15 Влияние углерода и постоянных примесей на свойства сталей.

К постоянным примесям относят углерод, марганец, кремний, серу, фосфор, а также кислород, водород и азот.

1) При повышении содержания углерода (С) в конструкционной стали повышается твердость, прочность, литейные свойства, снижается вязкость, обработка резаньем, пластичность, деформируемость, затрудняется свариваемость;

2) Марганец (Mn) - полезная примесь, вводится в сталь для раскисления, уменьшает влияние SiNO2 = 0,3..0,7%. Марганец увеличивает прокаливамость стали и уменьшает вредное влияние серы;

3) Кремний (Si - силициум) - полезная примесь, вводится в сталь для расширения. Кремний эффективно раскисляет сталь и способствует ее упрочнению;

4) Сера (S) - вредная примесь вызывает хрупкость при горячей обработке, располагается по границе зерен, но улучшает процесс резанья. (Сера снижает пластичность и вязкость стали, а также придает стали красноломкость при прокатке и ковке. Повышенное содержание серы допускается лишь в автоматных сталях для изготовления изделий неответственного назначения, т.к. сера улучшает обрабатываемость стали. Основной источник серы в стали - это исходное сырье, т.е. чугун.);

5) Фосфор (P) - вредная примесь, растворяется в феррите, вызывает хладноломкость. (Фосфор также снижает пластичность железа, т.к. резко отличается от него по типу кристаллической решетки, диаметру атомов и их строению. Основной источник фосфора в стали – это руда, из которой выплавлен исходный чугун.);

6) Кислород (О), водород (Н), азот (N) - вредные примеси, растворяются в феррите образуя оксиды, кислородные включения снижают прочность, повышенное содержание азота вызывает разрывы при штамповке металла, а водород приводит к снижению прочности. (Даже небольшую присутствие этих примесей оказывает резко отрицательное воздействие на свойства стали. Кислород и азот способствуют снижению вязкости и пластичности стали. Повышенное содержание водорода делает сталь хрупкой, а также приводит к образованию внутренних трещин – флокенов. Для выведения скрытых примесей используется метод вакуумирования.).

16 Легирующие элементы в стали

Азот (N)

Азот применяется в сталях в качестве заменителя углерода и никеля. Он значительно повышает коррозионную стойкость стали.

Ванадий (V)

Ванадий улучшает такие свойства стали, как твёрдость и прочность, а также значительно повышает её износостойкость. Ванадий присутствует в инструментальных и быстрорежущих сталях.

Вольфрам (W)

Вольфрам является металлом с самой высокой температурой плавления. Он используется во многих отраслях. Вольфрам, наравне с молибденом, является обязательным элементом для быстрорежущих сталей. Помимо устойчивости к высокой температуре, наличие вольфрама в стали, улучшает такие свойства, как износостойкость и твёрдость.

Кобальт (Co)

В небольшом количестве кобальт присутствует в твёрдых сплавах и быстрорежущих сталях. Он увеличивает твердость и прочность стали.

Кремний (Si)

В небольших количествах кремний не оказывает серьезного влияния на свойства стали. Однако, при повышении содержания кремния, повышаются упругость и коррозионная стойкость.

Марганец  (Mn)

Марганец увеличивает твердость и устойчивость стали к износу. Однако его содержание в больших количествах повышает хрупкость.

Молибден (Mo)

Молибден представляет собой легирующую добавку, которая повышает красностойкость, упругость, предел прочности на растяжение, антикоррозионные свойства и сопротивление окислению при высоких температурах. Также он делает состав стали более равномерным. Молибден является обязательным элементом в быстрорежущих сталях.

Никель (Ni)

Никель, так же как и азот повышает коррозионную стойкость стали. Кроме того, он незначительно повышает прочность.

Ниобий (Nb)

Ниобий является достаточно редкой легирующей добавкой . Он повышает износостойкость и коррозионную стойкость стали.

Сера (S)

Сера достаточно вредный элемент. Она понижает коррозионную стойкость стали и её механические свойства. По этим причинам содержание серы в сталях обычно ничтожно мало, однако сера может быть специально добавлена в сталь для того, чтобы, повысить её обрабатываемость.

Титан (Ti)

Обычно титан добавляют в сталь для повышения прочности, стойкости к коррозии и температурам. Также он способствует измельчению зерна и улучшает обрабатываемость.

Углерод (C)

Углерод  является одним из основных элементов, которые определяют свойства стали. От количества углерода в стали зависят её твёрдость и прочность. Также он положительно влияет на стойкость (сохранность) режущей кромки, устойчивость к износу и истиранию. Из отрицательных сторон высокого содержания углерода стоит отметить повышение склонности  стали к коррозии.

Фосфор (P)

Фосфор, так же, как и сера, является вредной примесью. Он снижает механические свойства стали и повышает её хрупкость. По возможности, фосфор стараются полностью удалять из стали.

Хром (Cr)

Хром увеличивает стойкость стали к коррозии и износу. Сталь  считается нержавеющей,  если содержание хрома в ней больше или равно 14%. Правда, справедливости ради, стоит отметить, что сталь даже с высоким (порядка 17-19%) содержанием хрома, при определённых условиях, всё же подвержена коррозии. Также высокое содержание хрома приводит к повышению хрупкости и ударной вязкости стали.