Влияние отдельных компонентов на свойства сталей

Постоянные (технологические) примеси 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, Cr и др.).

К постоянным примесям относят углерод, марганец, кремний, серу, фосфор, а также кислород, водород и азот.

Углерод

При увеличении содержания углерода до 1,2% возрастают прочность, твердость, порог хладноломкости (0,1% С повышает температуру порога хладноломкости на 20°С), предел текучести, величина электрического сопротивления и коэрцитивная сила. При этом снижаются плотность, теплопроводность, вязкость, пластичность, величины относительных уд­линения и сужения, а также величина остаточной индукции.

Существенную роль играет то, что изменение физических свойств приводит к ухудшению целого ряда технологических характеристик -таких, как деформируемость при штамповке, свариваемость и др. Так, хорошей свариваемостью отличаются низкоуглеродистые стали. Сварка средне- и особенно высокоуглеродистых сталей требует применения? по­догрева, замедляющего охлаждение, и других технологических опера­ций, предупреждающих образование трещин.

Марганец

Марганец вводят в стали как технологическую добавку для повыше­ния степени их раскисления и устранения вредного влияния серы. Мар­ганец считается технологической примесью, если его содержание, не превышает 0,8%. Марганец как технологическая примесь существенного влияния на свойства стали не оказывает.

Кремний

Кремний также вводят в сталь для раскисления. Содержание крем­ния как технологической примеси обычно не превышает 0,37%. Крем­ний как технологическая примесь влияния на свойства стали не оказы­вает. В сталях, предназначенных для сварных конструкций, содержание кремния не должно превышать 0,12-0,25%.

Сера

Пределы содержания серы как технологической примеси составляют 0,035-0,06%. Повышение содержания серы существенно снижает меха­нические и физико-химические свойства сталей, в частности, пластич­ность,   ударную   вязкость,   сопротивление   истиранию   и   коррозионную

стойкость. При горячем деформировании сталей и сплавов большое со­держание серы ведет к красноломкости. Кроме того, повышенное содер­жание серы снижает свариваемость готовых изделий.

Фосфор

Пределы содержания фосфора как технологической примеси состав­ляют 0,025-0,045%. Фосфор, как и сера, относится к наиболее вредным примесям в сталях и сплавах. Увеличение его содержания, даже на доли процента, повышая прочность, одновременно повышает текучесть, хруп­кость и порог хладноломкости и снижает пластичность и вязкость. Вред­ное влияние фосфора особенно сильно сказывается при повышенном со­держании углерода.

Кислород и азот

Кислород и азот растворяются в ничтожно малом количестве и за­грязняют сталь неметаллическими включениями (оксидами, нитридами, газовой фазой). Они оказывают отрицательное воздействие на свойства, вызывая повышение хрупкости и порога хладноломкости, а также сни­жают вязкость и выносливость. При содержании кислорода более 0,03% происходит 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.

Водород

Увеличение его содержания в сталях и сплавах приводит к увеличе­нию хрупкости. Кроме того, в изделиях проката могут возникать флокены, которые развивает водород, выделяющийся в поры. Флокены инициируют процесс разрушения. Металл, имеющий флокены, нельзя ис­пользовать в промышленности.

3.2.Влияние легирующих элементов

Легирование сталей и сплавов используют для улучшения их технологи­ческих свойств. Легированием можно повысить предел текучести, ударную вязкость, относительное сужение и прокаливаемость, а также существенно снизить скорость закалки, порог хладноломкости, деформируемость изделий и возможность образования трещин. В изделиях крупных сечений (диаметром свыше 15-20 мм) механические свойства легированных сталей значительно выше, чем механические свойства углеродистых.

Все легирующие элементы, за исключением никеля, при содержании их в растворе выше определенного предела снижают ударную вязкость, трещиностойкость и повышают порог хладноломкости. Никель понижает порог хладноломкости.

Таблица 1.5. Влияние отдельных компонентов на свойства стали

Примечания:
1. Настоящая таблица показывает примерное влияние отдельных компонентов стали в количествах, содержащихся в малоуглеродистой и низколегированной стали без учета совместного действия нескольких компонентов.
2. Знаки обозначают: (+) - повышает; (++) - значительно повышает; (-) - снижает; (=) - значительно снижает; (0) - не оказывает заметного влияния.