Навигация
1. Состав стали.
Механические свойства стали и уровень хладноломкости существенно зависят от ее состава. Особенно сильно охрупчивают сталь такие вредные примеси как сера, фосфор, кислород и цветные металлы, образующие соответствующие включения и засоряющие периметр зерен.
Влияние углерода.
С увеличением содержания углерода существенно повышается порог хладноломкости, что объясняется увеличением доли перлитной составляющей в структуре стали, цементитные включения которой препятствуют пластическому течению металла и при низких температурах являются концентраторами напряжений и местами зарождения трещин. Отдельные легирующие элементы ослабляют вредное влияние углерода (никель, молибден, марганец), другие увеличивают (хром, ванадий, титан).
Повышение дисперсности структуры за счет нормализации и закалки с последующим высоким отпуском разрушает блочные образования перлита и смещает интервал хрупкости в сторону низких температур. При этом наиболее благоприятной является сфероидальная форма карбидов.
Влияние марганца.
Марганец, обладая полной растворимостью в α и γ железе, образует с углеродом карбид марганца и является относительно слабым карбидообразующим элементом. Основная доля марганца находится в твердом растворе и существенно упрочняет феррит, что позволяет получать низкоуглеродистые сплавы с относительно высокой прочностью и вязкостью. На прокаливаемость марганец оказывает большее влияние, чем хром, никель, медь, кремний, что существенно уменьшает критическую скорость закалки.
Влияние кремния.
При введении кремния в кипящие стали существенно снижается порог хладноломкости, что связано с раскислением стали и снижением в ней содержания кислорода. Действие кремния как легирующего элемента на хладноломкость различно для разных марок стали.
Кремний не образует карбидов, полностью растворяется в феррите, существенно увеличивая его прочность. При этом до содержания 1,0% Si сохраняется пластичность феррита; с дальнейшим увеличением содержания кремния пластичность феррита снижается. Имеющиеся сведения о влиянии кремния на хладноломкость противоречивы, но большая часть исследователей считает его влияние отрицательным. Установлено, что в низкоуглеродистых сталях с увеличением содержания кремния соответственно повышается критическая температура хрупкости. Однако в сочетании с другими легирующими элементами влияние кремния на хладноломкость менее определенно. Опыт показывает, что рациональное сочетание кремния с марганцем или кремния с марганцем и хромом позволяет получить стали с повышенной прочностью и достаточно высокой хладностойкостью. Так например, в качестве хладостойких сталей в промышленности получили применение такие стали как 15ГС (0,12 – 0,18% С; 0,7 – 1,0% Si; 1,0 – 1,4% Mn); 17ГС (0,14– 0,20С; 0,4– 0,6 Si; 1,0 – 1,4% Mn); 14ХГС (0,11– 0,17С; 0,4– 0,7 Si; 0,9 – 1,3% Mn; 0,5 – 0,8% Cr) и др.
Влияние хрома.
Влияние хрома на хладностойкость, по одним данным, слабо отрицательное, по другим – нейтральное. Для работы при низких температурах более широкое распространение получили низкоуглеродистые стали, легированные хромом совместно с другими элементами – хромомарганцекремнистые, хромоникелевые, хромомолибденовые.
Влияние никеля.
Никель один из элементов, в наибольшей степени повышающий хладностойкость стали. Переход в хрупкое состояние в никелевых сталях протекает более медленно и постепенно в широком температурном диапазоне. Если благотворительное влияние марганца на хладностойкость оценивать условным коэффициентом 2, молибдена 3 – 5,то влияние никеля оценивается коэффициентом 10. При этом марганец оказывает положительное влияние только при определенных содержаниях, молибден – при низких, никель – пропорционально его содержанию в стали.
Никель и железо обладают полной взаимной растворимостью и имеют почти одинаковое кристаллическое строение решеток. Никель не образует карбидов и находится в стали в твердом растворе в феррите или аустените.
С повышением содержания углерода хладноломкость никелевых сталей заметно повышается, что можно частично компенсировать повышением содержания никеля.
Никелевые низкоуглеродистые стали получили широкое распространение в США и Японии, Франции, Италии для конструкций и сооружений, работающих при низких температурах.
Исследования показали, что стали, содержащие 9% Ni, деформированные и литые при температурах -200 град. С, имеют благоприятное сочетание прочности и ударной вязкости, высокое качество сварных швов и являются наиболее подходящим материалом для изготовления емкостей, предназначенных для хранения и транспортировки таких жидких газов, как азот, кислород, метан, ацетилен.
Положительное влияние никеля на хладностойкость проявляется и для большинства многокомпонентных сталей. Хромоникелевые, хромоникелемолибденовые и хромоникелемарганцевые стали отличаются относительно высоким уровнем ударной вязкости при низких температурах.
Но применение дорогого никеля часто является нецелесообразным, если сталь работает при температуре до -60.
Влияние молибдена и вольфрама.
Молибден – активный карбидообразующий элемент. Он способствует сфероидизации карбидов, измельчает зерно, снижает критическую скорость закалки и существенно увеличивает прокаливаемость стали. По положительному влиянию на хладностойкость он уступает только никелю.
В тоже время с повышением содержания углерода положительное влияние молибдена на хладностойкость снижается и для ряда сталей становится отрицательным. Дороговизна молибдена делает его применение часто неоправданным.
Влияние вольфрама аналогично молибдену, но эффективность его воздействия на структуру и свойства стали примерно в три раза слабее. Поэтому оптимальные содержания вольфрама в конструкционных сталях обычно колеблются в пределах 0,5 – 1,5%. Применение его для хладностойких строительных сталей нерационально.
Влияние серы.
С увеличением содержания серы, и следовательно количество сульфидов пластичность и вязкость стали снижаются, а способность к хрупкому разрушению заметно возрастает.
Изучение влияния серы на хладностойкость литой стали 25Л, показали, что увеличение содержания серы в пределах марочного состава от 0,02% до 0,054% при -40 град С более чем в два раза снижают ударную вязкость литой стали; дальнейшее же увеличение ее содержания (до 0,112%) оказывает меньшее влияние. Практически полное охрупчивание стали независимо от содержания серы наступает уже в интервале (-60) – (-80). Повышение содержания серы на 0,01% в диапазоне от 0,02 до 0,05% сдвигает критическую температуру хладноломкости примерно 15-17 град.
Исследования показали, что с увеличением содержания серы соответственно возрастало количество сульфидных включений, являющихся концентраторами напряжений и источниками образования трещин. При прочих равных условиях снижение содержания серы является эффективным средством повышения хладностойкости стали.
Влияние фосфора.
Фосфор, как и сера, относится к вредным примесям, наиболее сильно влияющим на свойства стали. По мере повышения содержания углерода охрупчивающее влияние фосфора возрастает. Углерод вытесняет фосфор из раствора на границы зерен, что существенно ослабляет межкристаллические связи. Подобное влияние на фосфор оказывает и марганец. И особенно опасно совместное влияние углерода (>0,3%) и марганца (>1,0%) на хладноломкость сталей с повышенным содержанием фосфора. Микронеоднородность в такой стали способствует образованию грубодендритных структур, которые ослабляют металлическую матрицу и увеличивают хладноломкость стали.
Никель, молибден, ванадий несколько уменьшает вредное влияние фосфора в указанных сталях, однако и в этих стаях следует снижать содержание фосфора до минимума.
Охрупчивающее влияние фосфора проявляется в ослаблении межкристаллических связей за счет обогащения границ зерен элементарным фосфором, а также за счет образования неметаллических включений фосфидной эвтектики, являющихся концентраторами напряжений. Вредное влияние фосфора на хладноломкость однозначно для всего сортамента конструкционных сталей. Результаты испытаний ударной вязкости в диапазоне температур от +20 до -80 град С показывают, что увеличение содержания фосфора от 0,02 до 0,10% однозначно снижает ударную вязкость литой стали для всех температур испытания примерно в четыре-шесть раз. Для среднеуглеродистой стали увеличение содержания фосфора на 0,01% сдвигает критическую температуру хладноломкости примерно на 20 град в сторону положительных температур.
Влияние примесей цветных металлов.
Известно отрицательное влияние примесей цветных металлов – свинца, висмута и сурьмы. Являясь поверхностно активными по отношению к железу, эти примеси в процессе кристаллизации стали выделяются по границам зерен и дендритных образований, существенно засоряя их периметр и ослабляя межкристаллические связи.
Похожие работы
... 2 - 4 суток, это предотвращает возможность образования внутренних дефектов сплошности из-за неконтролируемого выделения водорода. 4. Служебные свойства трубных сталей и способы их повышения Трубные стали - стали с определенным химическим составом и определенными служебными свойствами. Как известно, при контролируемой прокатки за счет специально подобранных композиций стали (марок стали) и ...
масс примерно одинаково, что характеризует климат области как переходный от континентального к морскому. С запада, со стороны Атлантического океана, на территорию области поступает влажный морской воздух умеренных широт. Зимой он теплый и восполняет недостаток солнечного тепла, вызывая оттепель, дождь и мокрый снег. Летом приход этого воздуха вызывает дождь и прохладную погоду. Континентальный ...
0 комментариев