12. Материалы, применяемые для легирования стали.

Сталь, содержащую до 2,5% разных легирующих примесей, принято считать низколегированном; 2,5—10% - среднелегированной; 10% и более— высоколегированной. Основными легирующими элементами в стали являются хром, никель, марганец, кремний, молибден, вольфрам, ванадий, титан, алюминий, ниобии, кобальт, медь, бор и др. Из перечисленных элементов наибольшее значение при производстве легированных сталей для фасонных отливок имеют никель, хром, марганец, кремний, молибден, титан, алюминий и ванадий. Для правильного ведения плавки легированных сталей необходимо знать степень растворимости элементов в жидком железе и их влияния на свойства расплава. В табл. 59 приведены данные о характере растворимости различных элементов в жидком железе при температурах сталеплавильных процессов. Растворяемые в жидкой стали легирующие элементы оказывают заметное влияние не только на ее свойства в затвердевшем состоянии, но и изменяют также свойства жидкого расплава (термодинамические характеристики и др., температуру ликвидус — солидус, литейные свойства и др.).

Сами же легирующие элементы, входя в раствор, теряют свои индивидуальные свойства.

Различные легирующие элементы в зависимости от их концен­трации, атомного веса и распределения между жидкой и твердой фазами при плавлении или затвердевании понижают в том или иной степени температуру плавления стали. Во время плавки легированных сталей в одних случаях можно не учитывать теп­ловой эффект смешения вследствие его малости (например, при смешении марганца с железом), в других случаях (например, при добавке кремния в расплавленное железо) следует его учитывать так как выделяется большое количество теплоты. Некоторые легирующие элементы вступают во взаимодействие с другими элементами или примесями. Так, титан, алюминий и некоторые другие элементы вступают в жидком расплаве во взаимодействие с кислородом, азотом, серой и другими элементами, и только та часть их, которая не вступает во взаимодействие, может оказать легирующее влияние По этой причине при выплавке легированных сталей особенно важна термодинамическая оценка физико-химических процессов происходящих в расплаве. Многие легирующие добавки вводят в расплав в виде сплавов, это следует иметь в виду при учете теплового эффекта. Отметим, что при введении в расплав значительного количества кремния или фер­росилиция происходит значительное повышение его температуры даже при значительных тепловых потерях расплавом (в окружающее пространство, через футеровку и т. д.). В зависимости от условий плавки различны потери легирующих. При переплаве стали в вакууме окисления элементов не происходит, но содержание сравнительно легко испаряющихся элементов, таких как марганец, свинец, цинк, может уменьшиться. При переплаве в среде защитного инертного газа в стали сохраняется большинство легирующих элементов, однако и при этом в результате испарения теряется какое-то их количество.

Растворимость элементов в жидком железе при температурах сталеплавильных процессов

Таблица 59

Растворимость элементов
Полная	Частичная	НЕ растворяется	Находятся в газообразном состоянии
Алюминий* Медь Марганец Никель Хром* Кремний* Сурьма* Титан* Церий* Бериллий* Олово* Ванадий Цирконий*	Молибден** Вольфрам** Бор* Углерод* Сера* Фосфор* Кислород Азот* Водород Мышьяк*	Свинец Серебро Висмут	Натрий Литий Магний Кальций Цинк Кадмий Свинец

* образуют с железом химические соединения; ** - полная смешиваемость при более высоких температурах