Влияние примесей в стали на процесс резки

Содержащиеся в стали примеси, как правило, оказывают влияние на процесс резки. Некоторые из них, не влияя на процесс отрицательно, вызывают повышенную склонность кромок реза к закалке; некоторые же замедляют процесс или, образуя вязкие шлаки, делают резку практически невозможной.

Весьма важно сочетание примесей в стали, а именно: содержит ли сталь только одну примесь в повышенном количестве или наряду с этой примесью содержит повышенные количества других примесей, тоже влияющих на процесс резки.

Углерод сильно влияет на процесс резки. Даже при низком содержании углерода в стали, около 0,15—0,18%, в особенности при резке больших толщин из-за избирательного окисления железа и перехода.углерода в шлак кромки реза обогащаются углеродом и приобретают склонность к закалке. Еще большее количество углерода в стали приводит к увеличению его содержания в кромках реза, что еще больше способствует их закалке или придает кромкам свойства высокоуглеродистого сплава с ледебуритной структурой (при С =г 2%).

Углерод, снижая температуру плавления стали и повышая температуру ее воспламенения в кислороде, препятствует процессу резки тем, что способствует повышению количества несгоревшего железа в шлаке, привариваемого к кромкам и затрудняющего удаление шлака из образуемого разреза.

Марганец по своим теплофизическим свойствам близок к железу и низкоуглеродистой стали. При содержании марганца до 4% сталь режется хорошо. При более высоком содержании марганца (до 14%) процесс резки протекает несколько хуже, но все же удовлетворительно. Основное затруднение при резке марганцовистых сталей с повышенным содержанием углерода —- их склонность к образованию закалочных трещин, в связи с чем резку этих сталей рекомендуется производить с предварительным подогревом до температуры ~ 300° С.

Кремний в количествах, в которых он содержится в низкоуглеродистой или низколегированной стали, на процесс резки не влияет. Кремний незначительно влияет на процесс резки и в том случае, когда содержание его в стали достигает 1,5—2%. Однако при содержании его свыше 4—5% из-за чрезмерной вязкости шлака, богатого окислом кремния (SiO₂), рез зашлаковывается и процесс резки весьма затрудняется или становится вовсе невозможным.

Сера и фосфор в тех незначительных количествах, в которых эти вредные примеси содержатся в стали, на процесс резки не влияют.

Хром, так же как примесь кремния, в стали повышает вязкость шлака, и уже при его содержании до 2—3% способствует зашлаковыванию кромок реза. При содержании до 4—5% Сг, когда на нагреваемой поверхности стали присутствуют отдельные разобщенные окисные частицы, процесс резки еще возможен. Однако при более высоком содержании хрома вся поверхность стали оказывается покрытой тугоплавкой окисной пленкой (/_Плсг.о₃ = 2200° С), изолирующей сталь от контакта с кислородом, в связи с чем резка становится невозможной.

Хром способствует также прокаливаемости стали при резке, и при неблагоприятных условиях охлаждения (резкие переходы в сечениях, прямые углы линии реза и др.) образованию глубоких трещин.

Никель, имея высокую упругость диссоциаций окисла (Ni0), т. е. обладая низким сродством с кислородом, весьма слабо окисляется кислородной струей при резке, чем и объясняется невозможность газовой резки этого металла. Однако, присутствуя в стали кгк примесь, никель при содержании его до 6—7% процессу газовой резки стали заметно не препятствует. Значительно хуже процесс резки протекает при высоком содержании никеля, достигающем 30%. В этом случае благодаря избирательному окислению компонентов стали образуемый при резке шлак содержит участки, богатые оплавленным, но не окисленным никелем, выносимым кислородной струей из реза и частично остающимся на разрезанных кромках.

Молибден в тех малых количествах (0,15—0,25%), в которых он содержится в низколегированных конструкционных сталях, на процесс резки не влияет. Он не оказывает заметного влияния и при более высоком содержании (до 0,6—0,9%) при резке специальных молибденовых и хромомолибденовых сталей, однако даже при низком его содержании в стали резко повышается прокаливаемость кромок реза и их склонность к образованию трешин.

Вольфрам при обычном содержании в специальных сталях (до 1,0—1,4%) на процесс резки заметно не влияет. Однако подобно хрому и молибдену вольфрам увеличивает прокаливаемость стали в зоне теплового влияния резки и ее склонность к образованию глубоких трещин.

Ванадий в незначительных количествах, в которых он присутствует в стали, на процесс резки не влияет.

Медь и алюминий в незначительных количествах, в которых эти элементы могут иногда содержаться в низколегированных сталях, на процесс резки не влияют.

Влияние разделительной резки на структуру и механические свойства стали

Тепловое воздействие резки на структуру и механические свойства (твердость) металла в примыкающих к кромке слоях зависит прежде всего от толщины разрезаемой стали и ее химического состава.

Сообщенная металлу процессом резки теплота слагается из теплоты подогревающего пламени и теплоты, выделяемой при окислении кислородной струей железа и содержащихся в стали примесей. Значительная часть теплоты, идущая на нагрев металла в объеме реза, выносится из разреза с расплавленным шлаком, однако другая, меньшая, ее часть передается кромкам разрезаемого металла. При этом металл кромки реза нагревается выше критической точки Ас₃, а затем быстро охлаждается за счет отвода теплоты в более холодные соседние слои металла и за счет охлаждающего действия кислородной струи, способствующего интенсивной теплоотдаче в окружающую среду.

Простая низкоуглеродистая сталь закалке при резке практически не поддается. Тепловое влияние резки на структуру этой стали при условии содержания в ней.менее 0,2% С сказывается главным образом на изменении величины зерна. При резке сталей с повышенным содержанием углерода или легирующих примесей из-за их большой прокаливаемости изменение структуры происходит на большую глубину от кромки реза, чем в низкоуглеродистых сталях. Наиболее вероятно образование трещин при резке закаливающихся сталей большой толщины, при сложных контурах реза, с прямыми и острыми углами. Резка сталей в закаленном состоянии без отжига или нормализации перед резкой также способствует возникновению в металле трещин. Кромки реза обогащаются углеродом даже при низком содержании этого элемента в стали, причем наиболее сильное науглероживание кромки наблюдается в ее нижней части, где содержание углерода может достигать 0,3—0,75%, в зависимости от толщины стали, содержащей всего 0,15—0,25% С. Таким образом, металл кромки почти всегда склонен к закалке, которая в зависимости от содержания углерода и легирующих примесей в стали и от скорости охлаждения может давать различные закалочные структуры, обладающие различной твердостью.

Дата добавления: 2014-01-04