Вплив вуглецю і постійних домішок на властивості сталі
С изменением содержания углерода изменяется структура стали. Увеличение содержания углерода в стали приводит к повышению прочности и понижению пластичности . Приводимые механические свойства относятся к горячекатаным изделиям без термической обработки, т. е. при структуре перлит + феррит (или перлит + цементит). Цифры являются средними и могут колебаться в пределах ±10 % в зависимости от содержания примесей, условий охлаждения после прокатки и т. д. Если сталь применяют в виде отливок, то более грубая литая структура обладает худшими свойствами, (понижаются главным образом показатели пластичности). Существенно влияние углерода на вязкие свойства. Как видно, увеличение содержания углерода повышает порог хладноломкости и уменшает ударную вязкость в вязкой области (т.е. при температурах выше порога хладноломкости.
Влияние постоянных примесей на свойства стали
Постоянными примесями сталей считают марганец, кремний, фосфор, серу, а также газы (водород, азот, кислород), в том или ином количестве постоянно присутствующие в технических сортах стали.
Обычно содержание этих элементов ограничивается следующими верхними пределами, %: 0,8 Мn; 0,5 Si, 0,05 Р; 0,05 S .
"Рассмотрим влияние примесей отдельно.
Марганец. Этот элемент вводят в любую сталь для раскисления, для устранения вредных примесей закиси железа. Марганец устраняет также вредные сернистые соединения железа (см. ниже), растворяется в феррите и цементите.
Марганец заметно влияет на свойства стали, повышая прочность в горячекатаных изделиях, изменяя и некоторые другие свойства. Но так как во всех сталях содержание марганца примерно одинаково, то его влияние на сталь разного состава остается не ощутимым.
Кремний. Влияние начальных присадок кремния аналогично влиянию марганца.
Кремний структурно не обнаруживается, так как полностью растворим в феррите, кроме той части кремния, которая в виде окиси кремния не успела всплыть в шлак и осталась в металле в виде силикатных включений.
Фосфор.'Руды железа, а также топливо и флюсы содержат какое-то количество фосфора, которое в процессе производства чугуна остается и нем в той или иной степени и затем переходит в сталь.
При выплавке стали в основных мартеновских печах из металла удаляется большая часть фосфора. Сталь, выплавленная в основной мартеновской печи, содержит немного фосфора (0,02-0,04% ), а в электропечи менее 0,02 %.
Сера. Как и фосфор, сера попадает в металл из руд, а также из печных газов — продукт горения топлива (S02). В основном мартеновском процессе и при выплавке стали в основной электрической печи сера удаляется из стали.Обычно содержание серы для высококачественной стали не должно превышать 0,02—0,03 %. Для стали обычного качества допускают более высокое содержание серы: 0,03—0,04 %. Обработкой жидкого металла синтетическими шлаками можно уменьшить содержание серы до 0,005 %.В отличие от других «вредных» элементов сера не повышает, а даже понижает порог хладноломкости, хотя и понижает ударную вязкость при вязком изломе. Другими словами снижение содержания серы полезно в том смысле, что при этом повышается сопротивление вязкому разрушению, но снижается сопротивление хрупкому.
В общем случае серу все же следует считать вредной примесью в стали.
Газы. Водород, азот и кислород содержатся в стали в небольших количествах, зависящих от способа производства.
Діаграма залізо-вуглець