Влияние хрома на свойства стали: Влияние хрома на структуру и свойства стали

alexxlab | 31.10.2020 | 0 | Разное

Содержание

Влияние хрома на структуру и свойства стали

Влияние хрома на структуру и свойства сталиВлияние хрома на структуру и свойства стали Влияние хрома на структуру и свойства сталиВлияние хрома на структуру и свойства стали Влияние хрома на структуру и свойства сталиВлияние хрома на структуру и свойства стали Влияние хрома на структуру и свойства сталиВлияние хрома на структуру и свойства стали Влияние хрома на структуру и свойства стали
Влияние хрома на структуру и свойства стали Влияние хрома на структуру и свойства сталиВлияние хрома на структуру и свойства стали Влияние хрома на структуру и свойства сталиВлияние хрома на структуру и свойства стали Это изображение имеет пустой атрибут alt; его имя файла - image-10-1.pngЭто изображение имеет пустой атрибут alt; его имя файла - image-10-1.png

Содержание:

Влияние хрома на структуру и свойства стали

  • Влияние хрома на структуру и свойства стали Хром является мощным карбидообразующим элементом. Используя углерод, он производит различные карбиды, которые являются гораздо более мощными и стабильными, чем cementite. In сталь, карбид хрома всегда двойной или сложный. Часть хрома в нем заменяется железом или другими элементами. В перлитных сталях с Cr 1-2% следовые количества хрома поступают в карбиды и становятся в основном твердыми растворами.

Однако чем больше содержание хрома, тем больше карбидов образуется хромом. На рисунке 63 показано распределение хрома между карбидом и твердым телом 1535 ′ ^ 1390 \ Семь 910 ′%1 Восемь& =-» (С) Двенадцать ’1′ Я Простите? _ 1510 ′ Икс м / 820 ′ Ноль шесть является Один —. Один б \ л * б ИГ ИУС это хорошая вещь. — \ \ В 70. В i860 ′ Y) / Сплав на основе Fe-Cr 135 Раствор 0,8% С стали. Здесь горизонтальная ось показывает общее

количество хрома в Стали, а вертикальная ось показывает содержание хрома в карбиде в процентах от общего количества. Людмила Фирмаль

Этот рисунок показывает, что чем больше содержание хрома в стали, тем сложнее она входит в состав карбидов. Например, при содержании 2% Cr стали около 15% ее общего объема составляет карбид, а в твердых растворах-около 2%. * Яв Установка. Диаграмма 62.Высокий хром х 10000 Сигма Вы также можете использовать его в качестве шаблона для вашего сайта. Cg X Диаграмма 63.Распределение hrosh между твердым раствором карбида и стали 0,8% C Если cr в 85% стали составляет 4%, то около 35%доступного хрома связывается с карбидами, а 65% — с твердым веществом solutions.

At 6.0% Cr в карбидах это уже более 50% (конечно, он содержит достаточное количество углерода), в твердых растворах менее 50% и т. д. В таблице. На рисунке показан примерный состав двойных карбидов хрома, образованных сплавом железо-хром. Карбиды Cr3C присутствуют в перлитных сталях с содержанием хрома до 5%.Такие карбиды более стабильны, чем цементит, и при нагревании они растворяются в Fe ^при гораздо более высокой температуре, чем точка Ast. Карбиды Cr7C3 и Cr2zC6 образуются из Мартенситных и карбидных сталей.

  • Температура диссоциации этих карбидов составляет более 1200°.Карбид Cr3C2 главным образом наблюдается в высоких сплавах Хромия, феррохроме, Стеллите, etc. It является очень стабильным и поэтому полностью растворим только в жидком растворе хромистой стали 136 Таблица 26 Состав комплекса карбидов хрома карбид хрома Sg3S Sg7S3 Sg2zSv Sg3S2 Двойной карбид железа (Феррохром) СК (феррохром), Сз (феррохром) СК (феррохром) С2 Приблизительное соотношение железа и хрома в двойном карбиде 80%Фэ + 20%Хрома 40%Фэ + 60%СГ, 30%Фэ + 70%Хрома, 10%Кэ + 90%Пр В железоуглеродистых сплавах с высоким содержанием хрома очень трудно определить точный состав таких карбидов химическим анализом, так как одновременно могут существовать несколько типов карбидов, и результаты анализа фаз карбидных отложений часто очень различны.

В диаграмме состояния системы Fe-Cr, под влиянием углерода, область гамма-твердого раствора значительно увеличивается, близкая с более высоким содержанием, а не 12,8 кг, как двойные железо-хромовые сплавы. Это объясняется тем, что углерод действует противоположно хрому, то есть увеличивает точку А4, понижая точку L3, и даже в присутствии углерода часть хрома связывается с карбидами. Хром был истощен. 図 фиг, это диаграмма влияния углерода на область FET железо-хромового сплава. Schematic схематическое изображение фиг. Из этого рисунка видно, что при 0.3% C область FeT закрывается на 18% Cg, а при 0.4% C она закрывается только на 25% Cg. Влияние хрома на критическую точку железоуглеродистого сплава показано на рисунке. 65.На рисунке показано, что при увеличении содержания хрома точка L4 резко уменьшается, при этом 12%

Cr почти сливается с точкой Az. Феррит, без фазы 700. Рисунок 64. Людмила Фирмаль

Влияние углерода на расширение сплава Fe-Fe-Cr-137 Fe-Cr-Cr Преобразование. Под воздействием хрома точки Е и S увеличиваются и одновременно смещаются влево в сторону низкого содержания углерода. На рисунке 66 представлена структурная схема хромистой стали, которая показывает, что хром снижает концентрацию углерода в перлите и аустените. Например, если Cr равен 12%, то перлит содержит только 0,4° / 0 С, а максимальная растворимость углерода в аустените составляет около 1,0%.Верхний левый угол 1600. Одна тысяча триста -Понятия не имею.1200. Тридцать пять Я- икс 900. / / / ( 4. Один • Мне 1 год / Четыре: oC В • — Я. с — — — — — — — — — — — > В — ^1 •- «-. В £• £00 0 0,2 а * С8 0.6 1.0 1.2 1.У 1.6 1.8 г.0 2.2 с% Диаграмма 65. Влияние хрома на диаграммы Fe-C Угол рисунка — это область Альфа-твердого раствора, не имеющая критической точки.

Правая сторона рисунка занята областью красного брикета или карбидной стали: в этом составе структура литой стали исчезает (ломается) после ковки, и в структуре кованой стали появляется большое количество избыточных карбидов. При изотермическом превращении аустенита хром значительно увеличивает инкубационный период и время полного разложения аустенита[71].

Кривая изотермического превращения аустенита хромистой стали, внешний вид которого составляет<0,5-0,8% Cr, практически не отличается от СОБР Кривая углеродистой стали и> 1,0%Cg, на рисунке показаны 2 минимальных значения аустенитной стабильности: 138 градусов Цельсия в диапазоне температур около 600 градусов на хромистую сталь Сталь красного Брита (карбида) и Sautectoid/сталь В температурном диапазоне образования игольчатых ферм превращение твердых тел составляет приблизительно 350°(рис.67). Основываясь на диаграмме изотермического превращения аустенита, перлит хромистой стали во время изотермического отжига, чтобы уменьшить время разложения аустенита, чтобы сфероидизировать карбид, он должен поддерживаться на уровне около 600°, затем 720-740°, чтобы уменьшить твердость.

Поскольку аустенит обладает наибольшей стабильностью при этой температуре, то при ступенчатом упрочнении эту сталь следует поддерживать на уровне 450°. Когда хромистая сталь нагревается, карбид хрома входит в твердый раствор при температуре выше, чем цементит, который ингибирует рост зерен аустенита. Поэтому хромистая сталь менее подвержена перегреву, чем простая углеродистая сталь. Из диаграммы системы Fe-Cr известно, что в чистых (двойных) железохромистых сплавах с повышенным содержанием хрома 7% критическая точка A3 уменьшается. Однако наличие в сплаве определенного количества углерода, то есть тройного сплава Fe_Cr_C, увеличивает критическую точку Ar даже при 1-2°/ocrr.

При термической обработке хромистой стали класса перлита хромом в каждой пропорции температура нагрева повышается на 20-25°по сравнению с обычной углеродистой сталью. Хром-проектированная сталь клонит облегчить хрупкость. Коэффициент чувствительности к скорости охлаждения при высокотемпературном отпуске закаленной хромистой стали достигает 1,5-2,0, поэтому для увеличения вязкости хромистую сталь после высокотемпературного отпуска следует быстро охлаждать (в масле). Фазовая диаграмма системы Fe-Cr показывает, что область Fe замкнута под воздействием хрома.

То есть хром является «ферритообразующим» элементом. Однако, например, в присутствии сложных сплавов с высоким содержанием углерода или легирующих элементов, расширяющих область FeT, хром значительно снижает скорость перехода Fe- » — Fea и повышает стабильность аустенита. То есть она способствует приобретению аустенитной организации. 1.6 2.0 г, и Диаграмма 66.Чертеж структуры хромовой стали. Сплавы серии Fe-Cr 139 При цементировании стали хром практически не влияет на глубину цементного слоя, но на поверхности цементных изделий из хромистой стали концентрация увеличивается.

Дао. 600. +00 ’J00′ Я Один И затем 1=** -. Конечно. ^ » «(на японском языке). ) >- ^- —. — 500. В0 300. с:^ * 600 400. МИ н (= 1 \ \ В\ О. 5HS С ЮО ч ч ч Рисунок 68. влияние хрома на критическую скорость упрочнения доэвтектоидных и эвтектоидных сталей Семь Десять U 3 Шесть Время Второй S5 х \ \ \ \ ^^ Один Один / Один / Диаграмма 67. С изотермической конверсии 1.0% хромистых сталей™аустенита диаграммы. 2.3%СГ (а) и 0,5% с; 2.2%СГ(б) Содержание углерода и избыток эвтектоидного карбида выделяется, как правило, в виде отдельных шариков, затвердевшая твердая корочка хорошо прижимается к носу. При закалке стали хром резко увеличивает склонность к переохлаждению аустенита и значительно снижает скорость критического упрочнения (рис. 68).

Так, например, в изделиях диаметром 25-30 мм из машиностроения и инструмента хромистую сталь с содержанием хрома более 1% можно закалить не водой, а маслом. Снижая критическую скорость закалки, хром повышает прокаливаемость стали. На рисунке 69 показан график образца baked™диаметром 50 мм, изготовленного из хромистой стали 30х. Ага. 15 10 S OS s / I расстояние от центра, мм 69. 50X (U) хромистая сталь и 50 (2) углеродистая сталь 140 закаливаемость хромистой стали Из углеродистой стали 50: образцы из хромистой стали получат сквозное упрочнение, образцы из углеродистой стали только затвердеют на глубину 8-10 мм.

При упрочнении хромированной конструкционной стали в перлитном классе 0,3-0,5% с хром оказывает слабое влияние на положение и остаточное количество точки мартенсита Пятнадцать с х х / Рисунок 70. Влияние хрома на количество точечного ми и остаточного аустенита при закалке стали при 1,0% С 200. Куо г Cg.% Аустенит в структуре закаленной стали. Однако в хромистых инструментальных сталях, где Cr больше 1% 0,9-1,0% C, точка мартенсита уменьшается на 30-50°(в зависимости от температуры нагрева перед закалкой), уменьшая количество удерживаемого аустенита.

С увеличением содержания хрома, он непрерывно increasing. So, в Стали, где Cr составляет 12% , А C — 2%, после закалки при 1100-1150° вы обнаружите до 80% остаточного аустенита (остаточного мартенсита и карбидов). На рис. 70 приведена диаграмма влияния хрома на мартенситную точку превращения и количество остаточного аустенита в инструментальной стали, закаленной при 800-820°с-1,0%.

Смотрите также:

Решение задач по материаловедению

Влияние химических элементов на свойства стали.

Условные обозначения химических элементов:

хром ( Cr ) — Х
никель ( Ni ) — Н
молибден ( Mo ) — М
титан ( Ti ) — Т
медь ( Cu ) — Д
ванадий ( V ) — Ф
вольфрам ( W ) — В
азот ( N ) — А
алюминий ( Аl ) — Ю
бериллий ( Be ) — Л
бор ( B ) — Р
висмут ( Вi ) — Ви
галлий ( Ga ) — Гл
иридий ( Ir ) — И
кадмий ( Cd ) — Кд
кобальт ( Co ) — К
кремний ( Si ) — C
магний ( Mg ) — Ш
марганец ( Mn ) — Г
свинец ( Pb ) — АС
ниобий ( Nb) — Б
селен ( Se ) — Е
углерод ( C ) — У
фосфор ( P ) — П
цирконий ( Zr ) — Ц

 ВЛИЯНИЕ ПРИМЕСЕЙ НА СТАЛЬ И ЕЕ СВОЙСТВА

Углерод — находится в стали обычно в виде химического соединения Fe3C, называемого цементитом. С увеличением содержания углерода до 1,2% твердость, прочность и упругость стали увеличиваются, но пластичность и сопротивление удару понижаются, а обрабатываемость ухудшается, ухудшается и свариваемость.

Кремний — если он содержится в стали в небольшом количестве, особого влияния на ее свойства не оказывает.(Полезная примесь; вводят в качестве активного раскислителя и остается в стали в кол-ве 0,4%)

Марганец —  как и кремний, содержится в обыкновенной углеродистой стали в небольшом количестве и особого влияния на ее свойства также не оказывает. (Полезная примесь; вводят в сталь для раскисления и остается в ней в кол-ве 0,3-0,8%. Марганец уменьшает вредное влияние кислорода и серы.

Сера —  является вредной примесью. Она находится в стали главным образом в виде FeS. Это соединение сообщает стали хрупкость при высоких температурах, например при ковке, — свойство, которое называется красноломкостью. Сера увеличивает истираемость стали, понижает сопротивление усталости и уменьшает коррозионную стойкость. В углеродистой стали допускается серы не более 0,06-0,07%. ( От красноломкости сталь предохраняет марганец, который связывает серу в сульфиды MnS).

Фосфор — также является вредной примесью. Снижает вязкость при пониженных температурах, то есть вызывает хладноломкость. Обрабатываемость стали фосфор несколько улучшает, так как способствует отделению стружки.

 ЛЕГИРУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА СВОЙСТВА СТАЛИ

Хром (Х) — наиболее дешевый и распространенный элемент. Он повышает твердость и прочность, незначительно уменьшая пластичность, увеличивает коррозионную стойкость; содержание больших количеств хрома делает сталь нержавеющей и обеспечивает устойчивость магнитных сил.

Никель (Н) — сообщает стали коррозионную стойкость, высокую прочность и пластичность, увеличивает прокаливаемость, оказывает влияние на изменение коэффициента теплового расширения. Никель – дорогой металл, его стараются заменить более дешевым.

Вольфрам (В) — образует в стали очень твердые химические соединения – карбиды, резко увеличивающие твердость и красностойкость. Вольфрам препятствует росту зерен при нагреве, способствует устранению хрупкости при отпуске. Это дорогой и дефицитный металл.

Ванадий (Ф) — повышает твердость и прочность, измельчает зерно. Увеличивает плотность стали, так как является хорошим раскислителем, он дорог и дефицитен.

Кремний (С)-  в количестве свыше 1% оказывает особое влияние на свойства стали: содержание 1-1,5% Si увеличивает прочность, при этом вязкость сохраняется. При большем содержании кремния увеличивается электросопротивление и магнитопроницаемость. Кремний увеличивает также упругость, кислостойкость, окалиностойкость.

Марганец (Г) —  при содержании свыше 1% увеличивает твердость, износоустойчивость, стойкость против ударных нагрузок, не уменьшая пластичности.

Кобальт (К) — повышает жаропрочность, магнитные свойства, увеличивает сопротивление удару.

Молибден (М) — увеличивает красностойкость, упругость, предел прочности на растяжение, антикоррозионные свойства и сопротивление окислению при высоких температурах.

Титан (Т) — повышает прочность и плотность стали, способствует измельчению зерна, является хорошим раскислителем, улучшает обрабатываемость и сопротивление коррозии.

Ниобий (Б) — улучшает кислостойкость и способствует уменьшению коррозии в сварных конструкциях.

Алюминий (Ю) — повышает жаростойкость и окалиностойкость.

Медь (Д) — 

увеличивает антикоррозионные свойства, она вводится главным образом в строительную сталь.

Церий — повышает прочность и особенно пластичность.

Цирконий (Ц) — оказывает особое влияние на величину и рост зерна в стали, измельчает зерно и позволяет получать сталь с заранее заданной зернистостью.

Лантан, цезий, неодим — уменьшают пористость, способствуют уменьшению содержания серы в стали, улучшают качество поверхности, измельчают зерно.

Влияние хрома на свойства сталей

Влияние хрома на свойства сталейВлияние хрома на свойства сталей Влияние хрома на свойства сталейВлияние хрома на свойства сталей Это изображение имеет пустой атрибут alt; его имя файла - image-10-1.png
Это изображение имеет пустой атрибут alt; его имя файла - image-10-1.png

Содержание:

Влияние хрома на свойства сталей

  • Влияние хрома на свойства стали Хром имеет кубоцентрированную ячейку с параметром 2.86 а, что близко к параметрам а-железа (2.86 а).

Все сплавы железа и хрома после кристаллизации имеют структуру твердого раствора.

Хром сужается и дает замкнутую область твердого раствора y(рис. 51.6). Людмила Фирмаль

Предельное содержание хрома составляет 13.Вместе с углеродом хром образует карбиды SG7C3 и Cr2zS.

In кроме этих карбидов, существуют карбиды, в которых часть атомов хрома замещена атомами железа.

  • Охлаждение сплава медленно высвобождает хрупкую немагнитную фазу а из твердого раствора А. Основой этой фазы является интерметаллическое соединение FeCr2.Хром, который образует соединение с железом и углеродом, распределяется между твердым раствором и карбидом.

Хром увеличивает критические температуры Ac1 и Ac3, которые требуют увеличения температуры нагрева для упрочнения, отжига и нормализации, снижает критическую скорость охлаждения и способствует росту зерна во время нагрева. Распределение хрома между карбидом и твердым раствором влияет на прокаливаемость.

Если хром представляет собой твердый раствор, то прокаливаемая сталь увеличивается, а в случае карбида-уменьшается. Людмила Фирмаль

Хром резко повышает коррозионную стойкость стали, когда она достигает 12,5%.Начиная с этой концентрации, на поверхности стали образуется плотная защитная пленка Cr2O3. Добавление хрома повышает твердость и прочность без снижения пластичности стали. Увеличение содержания хрома выше 1,0-1,5% снижает вязкость. Особенно четко хром повышает твердость и прочность мартенсита. При содержании хрома 12-14% теплопроводность стали в 2 раза ниже, чем у чистого железа, а электрическое сопротивление увеличивается в 3 раза.

Смотрите также:

Предмет материаловедение

Легирование металлов

При некоторых условиях эксплуатации стальных изделий и  конструкций обычные физико-механические характеристики материал не удовлетворяют поставленным требованиям. В таких случаях стали легируют – добавляют при выплавке к исходному составу другие химические элементы (в основном – тоже металлы, хотя как будет показано далее, есть и исключения). В результате сталь становится прочнее, твёрже, устойчивее к внешним неблагоприятным факторам, хотя и теряет в своей пластичности, что в большинстве ситуаций ухудшает её обрабатываемость.

Технические требования к легированным сталям регламентированы ГОСТ 4543 (применительно к тонколистовому стальному прокату действует ещё ГОСТ 1542). В то же время ряд комплексно и сложнолегированных сталей производится согласно ТУ металлургических предприятий.

Легирование и примеси – есть ли разница?

С формальной точки зрения, некоторые химические элементы, содержащиеся в обычных сталях, как конструкционных, так и обычного качества, тоже можно называть легирующими. К таким можно отнести, например, медь (до 0,2%), кремний (до 0,37%) и т.д.

Постоянными спутниками любой стали являются

фосфор и сера. Тем не менее, металловеды относят их по большей части не к легирующим добавкам, а к примесям, хотя иногда процентное содержание другого легирующего элемента может быть даже меньшим.


Причина заключается в том, что любая примесь является следствием либо чистоты исходной руды (марганец), либо специфики металлургических процессов плавки (сера, фосфор). Теоретически выплавленная без меди, фосфора и серы сталь обладала бы  такими же механическими свойствами. Легирование же имеет своей конечной целью именно повышение определённых технических характеристик стали. При этом фосфор и сера однозначно относятся к вредным, но неизбежным примесям. Наличие меди увеличивает пластичность, зато способствует налипанию поверхности металла, имеющего избыточную (более 0,3%) концентрацию меди на поверхность смежной детали. При работе конструкции в условиях интенсивного трения это является крупным недостатком.

Наличие химического элемента с концентрацией более 1% даёт основание вводить его условное обозначение в марку стали. Кроме вышеупомянутой стали 65Г, подобной чести удостаивается также и алюминий (присутствующий, в частности, в стали О8Ю). В данном случае

алюминий вводится в обычную конструкционную сталь О8 с целью её раскисления, а то, что при этом несколько повышаются показатели её пластичности, является лишь удачным сопутствующим обстоятельством. Борирование стали обеспечивает ей повышенную последующую деформируемость, поэтому даже микродобавки бора в химический состав стали отмечаются соответственно изменённой её маркировкой (например, в стали 20Р присутствует всего  0,001…0,005 % бора).

В целом принято, что:

  • Стали, содержащие только один, намеренно вводимый в состав элемент;
  • Стали, в составе которых имеются иные, кроме углерода и марганца, химические элементы в количестве не более 1%

— легированными не считаются. С другой стороны, если в составе выплавляемого сплава процентное содержание железа не превышает 55%, то такой материал уже не может называться  легированной сталью.

Общая классификация легирующих элементов  в сталях

Преобладающее положение в списке легирующих элементов имеют металлы. Исключение составляют кремний и бор.

Наличие легирующих элементов оказывает преобладающее влияние на вид диаграммы состояния системы «железо-углерод», и на наличие/отсутствие химических соединений в конечном продукте (нитридов, карбидов и более сложных по формуле компонентов). Последние, в свою очередь существенно видоизменяют микроструктуру стали.

В связи с этим, легирующие сталь металлы подразделяются на две группы:

  1. Металлы, которые увеличивают область твёрдых растворов на основе γ-железа (аустенитная область на диаграмме состояния), что приводит к повышению разнообразия конечной микроструктуры легированной стали после её упрочняющей термообработки). К таким элементам относятся никель, марганец, кобальт, медь, а также азот.
  2. Металлы и химические элементы, наличие которых сужает γ-область, зато повышает прочность стали. К ним относят хром, вольфрам. ванадий, молибден, титан.

В процессе получения легированных сталей изменяются следующие закономерности в её свойствах.

Как известно, разные элементы обладают различной кристаллической структурой (для металлов это – гранецентрированная и объёмноцентрированная). Само же железо имеет объёмноцентрированную решётку.

При внедрении в сталь металла со сходным типом решётки область существования α-раствора (феррита) увеличивается за счёт соответствующего уменьшения аустенитной области.  В результате микроструктура  стабилизируется, что допускает более широкий выбор технологических процессов последующей термообработки.
Наоборот, при наличии в стали металла с другим типом решётки аустенитная область сужается. Такая сталь при своей последующей механической обработке будет более пластичной.
Легирование стали некоторыми металлами вообще невозможно. Это происходит, если разница в атомных диаметрах элементов превышает 15%.


Именно по этой причине такой металл как цинк вводят в качестве легирующей добавки только в цветные металлы и сплавы. Ограниченное применение для целей легирования стали находят также химические элементы, которые неспособны образовывать при выплавке устойчивые химические соединения с углеродом, железом и азотом.

Зависимость характеристик  стали от насыщения её определёнными химическими элементами окончательно ещё не изучено. Это объясняется тем, что  при комплексном легировании каждый компонент может взаимодействовать по разному с другими, причём такие изменения закономерному объяснению часто не поддаются. Поэтому вопросы целесообразности применения того либо иного легирующего элемента разрешаются экспериментальным путём.

Доказанными считаются следующие положения:

  • Эффективность процесса повышается при увеличении растворимости азота и углерода в легирующей добавке, и в основном железе;
  • Стабильность окончательных свойств стали повышается при увеличении размеров аустенитной зоны;
  • Качество стали, легированной металлами и элементами с меньшим, чем у железа порядковым номером (в таблице химических элементов Д. Менделеева) хуже, чем в противоположном случае;
  • Более тугоплавкие, по сравнению с железом, металлы повышают прочность стали при любых вариантах её дальнейшей термообработки.

Впрочем, вторичные взаимодействия, сильно зависящие от способа выплавки стали, могут  существенно корректировать эти положения. Поэтому на данном этапе с уверенностью можно говорить лишь о влиянии  конкретных легирующих элементов на свойства стали.

Влияние хрома

Хром – металл, особенно часто применяемый для целей легирования. Его добавляют как в конструкционные стали (например, 20Х, 40Х), так и в инструментальные  (9ХС, Х12М). При этом конечные свойства легированной хромом стали сильно зависят от его содержания в ней. При низких (менее 0,5…0,7%) концентрациях структура стали становится боле грубой, и чувствительной к направлению её последующей обработки, особенно при прокатке и гибке в холодном состоянии. Ухудшается также равномерность распределения основных составляющих микроструктуры.

Как уже было отмечено выше, одной из главных целей легирования является формирование в стали карбидов металлов, прочность и твёрдость которых заметно выше, чем основного металла.  Хром образует два вида карбидов: гексагональный Cr7C3 и кубический Cr23С6, причём в обоих случаях прочность и хладостойкость стали возрастают. Особенностью карбидов хрома является присутствие в их структуре также и других элементов – железа и ванадия. В результате температура эффективного растворения снижается, что, в свою очередь, приводит к таким положительным особенностям сталей, легированных хромом, как прокаливаемость, возможность вторичного дисперсионного твердения и теплостойкость. Поэтому стали, легированные хромом, имеют увеличенную эксплуатационную стойкость при тяжёлых условиях своей эксплуатации.

Однако увеличение содержания хрома в стали приводит и к отрицательным последствиям. При его концентрации более 5…10% резко ухудшается карбидная однородность материала, что сопровождается нежелательными явлениями при её механической обработке: даже при нагреве пластичность стали невысока, поэтому при ковке с большими степенями деформации высокохромистые стали подвержены растрескиванию.

При чрезмерном карбидообразовании увеличивается также количество концентраторов напряжений, что негативно влияет на стойкость таких сталей к динамическим нагрузкам. Учитывая это, содержание хрома в сталях не должно превышать 5..6%.

Влияние вольфрама и молибдена

Действие этих легирующих добавок в сталях примерно одинаково, поэтому их рассматривают совместно. Вольфрам и молибден улучшают дисперсионное твердение сталей, что увеличивает их теплостойкость, особенно при длительной работе с повышенными температурами. Мартенситостареющие стали обладают уникальным комплексом свойств: они сочетают достаточную пластичность и вязкость с высокой поверхностной прочностью, а потому находят широкое применение в качестве инструментальных сталей, предназначенных  для холодной объёмной штамповки с высокими степенями деформации. Причиной этому – формирование интерметаллидных соединений Fe2W и Fe2Mo3, которые способствуют последующему появлению специальных карбидов (чаще – хрома и ванадия). Поэтому часто, совместно с вольфрамом и молибденом стали легируют также и этими металлами. Примером служат инструментальные стали типа Х4В2М1Ф1, конструкционные 40ХВМФА и т.п.

Наиболее эффективно такое легирование для сталей, содержащих сравнительно большое количество углерода. Именно этим объясняется преимущественное применение сталей, содержащих вольфрам и молибден, для производства ответственных шестерён, валов и других деталей машин, работающих при сложных, резко  циклических нагрузках. Наличие рассматриваемых легирующих компонентов улучшает закаливаемость сталей и способствует более устойчивым конечным характеристикам изделий, изготовленных из них.

Имеются и отрицательные стороны избыточного легирования данными металлами. Например, повышение концентрации молибдена более 3% способствует обезуглероживанию стали при нагреве, становится причиной хрупкого разрушения (особенно, если в составе такой стали присутствует в увеличенном — более 2% — количестве кремний). Предельное содержание вольфрама в стали – 10…12% — связано, главным образом, с резким повышением стоимости готового продукта.

Влияние ванадия

Ванадий чаще применяется как компонент сложного легирования.  Его наличие придаёт легированным сталям более равномерную и благоприятную структуру, которая мало изменяется даже с термообработкой. Кроме того, ванадий стабилизирует γ-фазу, что увеличивает стойкость стали к напряжениям сдвига (как известно, именно при сдвиговых деформациях металлы имеют наименьшую прочность).

На твёрдость стали ванадий практически не влияет, это особенно заметно для конструкционных сталей, содержащих меньше углерода, чем инструментальные. В комплекснолегированных сталях ванадий увеличивает теплостойкость, что повышает их устойчивость от хрупкого разрушения. В этом смысле влияние ванадия противоположно влиянию молибдена. Особенностью термообработки легированных сталей, содержащих ванадий, считается невозможность выполнения высокого отпуска после закалки, поскольку последующая пластичность стали снижается. Поэтому в сталях, предназначенных для изготовления крупных деталей или поковок, процентное содержание ванадия ограничивается 3..4%.

Влияние кремния, марганца  и кобальта

Кремний – единственный из неметаллов, «допущенный» к процессам легирования. Объясняется это двумя факторами – дешевизной элемента и однозначной зависимостью твёрдости от процентного содержания кремния в стали.  Именно поэтому кремний часто применяется при выплавке недорогих низколегированных строительных сталей, а также сталей, для эксплуатационной долговечности которых важно оптимальное сочетание прочности и упругости. Чаще всего  совместно с кремнием используется и марганец – примерами могут быть  стали 09Г2С, 10ГС, 60С2 и т.д.

В инструментальных сталях кремний как легирующий компонент используется редко, и притом только в сочетании с другими металлами, которые нейтрализуют его отрицательные свойства – малую эксплуатационную пластичность и вязкость. Из таких сталей – в частности, 9ХС, 6Х3С и т.п. —  изготавливают режущий и штамповый инструмент, для которого требуется сочетание высокой твёрдости и стойкости при резких нагрузках.

Как и кремний, кобальт при внедрении в структуру стали не образует собственных карбидов, зато в сложнолегированных сталях интенсифицирует их образование при отпуске. Поэтому кобальт применяется не самостоятельно, а в сочетании с такими металлами, как ванадий, хром, вольфрам, при этом, ввиду дефицитности кобальта его содержание обычно не превышает 2,5…3%.

Влияние никеля

Никель – единственный из легирующих компонентов сталей, который повышает её пластичность и снижает твёрдость. Поэтому одним никелем стали не легируют. Зато в сочетании с марганцем никель приводит к заметному повышению прокаливаемости стали, что очень важно при изготовлении крупных деталей машин, для которых важна высокая эксплуатационная долговечность. При этом наличие никеля снижает требования к точности соблюдения температурных интервалов термообработки.

Легирование никелем имеет и ряд особенностей. В частности, никель, не образуя собственных карбидов, способствует увеличению скоплений «чужих» карбидов по границам зёрен, в результате снижается теплостойкость, и повышается хрупкость в диапазоне 20…4000С.   Поэтому процентное содержание никеля в легированных сталях строго увязывается  с наличием в них марганца и хрома: при их наличии предельная концентрация никеля составляет 2%, а при их отсутствии – не более 0,5…1%.

Легированные стали для специальных областей использования содержат в себе и ряд других металлов (например, титан, алюминий и др.). Выбор вида стали диктуется эксплуатационными и финансовыми соображениями.

Хром | Мир металлов

Хром. Приоритет открытия хрома принадлежит французскому ученому Л.Н. Воклену, который в 1797 г. представил в Парижскую Академию наук образцы нового металла - хромат свинца, полученного из природного соединения - крокоита.

Первые попытки применения хрома в роли легирующего элемента относятся к 1821 г., когда была получена первая хромистая сталь. Это и было начало трудовой деятельности хрома. Металлурги достойно оценили влияние хрома на свойства стали и на сегодняшний день, можно сказать, хром - это легирующий элемент номер один. Сталей, легированных хромом, чрезвычайно много. Обычно принято подразделять такие стали на низко- и высоколегированные. Первые содержат, как правило, не более 1,6, а вторые - более 12 % хрома.

Конструкционные стали, содержащие хрома от 0,6 до 1,6 %, имеют повышенную прочность и твердость. Хром также улучшает прокаливаемость. Например, сталь 40 имеет предел прочности 580 МПа, предел текучести 340 МПа, относительное удлинение 19 %. А сталь марки 40Х имеет аналогичные показатели, соответственно, 1000 МПа, 800 МПа, 13 %; прокаливаемость при этом возрастает в 3 раза. Вот что значит 1 % хрома в стали. Из хромистых сталей изготовляют валы, зубчатые колеса, толкатели, болты, шпильки и другие детали.

При добавлении в железо более 12 % хрома происходят поразительные изменения. Такой сплав при обыкновенных условиях не подвергается коррозии. Это свойство было впервые открыто в 1911 г., а 1913 г. считается годом начала промышленного производства хромистой нержавеющей стали. Еще спустя 10 лет было освоено производство хромоникелевой нержавеющей стали.

Чем объясняется высокая коррозионная стойкость хромистых сталей? При введении хрома в сталь происходит резкое увеличение потенциала твердого раствора а-железа и на поверхности металла образуется тончайшая плотная окисная пленка - поверхность металла изолируется от воздействия внешней среды.

Естественно, что хромистые стали нашли широкое применение. Однако есть у хромистых сталей недостаток - из них нельзя получить листовой прокат. Эта очень важная проблема все же была решена созданием хромоникелевой стали типа Х18Н9. Подобные стали прокатываются и их коррозионная стойкость стала еще выше. Дело в том, что никель, вводимый в хромистую нержавеющую сталь в количестве более 8 %, переводит ее в аустенитное состояние. А однородная структура аустенита, естественно, исключает возникновение микрогальванических элементов на поверхности деталей, изготовленных из такой стали.

Дальнейшая эксплуатация стали типа Х18Н9 показала, что., если при работе деталь из такой стали подвергалась нагреву до 500  700 °С, то появлялось коррозионное разрушение по границам зерен. Такая коррозия называется межкристаллитной. Оказывается, в данном интервале температур происходит нарушение однородности аусте-нитной структуры вследствие выделения карбидов хрома и соединений, очень богатых хромом. Очевидно, такой процесс сопровождается уменьшением содержания хрома в прилегающих к карбиду хрома участках твердого раствора. В среде электролита карбиды хрома становятся катодами, а обедненные хромом зоны аустенита - анодными участками. Особенно неблагоприятно выделение карбидов хрома по границам зерен. Обедненные хромом границы зерен подвергаются коррозии, и общее коррозионное разрушение приобретает наиболее опасный межкристаллитный характер.
Опасность устраняется, если в указанную хромоникелевую сталь добавить 1 % титана, который является наиболее активным карбидо-образующим элементом. При нагреве до температур 500-700 °С титан опережает хром, не дает ему соединиться с углеродом, образует карбиды титана и менее активный хром вынужден продолжать выполнять свою благородную задачу - обеспечивать высокий электродный потенциал аустенита. Надо отдать должное металлургам и металловедам - подобный способ борьбы с межкристалитной коррозией оригинален и, главное, эффективен.

Введение титана как легирующего элемента, т. е. более 0,025 %, помимо только что отмеченного благоприятного влияния, обеспечивает более высокую жаростойкость, сопротивление износу, получение мелкозернистой структуры, более полное удаление вредных примесей. Иногда титан заменяют ниобием. Ниобий оказывает аналогичное влияние на свойства хромоникелевой нержавеющей стали, и можно было бы всегда применять ниобий, если бы не высокая цена. Ниобий более чем в 30 раз дороже титана. Поэтому заменяют титан ниобием лишь тогда, когда листовой прокат поступает для получения сварных конструкций. Титан при сварке выгорает, а ниобий, как более тугоплавкий металл, не выгорает, и высокие антикоррозионные свойства сварных швов сохраняются.

Дальнейшее повышение коррозионной стойкости сталей типа Х18Н9Т пошло по пути уменьшения углерода в стали, что приводит к снижению содержания карбидов. Появились стали с пониженным содержанием углерода. Примерами таких сталей являются стали марок 0Х18Н9Т (углерода менее 0,08%), 00Х18Н9Т (углерода менее 0,04 %), 000Х18Н9Т (углерода менее 0,02%). Эти стали хорошо свариваются и применяются для изготовления трубопроводов, выхлопных конусов, деталей камер сгорания, диафрагм, листовых металлических частей турбины, емкостей заправочного и другого аналогичного оборудования.

Хромистые нержавеющие стали марок 12X13, 20X13 применяются для изготовления деталей топливной аппаратуры, соединительных элементов трубопроводов, клапанов, предметов домашнего обихода, а стали марок 28X13 и 40X13 -для изготовления хирургического инструмента, пружин и других деталей, работающих в слабоагрессивных средах (воздух, пар, вода).

Большая группа специальных сталей и сплавов носит название жаропрочных. Они способны длительное время работать при высоких температурах в сложнонапряженном состоянии при одновременном воздействии агрессивной внешней среды. Это стали и сплавы, которые содержат много легирующих элементов, главным из них является никель. Но обойтись без хрома и здесь пока невозможно. А низколегированные жаропрочные и жаростойкие сплавы не содержат никеля, но хром - обязательно.

Необходимый уровень жаропрочности достигается в сталях типа 12Х2МФСР, 12Х2МФБ (ЭИ531) за счет комплексного легирования. Легирующие элементы повышают силы связи атомов в кристаллической решетке железа, вызывают дисперсионное твердение, стабилизируют карбидную фазу. Все эти факторы и обусловливают повышенную жаропрочность.

Одной из самых заслуженных жаропрочных сталей является сталь ЭИ69. Эта сталь была применена впервые в нашей стране в 1939 г. для лопаток и дисков газовых турбин. Она применяется и сегодня, но не как турбинная сталь, а как сталь для клапанов поршневых двигателей, для крепежных деталей. И это закономерно - рабочие температуры за этот период существенно возросли.

Жаропрочные сплавы обычно называют «на никелевой основе», на основе «железа и никеля». Но и хрома в этих сплавах содержится до 30 %, а в сплавах типа ВХ-4 до 66 % хрома. Такие сплавы могут работать при температурах до 1200 °С.

Необходимо отметить, что долгое время существовало мнение о неперспективности сплавов на основе хрома из-за свойственной хрому хрупкости при обыкновенных температурах. Но человек-исследователь решил: хром не первый неподдающийся металл, были и потруднее. И начал освоение непокорного. Вначале добился повышения чистоты при плавке, применяя рафинирование, раскисление и денитрирование. Хром стал менее хрупким, но не настолько, чтобы стать пригодным для изготовления из него деталей. Ввели модифицирование при кристаллизации, всестороннее сжатие при обработке давлением - хром стал еще менее хрупким. Но этого было недостаточно. Только при образовании двухфазной структуры, при которой одна фаза была более пластичной по сравнению с другой, получили пластичный хром и сплавы на его основе с температурой перехода в хрупкое состояние ниже минус 60 °С.

В последние годы в нашей стране и за рубежом появились необычные нержавеющие стали типа СН-2. Их называют стареющими нержавеющими или сверхпрочными. Почти трехкратное повышение прочности достигается комплексным влиянием легирующих элементов {в основном меди, титана и алюминия), которые при старении способствуют образованию карбидов и протеканию ряда других процессов. Но не только высокая прочность является достоинством сталей данной группы. Например, сталь ВСН-2 обладает отличной свариваемостью многими видами сварки, она не требует термической обработки сварного шва, сварные швы отличаются высокой пластичностью и ударной вязкостью, сварка не вызывает поводки (коробления) изделия. Последнее объясняется малым содержанием углерода и низкой температурой мартенситного превращения.

Многие резервы данной группы сталей еще не использованы, многие еще не выявлены, но то, что их внедрение в различные отрасли современной техники является одним из направлений по созданию машин с минимальной материалоемкостью,- это очевидно.

С 1970 г. хром получил новую профессию - защищать сталь от коррозии: ученые разработали методы хромирования. К 20-м годам нашего века методы покрытия поверхности металлов металлическим хромом были доведены до их практического применения. Установлено, что даже тончайшее покрытие в 0,005 мм дает эффект защиты от коррозии. Такие покрытия отличаются высокой устойчивостью против химических, механических и термических воздействий.

Широкое применение имеют соединения хрома. Например, в огнеупорной промышленности применяются хромиты (кислородные соединения хрома), отличающиеся высокими химической инертностью и температурой плавления. В дубильном производстве и при изготовлении красителей без соединений хрома пока обойтись просто невозможно.

Большое значение для промышленности имеют сплавы на основе карбида хрома, которые используются в производстве фильер для волочения проволоки, вкладышей пресс-форм, вырубных штампов и других быстроизнашивающихся деталей (деталей насосов, клапанов в устройствах перекачки кислот в химическом машиностроении и др.).

Фосфид хрома применяется в качестве наполнителя при изготовлении шлифовальных кругов.

Несмотря на то что хром является широко распространенным металлом в природных месторождениях, цены за последние 30 лет на хром практически не снизились. Причинами являются возрастающая потребность в этом металле и трудность получения чистого хрома.

Цена 1 т хрома в 1983 г. составляла 3570 р.

Ферростальные сплавы с высоким содержанием хрома

Ферросплавом называется сплав железа с другими химическим элементами. По большей части применяются в легировании специальных сталей, использующихся в отдельных областях производствах с повышенным требованием к свойствам материала.

Характеристики стального сплава с высоким хромосодержанием

Cr (хром) встречается в природном состоянии в большинстве случаев в качестве хромита железа - Fe(CrO2)2. При помощи восстановления углеродом (коксом) в электропечах получают феррохром, используемый в прокате легированных видов сталей.

Чем больше хрома в составе сплава, тем он лучше противостоит воздействию агрессивных сред. Устойчивось к коррозии в соленой и пресной воде, щелочным и солевым растворам, газовым средам и продуктам нефтепромышленности.

За высокую антикоррозийность металла ответственен хром. В чистом виде химический элемент обладает повышенной устойчивостью из-за образования защитной окисной пленки на поверхности.

Наличие хрома в стали более 13% обеспечивает защитные способности проката только в слабоагрессивной среде. Порог в 17% повышает свойства ферросплавов до устойчивости к более агрессивным средам и процессам окисления.

В каждом производстве требуется хром сталь с разным процентным показателем этого химического элемента. Существует несколько основных видов ферростальных сплавов.

Категории стальных сплавов

Ферритные стальные сплавы предназначены для производства оборудования, применяемого в среде с продуктами окисления, в фармакологии и медицинской отрасли, в пищепроме, машиностроении, для изготовления теплообменного оборудования, бытовых приборов. Хромистые ферритные сплавы выдерживают воздействие растворов с аммиачным составом, азотной кислоты, селитры, фосфатных кислот и другой агрессивной среды.

Этот тип хром стали представляет прокат 400-ой серии:

  • марки 08Х13, 12Х13 с небольшим углеродным содержанием, хорошими сварными особенностями, пластичные и отлично поддаются штамповке;
  • сортамент 40Х13, 30Х13 отличается повышенной твердостью и прочностью. Используют для производства пружин, игл карбюраторов, медицинских инструментов;
  • сплавы марки 15Х25Т, 12Х17, 15Х28 с высоким содержанием хрома не только коррозионно-устойчивы, но и окалиностойкие. Сплав 08Х17Т легирован титаном и выдерживает до 900°С.

Аустенито-ферритные сплавы. Эта группа обладает повышенным пределом текучести, склонностью к образованию зерен с сохранением двухфазной структуры, хорошими сварными свойствами и небольшим содержанием дорогостоящего никеля. Достаточно часто используются в авиационном производстве, судостроении, в химической отрасли и нефтегазовой промышленности.

К аустенито-ферритным сплавам относятся стали по типу:

  • 08Х22Н6Т – стойкая к коррозийным воздействиям. В промышленности применяется в изготовлении комплектующих газовых турбин, сварочных аппаратов и оборудования с рабочим режимом от -10 до +300°С;
  • 08Х21Н6М2Т – высоколегированная жаропрочная сталь, выдерживающая до 300 С. Из нее производят реакторы, теплообменное оборудование, арматуру, трубопроводы;
  • 08Х18Г8Н2Т – коррозионно-устойчивая сталь, применяемая в производстве сварных приборов, работающих в окислительной среде при температуре то -50 до 300°С.

Одной из самых востребованных сталей в современной промышленности является хромистая ферритная коррозийно-устойчивая сталь марки AISI 430 и ее отечественные аналоги. Сплав обладает:

  • высокими механическими и прочностными свойствами;
  • повышенной стойкостью к воздействию атмосферных явлений и окислительной среде;
  • поддается всем методам обработки. Штамповка, вытяжка, перфорация, сварные работы.

Преимущества хром стали

При довольно приемлемой цене стальной сплав с высоким содержанием хрома обладает такими же качествами, как и дорогостоящая никельсодержащая сталь.

Использование низкоуглеродистой ферритной хромистой стали окупает любой проект сразу в несколько раз. Из нее можно производить:

  • установки для перекачивания газа и нефтепродуктов
  • углеводородные трубопроводы
  • технологические комплексы по переработке нефтегазовой продукции
  • изготовление оборудования для пищевой промышленности. Столы, посуда, кухонная утварь, поддоны, мармиты, мойки, вытяжки, сливы, посудомоечные машины, приборы для сервировки стола
  • предметы для архитектурных и дизайнерских решений. Хром сталь используется в изготовлении сантехнических приборов, предметов интерьера, мебели, металлических панелей для обшивки зданий в стиле хай-тек
  • аксессуары для автомобилестроения, наружные зеркала, ручки дверей, декоративные выхлопные системы
  • детали для теплообменного оборудования
  • медицинское оборудование, начиная от обыкновенных игл для шприцов, и заканчивая высокотехнологическими установками для проведения сложных операций
  • стоматологические комплектующие и инструменты
  • оборудование для фармацевтического производства
  • режущие инструменты, гидравлические клапаны, пружины, турбинные лопатки, арматура

Все виды ферростальных сплавов лучше покупать у проверенного поставщика, так как современный рынок содержит много сомнительных предложений от малоизвестных продавцов. От качества продукции зависит, сколько времени будет функционировать оборудование, его устойчивость к коррозии и воздействию агрессивных сред, долговечность и даже презентабельный внешний вид.

 

13 марта 2017

Поделиться с друзьями:

Влияние легирующих элементов на жаропрочность аустенитных сталей

В этой статье мы поговорим о влиянии некоторых легирующих элементов на жаропрочность сталей. На складе компании ООО "Новьсталь" 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.

 

Содержание 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"

 

Это интересно: производство бесшовных нержавеющих труб

21 Химические элементы и влияние на механические свойства стали

Если вы работаете в сталелитейной промышленности, замечали ли вы, что на самом деле означают все эти химические составы, перечисленные в отчете об испытаниях стальных материалов? Возможно, вы только знаете, что разные марки стали имеют много разного химического состава и элементов в разном количестве. В этом посте мы разбираем и перечисляем 21 химический элемент и его влияние на свойства стали.

21 Химические элементы и влияние на механические свойства стали

Сталь

в целом представляет собой сплав углерода и железа, она действительно содержит много других элементов, некоторые из которых сохраняются в процессе производства стали, другие элементы добавляются для получения определенных свойств.Мы можем увидеть некоторые наиболее распространенные химические элементы, которые оказывают важное влияние на свойства стали.

1. Углерод (C)

Углерод - самый важный элемент в стали, он важен для сталей, которые должны быть закалены закалкой, и степень углерода контролирует твердость и прочность материала, а также реакцию на термическую обработку (способность к закалке).
И пластичность, ковкость и обрабатываемость уменьшатся, если количество углерода увеличится, так же как и свойства свариваемости стали.

2. Марганец (Mn)

Марганец может быть вторым по важности элементом в стали после углерода. Mn имеет эффекты, аналогичные эффектам углерода, и производитель стали использует эти два элемента в комбинации для получения материала с желаемыми свойствами. Марганец необходим для процесса горячей прокатки стали из-за его комбинации с кислородом и серой.

Его присутствие имеет следующие основные эффекты:

  • Это мягкий раскислитель, действующий как очищающее средство, выводящее серу и кислород из расплава в шлак.
  • Повышает упрочняющую способность и предел прочности на разрыв, но снижает пластичность.
  • Он соединяется с серой с образованием глобулярных сульфидов марганца, которые необходимы для легкообрабатываемых сталей для хорошей обрабатываемости.

Стали обычно содержат не менее 0,30% марганца, однако в некоторых углеродистых сталях может содержаться до 1,5%.

Марганец также имеет тенденцию увеличивать скорость проникновения углерода во время науглероживания и действует как мягкий раскислитель.Однако, когда слишком высокое содержание углерода и слишком высокое содержание марганца сопровождают друг друга, начинается охрупчивание. Марганец способен образовывать сульфид марганца (MnS) с серой, что благоприятно сказывается на механической обработке. В то же время он снижает хрупкость из-за серы и благоприятно влияет на чистоту поверхности углеродистой стали.

Для целей сварки отношение марганца к сере должно составлять не менее 10: 1. Содержание марганца менее 0,30% может вызвать внутреннюю пористость и растрескивание сварного шва, растрескивание также может возникнуть, если его содержание превышает 0.80%. Сталь с низким содержанием сульфида марганца может содержать серу в форме сульфида железа (FeS), которая может вызвать растрескивание сварного шва.

3. Фосфор (P)

Хотя он увеличивает предел прочности стали на разрыв и улучшает обрабатываемость, он обычно считается нежелательной примесью из-за его охрупчивания.

Влияние фосфорного элемента на сталь будет различным в зависимости от его концентрации.
Максимальное количество фосфора в стали более высокого качества составляет 0.03 до 0,05% из-за того, что это вредно. Содержание фосфора в низколегированных высокопрочных сталях до 0,10% повысит прочность, а также повысит устойчивость стали к коррозии. Возможность хрупкости увеличивается, когда содержание в закаленной стали слишком велико. Несмотря на то, что прочность и твердость улучшаются, пластичность и вязкость снижаются.

Обрабатываемость свободно режущей стали улучшается, но во время сварки могут возникать хрупкие сварные швы и / или трещины сварных швов, если содержание фосфора больше 0.04%. Фосфор также влияет на толщину цинкового слоя при цинковании стали.

4. Сера (S)

Сера обычно рассматривается как примесь, которая отрицательно сказывается на ударных характеристиках, когда сталь содержит много серы и мало марганца. Сера улучшает обрабатываемость, но снижает поперечную пластичность и ударную вязкость с надрезом и мало влияет на продольные механические свойства. Его содержание ограничено 0,05% в сталях, но добавляется в стали без резания в количестве до 0%.35% с повышенным содержанием марганца для противодействия любым вредным воздействиям, поскольку легирующие добавки серы в количестве от 0,10% до 0,30% будут улучшать обрабатываемость стали. Такие типы могут называться «ресульфурация» или «автоматическая обработка». В стали со свободным резанием добавлена ​​сера для улучшения обрабатываемости, обычно до максимум 0,35%.

Даже несмотря на то, что влияние серы на сталь на определенных этапах отрицательное, любое содержание серы менее 0,05% положительно влияет на марки стали.

5. Кремний (Si)

Кремний - один из основных раскислителей стали. Кремний помогает удалить пузырьки кислорода из расплавленной стали. Это элемент, который чаще всего используется для производства полу- и полностью раскисленных сталей, и обычно присутствует в количествах менее 0,40%, обычно только небольшие количества (0,20%) присутствуют в стальном прокате, когда он используется в качестве раскислителя. Однако в стальных отливках обычно присутствует от 0,35 до 1,00%.

Кремний растворяется в железе и усиливает его.Некоторые присадочные металлы могут содержать до 1%, чтобы обеспечить улучшенную очистку и раскисление при сварке загрязненных поверхностей. Когда эти присадочные металлы используются для сварки на чистых поверхностях, в результате прочность металла сварного шва будет заметно повышена. Кремний увеличивает прочность и твердость, но в меньшей степени, чем марганец. В результате снижение пластичности может вызвать проблемы с растрескиванием.

Для целей цинкования стали, содержащие более 0,04% кремния, могут сильно повлиять на толщину и внешний вид оцинкованного покрытия.Это приведет к получению толстых покрытий, состоящих в основном из сплавов цинка и железа, а поверхность будет иметь темный и матовый оттенок. Но он обеспечивает такую ​​же защиту от коррозии, как и блестящее оцинкованное покрытие, внешний слой которого состоит из чистого цинка.

6. Хром (Cr)

Хром - мощный легирующий элемент в стали. Cr присутствует в некоторых конструкционных сталях в небольших количествах. Он в основном используется для повышения закаливаемости стали и повышения коррозионной стойкости, а также предела текучести стального материала.По этой причине часто встречается в сочетании с никелем и медью. Нержавеющие стали могут содержать более 12% хрома. Хорошо известная нержавеющая сталь «18-8» содержит 8 процентов никеля и 18 процентов хрома.

Когда процентное содержание хрома в стали превышает 1,1%, образуется поверхностный слой, который помогает защитить сталь от окисления.

7. Ванадий (В)

Химический элемент ванадий действует аналогично Mn, Mo и Cb.При использовании с другими легирующими элементами он ограничивает рост зерна, уменьшает размер зерна, увеличивает прокаливаемость, вязкость разрушения и устойчивость к ударным нагрузкам. Улучшается размягчение при высоких температурах, усталостное напряжение и износостойкость. При содержании более 0,05% сталь может иметь тенденцию к охрупчиванию во время обработки для снятия термического напряжения.

Ванадий используется для азотирования, жаропрочных, инструментальных и пружинных сталей вместе с другими легирующими элементами.

8.Вольфрам (Вт)

Используется с хромом, ванадием, молибденом или марганцем для производства быстрорежущей стали, используемой в режущих инструментах. Говорят, что вольфрамовая сталь «твердая докрасна» или достаточно твердая, чтобы ее можно было резать после того, как она раскалилась.
После термообработки сталь сохраняет твердость при высоких температурах, что делает ее особенно подходящей для режущих инструментов.

Вольфрам в форме карбида вольфрама

  • Придает стали высокую твердость даже при красных плавках.
  • Продвигает мелкие зерна
  • Устойчив к нагреванию
  • Повышение прочности при повышенных температурах

9.Молибден (Мо)

Молибден по своим свойствам аналогичен марганцу и ванадию, и его часто используют в сочетании с одним или другим. Этот элемент является сильным карбидообразователем и обычно присутствует в легированных сталях в количестве менее 1%. Он увеличивает прокаливаемость и устойчивость к повышенным температурам, а также улучшает коррозионную стойкость, а также увеличивает сопротивление ползучести. Его добавляют в нержавеющие стали для повышения их устойчивости к коррозии, а также используют в быстрорежущих инструментальных сталях.

10. Кобальт (Co)

Кобальт улучшает прочность при высоких температурах и магнитную проницаемость.

Повышает твердость, а также допускает более высокие температуры закалки (при термообработке). Усиливает индивидуальное воздействие других элементов в более сложных сталях. Со не является карбидообразователем, однако добавление кобальта в сплав обеспечивает более высокую достижимую твердость и более высокую твердость докрасна.

11. Никель (Ni)

В дополнение к его благоприятному влиянию на коррозионную стойкость стали в стали добавляют Ni для повышения прокаливаемости.Никель улучшает низкотемпературные свойства материала за счет повышения вязкости разрушения. Присутствие этого элемента не снижает свариваемость стали. Никель резко увеличивает ударную вязкость стали.

Никель часто используется в сочетании с другими легирующими элементами, особенно с хромом и молибденом. Это ключевой компонент в нержавеющих сталях, но в углеродистых сталях его низкие концентрации. Нержавеющие стали содержат от 8% до 14% никеля.

Еще одна причина, по которой Ni добавляют в сплав, заключается в том, что он создает более светлые участки в дамасской стали.

12. Медь (Cu)

Медь - еще один элемент первичной коррозионной стойкости. Он также имеет небольшое влияние на прокаливаемость. Обычно он содержится в количестве не менее 0,20% и является основным антикоррозионным компонентом в стали таких марок, как A242 и A441.

Медь, которая чаще всего встречается в сталях в качестве остаточного агента, также добавляется для получения свойств дисперсионного твердения и повышения коррозионной стойкости.

13. Алюминий (Al)

Алюминий является одним из наиболее важных раскислителей в очень малых количествах в материале, а также
помогает формировать более мелкозернистую кристаллическую микроструктуру и повышать ударную вязкость марки стали. Обычно его используют в сочетании с кремнием для получения полу- или полностью раскисленной стали.

14. Титан (Ti)

Ti используется для контроля роста размера зерна, что улучшает ударную вязкость. Также преобразует вытянутую форму сульфидных включений в шаровидную, улучшая прочность и коррозионную стойкость, а также ударную вязкость и пластичность.

Ti - очень прочный и очень легкий металл, который можно использовать отдельно или в легировании со сталями. Его добавляют в сталь, чтобы придать им высокую прочность при высоких температурах. В современных реактивных двигателях используются титановые стали.

  • Предотвращает локальное обеднение хромом в нержавеющих сталях при длительном нагреве.
  • Предотвращает образование аустенита в высокохромистых сталях
  • Снижает мартенситную твердость и закаливаемость среднехромистых сталей.

15.Ниобий ( Nb , ранее известный как Columbium-Columbium, Cb)

Ниобий - ключевой элемент измельчения зерна, а также элемент, повышающий прочность при производстве стали. Ниобий является сильным карбидообразователем и образует очень твердые, очень мелкие простые карбиды. Повышает пластичность, твердость, износостойкость и коррозионную стойкость. Также улучшает зернистую структуру. Ранее известный как Columbium.

16. Бор (B)

Наиболее важным эффектом и назначением бора в стали является резкое улучшение прокаливаемости.

Самым большим преимуществом бора является то, что его небольшое количество может быть добавлено для получения того же результата, что и другие элементы, требующиеся в больших количествах с точки зрения дополнительной прокаливаемости. Типичный диапазон для стальных сплавов составляет от 0,0005 до 0,003%.

В процессе термообработки добавляется бор, заменяющий другие элементы, для повышения закаливаемости среднеуглеродистой стали. Производительность резания быстрорежущих сталей увеличивается, но за счет качества поковки. Также возможно, что содержание бора может быть слишком высоким, что снижает прокаливаемость, ударную вязкость, а также вызывает охрупчивание.Процент углерода, присутствующего в стали, также играет роль в закаливаемости бора. Поскольку влияние бора на прокаливаемость увеличивается, количество углерода должно пропорционально уменьшаться.

При добавлении бора в сталь необходимо соблюдать меры предосторожности, чтобы гарантировать, что он не вступит в реакцию с кислородом или азотом, поскольку сочетание бора с одним из них сделает бор бесполезным.

17. Свинец (Pb)

Добавление свинца в очень небольших количествах для улучшения обрабатываемости, до 0.30%, улучшает обрабатываемость. При равномерном распределении он мало влияет на физические свойства стали и, вопреки распространенному мнению, не влияет на способность сварки.

18. Цирконий (Zr)

Цирконий добавлен в сталь для изменения формы включений. Обычно добавляют в низколегированные, низкоуглеродистые стали. В результате ударная вязкость и пластичность улучшаются при преобразовании формы из удлиненной в шаровидную, улучшая ударную вязкость и пластичность.

19. Тантал (Ta)

По химическому составу очень похож на ниобий (Nb), поэтому оказывает аналогичное влияние на сплав - образует очень твердые, очень мелкие, простые карбиды. Повышает пластичность, твердость, износостойкость и коррозионную стойкость. Также очищает зерно.

20. Азот (N)

Азот в сплаве действует аналогично углероду. N заменяет C в небольших количествах (или даже в больших, при использовании современных технологий) для увеличения твердости. Очевидно, что азот образует нитриды, а не карбиды.В INFI есть N, и есть еще несколько, при этом Sandvik является чемпионом, имея 3% N в сплаве, полностью заменяя C. К сожалению, это недоступно для производителей ножей. Поскольку азот менее склонен к образованию нитридов хрома, чем углерод к образованию карбидов хрома, его присутствие улучшает коррозионную стойкость, оставляя больше свободного хрома в сплаве. Поскольку азот менее реактивен при образовании нитридов, его можно использовать для повышения твердости без увеличения размера и объема карбидов, например Сталь Sandvik 14C28N.

21. Селен (Se)

Обычно нежелательно для столовых приборов. Добавлено для улучшения обрабатываемости. Аналогично Sulphur из той же группы халькогенов.

Все химические элементы и эффекты, указанные выше, связаны со сталью. Итак, если вы работаете в сталелитейной промышленности, вам следует сделать то же самое.

Есть и другие мелкие элементы из редких металлов, которые мы не перечисляем выше. Вы можете оставить комментарий ниже с подробностями.

Источник: www.astmsteel.com

.

chromium_chrome-eng.pdf

% PDF-1.4 % 250 0 объект >>> endobj 480 0 объект > поток

  • Министерство здравоохранения Канады
  • application / pdf 2017-04-30T23: 54: 40.358-04: 00
  • Отчеты об оценке CEPA
  • Хром
  • Отчеты об оценке CEPA
  • хром_хром-англ.pdf
  • 66 2017-04-19T19: 19: 47.454-04: 00 Acrobat PDFWriter 4.0 для Windows NT Министерство здравоохранения Канады 028a2f8099df76e810c5ae7a70f867191eb0d297 395084 Хром Acrobat PDFWriter 4.0 для Windows NT Microsoft Word 2004-08-12T11: 47: 42.000-03: 00 2004-08-12T10: 47: 42.000-04: 00 1999-12-17T10: 56: 00.000-05: 00 конечный поток endobj 342 0 объект > endobj 253 0 объект > endobj 234 0 объект > endobj 245 0 объект > endobj 244 0 объект > endobj 239 0 объект > endobj 238 0 объект > endobj 237 0 объект > endobj 236 0 объект > endobj 235 0 объект > endobj 183 0 объект > / ProcSet 215 0 R >> / Rotate 0 / Thumb 468 0 R / Type / Page >> endobj 186 0 объект > / ProcSet 215 0 R >> / Rotate 0 / Thumb 470 0 R / Type / Page >> endobj 189 0 объект > / ProcSet 215 0 R >> / Rotate 0 / Thumb 472 0 R / Type / Page >> endobj 192 0 объект > / ProcSet 215 0 R >> / Rotate 0 / Thumb 474 0 R / Type / Page >> endobj 195 0 объект > / ProcSet 215 0 R >> / Rotate 0 / Thumb 476 0 R / Type / Page >> endobj 196 0 объект > поток HWR ܸ ASR խ d [@ fR4'dRynѭ [BgKdNŀ% uK '~ cBQLz 瓹 = Jk $] yUvźy, N "! |! C ~ cQ-I @ cj ߮] W 9 c # Y4 "P? zq _, ^ e] jRȷ ׂ gvBL0QϬD 1qkf1FC_ ߑ $ t! [) =? dZffnVoeYl.I9qO 푍 @ ջ4¡;) _? Bŧ] R2Qp * W³ | ظ, 0 U [ B + q | SsYlD = CwGV! C} E * Vni "hwYm3Qb" U] Koq˻53F z = C & r8Pp_ \ hx "C" [W7Z +, s. TejK4 ۟ 2}? 9 $, U '~ Gm Dz ~ AS NHK @ ܑ рiD` (ciU $ u`MabBz1Z

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *