Лекция 9. Углеродистые стали
Влияние углерода на свойства сталей
Зависимость механических свойств сталей |
Влияние углерода на ударную |
вязкость сталей при низких |
|
от содержания углерода (tº = 20ºC) |
температурах |
Примеси в сталях
Примеси в сталях
Случайные |
|
Технологические |
|
Вредные |
(Cr, Ni, Cu, Au, Zn) |
|
(Mn, Si, Al) |
|
(S, P, N, O, H) |
−Случайные – содержатся в малых количествах и обычно не оказывают влияния на свойства сталей.
−Технологические – наличие этих примесей обусловлено технологическими особенностями производства стали.
−Вредные – оказывают отрицательное влияние на свойства стали, но добиться полного их удаления невозможно, поэтому их содержание регламентируется.
Технологические примеси
Марганец (0,3…0,8)%
FeO + Mn → MnO + Fe FeS + Mn → MnS + Fe
−Повышает прочность, практически не снижая пластичности;
−Уменьшает красноломкость стали (хрупкость при высоких температурах, вызванную влиянием серы).
Кремний (0,15…0,4)%
2FeO + Si → 2Fe + SiO2
−Наличие кремния при выплавке приводит к дегазации металла, повышая плотность слитка.
−Кремний сильно увеличивает прочность и снижает пластичность.
Фотографии микроструктуры металла двух крепёжных изделий, изготовленных из низкоуглеродистой стали: а - партия 1 – содержание элементов-раскислителей (Mn, Si) в норме; б – партия 2 – содержание элементов-раскислителей значительно ниже нормы
Вредные примеси
1. Сера.
Содержание серы: для сталей обыкновенного качества ≤ 0,03…0,04 %;
для высококачественных сталей |
≤ 0,018…0,03 %. |
Сера нерастворима в железе → FeS → эвтектика (Fe+FeS) → красноломкость стали.
Микрофотографии сульфидных включений в сталях
Вредные примеси
2. Фосфор. |
Содержание фосфора в сталях не должно превышать 0,025…0,045% |
−Увеличивает характеристики прочности ( В, 0,2), но при этом резко снижает пластичность и вязкость.
−Способствует проявлению хладноломкости стали – увеличению температуры перехода металла из вязкого состояния в хрупкое и снижению работы разрушения.
Влияние содержания фосфора на хладноломкость стали (сталь, С = 0,2%)
Вредные примеси
3. Газы (водород, азот, кислород).
Газы могут присутствовать в стали в следующих формах:
−в свободном состоянии в несплошностях типа пор, и полостей (водород); −в виде твердых растворов внедрения (чаще всего, это азот и кислород); −в виде хрупких неметаллических включений (FeO, SiO2, Al2O3, Fe4N).
а) |
б) |
Микрофотографии несплошности (а) и кислородосодержащих включений (б) в сталях
Вредные примеси
3. Газы (водород, азот, кислород).
Влияние содержания кислорода и азота на ударную вязкость углеродистой стали
Содержание газов в углеродистых сталях при различных способах производства
Газ |
|
Способ производства |
|
в электропечах |
мартеновский |
кислородно- |
|
|
конвертерный |
||
|
|
|
|
Водород |
0,0004…0,0006 |
0,0003…0,0007 |
0,0001…0,0003 |
Азот |
0,007…0,010 |
0,004…0,006 |
0,002…0,005 |
Кислород |
0,002…0,004 |
0,005…0,008 |
0,005…0,008 |