Какие свойства никель придает стали
Условные обозначения химических элементов:
| хром ( Cr ) — Х никель ( Ni ) — Н молибден ( Mo ) — М титан ( Ti ) — Т медь ( Cu ) — Д ванадий ( V ) — Ф вольфрам ( W ) — В | азот ( N ) — А алюминий ( Аl ) — Ю бериллий ( Be ) — Л бор ( B ) — Р висмут ( Вi ) — Ви галлий ( Ga ) — Гл | иридий ( Ir ) — И кадмий ( Cd ) — Кд кобальт ( Co ) — К кремний ( Si ) — C магний ( Mg ) — Ш марганец ( Mn ) — Г | свинец ( Pb ) — АС ниобий ( Nb) — Б селен ( Se ) — Е углерод ( C ) — У фосфор ( P ) — П цирконий ( Zr ) — Ц |
ВЛИЯНИЕ ПРИМЕСЕЙ НА СТАЛЬ И ЕЕ СВОЙСТВА
Углерод — находится в стали обычно в виде химического соединения Fe3C, называемого цементитом. С увеличением содержания углерода до 1,2% твердость, прочность и упругость стали увеличиваются, но пластичность и сопротивление удару понижаются, а обрабатываемость ухудшается, ухудшается и свариваемость.
Кремний — если он содержится в стали в небольшом количестве, особого влияния на ее свойства не оказывает.(Полезная примесь; вводят в качестве активного раскислителя и остается в стали в кол-ве 0,4%)
Марганец — как и кремний, содержится в обыкновенной углеродистой стали в небольшом количестве и особого влияния на ее свойства также не оказывает. (Полезная примесь; вводят в сталь для раскисления и остается в ней в кол-ве 0,3-0,8%. Марганец уменьшает вредное влияние кислорода и серы.
Сера — является вредной примесью. Она находится в стали главным образом в виде FeS. Это соединение сообщает стали хрупкость при высоких температурах, например при ковке, — свойство, которое называется красноломкостью. Сера увеличивает истираемость стали, понижает сопротивление усталости и уменьшает коррозионную стойкость. В углеродистой стали допускается серы не более 0,06-0,07%. ( От красноломкости сталь предохраняет марганец, который связывает серу в сульфиды MnS).
Фосфор — также является вредной примесью. Снижает вязкость при пониженных температурах, то есть вызывает хладноломкость. Обрабатываемость стали фосфор несколько улучшает, так как способствует отделению стружки.
ЛЕГИРУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА СВОЙСТВА СТАЛИ
Хром (Х) — наиболее дешевый и распространенный элемент. Он повышает твердость и прочность, незначительно уменьшая пластичность, увеличивает коррозионную стойкость; содержание больших количеств хрома делает сталь нержавеющей и обеспечивает устойчивость магнитных сил.
Никель (Н) — сообщает стали коррозионную стойкость, высокую прочность и пластичность, увеличивает прокаливаемость, оказывает влияние на изменение коэффициента теплового расширения. Никель – дорогой металл, его стараются заменить более дешевым.
Вольфрам (В) — образует в стали очень твердые химические соединения – карбиды, резко увеличивающие твердость и красностойкость. Вольфрам препятствует росту зерен при нагреве, способствует устранению хрупкости при отпуске. Это дорогой и дефицитный металл.
Ванадий (Ф) — повышает твердость и прочность, измельчает зерно. Увеличивает плотность стали, так как является хорошим раскислителем, он дорог и дефицитен.
Кремний (С)- в количестве свыше 1% оказывает особое влияние на свойства стали: содержание 1-1,5% Si увеличивает прочность, при этом вязкость сохраняется. При большем содержании кремния увеличивается электросопротивление и магнитопроницаемость. Кремний увеличивает также упругость, кислостойкость, окалиностойкость.
Марганец (Г) — при содержании свыше 1% увеличивает твердость, износоустойчивость, стойкость против ударных нагрузок, не уменьшая пластичности.
Кобальт (К) — повышает жаропрочность, магнитные свойства, увеличивает сопротивление удару.
Молибден (М) — увеличивает красностойкость, упругость, предел прочности на растяжение, антикоррозионные свойства и сопротивление окислению при высоких температурах.
Титан (Т) — повышает прочность и плотность стали, способствует измельчению зерна, является хорошим раскислителем, улучшает обрабатываемость и сопротивление коррозии.
Ниобий (Б) — улучшает кислостойкость и способствует уменьшению коррозии в сварных конструкциях.
Алюминий (Ю) — повышает жаростойкость и окалиностойкость.
Медь (Д) — увеличивает антикоррозионные свойства, она вводится главным образом в строительную сталь.
Церий — повышает прочность и особенно пластичность.
Цирконий (Ц) — оказывает особое влияние на величину и рост зерна в стали, измельчает зерно и позволяет получать сталь с заранее заданной зернистостью.
Лантан, цезий, неодим — уменьшают пористость, способствуют уменьшению содержания серы в стали, улучшают качество поверхности, измельчают зерно.
Источник
ЧТО ТАКОЕ НИКЕЛЕВАЯ СТАЛЬ
Это сталь легированная никелем. Используется с 80-х гг. 19 в. Различают Н. с, легированную только никелем, и сложно легированную никелевая сталь в к-рую, помимо никеля, добавляют хром, молибден, вольфрам и др. хим. элементы. Никель значительно увеличивает прокаливаемость и уменьшает критическую скорость закалки, что дает возможность глубоко прокаливать изделия больших размеров, а также использовать для закалки, уменьшая закалочные напряжения, более мягкие среды, чем для углеродистой стали.
Никель повышает также способность стали к улучшению (даже при больших сечениях изделий) и уменьшает чувствительность к перегреву, что очень важно для конструкционных сталей. Однако стали, содержащие более 4% Ni, склонны к образованию трещин при охлаждении, особенно в литом состоянии. У цементуемых никелевая сталь переход от цементованного слоя к ненауглероженной сердцевине более плавный, чем у углеродистых.
Скорость цементации этих сталей практически одинакова, но содержание углерода в поверхностном слое Н с. значительно меньше, и грубая цементитная сетка встречается очень редко. При длительных выдержках никель препятствует укрупнению зерна в цементованном слое. Никелевая сталь содержащие 0,5—1,0% Ni, отличаются повышенной коррозионной стойкостью при длительных выдержках в воде (в т. ч. и морской), в разбавленных солях и к-тах. Стали, содержащие 5—7% Ni, коррозионно-стойки в щелочах.
При введении в железоуглеродистый сплав до 30% Ni снижается теплопроводность, повышаются теплоемкость и температурный коэфф. линейного расширения. При большем содержании никеля теплопроводность увеличивается, а теплоемкость и температурный коэфф. линейного расширения уменьшаются. Если в углеродистой стали содержится 30% Ni, электропроводность минимальна, а магн. насыщение близко к нулю. Никелевая сталь отличается от углеродистой стали более высокой вязкостью при одинаковой прочности.
Если никель содержится более 20%, наблюдается увеличение пластичности при некотором уменьшении прочности. Свойства никелевая сталь в поперечном сечении такие же, как в продольном. Улучшают их термообработкой. Сталь марки 21H5A (0,18— 0,25% С; 0,3-0,62% Мn; 0,17-0,37% Si; не более 0,03% S; 0,03% Р; 0,3% Сr и 4,5—5,0% Ni) закаливают в масле при т-ре 780 ± 20° С и отпускают при т-ре 150—170° С, охлаждая на воздухе. После такой термообработки предел прочности на растяжение составляет 120 кгс/мм2, предел текучести 95 кгс/мм2, удлинение 9%, сужение 40%, ударная вяз-кость 5 кгс • м/см2, твердость 380— 440 НВ.
Стали марок никеля
Из стали марки 21Н5А изготовляют катаные, холоднотянутые и кованые прутки. Стали марок 0Н6 и 0Н9 содержат до 0,06% С; 0,45—0,60% Мn; 0,17-0,37% Si и соответственно 6,5—7,0 и 8,5—9,5% Ni. Сталь марки 0Н6 используют после двойной нормализации (950 ± ± 10 и 820 ± 10° С) и отпуска при 580 — 600° С в течение 2,5 — 3 ч, охлаждая на воздухе, или после закалки при температуре 820 ± ± 10° С в воде и отпуска при т-ре 580—600° С в течение 2,5—3 ч, также охлаждая на воздухе. Сталь марки 0Н9 используют только после двойной нормализации (т-ры 900 ± 10 и 790 ± 10° С) и отпуска при т-ре 550—580° С в течение 2,5—3 ч, охлаждение на воздухе. Прочность и пластичность стали марки 0Н9 при т-рах 20 и —196° С выше, чем стали марки 0Н6 .
Из стали марок 0Н6 и 0Н9 изготовляют изделия, эксплуатируемые под давлением при т-ре — 196° С. Сложнолегированные Н. с. используют в качестве конструкционных и инструментальных сталей, а также сталей с особыми физическими и химическими св-вами. Конструкц. хромоникелевая сталь (марок 20ХН, 45НХ и 12 ХНЗА) отличается высокой твердостью, прочностью и ударной вязкостью.
В инструментальных хромоникелевых сталях (марок 5ХНМ и 5ХНВ) никель уменьшает критическую скорость охлаждения, увеличивая прокаливаемость, а хром, как карбидо-образующий элемент, повышает износостойкость. Для устранения отпускной хрупкости в эти стали обычно вводят молибден (0,4%) и вольфрам (до 1%). Жаропрочные и коррозионностойкие хромоникелевые стали (марок 12Х18Н9Т, 10Х17Н13МЗТ и 03Х16Н15МЗБ) дополнительно легируют титаном, молибденом, ниобием и бором. Из сложнолегированных Н. с. изготовляют арматуру печей, трубы, сопловые лопатки, муфели и др. изделия.
Статья на тему никелевая сталь
Источник
Содержание:
- Влияние никеля на физико-химические свойства стали
Влияние никеля на физико-химические свойства стали
- Влияние никеля на физико-химические свойства сталекникеля имеет гораздо меньшее химическое сродство к кислороду, чем к железу, поэтому никелевая сталь менее подвержена коррозии, чем обычная углеродистая сталь. Однако никелевая сталь в этом отношении значительно уступает более дешевой хромистой нержавеющей стали. Поэтому чистая никелевая сталь (без других легирующих элементов) как сталь со специальными химическими свойствами (нержавеющая, кислотостойкая и др.) не используется.
Никель оказывает очень сильное влияние на физические свойства iron. In в радиотехнике, телефонии, прецизионном приборостроении используются различные железоникелевые сплавы с особыми физическими свойствами. Фазовая диаграмма Fe-Ni показывает, что при охлаждении сплава, содержащего 2,5% или более
Ni, точка перехода FET — » — Fea снижается до комнатной температуры.
Людмила Фирмаль
Эта характеристика никеля используется в производстве аустенитных немагнитных никелевых сталей, в том числе 23-25° / < > Ni и 0,2 ~ 0.3%C. To увеличьте прочность и увеличьте коррозионную устойчивость, немагнитную сталь никеля была введена такая сталь под фирменным наименованием 2 ~ 3% кр Х24С2, широко использована в индустрии. Термическая обработка немагнитных никелевых сталей заключается в растворении существующих карбидов и закалке при 1000-1050°С для получения однородной аустенитной структуры.
После гасить, прочность на растяжение стали H24X2 около 50 kg / mm2, удлиненность 40%, прочность удара превышает 20 kg / cm2, проницаемость близко к 1.При холодной деформации (закалке) эта сталь при закалке частично затвердевает, что делает ее слабомагнитной. Большой дефицит никеля в немагнитной стали-его высокая стоимость и влияние никеля на физико-химические свойства стали 129 Из-за плохой обрабатываемости сталь H24X2 используется только в особых случаях.
- Под влиянием никеля резко изменяется электрическая и теплопроводность стали. Например, если электрическое сопротивление чистого железа при 20°составляет около 0,1 Ом/ мм2 / м, а теплопроводность при 0-100°составляет около 0,2 кал / см-сек, то никелевая сталь при 36% Ni в этих условиях имеет электрическое сопротивление около 1 ом/ мм2 / м, то есть примерно в 10 раз, теплопроводность составляет около 0,02 / С * С ° С, то есть железо(рис.57). 0J6 0.МЕ Но… iojo 0ftS Я | Один Один Один / / / / / / 70 Р Один ^-•• Двадцать 60 80100 go 40 60 SO 100 МРЖО. В. Диаграмма 57.
Влияние никеля на тепло 58.Влияние никеля на содержание воды в железе; коэффициент теплового расширения сплава Fe-N1 При введении никеля коэффициент теплового расширения железа существенно изменяется (рис. 58). Коэффициент теплового расширения сплавов, содержащих 48%Ni (платины), равен этому свойству платины и glass. It применяется в виде проводов для изготовления ламп накаливания, для пайки к стеклу, например, оправ для линз.- Сплавы 36% Ni и 0,25% C geldinker характеризуются очень низким коэффициентом теплового расширения.
Такой сплав называется «Имбер» и не изменился.
Людмила Фирмаль
Инверторы широко используются при изготовлении эталонов длины, геодезических и других прецизионных приборов. Биметаллические пластинчатые элементы пускового механизма, такие как автоматический термовыключатель, выполнены из прутков. Очень низкий модуль упругости-130 никелевая сталь Коэффициент теплового расширения, который практически равен нулю, Инвар находится только в температурном диапазоне примерно от минус 100 до плюс 100°.При дальнейшем нагревании этот сплав расширяется так же, как и простая углеродистая сталь (рис.59).
Благодаря специальной термообработке и упрочнению, атомная кристаллическая решетка Инвара сильно искажается, поэтому коэффициент теплового расширения равен нулю. Но со сплавом 2.0 О Один—- Один т. — В г Это очень весело. / / / В ПОЛНЫЙ °O 50 W0 / 50 BOO 250 300 350 Температура, С Пиуц. 59.Тепловое расширение сплавов Inzar при различных температурах Решетка становится неустойчивой, и такой метод обработки Inbar практически не применяется. На рисунке 60 показано влияние никеля на температурный коэффициент модуля упругости железоникелевого сплава. При 29% Ni (A) и 45% Ni (B) температурный коэффициент модуля упругости сплава равен нулю.
Такие сплавы используются при изготовлении различных деталей, модуль упругости которых не зависит от температуры. Однако очень трудно получить сплав, содержащий ровно 29 или 45% Ni, поэтому вместо этих сплавов используются сплавы никель-хром-никель (C 0,3-0,4%, Cr 7-8%, Ni 36-38%). used. In этот сплав, модуль упругости которого находится в диапазоне от плюс 100°до минус 80°, также не зависит от температуры, кроме того, высокий предел текучести»Erin bar«делает его широко используемым в производстве пружин, настраивающих циферблатов и мембран для прецизионных приборов. Посмотрите на волосы и другие продукты.
Никель очень сильно влияет на магнитные свойства железа. Железоникелевые сплавы, содержащие 50-80% Ni, в слабом магнитном поле имеют магнитную проницаемость от десятков до сотен. Не раз. е-железная проницаемость, очень низкая коэрцитивная сила-от 10 минут для элстеда 1 до тысячи минут. Такой никель-железный сплав с общим названием пермаллоид широко используется в низковольтной электротехнике. Первые пермаллои, используемые в промышленности, включали 78,5% Ni и 21,5% Fe. Этот сплав обладает высокой проницаемостью. Ядро такого пермаллоя намагничивается и размагничивается путем поворота геомагнитного поля в поле. Для Р ВИ Я // Один // ’ 10-го числа. Н1,°/. 60, 70. Диаграмма 60.
Влияние никеля на температурный коэффициент модуля упругости стали Для улучшения магнитных свойств пермара отжигают по следующим режимам: ее нагревают до 1100-1150°С и выдерживают при этой температуре до удержания структуры однородного твердого раствора в течение 3-4 часов, а затем охлаждают со скоростью 50-60°С / ч до 550-600°с, а далее в течение 3-4 часов. air. It предотвращает ускоренное охлаждение при низких температурах, препятствует осаждению различных соединений(карбидов, нитридов и др.) из твердых растворов, а также ухудшает магнитные свойства дисперсионного упрочнения и сплавов.
После отжига изделия из пермаллоя не должны подвергаться холодной обработке. Это связано с тем, что даже самое незначительное упрочнение резко снижает проницаемость этого материала. Пермаллой 78%используется при изготовлении сердечника телефонного трансформатора, чувствительных реле и др. Сплав 50% Fe + 50° / 0 Ni вызвал hypernic имеет значительно более низкую проницаемость чем permalloy, сталь никеля 132 Низкая коэрцитивность. Hypernick используется для маломощных трансформаторов, дросселей и др.
Магнитные свойства чистых железоникелевых пермаллоев могут быть значительно улучшены путем введения дополнительных легирующих элементов, таких как молибден, хром и медь. Например, сплав «мопермалой», названный 79°/ o Ni, 4-5% Mo, 16-17% Mo, обладает очень высокой начальной проницаемостью и высоким электрическим сопротивлением, что делает его 1 из лучших магнитомягких материалов. Mopel Malloy используется в трансформаторах для преобразования слабых токов звуковых и несущих частот.
Смотрите также:
Решение задач по материаловедению
Источник
Влияние химических элементов на свойства стали.
Условные обозначения химических элементов:
| хром ( Cr ) — Х никель ( Ni ) — Н молибден ( Mo ) — М титан ( Ti ) — Т медь ( Cu ) — Д ванадий ( V ) — Ф вольфрам ( W ) — В | азот ( N ) — А алюминий ( Аl ) — Ю бериллий ( Be ) — Л бор ( B ) — Р висмут ( Вi ) — Ви галлий ( Ga ) — Гл | иридий ( Ir ) — И кадмий ( Cd ) — Кд кобальт ( Co ) — К кремний ( Si ) — C магний ( Mg ) — Ш марганец ( Mn ) — Г | свинец ( Pb ) — АС ниобий ( Nb) — Б селен ( Se ) — Е углерод ( C ) — У фосфор ( P ) — П цирконий ( Zr ) — Ц |
ВЛИЯНИЕ ПРИМЕСЕЙ НА СТАЛЬ И ЕЕ СВОЙСТВА
Углерод — находится в стали обычно в виде химического соединения Fe3C, называемого цементитом. С увеличением содержания углерода до 1,2% твердость, прочность и упругость стали увеличиваются, но пластичность и сопротивление удару понижаются, а обрабатываемость ухудшается, ухудшается и свариваемость.
Кремний — если он содержится в стали в небольшом количестве, особого влияния на ее свойства не оказывает.(Полезная примесь; вводят в качестве активного раскислителя и остается в стали в кол-ве 0,4%)
Марганец — как и кремний, содержится в обыкновенной углеродистой стали в небольшом количестве и особого влияния на ее свойства также не оказывает. (Полезная примесь; вводят в сталь для раскисления и остается в ней в кол-ве 0,3-0,8%. Марганец уменьшает вредное влияние кислорода и серы.
Сера — является вредной примесью. Она находится в стали главным образом в виде FeS. Это соединение сообщает стали хрупкость при высоких температурах, например при ковке, — свойство, которое называется красноломкостью. Сера увеличивает истираемость стали, понижает сопротивление усталости и уменьшает коррозионную стойкость. В углеродистой стали допускается серы не более 0,06-0,07%. ( От красноломкости сталь предохраняет марганец, который связывает серу в сульфиды MnS).
Фосфор — также является вредной примесью. Снижает вязкость при пониженных температурах, то есть вызывает хладноломкость. Обрабатываемость стали фосфор несколько улучшает, так как способствует отделению стружки.
ЛЕГИРУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА СВОЙСТВА СТАЛИ
Хром (Х) — наиболее дешевый и распространенный элемент. Он повышает твердость и прочность, незначительно уменьшая пластичность, увеличивает коррозионную стойкость; содержание больших количеств хрома делает сталь нержавеющей и обеспечивает устойчивость магнитных сил
.
Никель (Н) — сообщает стали коррозионную стойкость
, высокую прочность и пластичность,
увеличивает прокаливаемость
, оказывает влияние на изменение коэффициента теплового расширения. Никель – дорогой металл, его стараются заменить более дешевым.
Вольфрам (В) — образует в стали очень твердые химические соединения – карбиды, резко увеличивающие твердость и красностойкость. Вольфрам препятствует росту зерен при нагреве, способствует устранению хрупкости при отпуске. Это дорогой и дефицитный металл.
Ванадий (Ф) — повышает твердость и прочность, измельчает зерно. Увеличивает плотность стали, так как является хорошим раскислителем, он дорог и дефицитен.
Кремний (С)- в количестве свыше 1% оказывает особое влияние на свойства стали: содержание 1-1,5% Si увеличивает прочность, при этом вязкость сохраняется. При большем содержании кремния увеличивается электросопротивление и магнитопроницаемость. Кремний увеличивает также упругость, кислостойкость, окалиностойкость.
Марганец (Г) — при содержании свыше 1% увеличивает твердость
, износоустойчивость, стойкость против ударных нагрузок, не уменьшая пластичности.
Кобальт (К) — повышает жаропрочность, магнитные свойства, увеличивает сопротивление удару.
Молибден (М) — увеличивает красностойкость, упругость, предел прочности на растяжение, антикоррозионные свойства и сопротивление окислению при высоких температурах
.
Титан (Т) — повышает прочность и плотность стали
, способствует измельчению зерна, является хорошим раскислителем, улучшает обрабатываемость и сопротивление коррозии.
Ниобий (Б) — улучшает кислостойкость и способствует уменьшению коррозии в сварных конструкциях.
Алюминий (Ю) — повышает жаростойкость и окалиностойкость.
Медь (Д) — увеличивает антикоррозионные свойства, она вводится главным образом в строительную сталь.
Церий — повышает прочность и особенно пластичность.
Цирконий (Ц) — оказывает особое влияние на величину и рост зерна в стали, измельчает зерно и позволяет получать сталь с заранее заданной зернистостью.
Лантан, цезий, неодим — уменьшают пористость, способствуют уменьшению содержания серы в стали, улучшают качество поверхности, измельчают зерно.
Влияние основных легирующих элементов на свойства стали.
Влияние отдельных компонентов на свойства стали
Легированной называется сталь, в которой, кроме обычных примесей, содержатся специально вводимые в определенных сочетаниях легирующие элементы (Cr, Ni, Mo, Wo, V, А1, В, Ti и др.), а также Мn и Si в количествах, превышающих их обычное содержание как технологических примесей (1% и выше). Как правило, лучшие свойства обеспечивает комплексное легирование.
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 сталей.
Влияние примесей
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 20С), 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 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% – красноломкости. 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 250oС.
Водород
Увеличение его содержания в сталях и сплавах приводит к увеличению хрупкости. Кроме того, в изделиях проката могут возникнуть флокены, которые развивает водород, выделяющийся в поры. Флокены инициируют процесс разрушения. Металл, имеющий флокены, нельзя использовать в промышленности.
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.
Классификация
По применимости для легирования можно выделить три группы элементов. Применимость для легирования различных элементов определяется не столько физическими, сколько, в основном, экономическими соображениями.
Легирующие элементы по механизму их воздействия на свойства сталей и сплавов можно разделить на три группы:
- влияние на полиморфные (альфа-Fe -> гамма-Fe) превращения;
- образование с углеродом карбидов (Сг,Fе)7С3; (Сг,Ре)23С6; Мо2С и др.;
- образование интерметаллидов (интерметаллических соединений) с железом – Fе7Мо6; Fe3Nb и др.
По характеру влияния на полиморфные превращения легирующие элементы можно разделить на две группы:
- элементы (Cr, W, Mo, V, Si, Al и др.), достаточное содержание которых обеспечивает существование в сталях при всех температурах легированного феррита (ферритные ставы);
- элементы (Ni, Mn и др.), стабилизирующие при достаточной концентрации легированный аустенит при всех температурах (аустенитные сплавы). Сплавы, только частично претерпевающие превращение гамма->альфа, называются, соответственно, полуаустенитными или полуферритными.
Легирование феррита сопровождается его упрочнением. Наиболее значительно влияют на его прочность марганец и хром. Причем чем мельче зерно феррита, тем выше его прочность. Многие легирующие элементы способствуют измельчению зерен феррита и перлита в стали, что значительно увеличивает вязкость стали. Однако 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. Легированный аустенит парамагнитен, обладает большим коэффициентом теплового расширения. Легирующие элементы, в том числе азот и углерод, растворимость которого в аустените при нормальной температуре достигает 1%, повышают его прочность при нормальной и высокой температурах, уменьшают предел текучести. Легированный аустенит является основной составляющей многих коррозионностойких, жаропрочных и немагнитных сплавов. Он легко наклепывается, то есть быстро и сильно упрочняется под действием холодной деформации. Легирующие элементы (исключение кобальт), повышая устойчивость аустенита, снижают критическую скорость закалки и увеличивают прокаливаемость. Для многих аустенитных сплавов критическая скорость закалки снижается до 20°С/с и ниже, что имеет большое практическое значение. Карбидообразующие элементы: Fe – Mn – Cr – Mo – W – Nb – V – Zr – Ti (за исключением марганца) препятствуют росту зерна аустенита при нагреве. Сталь, легированная этими элементами, при одинаковой температуре сохраняет более высокую дисперсность карбидных частиц, и соответственно большую прочность. Интерметаллиды образуются при высоком содержании легирующих элементов между этими элементами или с железом. Примером таких соединений могут служить Fe7Mo6, Fe3Nb2 и др. Интерметаллиды, как правило, отличают повышенные твердость и хрупкость.
В следующей таблице показано влияние наиболее применяемых легирующих элементов на свойства стали.
Источник