4. Зависимость свойств стали от химического состава.

Сталь— сплав железа с углеродом (и другими элементами). Содержание углерода в стали не более 2,14 %. Св-ва сталей зависят от их состава и структуры, которые формируются присутствием и процентным содержанием след. составляющих:

1) Углерод — элемент, с увеличением содержания которого в стали увеличивается её твердость и прочность, при этом уменьшается пластичность.

2) Кремний и марганец в пределах (0,5-0,7 %) существенного влияния на св-ва стали не оказывают.

3) Сера является вредной примесью, образует с железом химическое соединение FeS (сульфид серы). Сернистое железо обусловливает ломкость материала при обработке давлением с подогревом (красноломкость). Сера уменьшает пластичн. и прочность стали, износостойкость и коррозионную стойкость.

4) Фосфор также является вредной примесью, т.к. придает стали хрупкость при пониженных температурах (хладоломкость).

5) Феррит — железо с объемноцентрированной кристаллической решеткой и сплавы на его основе является фазой мягкой и пластичной.

6) Цементит — карбид железа, химическое соединение с формулой Fe3C предоставляет стали твердость и хрупкость.

7) Перлит — эвтектоидная смесь двух фаз — феррита и цементита, содержит 1/8 цементита и поэтому имеет повышенную прочность и твердость по сравнению с ферритом.

5.Влияние структуры на свойства стали

В структуре Ме и сплавов присутств.: хим. соединения (цементит), тверд. раствор (феррит, аустенит), механич. смеси (перлит, ледебурит).

Величина зерен оказывает существенное влияние на механические свойства стали (чем мельче зерна, тем выше качество стали). Идеальная кристаллич. решетка предполагает высокие физико-механич. св-ва, реальная структура за счет влияния внутр. дефектов оказывается гораздо ниже.

Структура низколегированных сталей аналогична структуре малоуглеродистой стали. Низколегированные стали тоже содержат мало углерода, повышение их прочности достигается легированием — добавками, которые, как правило, находятся в твердом растворе с ферритом и этим его упрочняют; некоторые из них образуют карбиды, также упрочняющие ферритовую основу и прослойки между зернами.

Основные химические элементы, применяемые при легировании малоуглеродистой стали, стали повышенной и высокой прочности.

Углеродистая сталь обыкновенного качества состоит из железа и углерода с некоторой добавкой кремния или алюминия, марганца, меди.

Углерод (У), повышая прочность стали, снижает пластичность и ухудшает ее свариваемость; поэтому в строительных сталях, которые должны быть достаточно пластичными и хорошо свариваемыми, углерод допускается в количестве не более 0,22%.

Кремний (С), находясь в твердом растворе с ферритом, повышает прочность стали, но ухудшает ее свариваемость и стойкость против коррозии.

Алюминий (Ю) входит в сталь в виде твердого раствора феррита и в виде различных нитридов и карбидов, хорошо раскисляет сталь, нейтрализует вредное влияние фосфора, повышает ударную вязкость.

Марганец (Г) растворяется как в феррите, так и в цементите; образует тугоплавкие карбиды, что приводит к повышению прочности и вязкости стали. Марганец служит хорошим раскислителем, а соединяясь с серой, снижает вредное ее влияние. В малоуглеродистых сталях марганца содержится до 0.64%, а в легированных — до 1,5%; при содержании марганца более 1,5% сталь становится хрупкой.

Медь (Д) несколько повышает прочность стали и увеличивает стойкость ее против коррозии. Избыточное ее содержание (более 0.7%) способствует старению стали.

Прочность низколегированных сталей также повышается при введении никеля, меди, кремния и алюминия, которые входят в сталь в виде твердых растворов (феррита).

Вольфрам и молибден, значительно повышая твердость, снижают пластические свойства стали: никель повышает прочность стали и пластические ее свойства.

Молибден (М) и бор (Р) обеспечивают высокую устойчивость аустенита при охлаждении и тем самым облегчают получение закалочных структур (бейнита и мартенсита), что очень важно для получения высокопрочного проката больших толщин.

Азот (А) в несвязанном состоянии способствует старению стали и делает её хрупкой, особенно при низких температурах. Поэтому его не должно быть более 0,008%