ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Влияние легирующих элементов на структуру и свойства сталей из "Машиностроение энциклопедия ТомII-2 Стали чугуны РазделII Материалы в машиностроении " Примесями в стали являются элементы, содержащиеся в количествах, способных влиять на свойства металла. Из-за отрицательного воздействия на свойства сталей содержание примесей ограничивают. Допустимое максимальное содержание примеси определяется как назначением стали и условиями эксплуатации изделий, так и экономическими соображениями. [c.22] Примеси разделяют на постоянные и случайные. Постоянными примесями являются кремний, марганец, сера, фосфор, а также азот, кислород, водород. [c.22] Во многих конструкционных сталях к постоянным примесям относят хром, никель, медь, мышьяк, а в углеродистых сталях еще алюминий и титан, если эти элементы были использованы для раскисленрм. Случайными примесями могут быть любые элементы, попавшие в нее при переработке сьфья неизвестного химического состава, руды или раскислителей. [c.22] Элементы, которые обычно считают примесями, вводят также в сталь в качестве легирующих элементов. Тогда содержание каждого такого элемента рассматривают как легирующую добавку. Вредное влияние фосфора, серы, мышьяка на свойства стали усиливается ликвацией, вследствие которой содержание этих примесей в некоторых зонах слитка в несколько раз превышает средний уровень. [c.22] Растворенные в феррите кремний и марганец повьш1ают твердость и снижают пластичность стали. Кремний является более эффективным упрочнителем, чем марганец. Содержание кремния ограничивают в первую очередь в таких сталях, где технологическая пластичность должна быть увеличена в сталях для холодной высадки, в кипящих сталях. Содержание марганца в углеродистых сталях не превышает 0,8 % (табл. 1.1.1). Причем около половины связывается содержащейся в стали серой в сульфид MnS, остальное распределяется между ферритом и карбидом (Fe, Мп)зС. При взаимодействии с серой марганец более активен, чем железо. При Mn S 8... 10 в сталях не образуется FeS, что предотвращает появление горячеломкости из-за образования эвтектики Fe + FeS. [c.22] Содержание фосфора составляет 0,04 -0,07 % в сталях обыкновенного качества и 0,025 % в высококачественных сталях. В таких количествах фосфор растворяется в феррите, искажая его кристаллическую решетку, и упрочняет феррит. Фосфор, повышая температурный порог хрупкости T jQ, способствует хрупкому разрушению. Вредное влияние этого элемента усиливается при отрицательных температурах, а также при повышении содержания углерода в стали. Нагрев стали при 350 - 600 °С увеличивает содержание фосфора на границах ферритных зерен. В частности, в связи с наличием фосфора у стали появляется склонность к обратимой отпускной хрупкости. [c.22] Примечания 1.В углеродистых сталях обыкновенного качества As s 0,08 % в сталях, выплавленных из керченских руд, As 0,15 % и Р 0,05 %. В стали СтО S 0,06 %, Р 0,07 %. Если титан и алюминий использовались в качестве раскислителей, то их остаточное содержание Ti i 0,03 %, Al 0,02 %. [c.24] Содержание серы допускается до 0,04 -0,06 % в сталях обьпсновенного качества и до 0,015 % в особовысококачественных сталях. В специальных случаях, например, в сталях для труб большого диаметра содержание серы составляет до 0,002 - 0,005 %. [c.24] Эвтектика Fe -I- FeS плавится при температуре 988 °С. Образование жидких прослоек на границах аустенитных зерен при плавлении эвтектики сопровождается растрескиванием даже при небольших нагрузках. Для очистки стали от серы используют обработку жидкой стали добавками кальция, магния, РЗМ, снижая содержание серы до 0,002 - 0,005 %. ЭШП слитков снижает содержание серы до 0,01 - 0,015 %. Как легирующий элемент сера (до 0,30 %) используется в автоматных сталях. [c.24] Примеси хрома и никеля отрицательно влияют на технологические свойства углеродистых сталей. Повышая устойчивость переохлажденного аустенита, оба элемента увеличивают дисперсность и твердость перлита. Повышение твердости и прочности и уменьшение пластичности стали затрудняют ее обработку резанием и холодное пластическое деформирование. Вследствие замедления превращений переохлажденного аустенита стали затрудняется получение оптимальной структуры в стали перед волочением при изготовлении патентированной проволоки. [c.25] Поэтому в партиях стали для проволок содержание хрома и никеля дополнительно ограничивают. В легированных сталях (когда хром - легирующий элемент) ограничивают содержание никеля из-за нежелательных последствий его влияния (совместно с хромом) на результаты термической обработки (повышение содержания аустенита, затруднения при отжиге, обработке резанием). [c.25] Примесь меди в стали уменьшает технологическую пластичность вследствие дисперсионного твердения, обусловленного переменной растворимостью меди в феррите. Кроме того, происходит растрескивание поверхностного слоя стальных заготовок при горячей прокатке или ковке. Нагрев металла под прокатку сопровождается образованием окалины. При этом медь не окисляется и накапливается в поверхностном слое вплоть до образования жидкой фазы. Поэтому деформирование стали сопровождается растрескиванием. [c.25] Содержание кислорода, азота, водорода в стали определяется способом ее выплавки и последующей обработкой перед разливкой. При затвердевании в сталь попадает лишь ч ть растворенных газов. Весь кислород образует оксиды, в аустените целиком растворяется водород и часть азота, а другая его часть может образовать нитриды с алюминием и другими нитридообразующими элементами. Кислород образует простые и сложные оксиды, среди них силикаты и стекла пластичны при горячем деформировании, вытягиваются в волокна и ленточки при прокатке и вместе со сходными по формуле сульфидами усиливают анизотропию механических свойств. [c.25] Азот не снижает сопротивления коррозионно-стойких сталей межкристаллитной коррозии. Растворимость азота в легированном аустените выше чем растворимость углерода. [c.25] Нитрид хрома в отличие от карбида хрома выделяется внутризеренно, и поэтому вдоль границ аустенитных зерен не образуется обедненный хромом слой. [c.25] Уменьшение содержания газов в стали достигается переплавом слитков или вакуумированием жидкой стали. [c.25] Легирование стали - введение в нее легирующих элементов для изменения ее структуры и свойств. [c.25] В качестве легирующих элементов обычно используют хром, никель, кремний, марганец, молибден, вольфрам, ванадий, титан, ниобий. [c.25] Легированные феррит и аустенит упрочняются при увеличении содержания в них легирующих элементов. В феррите эффект упрочнения снижается в последовательности углерод + + азот, фосфор, кремний, марганец и т.д., в аустените эффект упрочнения снижается в последовательности углерод, aзof, легирующие элементы. Минимально )Т1рочняют аустенит, никель и марганец. Твердорастворное упрочнение повышает прочность сталей, но главное значение для упрочнения имеет влияние легирующих элементов на получение оптимальной структуры ферритно-карбидной смеси. Растворение легирующих элементов в феррите искажает его кристаллическую решетку и снижает сопротивление хрупкому разрушению. Все легирующие элементы кроме никеля повышают Т . Никель упрочняет феррит, одновременно увеличивает вязкость стали и снижает Т . [c.26] Вернуться к основной статье