Как влияет марганец на свойства стали: Влияние легирующих элементов на свойства стали.

alexxlab | 24.06.2023 | 0 | Разное

Влияние легирующих элементов на свойства стали.

Сталь очень востребованный материал, обладающий высокими технологическими свойствами. Важнейшим преимуществом которого, является возможность получать в результате – материал с заданными свойствами и качеством, изменяя состав и вид обработки.

Стали бывают углеродистые и легированные.

Наиболее распространенные – это углеродистые стали, их характеристики и свойства зависят от количества углерода и наличия постоянных примесей, которые создают различные связи с железом и углеродом.

С целью усовершенствования технических характеристик металла его легируют, т.е  вводится в состав более 1% различных примесей, как отдельных химических элементов, так и готовых комплексов.

В настоящее время со сталью соперничают легкие сплавы на основе алюминия, магния, титана, металлокерамические сплавы, полимеры, сочетание керамики с металлами различного назначения.

В особенных промышленных отраслях, возможности стали оказываются недостаточными, поэтому применяют сплавы на основе никеля, кобальта, либо других тугоплавких материалов.

Однако, сталь остается важнейшим материалам во многих отраслях промышленности, поэтому разнообразие ее свойств, за счет различных элементов,  является исключительно важной задачей.  А следовательно, легирование стали дополнительными элементами – это основной способ  воздействие на технологический процесс в стали,  влияющий на ее свойства.

Одной из проблем легирования стали, является изучение комплексного влияния нескольких содержащихся в стали химических элементов,  поскольку усложняется роль структурных дефектов и взаимодействие электронных оболочек у атомов, легирующих элементов между собой, и с атомами основы.  Из-за чего на данный момент невозможно спроектировать сталь с заданными свойствами.

Легирование стали дополнительными элементами – это основной способ  воздействие на технологический процесс в стали,  влияющий на ее свойства. В настоящее время механические , физические свойства чистого железа неизвестны,  поскольку химически чистое железо не одним способом получить не удалось. На сегодняшний день  неизвестно, как возможно спроектировать сталь с заданными свойствами.

А теперь рассмотрим влияние примесей на свойства стали.

В сочетании с железом  образует соединение FeС,  которое называется цементитом.

При содержании  углерода около  1,2% – увеличивается твердость. прочность,  упругость стали, но снижается пластичность, свариваемость.

Кремний

Кремний  переходит сталь в процессе ее раскисления. В рядовой стали содержание кремния составляет до 0,4%.  Содержащийся в данном количестве кремний особого влияния на качество стали не имеет.

Но при более высоком содержании, кремний может улучшать упругие свойства стали, устойчивость к коррозии и к окислению при высоких температурах.

Марганец

Марганец переходит в сталь в процессе  раскисления при плавке. Обычно содержание  марганца в рядовой стали –  0,5-0,8% ( существенного воздействия данное количество не имеет).

 При более высоком содержании Mn, он образует с  Fe твердый раствор,  увеличивающий твердость и прочность стали,  и  не очень уменьшая пластичность.   Также Марганец  способен объединять серу, что  предотвращает появление плохой связи FeS.  Поэтому,  марганец делает сталь более твердой и устойчивой к  износу ( при высоком содержании).

Сера

Сера способна сделать сталь более хрупкой при высокой температуре. Из-за серы снижается сопротивление усталости и устойчивость к коррозии.

Максимально допустимое содержание серы в углеродистых сталях -0,07%.

Фосфор

Фосфор образует с железом соединение Fe₃P, которое имеет очень хрупкую кристаллическую решетку, из-за чего сталь становится хрупкой при низких температурах. Особенно это проявляется при высоком содержании углерода в стали.

Сера и фосфор – являются вредным примесями.

Конечно мы рассмотрели не все возможные примеси, но в последующих публикациях мы продолжим изучать влияние других легирующих элементов на свойства стали и изделий из нее.

Опубликовано: 29.01.2016

Поделиться:

Вернуться к списку новостей

1.

Как влияют примеси (марганец, кремний, сера, фосфор) на свойства стали?

Стали являются наиболее распространенными материалами. Обладают хорошими технологическими свойствами. Изделия получают в результате обработки давлением и резанием.

Достоинством является возможность, получать нужный комплекс свойств, изменяя состав и вид обработки. Стали, подразделяют на углеродистые и легированные.

 Влияние углерода и примесей на свойства сталей

 Углеродистые стали являются основными. Их свойства определяются количеством углерода и содержанием примесей, которые взаимодействуют с железом и углеродом.

 Влияние углерода.

 С ростом содержания углерода в структуре стали увеличивается количество цементита, при одновременном снижении доли феррита. Изменение соотношения между составляющими приводит к уменьшению пластичности, а также к повышению прочности и твердости. Прочность повышается до содержания углерода около 1%, а затем она уменьшается, так как образуется грубая сетка цементита вторичного.

Углерод влияет на вязкие свойства. Увеличение содержания углерода повышает порог хладоломкости и снижает ударную вязкость.

Повышаются электросопротивление и коэрцитивная сила, снижаются магнитная проницаемость и плотность магнитной индукции.

Углерод оказывает влияние и на технологические свойства. Повышение содержания углерода ухудшает литейные свойства стали (используются стали с содержанием углерода до 0,4 %), обрабатываемость давлением и резанием, свариваемость. Следует учитывать, что стали с низким содержанием углерода также плохо обрабатываются резанием.

 Влияние примесей.

 В сталях всегда присутствуют примеси, которые делятся на четыре группы. 1.Постоянные примеси: кремний, марганец, сера, фосфор.

Марганец и кремний вводятся в процессе выплавки стали для раскисления, они являются технологическими примесями.

Содержание марганца не превышает

0,5…0,8 %. Марганец повышает прочность, не снижая пластичности, и резко снижает красноломкость стали, вызванную влиянием серы. Он способствует уменьшению содержания сульфида железа FeS, так как образует с серой соединение сульфид марганца MnS. Частицы сульфида марганца располагаются в виде отдельных включений, которые деформируются и оказываются вытянутыми вдоль направления прокатки.

Содержание кремния не превышает 0,35…0,4 %. Кремний, дегазируя металл, повышает плотность слитка. Кремний растворяется в феррите и повышает прочность стали, особенно повышается предел текучести, . Но наблюдается некоторое снижение пластичности, что снижает способность стали к вытяжке

Содержание фосфора в стали 0,025…0,045 %. Фосфор, растворяясь в феррите, искажает кристаллическую решетку и увеличивает предел прочности и предел текучести , но снижает пластичность и вязкость.

Располагаясь вблизи зерен, увел ичивает температуру перехода в хрупкое состояние, вызывает хладоломкость, уменьшает работу распространения трещин, Повышение содержания фосфора на каждую 0,01 % повышает порог хладоломкости на 20…25^oС.

Фосфор обладает склонностью к ликвации, поэтому в центре слитка отдельные участки имеют резко пониженную вязкость.

Для некоторых сталей возможно увеличение содержания фосфора до 0,10…0,15 %, для улучшения обрабатываемости резанием.

S – уменьшается пластичность, свариваемость и коррозионная стойкость. Р–искажает кристаллическую решетку.

Содержание серы в сталях составляет 0,025…0,06 %. Сера – вредная примесь, попадает в сталь из чугуна. При взаимодействии с железом образует химическое соединение – сульфид серы FeS, которое, в свою очередь, образует с железом легкоплавкую эвтектику с температурой плавления

988^oС. При нагреве под прокатку или ковку эвтектика плавится, нарушаются связи между зернами. При деформации в местах расположения эвтектики возникают надрывы и трещины, заготовка разрушается – явление красноломкости.

Красноломкость – повышение хрупкости при высоких температурах

Сера снижает механические свойства, особенно ударную вязкость а и пластичность ( и ), а так же предел выносливости. Она ухудшают свариваемость и коррозионную стойкость.

Что такое марганец и как он влияет на низкоуглеродистую сталь?

Блог ThePipingMart Металлы Что такое марганец и как он влияет на низкоуглеродистую сталь?

19 декабря 2022 г. 19 декабря 2022 г. | 17:05

Низкоуглеродистая сталь представляет собой сплав железа, марганца и других элементов. Он используется в различных производственных процессах и продуктах, от автомобильных компонентов до строительных материалов. Но какую роль играет марганец в низкоуглеродистой стали? В этом сообщении блога мы рассмотрим свойства марганца и то, как он влияет на производство низкоуглеродистой стали.

Что такое марганец?

Марганец — это химический элемент с символом Mn и атомным номером 25. В природе он встречается в форме оксида MnO2. Он использовался с древних времен в качестве окислителя для изготовления стекла и окрашивания тканей. В последние годы он стал ключевым компонентом производства стали благодаря своей способности улучшать прочность и твердость сплавов железа.

Марганец в низкоуглеродистой стали

Марганец добавляется в низкоуглеродистую сталь, поскольку он помогает уменьшить ее склонность к растрескиванию или разрушению под давлением или износом. Это делает их идеальными для применений, где важными факторами являются прочность и долговечность. Количество марганца, добавляемого в сплав, может варьироваться в зависимости от конечного использования производимого продукта; более высокие уровни используются для продуктов, которые требуют большей прочности или износостойкости, чем продукты с более низкими уровнями. Кроме того, добавление различных количеств других элементов, таких как хром, никель, молибден или ванадий, может дополнительно улучшить свойства низкоуглеродистых сталей.

Преимущества марганца в низкоуглеродистой стали

Основным преимуществом марганца в низкоуглеродистой стали является повышенная прочность на растяжение и повышенная пластичность (способность материала формироваться без разрушения). Это означает, что изделия из низкоуглеродистой стали, изготовленные с использованием марганца, смогут выдерживать большие нагрузки, не изгибаясь и не ломаясь, по сравнению с изделиями, изготовленными без марганца. Кроме того, добавление марганца также повышает устойчивость к коррозии, что может еще больше продлить срок службы промышленных товаров.

Влияние марганца на углеродистую сталь

Марганец является стратегическим элементом, иногда включаемым в состав углеродистой стали в качестве легирующего агента. Добавление марганца в сплав может значительно снизить критическую скорость охлаждения при закалке углеродистой стали, что позволяет производителям и производителям использовать более совершенные инструменты для придания металлу желаемой формы. Более низкая скорость охлаждения является ключом к производству закаленных деталей без повреждения поверхности и растрескивания при низких температурах. Каждый раз, когда добавляется марганец, он напрямую увеличивает прокаливаемость стали, что приводит к превосходным характеристикам при использовании готовой продукции. Это делает марганец ценным активом, когда он входит в состав углеродистой стали, что позволяет повысить прочность и контроль качества.

Заключение

Марганец является важным элементом, когда речь идет о том, чтобы сделать низкоуглеродистую сталь более прочной, твердой и долговечной, чем когда-либо прежде. Добавление небольших количеств марганца во время производства помогает снизить напряжение растрескивания или разрушения, а также обеспечивает повышенную коррозионную стойкость. При выборе типа низкоуглеродистой стали для вашего следующего проекта или дизайна продукта подумайте, сколько марганца следует добавить, чтобы получить желаемые результаты!

Палак Кария

Увлеченный эксперт в области металлообработки и блогер. Обладая более чем 5-летним опытом работы в этой области, Палак привносит свои знания и понимание в свое письмо. Обсуждая последние тенденции в металлургической промышленности или делясь советами, она стремится помочь другим добиться успеха в металлургической промышленности.

3 Благотворное влияние марганца на сталь

• By Admin
• •
• 23 октября 2018 г.
• •

Сталь занимает большое место в современном мире. Вы можете найти сталь везде, от автомобилей до высотных зданий и промышленного технологического оборудования. Существует множество различных типов стали, каждый из которых представляет собой немного отличающийся сплав с железом в качестве основного металла. Затем производители добавляют другие элементы для повышения общих характеристик закаленной стали.

Практически вся производимая сегодня сталь содержит элемент, известный как марганец. Тем не менее, даже в мире металлообработки многие люди не понимают роли марганца в производстве стали. Откройте для себя три полезных эффекта, которые создает марганец, когда вы смешиваете его со сталью.

1. Повышенная прокаливаемость

Марганец – природный металл, впервые обнаруженный людьми в 1774 году. На химическом и физическом уровне марганец очень похож на железо, при этом марганец тверже, но при этом более хрупок, чем железо. Производители включают в сталь разное количество марганца, в зависимости от конкретного типа.

Некоторые разновидности нержавеющей стали могут иметь содержание марганца до 19 процентов. Во всех случаях марганец значительно повышает твердость стали, хотя и не в такой степени, как элементарный углерод. Фактически, марганец и углерод работают рука об руку, улучшая свойства стали.

В частности, марганец улучшает то, что слесари называют прокаливаемостью, которая определяет глубину проникновения упрочняющего эффекта. Марганец улучшает прокаливаемость за счет снижения критической скорости охлаждения.

Более низкая критическая скорость охлаждения помогает избежать нежелательных примесей, таких как феррит и цементит, обеспечивая более оптимальную химическую структуру. В связи с этим марганец повышает прочность стали.

2.

Улучшенная способность к горячей обработке

Марганец также улучшает способность стали к горячей обработке. Эта фраза относится к легкости, с которой металл гнется в условиях высоких температур. Без марганца сталь часто становится жертвой горячеломкости, что делает сталь хрупкой при высоких температурах.

Марганец уменьшает горячую ломкость и улучшает обрабатываемость, предотвращая образование химических соединений, известных как сульфиды железа. Когда стальной сплав содержит достаточное количество марганца, атомы серы не связываются с железом. Вместо этого сера реагирует с марганцем с образованием гораздо менее вредных молекул сульфида марганца.

Сульфид марганца остается твердым даже при экстремальных температурах, необходимых для горячей обработки. В результате рабочие могут легче формировать сталь. Без марганца производители вообще не могли бы обрабатывать сталь, так как она чрезмерно разжижалась бы. Связывая серу, марганец также предотвращает растрескивание или разрыв во время высокотемпературной разработки стали.

3. Лучшее раскисление

Кислород представляет серьезную опасность для железосодержащих металлов. Кислород реагирует со сталью с образованием оксида железа, более известного как ржавчина. Эта коррозия ослабляет прочность металла. Окисление протекает гораздо быстрее, когда сталь находится в расплавленном состоянии. Марганец обеспечивает необходимую защиту за счет раскисления.

Марганец легко реагирует с кислородом, растворенным в расплавленном металле, в результате чего образуются относительно безвредные оксиды. Эти оксиды всплывают на поверхность расплавленной стали, где рабочие могут легко их удалить. В то время как марганец довольно легко раскисляет сталь сам по себе, производители могут добиться еще более тщательных результатов, добавляя также кремний или алюминий.

Марганец играет жизненно важную роль в производстве стали, являясь вторым наиболее распространенным легирующим агентом после элементарного углерода. До 90 процентов всего потребления марганца сегодня приходится на производство чугуна и стали.