Вплив вуглецю і постійних домішок на властивості сталі

С изменением содержания углерода изменяется структура стали. Увеличение содержания углерода в стали приводит к повышению прочности и понижению пластичности. Приводимые меха­нические свойства относятся к горячекатаным изделиям без терми­ческой обработки, т. е. при структуре перлит + феррит (или пер­лит + цементит). Цифры являются средними и могут колебаться в пределах ±10 % в зависимости от содержания примесей, условий охлаждения после прокатки и т. д. Если сталь применяют в виде отливок, то более грубая литая структура обладает худшими свой­ствами, (понижаются главным образом показатели пластичности). Существенно влияние углерода на вязкие свойства. Как видно, увеличение содержания углерода повышает порог хладноломкости и уменшает ударную вязкость в вязкой области (т.е. при температурах выше порога хладноломкости.

Влияние постоянных примесей на свойства стали

Постоянными примесями сталей считают марганец, кремний, фосфор, серу, а также газы (водород, азот, кислород), в том или ином количестве постоянно присутствующие в технических сортах стали.

Обычно содержание этих элементов ограничивается следующими верхними пределами, %: 0,8 Мn; 0,5 Si, 0,05 Р; 0,05 S.

"Рассмотрим влияние примесей отдельно.

Марганец. Этот элемент вводят в любую сталь для раскисления, для устранения вредных примесей закиси железа. Марганец устраняет также вредные сернистые соединения железа (см. ниже), растворяется в феррите и цементите.

Марганец заметно влияет на свойства стали, повышая прочность в горячекатаных изделиях, изменяя и некоторые другие свойства. Но так как во всех сталях содержание марганца примерно одина­ково, то его влияние на сталь разного состава остается не ощутимым.

Кремний. Влияние начальных присадок кремния аналогично влиянию марганца.

Кремний структурно не обнаруживается, так как полностью растворим в феррите, кроме той части кремния, которая в виде окиси кремния не успела всплыть в шлак и осталась в металле в виде силикатных включений.

Фосфор. 'Руды железа, а также топливо и флюсы содержат какое-то количество фосфора, которое в процессе производства чугуна остается и нем в той или иной степени и затем переходит в сталь.

При выплавке стали в основных мартеновских печах из металла удаляется большая часть фосфора. Сталь, выплавленная в основной мартеновской печи, содержит немного фосфора (0,02-0,04%), а в электропечи менее 0,02 %.

Сера. Как и фосфор, сера попадает в металл из руд, а также из печных газов — продукт горения топлива (S0₂). В основном мартеновском процессе и при выплавке стали в основной электри­ческой печи сера удаляется из стали.Обычно содержание серы для высококачественной стали не должно превышать 0,02—0,03 %. Для стали обычного качества допускают более высокое содер­жание серы: 0,03—0,04 %. Обработкой жидкого металла синтетическими шлаками можно уменьшить содержание серы до 0,005 %.В отличие от других «вредных» элементов сера не повышает, а даже понижает порог хладноломкости, хотя и понижает ударную вязкость при вяз­ком изломе. Другими словами снижение содержания серы полезно в том смысле, что при этом повышается сопротивление вязкому разруше­нию, но снижается сопротивление хрупкому.

В общем случае серу все же следует считать вредной примесью в стали.

Газы. Водород, азот и кислород содержатся в стали в небольших количествах, зависящих от способа производства.

Діаграма залізо-вуглець