Что дает никель в стали?

Нержавеющие стали: как состав влияет на свойства

Влияние основных легирующих элементов на свойства нержавеющих сталей

Хром (Cr) :

— является основным элементом стали , определяющей её стойкость к окислению (коррозии), хром резко повышает коррозионную стойкость стали при увеличении его в сплаве выше 12,5%, начиная с этой концентрации на поверхности образуется плотная оксидная плёнка Cr2O3 (хром собственно и делает сталь нержавеющей, например стали 20Х13, 30Х13, 40Х13 и т.п) — при содержании хрома в стали 12—14% теплопроводность стали в 2 раза меньше чистого железа, а электроопротивление возрастает в 3 раза — обеспечивает повышенную прочность при повышенных температурах, добавка хрома повышает твёрдость и прочность стали, не снижая её пластичности — снижает ударную вязкость стали

Никель (Ni) :

— основная функция никеля — стабилизация аустенитной структуры стали, такая структура является особо прочной и эластичной. (минимальное количество никеля способное стабилизировать аустенитную структуру — 8%, именно столько никеля находится в наиболее распространённой импортной стали AISI 304 ) — наличие в стали от 8-10% никеля обеспечивает ей хорошую пластичность и хорошие формовочные свойства — улучшает свариваемость стали и дополнительно увеличивает сопротивление стали к окислению (коррозии) в районе сварного шва — никель увеличивает жаропрочность стали (в особенности по отношению к устойчивости к деформации) — благодаря никелю нержавеющая сталь лучше полируется и более устойчива к царапинам, чем обычные стали (шлифованные и зеркальные поверхности )

Молибден (Mo) :

— повышает сопротивление стали к окислению (коррозии) при высоких температурах, снижает стойкость сталей к точечной (питтинговой) коррозии — увеличивает красностойкость, упругость, предел прочности на растяжение — обеспечивает дополнительное термическое упрочнение

Титан (Ti) :

— повышает прочность стали — титан добавляют в нержавеющие стали для предотвращения межкристаллитной коррозии

Углерод (C) :

— при увеличении углерода до 0,8% растёт твёрдость и прочность стали, однако приводит к увеличению порога хладноломкости (например стали 40Х13 и 95Х18 используются для производства ножей) — чем больше в стали углерода, то она труднее обрабатывается резанием, хуже деформируется и хуже сваривается (так наиболее распространённые в продаже импортные стали 300-ой серии AISI304/321/316 имеют в своём составе 0,8% углерода, что даёт им большую область применения по сравнению с отечественной сталью 12х18н10т) )

Назначение легирующих элементов

Легированной называется сталь, в которой, кроме обычных примесей содержатся специально вводимые в определенных сочетаниях легирующие элементы (Cr, Ni, Mo, W, V, Al, B, Ti и др.), а также Mn 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 15…20 мм) механические свойства легированных сталей значительно выше, чем механические свойства углеродистых.

Основным легирующим элементом является хром (0,8…1,2)%.

Он повышает прокаливаемость, способствует получению высокой и равномерной твердости стали. Порог хладноломкости хромистых сталей —
(0…-100)oС
.

Дополнительные легирующие элементы.

Бор — 0.003%. Увеличивает прокаливаемость, а так же повышает порог хладноломкости (+20…-60)oС

Марганец – увеличивает прокаливаемость, однако содействует росту зерна, и повышает порог хладноломкости до (+40…-60)oС.

вводят для измельчения зерна в хромомарганцевой стали.

Введение молибдена (0,15…0,46%)

в хромистые стали увеличивает прокаливаемость, снижает порог хладноломкости до
–20…-120oС
. 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 хладноломкости, 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 – улучшает обрабатываемость резанием. Применение упрочнения термической обработки улучшает комплекс механических свойств.

Легирующие элементы растворяются в основных фазах железоуглеродистых сплавов (феррит, аустенит, цементит), или образуют специальные карбиды.

Растворение легирующих элементов в Feα

происходит в результате замещения атомов железа атомами этих элементов. Эти атомы создают в решетке напряжения, которые вызывают изменение ее периода.

Изменение размеров решетки вызывает изменение свойств феррита – прочность повышается, пластичность уменьшается. Хром, молибден и вольфрам упрочняют меньше, чем никель, кремний и марганец. Молибден и вольфрам, а также 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 оболочку. В процессе карбидообразования углерод отдает свои валентные электроны на заполнение
d
– электронной оболочки атома металла, тогда как у металла валентные электроны образуют металлическую связь, обуславливающую металлические свойства карбидов.

При соотношении атомных радиусов углерода и металла более 0,59

образуются типичные химические соединения:
Fe3C, Mn3C, Cr7C3, Fe3W3C
– которые имеют сложную кристаллическую решетку и при нагреве растворяются в аустените.

При соотношении атомных радиусов углерода и металла менее 0,59

образуются фазы внедрения:
Mo2C, WC, VC, TiC, TaC, W2C,
которые имеют простую кристаллическую решетку и трудно растворяются в аустените.

Все карбиды обладают высокой твердостью и температурой плавления.

Легированные стали

Легированными называются стали, в составе которых есть легирующие компоненты. Данные компоненты оказывают влияние на структуру и свойства стали. Производство легированных сталей занимает значительную долю среди общего объема выплавляемых сталей. А именно четвертую часть. При этом особое значение придается рациональному выбору легирующих компонентов.

Для чего нужно легирующие элементы и для чего они нужны?

Легирующие элементы – это химические элементы, используемые для улучшения механических свойств стали. Благодаря легированию сталь становится более износостойкой в различных условиях эксплуатации.

Где используются легированные стали?

Легированные стали используются, в основном, для ответственных сооружений различного назначения. Например, для изготовления деталей машин, подвергающихся большой нагрузке, для изготовления оборудования, сложных конструкций. Строительство – основная область применения легированных сталей.

Классификация легированных сталей.

Существует несколько классификаций легированных сталей

Легированная сталь прежде всего определяется легирующими элементами. Поэтому легированную сталь делят на кремнистую, кремнемарганцевую, хромомарганцевую. Это отражается и в маркировке сталей. Сталь, легированная Бором обозначается буквой «Р», сталь, легированная хромом – «Х», марганцем – «Г», кремнием – «С».

В зависимости от сферы назначения, легированные стали могут быть конструкционными, инструментальными и сталями с особыми свойствами. К сталям с особыми свойствами относят нержавеющие, жаростойкие и износостойкие стали.

Легирующие элементы оказывают огромное влияние на качество стали. Как и почему это происходит? Во время процесса легирования присадки начинают взаимодействовать с углеродом и железом. При этом, легирующие элементы образуют фазы, выражающиеся в комбинации двух или более металлов. Существуют такие понятия, как легированный феррит (твердый раствор), легированный аустенит (твердый раствор легирующего элемента в гамма-железе) и легированный цементит (твердый раствор легирующего элемента в цементите).

Читайте также  Какая смазка идет в редуктор болгарки?

К аустенитам относят такие химические легирующие компоненты, как никель, медь, кобальт, марганец, углерод, азот. К ферритам относятся молибден, вольфрам, ванадий, хром, титан, алюминий и т.д.

Концентрация легирующих компонентов в стали может варьироваться. В случае, если она составляет менее 0,1%, такая сталь называется низколегированной. Выделяют, так же, высоколегированные и среднелегированные стали.

Сварка легированных сталей

В связи с тем, что легированные стали обладают высокой чувствительностью к напряжению при нагрузках, они требуют соблюдения особых условий при сварке. Главное, чему стоит уделить внимание – выбор сварочных материалов и защитных средств. Условия высокой пластичности сварного шва и высокой сопротивляемости трещинам возможно в том случае, если содержание углерода в присадочном металле не превышает 0,15%. Разделка кромок должна быть широкой. Для того, чтобы избежать сварочных напряжений, следует избегать жестких узлов и скопления швов.

Легированная сталь отличается высоким качеством и хорошими эксплуатационными характеристиками.

Легированная сталь

, сталь, в составе которой, кроме железа, углерода и неизбежных примесей (см.
Сталь
)
,
имеются
легирующие элементы,
вводимые в металл для улучшения эксплуатационных или технологических свойств (см.
Легирование
)
.
Легирующие элементы вводятся в сталь в различных количествах и в разных сочетаниях — по 2, по 3 и более. Если сталь содержит в сумме до 2,5% легирующих элементов, её называют низколегированной. Сталь, содержащая 2,5—10% легирующих элементов, считается среднелегированной, более 10% — высоколегированной.

Л. с. классифицируют либо по структуре, либо по назначению. Различают Л. с. следующих структурных классов. 1) Стали перлитного класса имеют структуру перлита

или его разновидностей: сорбита, тростита, а также перлита с
ферритом
или с заэвтектоидными карбидами. 2) Стали мартенситного класса характеризуются пониженной критической скоростью закалки и имеют после нормализации структуру
мартенсита.
3) Стали аустснитного класса имеют сильно пониженную температуру распада
аустенита,
который сохраняется в структуре стали даже при комнатной температуре. 4) Стали ферритного класса содержат элементы, сужающие область существования аустенита; эти стали могут сохранять структуру феррита (иногда в сочетании с карбидами) при любых температурах (вплоть до расплавления) и после охлаждения с любой скоростью. 5) Стали карбидного класса содержат повышенное кол-во углерода и карбидообразующих элементов; структура таких сталей характеризуется наличием карбидов (в литом состоянии — ледебуритная эвтектика). По назначению Л. с. делят обычно на
конструкционные стали, инструментальные стали
и стали с особыми свойствами (электротехнические, нержавеющие, жаропрочные и др.).

В СССР Л. с. обычно маркируются в соответствии с их химическим составом (например, 18Х2Н4ВА). Первые цифры показывают среднее содержание углерода: в конструкционной стали — в сотых долях процента, в инструментальной стали — в десятых долях процента. Присутствие легирующих элементов указывается буквами: Н — никель, Х — хром, Г — марганец, С — кремний, В — вольфрам, Ф — ванадий, М — молибден, Д — медь, К — кобальт, Б — ниобий, Т — титан, Ю — алюминий, Р — бор, А — азот. Цифры после букв указывают примерное содержание соответствующего элемента в процентах, причём, если содержание элемента составляет около 1% и менее, то цифра не ставится. Буква А в конце маркировки указывает, что сталь имеет пониженное содержание серы и фосфора, т. е. является высококачественной. Для некоторых сталей буквой указывается их назначение, например Р18 — быстрорежущая с 18% W, Э3А — электротехническая с3% Si, ШХ-15 — шарикоподшипниковая с 1,5% Cr и т.д. Некоторые стали обозначаются буквами ЭИ или ЭП с соответствующим номером (например, ЭИ69, ЭП220); в большинстве случаев это новые стали, проходящие испытание и освоение в промышленности.

Вязников Н. Ф., Легированная сталь, М., 1963; Меськин В. С., Основы легирования стали, 2 изд., М., 1964; Гудремон Э., Специальные стали, пер. с нем., 2 изд., т. 1—2, М., 1966; Поволоцкий Д. Я., Петров А. К., Производство легированных сталей, М., 1967.

Влияние химических элементов на свойства стали.

Каталог
Наш Instagram

Влияние хим. 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.

Читайте также  Как проверить банки в аккумуляторе шуруповерта?

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

равной прочности стали с 2,5% Сг обнаруживают минимальную вязкость. Ударная вязкость образцов стали с 0,24—0,28% С, имеющих твердость в пределах 228—217 Нв при различных температурах испытания, в зависимости от содержания хрома в сопоставлении со свойствами углеродистой стали показана (по на

шим наблюдениям) на рис. 195. Данные рисунка не подтверждают снижения ударной вязкости в случае испытания стали, содержащей 2,66% Сг при комнатной температуре.

Можно лишь отметить, что указанная сталь проявляет несколько большую тенденцию к хладноломкости, чем стали с более низким содержанием хрома. Однако и при высоком содержании хрома склонность хромистой стали к хладноломкости ниже, чем нелегированной.

В. Д. Садовский и Н. П. Чупракова, исследовавшие влияние хрома на ударную вязкость стали с 0,37—0,40% С в улучшенном состоянии, также не обнаружили ухудшения вязкости при комнатных температурах испытаний в связи с изменением концентрации хрома от 1,35 до 4,35%. Между тем одна из плавок изученных сталей имела 2,28% Сг, т. е. количество, близкое к тому, которое, по указанию И. Е. Конторовича, должно давать ухудшение вязкости.

Интересно отметить, что, по данным В. Д. Садовского и Н. П. Чупраковой, «испытания при низких температурах не обнаружили заметного влияния изменений в содержании хрома на температурный запас вязкости после высокого отпуска, хотя следует отметить, что сопоставление ударной вязкости при температурах жидкого азота указывает на увеличение склонности к хрупкому излому при повышении хрома».

«При определении температурного запаса вязкости по точке падения величины ударной вязкости до 40% от ее максимального значения тенденция к возрастанию склонности к хрупкому излому при увеличении содержания хрома становится более ясной». Таким образом, влияние хрома на механические свойства термически улучшенной стали в основных чертах сводится к следующему. В случае высокого отпуска стали при одинаковой температуре хром повышает прочность, одновременно понижается вязкость, причем чем ниже температура высокого отпуска, тем сильнее обнаруживается указанное влияние хрома.

При одинаковой прочности (твердости) ударная вязкость хромистых сталей практически не зависит от содержания в стали хрома (в пределах 1,0—4,0%) и определяется в основном количеством присутствующего в. стали углерода.

Температурный запас вязкости с увеличением содержания хрома от 1,5 до 4% несколько снижается, однако влияние хрома в этом направлении столь слабо выражено, что во многих случаях в практике может не учитываться.

При любом содержании хрома в пределах от 1,0 до 4,0% хромистые стали, обработанные на одинаковую прочность с нелегированными, при равном содержании углерода превосходят нелегированные в отношении вязкости и температурного запаса вязкости.

Никель. Влияние никеля на механические свойства термически улучшенной стали иллюстрируется данными табл. 70. Из таблицы видно, что никель незначительно повышает прочность, сохраняя ударную вязкость примерно на одном уровне.

В табл. 71 показано влияние никеля на ударную вязкость, после закалки и отпуска при 550, 625 и 650°.

Данные табл. 71 также не свидетельствуют о существенном повышении ударной вязкости при легировании никелем, несмотря на то, что содержание этого элемента изменялось в широких пределах. Благоприятное действие никеля на свойства термически

Читайте также  Чем почистить вытяжку из нержавейки?

улучшенной стали заключается не в увеличении абсолютных значений вязкости при комнатной температуре испытания, а в резком повышении температурного запаса вязкости. На рис. 196 показано по данным автора влияние никеля на ударную вязкость стали с 0,23—0,28% С после закалки и высокого отпуска при 560° (твердость образцов 228—217 Нв) в зависимости от температуры испытания. С увеличением содержания в стали никеля хладноломкость стали заметно уменьшается. Сталь с 2,81% Ni даже при —175° не переходит полностью в хрупкое состояние.

В. Д. Садовский и Н. П. Чупракова, исследовавшие влияние никеля в интервале его концентрации от 1,57 до 4,50% на хладноломкость стали с 0,39—0,40% С, указывают, что «ни одна из испытанных никелевых сталей не дала полностью хрупкого

излома даже при температуре жидкого азота». Таким образом, влияние никеля на свойства улучшенной стали в основном сводится к сохранению ударной вязкости при отрицательных температурах испытаний. Другими словами, никелевые стали, особенно

при содержании в их составе 2,5% Ni и более, характеризуются малой склонностью к хрупкому разрушению.

Медь. Стали, содержащие более 0,35% Си, подвержены при отпуске в районе температур 400—600° дисперсионному твердению, в результате чего наблюдается повышение твердости и прочности при одновременном снижении пластичности и резком падении ударной вязкости (рис. 197). Чем ниже температура отпуска, тем продолжительнее должна быть выдержка для достижения максимального эффекта.

Автор: Администрация

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Влияние химического состава на механические свойства стали

Каждый химический элемент, входящий в состав стали, по-своему влияет на ее механические свойства – улучшает или ухудшает.

Углерод (С), являющийся обязательным элементом и находящимся в стали обычно в виде химического соединения Fe3C (карбид железа), с увеличением его содержания до 1,2% повышает твердость, прочность и упругость стали и уменьшает вязкость и способность к свариваемости. При этом также ухудшаются обрабатываемость и свариваемость.

Кремний (Si) считается полезной примесью, и вводится в качестве активного раскислителя. Как правило, он содержится в стали в небольшом количестве (в пределах до 0,4%) и заметного влияния на ее свойства не оказывает. Но при содержании кремния более 2% сталь становится хрупкой и при ковке разрушается.

Марганец (Mn) содержится в обыкновенной углеродистой стали в небольшом количестве (0,3-0,8%) и серьезного влияния на ее свойства не оказывает. Марганец уменьшает вредное влияние кислорода и серы, повышает твердость и прочность стали, ее режущие свойства, увеличивает прокаливаемость, но снижает стойкость к ударным нагрузкам.

Сера (S) и фосфор (Р) являются вредными примесями. Их содержание даже в незначительных количествах оказывает вредное влияние на механические свойства стали. Содержание в стали более 0,045% серы делает сталь красноломкой, т.е. такой, которая при ковке в нагретом состоянии дает трещины. От красноломкости сталь предохраняет марганец, который связывает серу в сульфиды (MnS). Содержание в стали более 0,045% фосфора, делает сталь хладноломкой, т.е. легко ломающейся в холодном состоянии. Обрабатываемость стали фосфор несколько улучшает, так как способствует отделению стружки.

Ниобий (Nb) улучшает кислостойкость стали и способствует уменьшению коррозии в сварных конструкциях.

Титан (Тi) повышает прочность, плотность и пластичность стали, улучшает обрабатываемость и сопротивление коррозии. Повышает прокаливаемость стали при малых содержаниях и понижает при больших.

Хром (Cr) повышает прочность, закаливаемость и жаростойкость, режущие свойства и стойкость на истирание, но снижает вязкость и теплопроводность стали. Содержание большого количества хрома (в обычных сортах стали доходит до 2%, а в специальных — до 25%) делает сталь нержавеющей и обеспечивает устойчивость магнитных сил.

Молибден (Mo) повышает прочностные характеристики стали, увеличивает твердость, красностойкость, антикоррозионные свойства. Делает ее теплоустойчивой, увеличивает несущую способность конструкций при ударных нагрузках и высоких температурах. Затрудняет сварку, так как активно окисляется и выгорает.

Никель (Ni) увеличивает вязкость, прочность и упругость, но несколько снижает теплопроводность стали. Никелевые стали хорошо куются. Значительное содержание никеля делает сталь немагнитной, коррозионностойкой и жаропрочной.

Вольфрам (W) образуя в стали твердые химические соединения – карбиды, резко увеличивает твердость и красностойкость. Увеличивает работоспособность стали при высоких температурах, ее прокаливаемость, повышает сопротивление стали к коррозии и истиранию, уменьшает свариваемость.

Ванадий (V) обеспечивает мелкозернистость стали, повышает твердость и прочность. Увеличивает плотность стали, так как является хорошим раскислителем. Снижает чувствительность стали к перегреву и улучшает свариваемость.

Кобальт (Co) повышает жаропрочность, магнитные свойства, увеличивает сопротивление удару.

Алюминий (Аl) является активным раскислителем. Делает сталь мелкозернистой, однородной по химическому составу, предотвращает старение, улучшает штампуемость, повышает твердость и прочность, увеличивает сопротивление окислению при высоких температурах.

Медь (Cu) влияет на повышение коррозионной стойкости, предела текучести и прокаливаемости. На свариваемость не влияет.

Для всестороннего понимания и анализа процессов, происходящих при легировании и деформировании сталей, важную роль играет знание зависимостей между химическим составом и механическими свойствами.

Целью настоящих исследований является изучение комплексного влияния химического состава на предел текучести σТ арматурной стали класса А500С.

В течение сентября и октября текущего года в Лаборатории испытаний строительных материалов и конструкций ГБУ «ЦЭИИС» проводились испытания образцов арматурных стержней диаметром от Ø16 до Ø36. Были выполнены более 30 параллельных испытаний. При этом для одной и той же пробы данного типоразмера арматурных стержней определяли фактическую массовую долю химических элементов с помощью оптико-эмиссионного спектрометра PMI-MASTER SORT (рис.1) и механические свойства стали при помощи испытательной машины ИР-1000М-авто (рис.2).

Рис.1 — Испытание арматурного стержня для определения химического состава стали.

Рис.2 — Испытания арматурной стали на растяжение.

Для обеспечения достоверности статистических выводов и содержательной интерпретации результатов исследований сначала определили необходимый объем выборки, т.е. минимальное количество параллельных испытаний. Так как в данном случае испытания проводятся для оценки математического ожидания, то при нормальном распределении исследуемой величины минимально необходимый объем испытаний можно найти из соотношения:

где υ – выборочный коэффициент вариации,

tα,k – коэффициент Стьюдента,

α=1-P – уровень значимости (Р — доверительная вероятность),

k = n-1 – число степеней свободы,

ΔМ – максимальная относительная ошибка (допуск) при оценке математического ожидания в долях математического ожидания (ΔМ = γ*δМ, где γ — генеральный коэффициент вариации, δМ – максимальная ошибка при оценке математического ожидания в долях среднеквадратического отклонения).

Как правило, генеральный коэффициент вариации γ неизвестен, и его заменяют выборочным коэффициентом вариации υ, для определения которого нами была проведена серия из десяти предварительных испытаний.

По результатам проведенных испытаний и выполненных расчетов при доверительной вероятности Р=0,95 получен необходимый объем выборки, равной n=26. Фактическое количество испытаний, как было сказано выше, составило 36.

Массив данных, полученных по результатам проведенных параллельных испытаний, был обработан с помощью многофакторного корреляционного анализа.

Уравнение множественной регрессии может быть представлено в виде:

Y = f (β, X) + ε,

где X=(X1, X2,…, Xm) – вектор независимых (исходных) переменных; β – вектор параметров (подлежащих определению); ε – случайная ошибка (отклонение); Y – зависимая (расчетная) переменная.

Разработка множественной корреляционной модели всегда сопряжена с отбором существенных факторов, оказывающих наибольшее влияние на признак-результат. В нашем случае из дальнейшего рассмотрения были исключены три элемента (Аl, Тi, W) по причине их низкой массовой доли (

Если вы нашли ошибку: выделите текст и нажмите Ctrl+Enter