Информация о легирующих элементах стали
Каждый отдельный элемент придает стали в зависимости от его доли определенные специфические свойства. В случае присутствия нескольких элементов эффект может быть увеличен. Но существуют варианты сплавов, в которых отдельные элементы в отношении определенного поведения оказывают свое влияние не в одном направлении, а могут противодействовать друг другу. Наличие легирующих элементов в стали создает только предпосылку для желаемых свойств; их можно достичь лишь с помощью переработки и тепловой обработки. Ниже перечислены главные виды влияния, которые оказывают на сталь легирующие и сопутствующие элементы.
Алюминий (Al) Температура плавления 658° C
Это наиболее сильное, очень часто применяемое дезоксидационное и, кроме этого, денитрирующее средство; благодаря этому оно очень благоприятно воздействует на нечувствительность к старению. В небольших добавках он поддерживает образование мелких зерен. Поскольку Al образовывает с азотом нитриды высокой твердости, он является преимущественно легирующим элементом в азотированной стали.
Он повышает стойкость к окалинам и поэтому часто добавляется в ферритную жаростойкую сталь. В нелегированной углеродной стали можно с помощью „алитирования“ (добавления Al в поверхность) повысить стойкость к окалинам. Al сильно суживает — зону. Из-за сильного повышения коэрцитивной силы алюминий является легирующим элементом в магнитотвердых сплавах железа, никеля, кобальта, алюминия.
Свинец (Pb) Температура плавления 327.4° C
Добавляется в автоматную сталь в содержании прибл. 0.2-0.5%, поскольку благодаря его чрезвычайно тонкому суспензионному распределению достигается образование краткой стружки и чистой поверхности разреза. Указанные содержания свинца практически не влияют на механические свойства стали.
Бор (B) Температура плавления 2300° C
Поскольку бор имеет большое эффективное поперечное сечение для абсорбции нейтронов, им легируют сталь для регуляторов и экранов в установках по атомной энергии.
Аустенитная 18/8 CrNi-сталь может с помощью бора благодаря дисперсионному твердению получить более высокий предел текучести при растяжении и прочность, при чем уменьшается антикоррозионная стойкость. Вызванные бором выделения улучшают прочность высокожаропрочных типов аустенитной стали в зоне повышенных температур.
В строительной стали этот элемент улучшает глубокую цементацию и вызывает, таким образом, повышения прочности зерна цементируемой стали. Следует рассчитывать на сокращение сварочных работ в легированной бором стали.
Хром (Cr) Температура плавления 1857° C
Cr делает сталь способной к закалке в масле и воздухе. Вследствие понижения необходимой для образования мартензитов критической скорости охлаждения он повышает закаливаемость и улучшает, таким образом, способность к повышению качества. Однако ударная вязкость уменьшается, но сокращает растяжение лишь немного. Свариваемость сокращается в чистой хромовой стали при увеличении содержания хрома. Прочность стали на растяжение повышается на 80-100 н/мм на каждый 1% Cr. Cr является образователем карбида. Его карбиды повышают стойкость к режущим инструментам и износостойкость.
Термическая стойкость и стойкость к напорному водороду увеличиваются благодаря хрому. В то время, как увеличение содержания хрома повышает стойкость к окалинам, для антикоррозионной стойкости стали необходимо минимальное содержание хрома прибл. 13%, который должен быть растворен в матрице. Элемент отсекает зону и расширяет, таким образом, ферритную зону; стабилизирует аустенит в аустенитной стали Cr-Mn- или Cr-Ni. Теплопроводимость и электрическая проводимость уменьшаются. Тепловое расширение понижается (сплавы для впаивания в стекло).
При одновременно более высоком содержании углерода содержание хрома до 3% повышает остаточный магнетизм и коэрцитивную силу.
Углерод (C) Температура плавления 3540° C
Углерод является наиболее важным и влиятельным легирующим елементом в стали. Наряду с углеродом каждая нелегированная сталь содержит кремний, марганец, фосфор и серу, которые добавляются при изготовлении непреднамеренно.
Добавление дальнейших легирующих элементов для достижения особых эффектов, а также сознательное повышение содержания марганца и кремния вызывает образование легированной стали.
При увеличении содержания углерода повышаются прочность и твердость стали, напротив его расширение, ковкость и обрабатываемость уменьшаются (режущими инструментами). Углерод практически не влияет на антикоррозионную стойкость к воде, кислотам и горячим газам.
Медь (Cu) Температура плавления 1084° C
Медь добавляется только к небольшому количеству сортов стали, поскольку она обогащается под слоем окалины и вследствие проникновения в пределы ядра вызывает большую нечувствительность поверхности при процессах тепловой деформации, поэтому она рассматривается частично как вредитель для стали. Предел текучести при растяжении и соотношение предела текучести при растяжении и прочности повышаются. выше 0.30% может вызвать дисперсионное твердение. Закаливаемость улучшается. Медь не влияет на сварочные работы. В нелегированной и слаболегированной стали благодаря меди достигается значительное улучшение стойкости к атмосферным явлениям.
Марганец (Mn) Температура плавления 1221° C
Марганец дезоксидирует. Он связывает серу как сульфиды марганца и сокращает, таким образом, неблагоприятное влияние сульфида железа. Это имеет особое значение при автоматной стали: опасность красноломкости уменьшается. Марганец очень сильно сокращает скорость охлаждения и, таким образом, повышает закаливаемость.
Предел текучести при растяжении, а также прочность благодаря марганцу повышаются, кроме этого, марганец благоприятно влияет на ковкость и свариваемость и сильно увеличивает глубину прокаливемости. выше 4% вызывают также при медленном охлаждении образование хрупкой мартензитной структуры, так что легирующая зона почти не используется.
Сталь с содержанием марганца выше 12% являются при одновременном высоком содержании углерода аустенитной, потому что марганец значительно расширяет зону. Такие виды стали получают при ударной нагрузке поверхности очень высокое холодное упрочнение, в то время, как ядро остается вязким; поэтому они при ударном воздействии имеют высокую износостойкость.
Легированная медь
Используется в чистом виде и в составе медных сплавов, которые имеют широкое разнообразие в зависимости от соотношения основных и легирующих элементов: латуни, бронзы, мельхиоры, нельзийберы и другие.
Чистая латунь – сплав с цинком – не легируется. Если в ее состав входят легирующие цветные металлы в определенном количестве – она считается многокомпонентной. Бронзы – это сплавы с другими металлическими составляющими, могут быть оловянными и не содержащими олова, легируются во всех случаях. Улучшение их качества осуществляется с помощью Mn, Fe, Zn, Ni, Sn, Pb, Be, Al, P, Si.
Содержание кремния в медных соединениях повышает их коррозионную стойкость, прочность и упругость; олово и свинец – определяют антифрикционные качества и позитивные характеристики относительно обрабатываемости резанием; никель и марганец – составляющие, так называемых, деформируемых сплавов, которые также положительно влияют на устойчивость к коррозии; железо улучшает механические свойства, а цинк – технологические.
Применяются в электротехнике, как основное сырье для изготовления разнообразных проводов, материал для изготовления ответственных деталей для химического оборудования, в машиностроении и приборостроении, в трубопроводах и теплообменниках.
Влияние легирующих элементов на жаропрочность аустенитных сталей
В этой статье мы поговорим о влиянии некоторых легирующих элементов на жаропрочность сталей. На складе к таким сталям относится прокат марки 20х23н18
Влияние титана
В жаропрочных сталях и сплавах с карбидным упрочнением титан, вводимый в небольших количествах (0,1—0,3%), улучшает их длительную прочность . При введении в больших количествах в сложнолегированные жаропрочные стали с углеродом титан понижает твердость и прочностные характеристики и повышает пластические свойства при комнатной и высоких температурах. Изменения механических свойств обусловлены тем, что титан связывает углерод в стойкие карбиды, которые в процессах дисперсионного упрочнения участия не принимают.
Поэтому процесс образования карбидов хрома и ванадия в присутствии титана при отношении Ti : С > 5 сильно ослабляется и сталь становится мало склонной к упрочнению за счет дисперсионного твердения . В жаропрочных сплавах с интерметаллидным упрочнением на базе у-твердого раствора титан является легирующим элементом, который сильно повышает жаропрочные свойства за счет процессов дисперсионного твердения, связанных с образованием у’-фазы типа Ni3 (TiAl).
Переменная по температуре растворимость титана в у-твердых растворах зависит от содержания хрома и других легирующих элементов и определяет кинетику образования у’-фазы при старении предварительно закаленного на твердый раствор сплава.
Влияние хрома
Введение хрома в жаропрочные стали и сплавы повышает их сопротивление окислению при высоких температурах, причем тем больше, чем выше его содержание в сплавах. В отношении повышения жаропрочных свойств хром также оказывает положительное влияние, но он менее эффективен, чем молибден и ванадий. Введение хрома в ферритные стали повышает энергию активации самодиффузии железа и увеличивает температуру рекристаллизации, сопротивление ползучести и длительную прочность. Он также способствует сохранению искажений решетки деформированного аустенита при отпуске.
Однако влияние хрома на повышение жаропрочных свойств ферритных сталей зависит от его содержания и легирования другими элементами и не обязательно пропорционально его количеству. У аустенитных сталей хром увеличивает энергию связи атомов кристаллической решетки у-твердого раствора , несколько повышает жаропрочные характеристики и температуру рекристаллизации легированного аустенита. На рис. 1 показано влияние хрома на изменение механических свойств и длительную прочность сложнолегированной стали с карбидным упрочнением. Максимум жаропрочности в данной системе относится к 9—15% Сг.
Хром образует с углеродом ряд карбидов, которые в результате закалки и старения, выделяясь в у-твердом растворе в высокодисперсном состоянии, упрочняют аустенитные стали. Однако вследствие большой склонности карбидов хрома к коагуляции это упрочнение легко снимается с повышением температуры испытания. Карбиды хрома обладают сравнительно невысокой термической стойкостью, а поэтому повышение жаропрочности аустенитных сталей за счет образования только таких карбидов не столь эффективно.
В сложнолегированных сплавах на никелевой основе с титаном или алюминием присадка хрома изменяет растворимость ‘у- фазы в твердом растворе и этим сообщает сплавам способность к дисперсионному твердению при более низком содержании титана.
хрома, % (по массе)
Рис. 1 Влияние хрома на изменение механических свойств стали с 0,6% С; 20% Ni; 6% Мп; 2% V; 1,40%Мо; 1,5% Nb
При чрезмерном увеличении содержания хрома и образовании ферритной составляющей в сложнолегированных жаропрочных аустенитных сталях самого различного состава наблюдается резкое падение жаропрочности.
Влияние молибдена
Введение молибдена в ферритные, аустенитные стали и никелевые сплавы повышает температуру рекристаллизации у-твердых растворов и тормозит их разупрочнение. Энергия активации самодиффузии железа или хрома увеличивается с повышением количества молибдена, добавляемого в сплав. У большинства сплавов легирование молибденом наряду с повышением жаропрочности дает увеличение пластичности при кратковременных и длительных испытаниях.
Молибден оказывает значительно большее влияние на жаропрочность дисперсионно твердеющих сплавов с карбидным или и нтер мет а л л ид н ым упрочнен ием. Эффективность влияния молибдена на жаропрочные свойства сложнолегированных сталей и сплавов увеличивается, когда его вводят в сплав одновременно с другими элементами, в том числе элементами, вызывающими процессы дисперсионного твердения.
В этом случае молибден тормозит разупрочнение сплава при более высоких температурах, так как затрудняет диффузионный обмен, рекристаллизацию и коагуляцию дисперсных частиц. Поэтому кривая снижения твердости на диаграммах дисперсионного твердения за максимумом у сплавов с молибденом идет более высоко, чем у сплавов без молибдена. Молибден несколько смещает максимум твердости дисперсионного твердения в сторону более высоких температур, мало влияя на абсолютное увеличение твердости, а также на механические свойства при комнатной температуре.
В жаропрочных сплавах на никелевой основе и сплавах на железной основе с интерметаллидным упрочнением молибден также оказывает положительное влияние, увеличивая жаропрочность. В ряде сплавов молибден образует фазы типа Лавеса (Fe2Mo), способствуя еще большему повышению жаропрочности за счет процессов дисперсионного упрочнения
Источник: ООО «Новьсталь»
: производство бесшовных нержавеющих труб
Источник: https://ooo-novstal.ru/spravka/vliyanie_legiruyuwih_elemetov.html
Характеристика легированных сталей
Легированная сталь представляет собой сталь, которая кроме обычных примесей оснащена еще и дополнительными добавочными веществами, которые необходимы для того, чтобы она соответствовала тем или иным химическим и физическим требованиям.
Обычная сталь состоит из железа, углерода и примесей, без которых невозможно себе представить данный материал. В легированную сталь добавляются дополнительные вещества, которые получили название легирующих. Они используются для того, чтобы сталь стала обладать такими свойствами, которые необходимы в тех или иных ситуациях.
В большинстве случаев в качестве легирующих элементов к железу, примесям и углероду добавляются: никель, ниобий, хром, марганец, кремний, ванадий, вольфрам, азот, медь, кобальт. Также не редко в таком материале отмечаются такие вещества, как молибден и алюминий. Для придания прочности материалу в большинстве случаев добавляется титан.
Такой вид стали имеет три основные категории. Отношение легированной стали к той или иной группе обусловлено тем, сколько в ней содержится стали и примесей, а также легированных добавок.
Виды легированной стали
Есть три основных вида стали с легирующими элементами:
Низколегированная сталь.
Она характеризуется тем, что в ней содержится около двух с половиной процентов легирующих дополнительных элементов.
Среднелегированная сталь.
Данный материал имеет в своем составе от 2.5 до 10 процентов легирующих дополнительных веществ.
Высоколегированная сталь.
К данному виду относятся стальные материалы, количество легирующих добавок в которых превышает десяти процентов. Количество этих компонентов в такой стали может достигать пятидесяти процентов.
Назначение легированной стали
Легированную сталь широко применяют в современной промышленности. Она обладает высоким уровнем прочности, что позволяет изготовлять из нее оборудование для резки и рубки металлического проката самых разных видов.
По своему назначению стали легированного типа могут быть представлены большим количеством групп.
Основными из них являются:
- конструкционная легированная сталь,
- инструментальная легированная сталь,
- легированная сталь с особыми химическими и физическими свойствами.
Характеристики легированных сталей могут быть разнообразными. Они их приобретают благодаря соотношению основных элементов. Стали такого типа являются в любом случае более прочными и устойчивыми к образованию коррозии.
Физические свойства и механические характеристики металла хром и его соединений
Хром – не конструкционный материал, но используется довольно широко за счет того, что обладает превосходными антикоррозийными свойствами. Хромирование защищает любой другой сплав от ржавчины. Кроме того, легирование сталей хромом придает им такую же стойкость к коррозии, которая свойственна и самому металлу.
Итак, давайте обсудим сегодня, каковы технические и окислительные характеристики материала хром, основные амфотерные, восстановительные свойства и получение металла также будут затронуты. А еще мы узнаем, каково влияние хрома на свойства стали.
