Навигация:
ГлавнаяВсе категории → s1

Cталь


Cталь

Cталь — сплав железа с углеродом, содержит0,025—2,14% углерода, а также др. хим. элементы — примеси, перешедшие в состав С. в процессе ее произ-ва, и легирующие добавки, специально введенные в С. для получения требуемых св-в.

По назначению С. подразделяют на конструкц., инструмент, и С. с особыми св-вами (см. Сталь инструментальная, Сталь коррозионно-стойкая).

Конструкц. С. можно разделить на машиностроит. (см. Сталь среднеуглеро-дистая улучшенная) и строит, (см. Сталь для металлических конструкций, Сталь арматурная).

Ввиду разнообразия легирующих добавок разработан принцип обозначения марок С. — маркировка. Обозначения состоят из небольшого числа цифр и букв, указывающих на примерный состав С. Цифра в начале обозначения показывает содержание углерода в сотых долях массового содержания; в углеродистых машиностроит. С. она обозначает марку стали. Напр., в С. марки 20 содержится примерно 0,2% углерода.

Легирующие элементы обозначаются след. буквами: марганец — Г, кремний — С, хром — X, медь — Д, молибден — М, ванадий — Ф, ниобий — Б, бор — Р, фосфор — П, титан — Т, алюминий — Ю, азот — А, редкоземельные металлы — Ч. Цифры, идущие после буквы, указывают на примерное содержание данного легирующего элемента (при содержании менее или около 1 % цифра отсутствует, около 2% — цифра 2, около 3% — цифра 3 и т.д.). Напр., нержавеющая С, марки 10Х18Н10Т, содержит, %: углерода 0,1, хрома 18, никеля 10 и титана 1.

В последнее время при обозначении строит. С. употребляют цифру, обозначающую нормативные значения предела текучести или врем, сопротивления. Напр., С. для строит, металлич. конструкций обозначаются как С235, С245, С255, С275, С285, С345, С390, С440, С590. Здесь буква "С" обозначает "строительная сталь", цифры указывают нормативные значения предела текучести, Н/мм.

Эксплуатац. св-ва С. во многом определяются их внутр. строением, под к-рым понимаются атомно-кристаллич. структура и ее несовершенства, микроструктура (форма и дисперсность кристаллов отд. фаз и их взаимное расположение), макрораспределение легирующих элементов и примесей, величина, знак и характероста-точных напряжений.

Св-ва С. во многом определяются полиморфизмом железа, т.е. способностью в-ва существовать в неск. кристаллич. состояниях с разной структурой. Железо может иметь кубическую гранецентриров. кристаллич. решетку (^-железо). В элементарной ячейке такой решетки ион-атомы расположены в вершинах куба, а также в центре граней, составляющих этот куб. Др. осн. форма — кубическая объемно-центриров. кристаллич. решетка («-железо) . Здесь в элементарной ячейке ион-атомы расположены в вершинах и центре куба. Твердый р-р углерода и др. элементов в у -железе наз. аустенитом (в честь франц. металлурга Аустена) и может содержать до 2,14% углерода. ТвердьгёГр-р углерода и др. элементов в а -железе наз. ферритом и содержит гораздо меньше углерода (до 0,01 %). В строит. С. аустенит стабильно существует при высоких темп-рах, напр. при темп-pax горячей обработки С. Феррит стабильно существует при норм, темп-pax. Переход у -* а или а -* у при охлаждении и нагреве соответственно наз. превращением. Осн. типы микроструктур в строит. С. след.

Феррит — один из осн. типов микроструктуры — представляет собой многокомпонентный твердый р-р легирующих элементов и примесей в а -железе.

Цементит — осн. карбид железа Fe3C. Атомы железа в цементите легко замещаются атомами марганца, при этом карбид имеет ф-лу (Fe, Мп)зС. Перлит как составляющая структуры представляет собой механич. смесь пластин цементита и феррита в границах общего зерна. Ферри-то-перлитная смесь в С. формируется при превращении аустенита в феррит по механизму диффузии.

Мартенсит (по имени металлурга Мартенса) — прочная и хрупкая структурная составляющая в С. Образуется при превращении у -* а при охлаждении металла с высокими скоростями по бездиф-фуз. сдвиговой кинетике. Мартенсит представляет собой пересыщ. твердый р-ругле-рода и легирующих на основе а -железа. В строит. С. образуется т.н. пакетный мартенсит, иногда наз. реечным. Он состоит из тонких парал. мартенситных "реек" — пластин толщиной 0,2—262 мкм с высокой плотностью дислокаций (10 — 10г2см2).

Бейнитное (промежуточное) превращение (по имени металловеда Бейна) носит черты как диффуз., так и бездиффуз. превращения, поскольку здесь у -* а происходит при таких темп-pax, когда способность к диффузии у углерода высока, а у железа и легирующих элементов практически исчерпана.

Микроструктуры промежуточного типа могут иметь разл. морфологию. Прокат из С. с бейнитной и мартенситной структурами имеет высокую прочность в сочетании с низкими пластичностью, сопротивлением хрупкому разрушению и свариваемостью. Для достижения высокой работоспособности С. с подобными структурами необходим нагрев изделий до темп-р, близких к верхней границе существования однородной а -фазы (обычно 600—700 °С). После этого структура приобретает тонкодйсперсное строение в виде смеси мелких субзерен феррита размером 0,5—5 мкм и глобулированных частиц карбидов. Для обозначения таких структур обычно используют обобщ. термин "сорбит отпуска" (в честь металлурга Сор-би). Прокат с подобными структурами имеет оптим. сочетание механич. и техно-логич. ев-в.

Для дополнит, упрочнения С. в структуре создается фаза спец. карбидов и нитридов — высокодисперсных (20—500 А) и равномерно распре дел. твердых частиц. Для этого С. микролегируют ванадием, ниобием, титаном (карбонитриды) со сте-хиометрич. соотношением Me (С, N), а также алюминием и азотом (нитриды). Хром и молибден образуют карбиды типа Ме7Сз и МегзСб соответственно.

Изменение структуры и, следовательно, св-в С. в нужном направлении практически осуществляется при техноло-гич. операциях термич. и термомеханич. обработки стального проката (см. Прокат стальной). Термич. обработка заключается в нагреве, выдержке при темп-ре нагрева и охлаждении проката по заданным режимам. При термомеханич. обработке те или иные операции термич. обработки эффективно совмещаются с воздействиями пластич. деформации по заданным режимам.

Нормализация — термич. обработка, состоящая из нагрева выше темп-ры а -» у на 30—50 °С (примерно 920 °С для строит. С.)с последующим охлаждением на воздухе. Быстрое охлаждение проката после аналогичного нагрева и выдержка (напр., в воде), наз. закалкой, приводит к получению проката высокой прочности в сочетании с низкой пластичностью и сопротивлением хрупкому разрушению. Последние св-ва резко повышаются после нагрева в а -области до темп-ры, близкой к началу превращения у -» а. Такой нагрев наз. высокотемп-рным отпуском.

Операция термич. обработки проката, состоящая из закалки с последующим высокотемп-рным отпуском, наз. термич. улучшением проката или просто улучшением. Термомеханич. обработка оказывается эффективной, т.е. одновременно повышаются прочность и вязкость С., если переду -* а при заданной пластич. деформации удается подавить процессы статич. рекристаллизации аустенита в С. и опре-дел. образом "унаследовать" это состояние в а -фазе посредством быстрого охлаждения проката при у -* а.

Металлургич. качество проката, в первую очередь, определяется состоянием фазы неметаллич. включений (НВ), к к-рым относятся хим. соединения, образовавшиеся в С. в процессе ее выплавки, разливки и остывания слитков. Кол-во включений и их размер могут сильно колебаться — объемная доля в пределах 0,01 — 0,1%, размер 10" —10 мм.

В осн. размер НВ составляет приблизительно 10" мм. НВ подразделяются на след. виды:
1) сульфидные включения, к-рые образуются при затвердевании С., поскольку растворимость серы в жидкой фазе существенно выше, чем в твердом р-ре. Типичные сульфиды в прокате — вытянутые вдоль прокатки эллипсоиды сульфида марганца MnS или комплексного сульфида (Мп, Fe)S;
2) наиболее многочисл. группа НВ — кислородные включения (оксиды, силикаты и стекла);
3) крупные частицы, образованные нитридообразующими в-ва-ми, прежде всего титан и алюминий с всегда имеющимся в жидкой С. остаточным азотом.

Излишняя загрязненность С. неметаллич. включениями может снизить пластичность проката, сопротивление разрушению, технологич. св-ва, в первую очередь, свариваемость. Отрицат. влияние НВ усиливается по мере увеличения прочности С. Его устраняют методами ковшевой металлургии (внепечной обработки С.), при к-рой повышается чистота металла (процессы рафинирования) и глобули-руются частицы (модифицирование НВ).



Похожие статьи:
Cушка древесины

Навигация:
ГлавнаяВсе категории → s1

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум