Примеси в сталях и их влияние на свойства

В сталях промышленного производства, кроме основных элементов (железо, углерод и легирующие элементы в легированных сталях), содержатся различные примеси — постоянные и случайные, они попадают в сталь из вторичного сырья или руд.

Постоянные примеси подразделяются:

• на вредные — сера, фосфор и газы (кислород, азот и водород);

• полезные — марганец и кремний;

• случайные — хром, никель, медь, олово, мышьяк и др., количество которых невелико; они мало влияют на свойства и в дальнейшем не рассматриваются.

Сера образует с железом химическое соединение сульфид железа FeS. Сульфиды значительно снижают ударную вязкость и пластичность. Кроме того, наличие серы в стали может привести к разрушению слитка при пластической деформации (ковка, прокат). Это явление получило название красноломкость. В системе Fe — FeS образуется эвтектика, имеющая низкую температуру плавления. При нагреве слитка до температур горячей деформации — 900… 1150 °С (температуры красного каления) в участках, граничащих с сульфидами, сталь плавится, образуется жидкость. Из-за этого при деформировании слиток разрушается («ломается») или в нем возникают надрывы и трещины. Красноломкость отсутствует при содержании серы в стали 0,025 % и менее, так как в этих количествах она растворяется в железе, не образуя сульфидов. Красноломкость устраняют введением в сталь марганца. Марганец восстанавливает железо из его сульфида, образуя собственный тугоплавкий сульфид (температура плавления 1620 °С) в соответствии со следующей реакцией: FeS + Mn -> Fe + MnS.

Фосфор существенно снижает пластичность и ударную вязкость стали, особенно при низких температурах. Фосфор повышает порог хладноломкости, это плохо, потому что сталь хрупко разрушается при более высоких температурах. Так, если порог хладноломкости повысился до 20 °С и выше, сталь становится хрупкой уже при комнатной температуре. Газы даже в незначительных количествах заметно ухудшают свойства стали. Кислород, азот образуют хрупкие соединения (оксиды и нитриды), что приводит к повышению порога хладноломкости и снижению ударной вязкости. Присутствие водорода вызывает образование флокенов(тонкие трещины овальной или округлой формы) в катаных заготовках и крупных поковках, это сильно охрупчивает сталь.

Марганец и кремний являются полезными примесями — раскислителями. Раскисление — это процесс восстановления железа из его оксидов: FeO + Mn -> Fe + МпО, а также 2FeO + Si -> 2Fe + Si02. Образующиеся оксиды марганца и кремния всплывают в шлаке, их удаляют вместе с ним перед разливкой металла. Кроме того, марганец устраняет вредное влияние серы, предупреждая появление красноломкости, как это рассмотрено выше; кремний, дегазируя металл, повышает плотность слитка.

Дата добавления: 2015-08-20