Влияние состава и постоянных примесей на свойства сталей

Углеродистые стали

При общем объеме производимых в России сталей (около 100 млн. т) на долю углеродистых сталей приходится более 80 %. Это связано с тем, что они обеспечивают удовлетворительное сочетание эксплуатационных свойств с хорошей технологичностью, т.е. относительно малыми затратами при обработке давлением, резанием и сварке. Кроме того, эти стали относительно дешевы.

Промышленные стали не являются просто бинарными сплавами системы Fe – C.

Кроме этих двух элементов в них всегда присутствуют примеси (Р, S, О, N, Н и др.), содержание которых колеблется от десятых и сотых до тысячных долей процента и зави­сит от способа выплавки стали (мартеновский, конвер­терный и др.). Кроме того, в сталях всегда имеются со­путствующие металлические элементы, содержащиеся в исходных шихтовых материалах (Сr, Ni, Сu и др.), а также элементы-раскислители (Мn, Si, Аl и др.), спе­циально вводимые в сталь для снижения содержания кислорода.

Как углерод, так и вышеуказанные примеси, оказывают значительное влияние на физико-механические и техно­логические свойства сталей. При увеличении содержа­ния углерода возрастает прочность, но снижается плас­тичность. Марганец, кроме раскисляющего действия, по­вышает прочность сталей в горячекатаном состоянии и снижает вызываемую присутствием серы краснолом­кость (появление трещин и разрывов при горячей про­катке). Кремний, упрочняя сталь, снижает ее пластич­ность. Фосфор, при повышенном содержании в сталях (до 0,05…0,06 %), образует фосфиды и снижает плас­тичность, вязкость и повышает порог хладноломкости. Элементы, повышающие прочность, например марганец и кремний, ухудшают обрабатываемость сталей резани­ем (допустимые скорости резания, стойкость инструмен­та, чистоту обрабатываемой поверхности). Наличие ди­сперсных частиц, например оксидов, нитридов и других соединений, улучшает обрабатываемость. Хорошей об­рабатываемостью обладают и стали с повышенным со­держанием серы и фосфора (до 0,1…0,2 %).

Штампуемость сталей также ухудшается при повы­шении прочности стали, особенно предела текучести. Обычно способность сталей к штампуемости оценивают отношением s_0,2/s_В. Для сталей глубокой вытяжки это отношение должно находиться в пределах от 0,65 до 0,7. Такими свойствами обычно обладают стали, содержащие около 0,08 % C, до 0,4 % Mn и не более 0,03 % Si. Сле­дует отметить, что большое влияние на штампуемость оказывает величина зерна (оптимальным является 6…8 балл).

Неметаллические включения (оксиды, сульфиды, фос­фиды) создают в сталях области повышенных микронапряжений и снижают ударную вязкость сталей, усталостные и другие характеристики, Но в отличие от боль­шинства перечисленных неметаллических включений, повышающих порог хладноломкости, сульфиды могут снижать порог хладноломкости за счет измельчения зер­на (явление сульфидного эффекта). Водород при повы­шенных количествах скапливается в микрообъемах внут­ри стальных изделий, создает высокие давления и вызы­вает образование внутренних трещин (флокенов).

Дата добавления: 2014-01-05