8. Примеси в сталях и их влияние на св-ва

Углерод в стали находится в виде химического соединения-Fe₃C (цементита), а также в виде твердого раствора — углерода Fe_αC (феррита). С увеличением содержания углерода твердость и прочность стали увеличиваются, а пластичн., свариваемость и ударная вязкость понижаются.

В углеродистых сталях обычно содержится 0,10—0,35% Si и 0,3—0,8% Mn. Их присутствие благоприятно сказывается на качестве стали: с увеличением их процентного содержания увелич. упругие св-ва стали, сопротивл. коррозии, твердость, а также улучш. магнитные св-ва.

Фосфор и сера явл-ся неизбежными вредными примесями. Сера находится в стали в виде соединен. FeS. Присутствие серы способств. красноломкости стали, т. е. способности к образован. трещин при высоких температурах, понижению сопротивления усталости, уменьшен. сопротивления коррозии.

Фосфор находится в стали в виде соединен. Fe₃P. Кристаллы этого хим. соединения обычно располагаются по границам зерен стали, ослабляя связь между ними, тем самым, придавая хрупкость в холодном состоянии (хладноломкость). Углеродист. сталь по хим. составу подразд. на 3 группы:

-низкоуглеродистая, содержащая до 0,25% С;

-среднеуглеродистая, содержащая 0,25—0,60% С;

-высокоуглероднстая, содержащая 0,6—2,0% С.

Сталь по способу изготовления подраздел. на след. виды: обычного качества (изготовляется конверторным способом);

-качественная (выплавл. конверторным способом и в мартеновских печах);

-высокого кач-ва (может выплавляться как в мартеновских, так и электрических печах).

Чем меньше в стали будет вредных примесей (серы и фосфора), тем выше качество стали.

9. Легированные стали и их свойства.

Стали, в которые вводят легирующие элементы (Cu, Al, Si, Ti, V, Cr, Nb, W, Mo, Ni, Mu, Co и др.) называются легированными. Применен. легирующ. материалов позволяет изменить в нужном направлен. спец. св-ва стали. Легирование повышает коррозионную стойкость в условиях низких и высоких температур и давлений, повышают прочность, твердость, износостойкость и др.

-Cu, Si, Cr, Mo, Ni – коррозионную стойкость;

-Si, Cr, Mo, W, Mn, Ni – твердость и прочность;

-Cr, Mn, Ni – вязкость;

-Cr, Mn, Ni – сопротивл. истиранию.

По характеру влияния:

1)группа никеля (Ni, Co, Cu, Si, Al) – расшир. область устойчивости ɣ-железа

2)группа хрома (Cr, Mg, Ti, V) – образ. устойчив. карбиды и сужают обл. устойчив. ɣ-железа

Классификация легир. сталей:

1) По содержан легир. элементов: низколегир. (до 2,5 %), среднелегир. (до 10 %), высоколегир. (более 10 %)

2) По структ. в зависим. от вида структурн. элементов, формирующих основу стали: аустенитные, ферритные, перлитные, мартенситные, корбидные.

3) По назначению: конструкцион., инструментальн., специальные

4) По содержанию углерода

С<=0.24% - малоуглеродистые

0,24%<=C<=0.5%-cреднеуглеродистая

С=>0,5%-высокоуглеродистые

10. Рельсовая сталь

Рельсы для железнодорожного транспорта изготавливаются из углеродистой стали. Качество рельсовой стали определяется её химическим составом, микроструктурой и макроструктурой.

Углерод повышает твёрдость и износостойкость стали. Однако большое содержание углерода, при прочих равных условиях, делает сталь хрупкой, химический состав при повышении содержания углерода должен выдерживаться более жестко, особенно в отношении вредных примесей. Марганец повышает твёрдость, износостойкость и вязкость стали. Кремний увеличивает твёрдость и износостойкость. Мышьяк увеличивает твёрдость и износостойкость стали, но в больших количествах уменьшает ударную вязкость. Ванадий, титан, цирконий — микролегирующие добавки, улучшают структуру и качество стали.

Структура рельсовой ст. перлитно-ферритная. Фосфор и сера являются вредными примесями, придающими хрупкость стали. Большое содержан фосфора делает рельсы хладноломкими, большое содержан серы — красноломкими (образуются трещины при прокате).

Микроструктура рельсовой стали представл. собой пластинчатый перлит с прожилками феррита на границах перлитовых зёрен. Твёрдость, сопротивл. износу и вязкость достигается приданием стали однородной сорбитной структуры при помощи термич обработки путём поверхностной (на 8—10 мм) закалки головки или объёмной закалки рельса. Макроструктура рельсовой стали должна быть мелкозернистой, однородной, без пустот, неоднородностей и посторонних включений.