Навигация:
Главная → Все категории → Строительное материаловедение

Углеродистые стали


Углеродистые стали

Углеродистые стали имеют сложный химический состав. Кроме основных компонентов — железа (97—99,5%) и углерода — они содержат примеси никеля, хрома, кремния, марганца, серы, фосфора, кислорода, азота, водорода или других элементов. Углеродистыми являются стали, которые содержат мало примесей, но достаточно — углерода. Углерод и примеси оказывают непосредственное влияние на структуру и свойства стали.

Как уже отмечалось, доэвтектоидные стали состоят из феррита и перлита, эвтектоидные — из перлита и вторичного цементита. После медленного охлаждения сталь при обычной температуре состоит из двух фаз — феррита и цементита, причем количество феррита уменьшается, а количество цементита повышается пропорционально содержанию углерода. Присутствие этих фаз влияет на твердость стали, так как твердость цементита (по Бриннелю) составляет 8000—8500 МПа, у феррита 800—900 МПа. Твердые частицы цементита затрудняют движение дислокации и тем препятствуют деформациям, понижают пластичность и вязкость стали. С увеличением содержания углерода в стали повышается ее твердость (НВ), предел прочности при растяжении (ств) и предел текучести (сто,2), уменьшаются пластичность (относительные удлинение 5, сужение а) и Ударная вязкость \|/ (рис. 19.8), понижаются плотность, теплопроводность и магнитная проницаемость, но возрастает ее электросопротивление.

На качество стали влияют примеси — марганец, кремний, сера, фосфор, а также газы (азот, кислород и др.).

Марганец содержится в качестве примеси во всех углеродистых сталях примерно в одинаковом количестве, но не более 0,8% по массе. Его вводят в стали в виде ферромарганца, т. е. сплава железа с марганцем, для раскисления при плавке с целью устранения вредных примесей закиси железа FeO, ухудшающих качество стали.

Рис. 19.8. Изменение свойств стали с увеличением содержания углерода

Раскисление состоит в том, что марганец соединяется с кислородом закиси железа, образует оксид марганца МпО, основная часть которого, выделяясь из стали, переходит в отделяющийся от стали шлак: FeO + Mn -* Fe + МпО. Но некоторая доля оксида марганца остается в стали, а часть марганца растворяется в феррите и цементите, также оставаясь в стали. Марганец способствует устранению вредных примесей сернистых соединений железа. В результате раскисления улучшаются свойства, в частности повышается прочность стальных горячекатаных изделий.

Кремния в углеродистой стали содержится обычно не более 0,35—0,5%. Его вводят как примесь в сталь в виде ферросилиция, т. е. сплава железа с кремнием, с той же целью, что и марганец, — для раскисления при плавке: 2FeO + Si -> 2Fe + S1O2. Основная часть Si02 удаляется в виде шлака, но часть оксида кремния, не успевшая всплыть со шлаком, остается в стали. Остается и часть кремния, растворившаяся в феррите. Раскисление стали кремнием улучшает ее свойства, повышает плотность слитка, так как кремний дегазирует сталь.

Сера попадает в чугуны и стали из руд и печных газов (газ SO2 — продукт горения топлива). Она является вредной примесью и ее допускается в стали не более 0,035—0,06%. Сера образует с железом сульфид железа FeS с появлением легкоплавкой и хрупкой эвтектики (эвтектической смеси Fe + FeS). Последняя придает стали хрупкость при нагревании ее до 800°С и выше, т. е. до температуры красного каления. Такое явление называют красноломкостью. Сталь, содержащая повышенное количество серы, не поддается горячей обработке давлением вследствие красноломкости.

Фосфор содержится в железной руде, флюсах, топливе и является вредной примесью в стали. Его содержание ограничивается не более чем 0,025—0,045%. Он растворяется в феррите, искажая его кристаллические решетки, вследствие чего резко повышает температуру перехода стали в хрупкое состояние, т. е. вызывает так называемую хладноломкость стали.

Фосфор повышает прочность и уменьшает пластичность и вязкость стали. Он неоднородно распределяется в стальном слитке (ликвация), вследствие чего некоторые средние участки стального слитка содержат повышенное количество фосфора, обладают значительно пониженной вязкостью.

В стали содержится небольшое количество газов (азота, кислорода и др.), ухудшающих ее свойства.

Содержание неметаллических включений и газов в стали значительно уменьшается при выплавке или разливе ее в вакууме.



Похожие статьи:
Строительные термины и определения

Навигация:
Главная → Все категории → Строительное материаловедение

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум