К полезным примесям в сталях относятся

Примеси в стали. Купить оптом

Сталь и ее примеси

Все добавки или примеси, которые содержатся в стали, можно условно разделить на три вида:

• Скрытые;
• Постоянные;
• Случайные.

К скрытым добавкам можно отнести азот. Это вещество попадает в структуру стали из воздуха. Постоянными можно назвать, кремний, марганец, фосфор или серу. В раскисленной стали, в небольших количествах находиться алюминий в паре с кремнием и марганцем. Если примесь находится в таком виде, она выступает в качестве раскислителя. Сталь также может содержать флюсы, топливо, и руды железа, обогащены фосфором и серой.

Все вышеперечисленные вещества можно назвать примесями лишь в том случае, если их содержание в стали не превышает следующий процент:

• Элементы кремния – 0,02%;
• Элементы фосфора – 0,03%;
• Элементы марганца – 0,65%;
• Элементы алюминия – 0,02%;
• Элементы меди – 0,2%;
• Элементы серы – 0,2%.

Если процент содержания данных веществ в различных сталях превышает вышеперечисленные показатели, то их уже можно назвать не примесями, а легирующими элементами.

Фосфор и его воздействие на структуру стали

Благодаря присутствию фосфора, значительно повышается прочность стали. Чем больше фосфора находиться в стали, тем более прочным становиться металл, а его вязкость и пластичность, соответственно, снижается. При затвердевании стали, вещество способно сегрегировать. При высокой температуре фосфор хорошо растворяется в металле.

Для того чтобы повысить возможности механической обработки стали, количество фосфора увеличивают. Присутствие фосфора в конструкционной низколегированной стали способствует улучшенному сопротивлению металлу к коррозии. Добавления фосфора в аустенистые стали из хрома и никеля, повышают предел текучести.

Влияние серы

Высококачественные стали не должны содержать более чем 0,04% серы. Серная примесь, которая находиться в железе, создает сульфид железа, поскольку данная примесь не растворяется в металле. Если процент содержания серы в сталях слишком высок, это приводит к красноломкости, снижению ударной вязкости и пластичности металла.

Сера является склонной к сегрегации по зерновым границам. Такие ее свойства способствуют понижения показателя пластичности горячих сталей. Добавляя в сталь до 0,3 % серы, можно облегчить механическую обработку данных металлов.

Если в составе стали находится марганец, он немного нейтрализует негативное влияние серы на свойства металла. Сульфид марганца зачастую может образоваться в жидких сталях. Эта примесь очень пластична, особенно при высоких температурах обработки стали.

Алюминий в сталях

Компонент алюминий незаменим при раскислении стали, которая находиться в жидком состоянии. С его помощью также можно измельчить зерно в слитках стали. Алюминий – это вещество, которое может быть примесью, и одновременно, выполнять легирующую функцию в сталях.

Благодаря наличию алюминиевых примесей, сталь становиться более стойкой к образованию окалин. В качестве легирующего элемента, алюминий часто выступает в составе дисперсионно-упрочняемой стали, которая также является нержавеющей. В данном случае элемент способствует ускорению реакции выделения дисперсий. Низкоуглеродистая сталь, содержащая алюминий, является более устойчивой к коррозии и другим разрушающим воздействиям.

Азот, медь и олово в составе сталей

Влияние азота на сталь в некотором роде негативное. Он образует нитриды (неметаллические вещества), которые понижают свойства сталей. Но, достоинством азота является то, что находясь в составе сталей, он расширяет аустенитность металла. Элементы, которые образуют нитрид, такие как титан или ванадий, часто добавляют в стали с низкой легированностью.

Медь, которая находится в сталях, уменьшает их хладноломкость. Если количество медных веществ в стали превышает допустимую норму, то это ухудшает качество поверхности металла на стадии его горячей обработки. Присутствие меди в небольших количествах, способствует повышению антикоррозийных свойств сталей, а также делает их более прочными.

Олово оказывает негативное влияние на сталь, даже если оно его процентное соотношение небольшое. Олово склонно к сегрегации границ зерен, а также в легированных сталях может вызвать хрупкость. Присутствие олова в стальных слитках снижает горячую пластичность стали, а также снижает качество их поверхности таких слитков.

При производстве сталии современная металлургия использует огромное количество примесей и добавок. Пропорции и количество легирующих элементов, как еще называют добавки, обычно составляют коммерческую тайну металлургической компании. 

Углерод — неотъемлемая часть любой стали, так как сталь это сплав углерода с железом. Процентное содержание углерода определяет механические свойства стали. С увеличением содержания углерода в составе стали, твердость, прочность и упругость стали увеличиваются, но пластичность и сопротивление удару понижаются, а обрабатываемость и свариваемость ухудшается.

Кремний — незначительное его содержание в составе стали особого влияния на ее свойства не оказывает. При повышении содержания кремния значительно улучшаются упругие свойства, магнитопроницаемость, сопротивление коррозии и стойкость к окислению при высоких температурах.

Марганец — в углеродистой стали содержится в небольшом количестве и особого влияния на ее свойства не оказывает. Однако он образует с железом твердое соединение повышающее твердость и прочность стали, несколько уменьшая ее пластичность. Марганец связывает серу в соединение MnS, препятствуя образованию вредного соединения FeS. Кроме того, марганец раскисляет сталь. Сталь в состав которой входит большое количество марганца приобретает существенную твердость и сопротивление износу.

Легирующие компоненты в составе стали и их влияние на свойства:

Алюминий — сталь, состав которой дополнен этим элементом, приобретает повышенную жаростойкость и окалиностойкость.

Кремний — увеличивает упругость, кислостойкость, окалиностойкость стали.

Марганец — увеличивает твердость, износоустойчивость, стойкость против ударных нагрузок при этом не уменьшает пластичности.

Медь —  улучшает коррозионностойкие свойства стали.

Хром — повышает твердость и прочность стали, незначительно уменьшая пластичность, увеличивает коррозионностойкость. Содержание больших количеств хрома в составе стали придает ей нержавеющие свойства.

Никель — также как и хром придает стали коррозионную стойкость, а также увеличивает прочность и пластичность.

Вольфрам — входя в состав стали, образует очень твердые химические соединения — карбиды, резко увеличивающие твердость и красностойкость. Вольфрам препятствует расширению стали при нагреве, способствует устранению хрупкости при отпуске.

Ванадий — повышает твердость и прочность стали, увеличивает плотность стали. Ванадий является хорошим раскислителем.

Кобальт — повышает жаропрочность, магнитные свойства, увеличивает стойкость против ударных нагрузок .

Молибден — увеличивает красностойкость, упругость, предел прочности на растяжение, улучшает антикоррозионные свойства стали и сопротивление окислению при высоких температурах.

Титан — повышает прочность и плотность стали, является хорошим раскислителем, улучшает обрабатываемость и увеличивает коррозионностойкость.

В железных рудах всегда есть некоторое количество примесей, т.е. элементов, содержащихся в руде в силу различных геологических условий ее образование. Эти примеси могут быть и полезными и вредными.

Полезными примесями железных руд называют Mn, Cr, Ni, V, W, Mo и др. элементы. Полезность их определяется главным образом влиянием на качества получаемой стали. Наиболее распространенная примесь марганец. В химическом отношении аналог железа. В обычных условиях плавки марганец вводится в чугун с марганцевой рудой, подаваемой в аглошихту. Наличие марганца в железной руде позволяет избежать расхода на марганцевую руду и снизить себестоимость чугуна.

Хром и никель являются ценными легирующими элементами, переходящими в чугун, азатем и в сталь и улучшающие ее качество. Они позволяют снизить расход дорогостоящих феерохрома и ферроникеля. Содержание хрома и никеля в рудах обычно небольшое и составляет от десятых долей процента до нескольких процентов.

Ваннадий в значительных количествах содержится только в титаномагнетитах. При доменной плавке часть ваннадия переходит в шлак, из которого затем извлекается по специальной технологии.

Вольфрам и молибден являются полезными примесями железной руды однако в рудах встречаются крайне редко.

Вредными примесями железных руд являются S, P, As, Zn и Pb.

Сера вызывает снижение прочности стали при повышенных температурах (красноломность) и поэтому во всех случаях является вредной примесью. Хотя основное количество серы в доменную печь вносится с коксом, иногда ее много содержится и в руде. Наиболее часто сера встречается в магнетитах, где содержание ее не должно превышать 0,2%. Если же руда подвергается агломерации, то этот предел может быть повышен до 2%. Это объяняется тем, что при агломерации с газами удаляется до 95% всей серы. Поэтому использование серосодержащих руд без агломерации практически невозможно.

Поступающая в доменную печь сера распределяется между газом ччугуном и шлаком. Однако основное количество ее переходит в шлак. В рудах сера находится в виде сульфидов FeS2, сульфатов CaSO4. Сульфатная сера переходит в металл интенсивнее, чем сульфидная.

Фосфор вредно влияет на качества стали, снижая ее прочность при низких температурах (хладноломкость), и поэтому в большинстве случаев является вредной примесью. В доменной печи фосфор восстанавливается из соединений и полностью переходит в чугун, а затем частично и в сталь. Поэтому содержание его в рудах должно быть низким и составлять сотые доли процента.

В некоторых случаях повышенное содержание фосфора в чугуне не только допустимо, но и необходимо. Так кислородные конверторы могут перерабатывать чугуны с повышенным содержанием фосфора. Вторым исключением является выплавка литейных чугунов, фосфористые сорта которых могут содержать 0,3-0,7% и даже до 1,2% фосфора. Фосфористые чугуны обладают высокой текучестью и хорошо заполняют форму.

Цинк является вредной примесью, хотя и не переходит в чугун. Сублемируясь в нижней части печи он конденсируется в кладке верха печи и вызывает ее расширение.

Свинец также является вредной примесью. Скапливаясь в горне печи он разрушает кладку.

Чугуны

II аттестация.

Диаграмма железо – цементит? Компоненты, фазы и структурные составляющие сталей и белых чугунов, их характеристики и условия образования и свойства. Диаграмма состояния систем железо – цементит. Влияние углерода и постоянных примесей на свойства стали. Классификация сталей. Чугуны. Влияние охлаждения и химического состава на структуру и свойства чугуна. Маркировка сталей и чугунов. Цветные сплавы.

Компоненты диаграммы:

I.Железо- металл II.Углерод – не металл

— ОЦК — графит

— ГЦК — алмаз

Структурные составляющие системы:

А – аустенит (твердый раствор углерода в γ-железе с ограниченной растворимостью)

Ф – феррит (твердый раствор углерода в α-железе с ограниченной растворимостью)

Ц – цементит (химическое соединение железа с углеродом)

П – перлит (механическая смесь феррита и цементита)

Л – ледебурит (механическая смесь перлита и цементита при 18…200С)

Все чистые металлы имеют одну температуру плавления, а сплавы 2-ве температуры плавления:

— начало кристаллизации

— конец

АСД – линия начала кристалл «Ликвидус» — низкий

АЕСF – «Солидус» — конец кристаллизации

Fe3C – белый чугун

Их выплавляют в доменных печах из железной руды, кокса, флюсов (известь).

Fe3C делится на:

— доэфтектический – (углерода от 2,14-4,3%)

— эвтектический – (углерода 4,3%)

— заэфтектический — (углерода от 4,3-6,67%)

В белых чугунах находится за счет составляющих ледебурита и цементита, обладают высокой твердостью, но хрупкостью.

Детали практически не изготавливаются, маркировка не существует.

Fe3C частично остается в чугунах

Ферритом – 0,008%

Перлитом – не более 0,08%

Постоянные примеси делятся:

1.Вредные:

— S – не более 0,05%

— P – 0,08%

— Газы – 0,008%

2.Полезные:

— Si – до 0,4%

— Mn – 0,5-0,8%

Сера – снижает пластичность, вязкость, прочность, коррозионную стойкость, свариваемость. Соединения FeS – начинает плавиться при t0 9880C, Mn+FeS=MnS – горит при t0 16000C

Сера – вызывает явление красноломкость стали.

Mn (марганец) — убирает вредные свойства серы и повышает прочность. При этом пластичность снижается.

Si (кремний) – появляется в стали при процессе раскисления, повышает предел текучести, но снижает пластичность и способность стали к выдержке.

P (фосфор) – растворяется в феррите, увеличивает предел прочности, текучести, но снижает пластичность, вязкость и повышает порог хладноломкости стали.

Газы – частично растворены в стали, находятся в виде хрупких не металлических включений (газовых пузырей). Это повышает хрупкость стали.

С увеличением углерода в стали растет прочность:

до 0,9%-1,3%

с 1,3-2,4% — не используются.

Маркировка стали:

I.По химическому составу.

1)углеродистые:

— низкоуглеродистые (до 0,25%)

— среднеуглеродистые (с 0,25-0,6%)

— высокоуглеродистые (от 0,6%)

2)Легированные:

— низколегированные (до 2%)

— среднелегированные (с 2-10%)

— высоколегированные (свыше 10%)

II.По назначению:

-конструкционные

-инструментальные

-специальные стали

III.По структуре:

— доэфтектический (углерода до 0,8% — Ф+П)

— эвтектический (углерода 0,8% — П)

— заэфтектический (углерода свыше 0,8-0,14% — Ц+П)

IV.По качеству:

-обыкновенного (S-0,05%, P-0,08%)

-качественная (S-0,0035%, Р-0,0035%)

-высококачественная (S-0,025%, Р-0,0025%) — в конце маркировки «А»

-особовысококачественная (S-0,075%, P-0,0625) – в конце маркировка «Ш»

Маркировка стали:

—стали обыкновенного качества:

Ст0, Ст1…Ст6

0,1…6 – показатели прочности

А – механические свойства гарантированы – ВСт6

Б – гарантированный химический состав – АСтО

В – гарантированные механические свойства и химические состав – БСт1

— качественные стали:

Сталь: 08; 10; 15; 20 …85%

08; 10; 15; 20… — количество углерода в сотых долях

С% — 0,08; 0,1; 0,15; 0,2…0,85%

— инструментально – углеродистые стали:

У7; У8; У9…У13

7; 8; 9…13 – количество углерода в десятых долях

0,7; 0,8; 0,9…1,3

— легированные стали:

В основу классификаций положена, буквенно-цифровая система по ГОСТ-4547-71:

Х – хром (Cr)

Н – никель (Ni)

Г – марганец (Mn)

C – кремний, силициум (Si)

М– No (молибден)

Т – Ti (титан)

В – Wi (вольфрам)

Ю – Al (алюминий)

Д – Cu (медь)

Р – B (бор)

К– Co (кобальт)

Ц – (цирконий)

А– (азот)

Автономные стали:

А-12/А-20/А30 – на машинах автоматах

12; 20; 30 – показатели в сотых долях (углерод %)

0,12 – не ответственные детали

0,2; 0,3 – ответственные детали

Быстрорежущая сталь:

Р8

8 – количество вольфрама (W-8%)

P6M4

Шарикоподшипниковая сталь:

ШХ-15; Cr 1,5%, углерода свыше 1%