Примесями называют химические элементы, перешедшие в состав стали в процеесе ее производства как технологические добавки или как составляющие шихтовых материалов.
Примеси в стали подразделяют на постоянные (обыкновенные), случайные и скрытые (вредные).
Постоянными примесями в стали являются марганец и кремний, которые как примеси имеются практически во всех промышленных сталях. Содержание марганца в конструкционных сталях обычно находится в пределах 0,3-0,8 % (если марганец не является легирующим элементом), в инструментальных сталях его содержание несколько меньше (0,15-0,40 %). Введение марганца как технологической добавки в таких количествах необходимо для перевода серы из сульфида железа в сульфид марганца. Кремний в хорошо раскисленных (спокойных) сталях обычно содержится в пределах 0,17-0,37 %. В неполной мере раскисленных низкоуглеродистых (£0,2% С) сталях его содержится меньше: в полуспокойных 0,05-0,017 %, в кипящих <0,07 %. В нержавеющих и жаропрочных, нелегированных кремнием сталях его может содержаться до 0,8 %.
Случайными примесями в стали могут быть практически любые элементы, случайно попавшие в сталь из скрапа, природно-легированной руды или раскислителей. Чаще всего это Сr, Ni, Сu, Мо, W, А1, Т1 и др. в количествах, ограниченных для примесей.
Скрытыми примесями в стали являются сера, фосфор, мышьяк и газы: водород, азот и кислород. Однако в последнее время азот, серу, фосфор иногда используют в качестве легирующих добавок для обеспечения ряда особых свойств сталей.
По марочному химическому составу стали можно определить, какие элементы являются легирующими добавками, а какие - примесями. Если в марочном химическом составе стали устанавливают нижний (не менее) и верхний (не более) пределы содержания в стали данного элемента, то он будет легирующим. Как правило, для примесей устанавливается только верхний предел содержания. Исключение составляют лишь марганец и кремний, количество которых регламентируется нижним и верхним пределом, как для примесей, так и для легирующих добавок.
Вредные примеси сера, фосфор и газы присутствуют практически во всех сталях и в зависимости от типа стали они могут оказывать на свойства различное влияние.
В настоящее время в металлургии широко используют различные технологические процессы и способы производства стали, в результате которых достигается существенное уменьшение загрязненности металла неметаллическими включениями, и становится возможным регулирование их состава, размера и характера распределения. К таким процессам и способам относятся: рафинирующие переплавы (электрошлаковый, вакуумно-дуговой), вакуумная индукционная плавка, внепечная обработка стали синтетическими шлаками, вакуумирование в ковше и др.
O2, S, P, N, H2, реже другие (As) даже в небольшом количестве отрицательно влияют на свойства железа и его сплавов. Получение металла надлежащего качества достигается уменьшением до определенных пределов содержания вредных примесей различными методами в зависимости от особенности каждой примеси.
Раскисление стали – удаление растворенного кислорода. При окислительном рафинировании по мере уменьшения в металле примесей с бОльшим сродством с кислородом чем железо концентрация кислород увеличивается. Углерод окисляется позже других элементов и концентрация С в металле определяет конечное. Окисляемость металла по ходу обезуглероживания увеличивается и особенно резко при содержании углерода менее 0,2. Фактическая концентрация углерода в металле в конце рафинирования для разных марок стали нахордится в пределах 0,02-0,05 %. При охлаждении такого металла будет продолжаться реакция обезуглероживания с избирательной кристаллизацией. По мере кристаллизации остающаяся жидкость постепенно обогащается примесями. В частности углерода и [О], концентрации которых все время сохраняются больше равновесных для реакции обезуглероживания, что обеспечивает ее непрерывное течение. Часть газовых пузырей остается в затвердевающимся металлом, делая его пузыристым. Из-за пересыщения металла кислородом выделяются оксиды железо. С уменьшением температуры растворимость О2 в железе резко падает, что ведет к увеличению оксидной фазы на границе зерен. Это явление называют красноломкость. Чрезмерно высокая концентрация О2 в металле – пример процесса окислительного рафинирования. Кроме того при выпуске и разливке стали, т.е. после освобождения из под шлакового покрова она соприкасается с атмосферным воздухом. Поэтому выплавка стали всегда завершается раскислением с целью удаления из металла кислорода до пределов, обеспечивающих полное или частичное прекращение реакции обезуглероживания. В качестве элементов раскислителя применяют две группы элементов – это элементы с бОльшим сродством к кислороду чем железо Mn, Si. Вторая группа – элементы с большим сродством к кислороду чем углерод. Они служат для полного «успокоения» Al, Ti, B, Ca, Zirkoniy. Раскисление обычно совмещают с легированием, т.е. с увеличением до требуемых пределов полезных примесей. Существует три способа раскисления – осаждающий, диффузионный и вакуумирование.
Осаждающий. Наиболее распространенный способ раскисления, заключающийся в вводе раскислителя непосредственно в металл, где происходит гетерогенная реакция. Оксид раскислителя должен обладать свойствами «осадков», т.е. быть нерастворимым в железе и способным легко выделяться из расплава. Для того чтобы реакция шла необходимо чтобы раскилители имели большее сродство чем С и Fe и чтобы их оксиды были прочнее чем FeO. При вводе раскислителя в сталь О2 уменьшается за счет реакции раскисления до достижения равновесия реакции, поэтому минимальнае остаточная концентрация О2 в металле отвечает равновесию в реакции служит мерой сравнительного сродства раскислителя к кислороду или мерой раскислительной способности элементов-раскислителей. Механизм осаждающего раскисления включает следующие стадии: растворение твердого раскислителя и равномерное распределение его в объеме металла, химическая реакция обезуглероживания, удаление из расплава продуктов реакции – неметаллических шлаковых включений. Важнейшим звеном является третья стадия, т.к. от нее зависит количество неметаллических включений, загрязняющих металл и понижающих его качество. Эти неметаллические шлаковые включения обладают меньшей плотностью чем металл и всплывают на его поверхность. Чем больше скорость всплывания тем чище сталь от неметаллических включений. Скорость всплытия мелких сферических частиц, диаметром менее 1 мм. Из уравнений следует, что с уменьшением f скорость падает. Процесс ускоряется при уменьшении плотности шлаковых включений, увеличении температуры, уменьшением вязкости стали и, как следствие с увеличением времени застывания и времени всплытия включений. Решающая роль принадлежит размерам частиц. Чем они крупнее тем чище сталь. Укрупнение частиц легче происходит в жидком виде чем в твердом. Поэтому для полного очищения металлов от продуктов раскисления необходима высокая температура стали более 1600 о С и низкая температура плавления.
Диффузионное раскисление заключается в образовании процесса диффузии кислорода из металла в шлак за счет понижения его окисленности, за счет ввода в него раскислителей, который восстанавливая оксиды железа в шлаке понижает ихх концентрацию и, следовательно, концентрацию кислорода. Преимущество этого метода перед осаждающим – в том, что взаимодействие просходит в шлаке и металл не загрязняется. Недостатком является низкая скорость процесса. Непосредственно в агрегатах, главным образом в электрических печах при производстве специальных сталей. Разновидностями диффузионного раскисления является обработка стали в ковшах с синтетическими шлаками с низким содержанием FeO.
Вакуумирование. Это относительно новый иперспективный способ, который позволяет получать не только кислород, но и водород и азот, т.е. осуществлять дегазацию сталей. У Н и N растворимость в стлаи с уменьшением Т падает. Особенно она низка в твердом состоянии. При остывании стали водород выделяется в микропоры и образует флокены – это небольшие трещины, ухудшающие механическую прочность. Азот увеличивает твердость стали, но одновременно увеличивает хрупкость и уменьшает пластичность. Строение газов в железе, т.е. абсорбция сопровождается изменением его молекулярного состояния. С учетом, что газы в металле – бесконечно разбавленные растворы, то коэффициент активности примерно равен 1. Следовательно растворимость газов в металле является функцией двух величин – температура и давление. Влияние температуры на растворимость определяется величиной дельтаН. Н2 и N2 растворяются с поглощением тепла. Поэтому перегрев металла увеличивает газонасыщенность, особенно это характерно для ЭП. Кроме того легирующие элементы образуют гидриды и нитриды,что способствует увеличению газонасыщенности. Особенно к гидридам склонны титан, цирконий, а к образованию нитридов – хром и ванадий. Если ковш металла поместить в закрытую системы и значительно понизить давление газа над металлом, то существенно уменьшится давление в газовых пузырях, содержащихся в расплаве, особенно в верхнем слое металла. Это обеспечит переход пузырей тех примесей, которые способны выделяться из стали в газообразном состоянии и интенсивное всплытие пузырей. Углерод обладает значительным сродством к кислородом может служить раскислителем, но использование его для этого при нормальном давлении весьма ограничено, т.к. оставшийся СО приводит к получению неплотных слитков, т.е. вызывает пузыристость металла. Для предотвращения этого ввод раскислителя с бОльшим сродством к кислороджу чем углерод загрязняет металл неметаллическими включениями. Вакуумирование позволяет существенно понизить концентрацию кислорода в стали без применения раскислителей и, следовательно, без дополнительного загрязнения металла. В этом случае роль углерода как раскислителя значительно возрастает, поскольку при вакуумировании из него наиболее полностью удаляется СО и исключается пузыристость металла.
Влияние на механические свойства в углеродистых сталях оказывает содержание углерода. При увеличении содержания углерода повышаются прочность, твердость и износоустойчивость, но понижаются пластичность и ударная вязкость, а также ухудшается свариваемость
Изменение прочности стали в зависимости от содержания углерода.
Феррит (твердый раствор углерода в железе) - очень пластичен и вязок, но непрочен.
Перлит , механическая смесь тонкодисперсных пластинок феррита и цементита, придает прочность. Цементит очень тверд, хрупок и статически прочен. При повышении в стали содержания углерода (в пределах до 0,8%) увеличивается содержание перлита и повышается прочность стали. Однако вместе с этим снижаются ее пластичность и ударная вязкость. При содержании 0,8% С (100% перлита) прочность стали достигает максимума.
Марганец вводят в любую сталь для раскисления (т. е. для устранения вредных включений закиси железа). Марганец растворяется в феррите и цементите, поэтому его обнаружение металлографическими методами невозможно. Он повышает прочность стали и сильно увеличивает прокаливаемость. Содержание марганца в углеродистой стали отдельных марок может достигать 0,8%.
Кремний , подобно марганцу, является раскислителем, но действует более эффективно. В кипящей стали содержание кремния не должно превышать 0,07%. Если кремния будет больше, то раскисление кремнием произойдет настолько полно, что не получится «кипения» жидкого металла за счет раскисления углеродом. В спокойной углеродистой стали содержится от 0,12 до 0,37% кремния. Весь кремний растворяется в феррите. Он сильно повышает прочность и твердость стали.
Сера - вредная примесь. В процессе выплавки стали содержание серы снижают, но полностью ее удалить не удается. В мартеновской стали обыкновенного качества содержание серы допускается до 0,055%.
Присутствие серы в большом количестве приводит к образованию трещин при ковке, штамповке и прокатке в горячем состоянии, это явление называется красноломкостью . В углеродистой стали сера взаимодействует с железом, в результате чего получается сернистое железо FeS. В процессе горячей пластической деформации по границам зерен, образуются горячие трещины.
Если в сталь ввести достаточное количество марганца, то вредное влияние серы будет устранено, так как она будет связана в тугоплавкий сульфид марганца. Включения MnS располагаются в середине зерен, а не по их границам. При горячей обработке давлением включения MnS легко деформируются без образования трещин.
Фосфор , подобно сере, является вредной примесью. Растворяясь в феррите, фосфор резко снижает его пластичность, повышает температуру перехода в хрупкое состояние, или иначе - вызывает хладноломкость стали. Это явление наблюдается при содержании фосфора свыше 0,1 %.
Области слитка с повышенным содержанием фосфора становятся хладноломкими. В мартеновской стали обыкновенного качества допускается не более 0,045% Р.
Сера и фосфор , вызывая ломкость стали и одновременно понижая механические свойства, улучшают обрабатываемость резанием: повышается чистота обрабатываемой поверхности, увеличивается время между переточками резцов, фрез и т. д. Поэтому для ряда неответственных деталей, подвергаемых механической обработке, применяют так называемые автоматные стали с повышенным содержанием серы (до 0,30%) и фосфора (до 0,15%).
Кислород - вредная примесь. Закись железа, подобно сере, вызывает красноломкость стали. Очень твердые окислы алюминия, кремния и марганца резко ухудшают обрабатываемость стали резанием, быстро затупляя режущий инструмент.
В процессе выплавки углеродистой стали из металлического лома в нее могут попасть никель, хром, медь и другие элементы. Эти примеси ухудшают технологические свойства углеродистой стали (в частности, свариваемость), поэтому их содержание стараются свести к минимуму.
Маркировка сталей
В углеродистых сталях обыкновенного качества допускается содержание вредных примесей, а также газонасыщенность и загрязнённость неметаллическими включениями. И в зависимости от назначения и комплекса свойств подразделяют на группы: А- поставляется с гарантированными механическими показателями, Б- поставляется с гарантированными химическими показателями, В- поставляется с гарантированными химическими и механическими показателями.
Стали маркируются сочетанием букв Ст и цифрой (от 0 до 6), показывающей номер марки, а не среднее содержание углерода в ней, хотя с повышением номера содержание углерода в стали увеличивается. Стали групп Б и В имеют перед маркой буквы Б и В, указывающие на их принадлежность к этим группам. Стали группы А используют в состоянии поставки для изделий, изготовление которых не сопровождается горячей обработкой. В этом случае они сохраняют структуру нормализации и механические свойства, гарантируемые стандартом.
Стали группы Б применяют для изделий, изготавливаемых с применением горячей обработки (ковка, сварка и в отдельных случаях термическая обработка), при которой исходная структура и механические свойства не сохраняются. Для таких деталей важны сведения о химическом составе, необходимые для определения режима горячей обработки.
Стали являются наиболее распространёнными материалами. Обладают хорошими технологическими свойствами. Изделия получают в результате обработки давлением и резанием.
Достоинством является возможность получать нужный комплекс свойств, изменяя состав и вид обработки. Стали, подразделяют на углеродистые и легированные.
Влияние углерода и примесей на свойства сталей
Углеродистые стали являются основными. Их свойства определяются количеством углерода и содержанием примесей, которые взаимодействуют с железом и углеродом.
Влияние углерода.
Влияние углерода на свойства сталей показано на рис. 10.1
Рис.10.1. Влияние углерода на свойства сталей
С ростом содержания углерода в структуре стали увеличивается количество цементита, при одновременном снижении доли феррита. Изменение соотношения между составляющими приводит к уменьшению пластичности, а также к повышению прочности и твердости. Прочность повышается до содержания углерода около 1%, а затем она уменьшается, так как образуется грубая сетка цементита вторичного.
Углерод влияет на вязкие свойства. Увеличение содержания углерода повышает порог хладоломкости и снижает ударную вязкость.
Повышаются электросопротивление и коэрцитивная сила, снижаются магнитная проницаемость и плотность магнитной индукции.
Углерод оказывает влияние и на технологические свойства. Повышение содержания углерода ухудшает литейные свойства стали (используются стали с содержанием углерода до 0,4 %), обрабатываемость давлением и резанием, свариваемость. Следует учитывать, что стали с низким содержанием углерода также плохо обрабатываются резанием.
Влияние примесей.
В сталях всегда присутствуют примеси, которые делятся на четыре группы. 1.Постоянные примеси : кремний, марганец, сера, фосфор.
Марганец и кремний вводятся в процессе выплавки стали для раскисления, они являются технологическими примесями.
Содержание марганца не превышает 0,5…0,8 %. Марганец повышает прочность, не снижая пластичности, и резко снижает красноломкость стали, вызванную влиянием серы. Он способствует уменьшению содержания сульфида железа FeS , так как образует с серой соединение сульфид марганца MnS . Частицы сульфида марганца располагаются в виде отдельных включений, которые деформируются и оказываются вытянутыми вдоль направления прокатки.
Располагаясь вблизи зёрен, увеличивает температуру перехода в хрупкое состояние, вызывает хладоломкость, уменьшает работу распространения трещин, Повышение содержания фосфора на каждую 0,01 % повышает порог хладоломкости на 20…25ºС.
Фосфор обладает склонностью к ликвации, поэтому в центре слитка отдельные участки имеют резко пониженную вязкость.
Для некоторых сталей возможно увеличение содержания фосфора до 0,10…0,15 %, для улучшения обрабатываемости резанием.
Сера уменьшает пластичность, ухудшает свариваемость и коррозионную стойкость.
Содержание серы в сталях составляет 0,025…0,06 %. Сера – вредная примесь, попадает в сталь из чугуна. При взаимодействии с железом образует химическое соединение – сульфид серы FeS , которое, в свою очередь, образует с железом легкоплавкую эвтектику с температурой плавления 988ºС. При нагреве под прокатку или ковку эвтектика плавится, нарушаются связи между зёрнами. При деформации в местах расположения эвтектики возникают надрывы и трещины, заготовка разрушается – явление красноломкости .
Красноломкость – повышение хрупкости при высоких температурах
Сера снижает механические свойства, особенно ударную вязкость аи пластичность (и), а также предел выносливости. Она ухудшают свариваемость и коррозионную стойкость.
2. Скрытые примеси — газы (азот, кислород, водород) – попадают в сталь при выплавке.
Азот и кислород находятся в стали в виде хрупких неметаллических включений: окислов (FeO, SiO 2 , Al 2 O 3 ) нитридов (Fe 2 N ), в виде твердого раствора или в свободном состоянии, располагаясь в дефектах (раковинах, трещинах).
Примеси внедрения (азот N , кислород О ) повышают порог хладоломкости и снижают сопротивление хрупкому разрушению. Неметаллические включения (окислы, нитриды), являясь концентраторами напряжений, могут значительно понизить предел выносливости и вязкость.
Очень вредным является растворенный в стали водород, который значительно охрупчивает сталь. Он приводит к образованию в катанных заготовках и поковках флокенов.
Флокены – тонкие трещины овальной или округлой формы, имеющие в изломе вид пятен – хлопьев серебристого цвета.
Металл с флокенами нельзя использовать в промышленности, при сварке образуются холодные трещины в наплавленном и основном металле.
Если водород находится в поверхностном слое, то он удаляется в результате нагрева при 150…180 , лучше в вакууме мм рт. ст.
Для удаления скрытых примесей используют вакуумирование.
3. Специальные примеси, которые специально вводятся в сталь для получения заданных свойств. Примеси называются легирующими элементами, а стали — легированные сталями.
Назначение легирующих элементов.
Основным легирующим элементом является хром (0,8…1,2)%. Он повышает прокаливаемость, способствует получению высокой и равномерной твердости стали. Порог хладоломкости хромистых сталей - (0…-100) ºС.
Дополнительные легирующие элементы.
Бор - 0.003%. Увеличивает прокаливаемость, а также повышает порог хладоломкости (+20…-60) ºС .
Марганец – увеличивает прокаливаемость, однако содействует росту зерна и повышает порог хладоломкости до (+40…-60) ºС.
Титан (~0,1%) вводят для измельчения зерна в хромомарганцевой стали.
Введение молибдена (0,15…0,46%) в хромистые стали увеличивает прокаливаемость, снихает порог хладоломкости до –20…-120 ºС . Молибден увеличивает статическую, динамическую и усталостную прочность стали, устраняет склонность к внутреннему окислению. Кроме того, молибден снижает склонность к отпускной хрупкости сталей, содержащих никель.
Ванадий в количестве (0.1…0.3) % в хромистых сталях измельчает зерно и повышает прочность и вязкость.
Введение в хромистые стали никеля, значительно повышает прочность и прокаливаемость, понижает порог хладоломкости, но при этом повышает склонность к отпускной хрупкости (этот недостаток компенсируется введением в сталь молибдена). Хромоникелевые стали, обладают наилучшим комплексом свойств. Однако никель является дефицитным, и применение таких сталей ограничено.
Значительное количество никеля можно заменить медью, это не приводит к снижению вязкости.
При легировании хромомарганцевых сталей кремнием получают, стали – хромансиль (20ХГС, 30ХГСА) . Стали обладают хорошим сочетанием прочности и вязкости, хорошо свариваются, штампуются и обрабатываются резанием.Кремний повышает ударную вязкость и температурный запас вязкости.
Добавка свинца, кальция способствует улучшению обрабатываемость резанием. Применение упрочнения термической обработки улучшает комплекс механических свойств.
Распределение легирующих элементов в стали.
Легирующие элементы растворяются в основных фазах железоуглеродистых сплавов (феррит, аустенит, цементит), или образуют специальные карбиды.
Растворение легирующих элементов происходит в результате замещения атомов железа атомами этих элементов. Эти атомы создают в решетке напряжения, которые вызывают изменение ее периода.
Изменение размеров решётки вызывает изменение свойств феррита – прочность повышается, пластичность уменьшается. Хром, молибден и вольфрам упрочняют меньше, чем никель, кремний и марганец. Молибден и вольфрам, а твкже кремний и марганец в определенных количествах, снижают вязкость.
В сталях карбиды образуются металлами, расположенными в таблице Менделеева левее железа (хром, ванадий, титан), которые имеют менее достроенную d –электронную полосу.
В процессе карбидообразования углерод отдаёт свои валентные электроны на заполнение d электронной полосы атома металла, тогда как у металла валентные электроны образуют металлическую связь, обусловливающую металлические свойства карбидов.
При соотношении атомных радиусов углерода и металла более 0,59 образуются типичные химические соединения: Fe 3 C, Mn 3 C, Cr 23 C 6 , Cr 7 C 3 , Fe 3 W 3 C – которые имеют сложную кристаллическую решетку и при нагреве растворяются в аустените.
При соотношении атомных радиусов углерода и металла менее 0,59 образуются фазы внедрения: Mo 2 C, WC, VC, TiC, TaC, W 2 C – которые имеют простую кристаллическую решетку и трудно растворяются в аустените.
Все карбиды обладают высокой твердостью и температурой плавления.
4. Случайные примеси .
Классификация и маркировка сталей
Классификация сталей
Стали классифицируются по множеству признаков.
- По химическому: составу: углеродистые и легированные.
- По содержанию углерода:
а) низкоуглеродистые, с содержанием углерода до 0,25 %;
б) среднеуглеродистые, с содержанием углерода 0,3…0,6 %;
в) высокоуглеродистые, с содержанием углерода выше 0,7 %
- По равновесной структуре: доэвтектоидные, эвтектоидные, заэвтектоидные.
- По качеству. Количественным показателем качества является содержания вредных примесей: серы и фосфора:
а) углеродистые стали обыкновенного качества:
б) качественные стали;
в) высококачественные стали.
- По способу выплавки:
а) в мартеновских печах;
б) в кислородных конверторах;
в) в электрических печах: электродуговых, индукционных и др.
- По назначению:
а) конструкционные – применяются для изготовления деталей машин и механизмов;
б) инструментальные – применяются для изготовления различных инструментов;
в) специальные – стали с особыми свойствами: электротехнические, с особыми магнитными свойствами и др.
Маркировка сталей
Принято буквенно-цифровое обозначение сталей
Углеродистые стали обыкновенного качества (ГОСТ 380).
Маркируются: Ст.2кп., БСт.3кп, ВСт.3пс, ВСт.4сп.
Ст – индекс данной группы стали. Цифры от 0 до 6 — это условный номер марки стали. С увеличением номера марки возрастает прочность и снижается пластичность стали. По гарантиям при поставке существуют три группы сталей: А, Б и В. Для сталей группы А при поставке гарантируются механические свойства, в обозначении индекс группы А не указывается. Для сталей группы Б гарантируется химический состав. Для сталей группы В при поставке гарантируются и механические свойства, и химический состав.
Индексы кп, пс, сп указывают степень раскисленности стали: кп — кипящая, пс — полуспокойная, сп — спокойная.
Качественные углеродистые стали
Качественные стали поставляют с гарантированными механическими свойствами и химическим составом (группа В). Степень раскисленности в основном спокойная.
Конструкционные качественные углеродистые стали. Маркируются двухзначным числом, указывающим среднее содержание углерода в сотых долях процента. Указывается степень раскисленности, если она отличается от спокойной.
Сталь 08 кп, сталь 10 пс, сталь 45.
Инструментальные качественные углеродистые стали маркируются буквой У (углеродистая инструментальная сталь) и числом, указывающим содержание углерода в десятых долях процента.
Сталь У8, сталь У13.
Инструментальные высококачественные углеродистые стали. Маркируются аналогично качественным инструментальным углеродистым сталям, только в конце марки ставят букву А для обозначения высокого качества стали.
Сталь У10А.
Качественные и высококачественные легированные стали
Обозначение буквенно-цифровое. Легирующие элементы имеют условные обозначения, Обозначаются буквами русского алфавита.
Обозначения легирующих элементов:
Х – хром, Н – никель, М – молибден, В – вольфрам, К – кобальт, Т – титан, А – азот (указывается в середине марки), Г – марганец, Д – медь, Ф – ванадий, С – кремний, П – фосфор, Р – бор, Б – ниобий, Ц – цирконий, Ю – алюминий.
Легированные конструкционные стали
Сталь 15Х25Н19ВС2
В начале марки указывается двухзначное число, показывающее содержание углерода в сотых долях процента. Далее перечисляются легирующие элементы. Число, следующее за условным обозначением элемента, показывает его содержание в процентах,
Если число не стоит, то содержание элемента не превышает 1,5 %.
В указанной марке стали содержится 0,15 % углерода, 35% хрома, 19 % никеля, до 1,5% вольфрама, до 2 % кремния.
Для обозначения высококачественных легированных сталей в конце марки указывается символ А.
Легированные инструментальные стали
Сталь 9ХС, сталь ХВГ.
В начале марки указывается однозначное число, показывающее содержание углерода в десятых долях процента. При содержании углерода более 1 %, число не указывается,
Все легированные инструментальные стали – высококачественные.
Некоторые стали имеют нестандартные обозначения.
Быстрорежущие инструментальные стали
Р – индекс данной группы сталей (от rapid – скорость). Содержание углерода более 1%. Число показывает содержание основного легирующего элемента – вольфрама.
В указанной стали содержание вольфрама – 18 %.
Если стали содержат легирующие элемент, то их содержание указывается после обозначения соответствующего элемента.
Шарикоподшипниковые стали
Сталь ШХ6, сталь ШХ15ГС
Ш – индекс данной группы сталей. Х – указывает на наличие в стали хрома. Последующее число показывает содержание хрома в десятых долях процента, в указанных сталях, соответственно, 0,6 % и 1,5 %. Также указываются входящие с состав стали легирующие элементы. Содержание углерода более 1 %.
В сталях всегда присутствуют примеси, которые делятся на четыре группы. 1.Постоянные примеси : кремний, марганец, сера, фосфор.
Марганец и кремний вводятся в процессе выплавки стали для раскисления, они являются технологическими примесями.
Содержание марганца не превышает 0,5…0,8 %. Марганец повышает прочность, не снижая пластичности, и резко снижает красноломкость стали, вызванную влиянием серы. Он способствует уменьшению содержания сульфида железа FeS , так как образует с серой соединение сульфид марганца MnS . Частицы сульфида марганца располагаются в виде отдельных включений, которые деформируются и оказываются вытянутыми вдоль направления прокатки.
Располагаясь вблизи зерен, увеличивает температуру перехода в хрупкое состояние, вызывает хладоломкость, уменьшает работу распространения трещин, Повышение содержания фосфора на каждую 0,01 % повышает порог хладоломкости на 20…25 o С.
Фосфор обладает склонностью к ликвации, поэтому в центре слитка отдельные участки имеют резко пониженную вязкость.
Для некоторых сталей возможно увеличение содержания фосфора до 0,10…0,15 %, для улучшения обрабатываемости резанием.
S – уменьшается пластичность, свариваемость и коррозионная стойкость. Р–искажает кристаллическую решетку.
Содержание серы в сталях составляет 0,025…0,06 %. Сера – вредная примесь, попадает в сталь из чугуна. При взаимодействии с железом образует химическое соединение – сульфид серы FeS , которое, в свою очередь, образует с железом легкоплавкую эвтектику с температурой плавления 988 o С. При нагреве под прокатку или ковку эвтектика плавится, нарушаются связи между зернами. При деформации в местах расположения эвтектики возникают надрывы и трещины, заготовка разрушается – явление красноломкости .
Красноломкость – повышение хрупкости при высоких температурах
Сера снижает механические свойства, особенно ударную вязкость а и пластичность
(δи ψ), а так же предел выносливости. Она ухудшают свариваемость и коррозионную стойкость.
2. Скрытые примеси - газы (азот, кислород, водород) – попадают в сталь при выплавке.
Азот и кислород находятся в стали в виде хрупких неметаллических включений: окислов (FeO, SiO 2 , Al 2 O 3 )нитридов (Fe 2 N ), в виде твердого раствора или в свободном состоянии, располагаясь в дефектах (раковинах, трещинах).
Примеси внедрения (азот N , кислород О ) повышают порог хладоломкости и снижают сопротивление хрупкому разрушению. Неметаллические включения (окислы, нитриды), являясь концентраторами напряжений, могут значительно понизить предел выносливости и вязкость.
Очень вредным является растворенный в стали водород, который значительно охрупчивает сталь. Он приводит к образованию в катанных заготовках и поковках флокенов.
Флокены – тонкие трещины овальной или округлой формы, имеющие в изломе вид пятен – хлопьев серебристого цвета.
Металл с флокенами нельзя использовать в промышленности, при сварке образуются холодные трещины в наплавленном и основном металле.
Если водород находится в поверхностном слое, то он удаляется в результате нагрева при 150…180 , лучше в вакууме ~10 -2 …10 -3 мм рт. ст.
Для удаления скрытых примесей используют вакуумирование.
3. Специальные примеси – специально вводятся в сталь для получения заданных свойств. Примеси называются легирующими элементами, а стали - легированные сталями.
Нагартованная сталь
Широкое применение нашли в хозяйстве проволока, тонкие листы. Эти виды изделий получают в металлургии прокаткой, волочением в холодном состоянии. В результате такой обработки металл упрочняется за счет явления, которое называется наклеп. За счет комнатной температуры упрочнение не снимается. Такой вид обработки называется нагартовкой.
Нагартовка стали сильно зависит от степени наклепа и от содержания углерода (рис. 7).
Рекордные значения σв получены для обжатия до 90 % в стали 1,2 % С при ∅ проволоки 0,1 мм.
Нагартовка - неизбежный процесс любой пластической деформации. Нагартовка (наклеп) сопровождается увеличением прочности и твердости и существенным снижением пластичности.
Поэтому после прокатки или волочения в холодном состоянии листы, швеллеры, трубы нагартовываются.
Чаще всего это желательное изменение свойств. Бывает, что нежелательное. Например, чеканку на нагартованном медном листе не сделаешь - порвется. Приходится снимать наклеп термической обработкой (отжигом).
Профессия директор по развитию Должностные обязанности директора по региональному развитию
Курсовая работа: Ликвидность и платежеспособность предприятия, методы оценки и управления
Использование показателей логистической деятельности
Понятие и элементы логистического процесса
Должностная инструкция начальника участка автотранспорта Должностная инструкция начальника транспортного упаковочного цеха