяются в ничтожно малом количестве и загрязняют сталь неметаллическими включениями: окислы (FeO, SiO₂, Al₂O₃) нитриды (Fe₂N), в виде твердого раствора или в свободном состоянии, располагаясь в дефектах (раковинах, трещинах).

Они оказывают отрицательное воздействие на свойства, вызывая анизотропию механических свойств, повышение хрупкости и порога хладноломкости, а также снижают вязкость и выносливость.

При содержании кислорода более 0,03 % он вызывает старение стали, а более 0,1 % - красноломкость.

Азот увеличивает прочность и твердость стали, но снижает пластичность. Повышенное количество азота вызывает деформационное старение. Старение медленно развивается при комнатной температуре и ускоряется при нагреве до 250°С.

Очень вредным является растворенный в стали водород, который значительно охрупчивает сталь. Водород содержится в твердом растворе a-Fe или скапливается в порах и на дислокациях. Он приводит к образованию в катанных заготовках и поковках флокенов.

Флокены – тонкие трещины овальной или округлой формы, имеющие в изломе вид пятен – хлопьев серебристого цвета.

Металл с флокенами нельзя использовать в промышленности, при сварке образуются холодные трещины в наплавленном и основном металле.

Если водород находится в поверхностном слое, то он удаляется в результате нагрева при 150-180 , лучше в вакууме» 10^-2 – 10^-3 мм рт. ст.

Для удаления скрытых примесей используют вакуумирование.

3. Специальные примеси – специально вводятся в сталь для получения заданных свойств. Примеси называются легирующими элементами, а стали - легированные сталями.

По применимости для легирования можно выделить три группы элементов:

1) Mn, Si, Cr, B;

---

Дата добавления: 2015-07-07