Влияние хим. элементов на свойства стали.
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.
О легировании стали никелем, хромом, молибденом
Приобрести у нас прокат (оптом, в розницу, а также в формате регулярных поставок) вы можете, как находясь в Днепре, так и оформив заказ с транспортировкой металлопроката в любой город Украины.
Процесс легирования – это технология введения в расплавленный металл частиц других металлов, для образования однородной фактуры сплава и улучшения его качеств.
Впервые до целенаправленного легирования додумались во второй половине 19-го века: в 1858 году француз Мюшетт придумал сталь для станочных резцов, в которую был добавлен марганец, углерод и вольфрам. А в массовое производство пошла сталь включениями углерода и марганца, придуманная в 1882 году англичанином Робертом Эбботом Гадфильдом.
Какие свойства приобретает сталь в результате легирования?
Каждый химический элемент, вводимый в сплав, меняет его. Имеют значение пропорции примесей. К тому же, один сплав обычно легируют не одним металлом-добавкой, а несколькими.
Легирование никелем
В стальных сплавах металл никель в качестве примеси способствует тому, чтобы в сплаве образовывался и сохранялся аустенит. Это повышает прочность сплава. Если к никелю добавлен хром и молибден, то никель становится еще более эффективным для термического упрочнения стали, повышения ее вязкости, а также усталостной прочности. Никелем легируют ферритные стали – они становятся более вязкими. Хромоникелевые аустенитные стали лучше сопротивляются явлению коррозии.
Легирование хромом
Хром – элемент, который, при добавлении, улучшает стойкость металлического сплава к явлениям окисления и коррозии, делает сталь более прочной даже при случаях нагрева до высоких температур, а также улучшает возможности высокоуглеродистого сплава к сопротивлению износу по фактору трения. В процессе легирования хромом образовываются карбиды хрома – благодаря им сталь становится тверже и прочнее: из нее можно изготавливать ножи и прочие колюще-режущие инструменты. Если же в стали при этом присутствуют также примеси олова, мышьяка, фосфора или сурьмы, то они сегрегируют к границам «зерен» сплава, что вызывает повышение отпускной хрупкости стального сплава.
Легирование молибденом
Молибден создает большее термическое упрочнение в процессе отпуска стали (после ее закалки). Стали с примесью молибдена при высоких температурах характеризуются меньшей ползучестью.
Также при включении молибдена, уменьшается зернистость сплава и сталь становится прочнее. Улучшается показатель стойкости к коррозионным процессам (в том числе, к точечной коррозии).
При сочетании металлов-добавок по технологии легирования получают хромоникельмолибденовые, хромистые и хромоникелевые сплавы, которые обладают оптимальными наборами параметров для определенных условий эксплуатации и способов обработки.
Предлагаем купить листовой прокат легированных сталей в Днепре у ТД ТАМ
Мы можем предложить две разновидности листового проката из легированной стали: инструментальную и конструкционную.
Отличия в том, что инструментальная сталь легированная (из которой действительно делают элементы различных инструментов) характеризуется большей твердостью и большей устойчивостью к механическим воздействиям (ударам, трению, деформации).
Конструкционная легированная сталь мягче, что облегчает вырезание из нее нужных элементов, но обладает большей усталостной прочностью.
Приобрести у нас прокат (оптом, в розницу, а также в формате регулярных поставок) вы можете, как находясь в Днепре, так и оформив заказ с транспортировкой металлопроката в любой город Украины.
Уточнения и подробности возможны по телефонам: 050 400-08-84; 098 181-69-58; 050 4000-581; 096 952-63-05.
Влияние легирующих элементов на свойства стали
Под влиянием легирования молибденом, даже при сравнительно незначительных его количествах (примерно 0,5%), существенно возрастает кратковременная и длительная прочность конструкционной стали при повышенных температурах нагрева. Эта особенность действия молибдена проявляется не только в термически улучшенном, но и других состояниях стали. На рис. 202 показана зависимость между напряжением и температурой, при которых время загрузки в 100 тыс. часов вызывает суммарную относительную деформацию, равную 0,001 см/см, У молибденовой стали (1) и у нелегированной стали (2) с 0,4% С. Положительное действие молибдена в отношении сохранения предела текучести на высоком уровне при повышенных температурах видно из рис. 203.
Влияние молибдена на кратковременную прочность при различных температурах иллюстрирует также рис. 204.
Заштрихованные области в соответствии с принятым обозначением
показывают возможные колебания свойств в углеродистой стали, содержащей от 0,13 до 0,43% С, а также в молибденовой стали с 0,19% С, 0,5% Мо и хромомолибденовой с 0,17% С, 0,8% Сг и 0,50% Мо. Из рис. 204 видно, что молибденовые, и особенно хромомолибденовые, стали при повышенных температурах (300—600°) имеют значительное преимущество по сравнению с нелегированной сталью. Это определяет целесообразность использования молибдена в качестве элемента для легирования сталей, работающих при повышенных температурах. Указанное влияние молибдена объясняется смещением в сторону более высоких температур района возврата и рекристаллизации стали при нагревании.
Вольфрам также повышает температуру рекристаллизации стали, однако влияние его на механические свойства при высоких температурах выражено слабее.
Ванадий. Влияние ванадия на механические свойства термически улучшенной стали можно проследить по рис. 205, на котором дано изменение механических свойств нелегированной стали в сопоставлении со свойствами стали с 0,21 и 0,37 V после отпуска при различных температурах. Присутствие ванадия в количестве порядка 0,2% и более вызывает значительное повышение устойчивости стали против отпуска. При температурах отпуска выше 400° резко замедляется падение предела прочности и твердости, а при отпуске около 550° обнаруживается эффект вторичной твердости. По эффективности действия на устойчивость стали против отпуска ванадий превосходит все другие элементы, в том числе и молибден.
Повышение прочности при введении в сталь ванадия одновременно сопровождается уменьшением пластичности (рис. 205) и вязкости. Следует, однако, за метить, что высокая устойчивость ванадиевых сталей против отпуска наблюдается только в тех случаях, когда предшествующая отпуску закалка производится с высоких температур нагрева (950° и выше), при которых достигается достаточно полное растворение ванадия в аустените.
Ванадиевые стали обнаруживают также повышенную кратковременную и длительную прочность в нагретом состоянии. Однако
этот эффект, обусловленный в основном процессами карбидообразования, наблюдается только в термически улучшенном состоянии и при условии, если рабочая температура стали не превосходит 600—650°.
Хромоникельмолибденовый комплекс. Выдающиеся свойства хромоникельмолибденовых сталей в термически улучшенном состоянии достаточно хорошо известны и вряд ли нуждаются в обстоятельных подтверждениях. На рис. 206 показаны механические свойства стали с 0,24% С; 1,25% Сг; 3,95% Ni и 0,41% Мо после закалки и последующего высокого отпуска при различных температурах. Обращает внимание хорошее сочетание показателей прочности, пластичности и вязкости. В табл. 75 по данным автора приведены механические свойства термически улучшенной хромоникельмолибденовой стали в сопоставлении со свойствами хромистой, никелевой и молибденовой сталей, имеющих примерно такое же содержание углерода и выплавленных в одинаковых условиях с хромоникельмолибденовой сталью. Нетрудно заметить (табл. 75), что после отпуска при одинаковых температурах хромоникельмолибденовые стали характеризуются значительно более высокими показателями прочности, чем хромистые, никелевые и молибденовые. Однако первые стали уступают вторым в отношении вязкости и пластичности. Последнее несколько затрудняет оценку свойств и, на первый взгляд, порождает некоторое недоумение, почему все же
хромоникельмолибденовые стали обнаруживают несомненные преимущества в жестких условиях работы (особенно при ударном нагружении) по сравнению с хромистыми, молибденовыми или хромомолибденовыми сталями при вполне удовлетворительной прокаливаемости тех и других в заданных сечениях. Это кажущееся противоречие легко разрешается, если подвергнуть хромоникельмолибденовые и другие стали, обработанные на одинаковую твердость, сравнительным испытаниям в более жестких условиях, например при отрицательных температурах на удар. В табл. 76 показано по данным автора изменение ударной вяз
кости различно легированной стали с одинаковым содержанием углерода (0,24—0,28%) в зависимости от температуры испытания после термического улучшения на твердость 235—217 Нв.
Из приведенных данных видно, что хромоникельмолибденовые стали обладают более высоким температурным запасом вязкости, чем другие стали, а следовательно, меньшей склонностью к хрупкому разрушению.
Таблица свидетельствует также о том, что чем выше содержание в стали никеля, тем большим температурным запасом вязкости она обладает. В табл. 77 приведены свойства никелевой и хромоникельмолибденовой стали с одинаковым содержанием никеля в улучшенном состоянии при твердости 235—217 Нв.
Автор: Администрация
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
Легирование стали: влияние хрома, никеля и молибдена
Хром, никель и молибден являются важнейшими легирующими элементами сталей . Их применяют в различных сочетаниях и получают различные категории легированных сталей: хромистые, хромоникелевые, хромоникельмолибденовые и тому подобные легированные стали.
Влияние хрома на свойства сталей
Стремление хром образовывать карбиды является средним среди других карбидообразующих легирующих элементов . При низком соотношении Cr/C содержания хрома по отношению к железу образуется только цементит вида (Fe,Cr) 3 C. С увеличением отношения содержания хрома и углерода в стали Cr/C появляются хромистые карбиды вида (Cr,Fe) 7 C 3 или (Cr,Fe) 2 3C 6 или оба. Хром повышает способность сталей к термическому упрочнению, их стойкость к коррозии и окислению, обеспечивает повышение прочности при повышенных температурах, а также повышает сопротивление абразивному износу высокоуглеродистых сталей.
Карбиды хрома являются и износостойкими. Именно они обеспечивают стойкость стальным лезвиям – не зря из хромистых сталей изготавливают лезвия ножей. Сложные хроможелезистые карбиды входят в твердый раствор аустенита очень медленно – поэтому при нагреве таких сталей под закалку требуется более длительная выдержка при температуре нагрева. Хром по праву считается самым важным легирующим элементом в сталях. Добавление хрома в стали побуждает примеси, такие как фосфор, олово, сурьма и мышьяк сегрегировать к границам зерен, что может вызвать в сталях отпускную хрупкость.
Влияние никеля на свойства сталей
Никель не образует в сталях карбидов. В сталях он является элементом, способствующим образованию и сохранению аустенита . Никель повышает упрочняемость сталей. В комбинации с хромом и молибденом никель еще больше повышает способность сталей к термическому упрочнению, способствует повышению вязкости и усталостной прочности сталей. Растворяясь в феррите никель повышает его вязкость. Никель увеличивает сопротивление коррозии хромоникелевых аустенитных сталей в неокисляющих кислотных растворах.
Влияние молибдена на свойства сталей
Молибден с готовностью образует в сталях карбиды. Он растворяется в цементите только немного. Молибден образует карбиды молибдена, как только содержание углерода в стали становится достаточно высоким. Молибден способен обеспечивать дополнительное термическое упрочнение в ходе отпуска закаленных сталей. Он повышает сопротивление сталей ползучести низколегированных при высоких температурах.
Добавки молибдена способствуют измельчению зерна сталей, повышают упрочняемость сталей термической обработкой, увеличивают усталостную прочность сталей. Легированные стали с содержанием молибдена 0,20-0,40 % или такое же количество ванадия замедляют возникновение отпускной хрупкости, но не устраняют ее полностью. Молибден повышает коррозионную стойкость сталей и поэтому широко применяется в высоколегированных ферритных нержавеющих сталях и в хромоникелевых аустенитных нержавеющих сталях. Высокое содержание молибдена снижает склонность нержавеющей стали к точечной (питтинговой) коррозии. Молибден оказывает очень сильное упрочнение твердого раствора аустенитных сталей, которые применяются при повышенных температурах.
Источник: Steel Heat Treatment: Metallurgy and Technologies, ed. G. E. Totten, 2006
