Štetne nečistoće u ugljičnim čelicima. Utjecaj štetnih tvari u zraku radnog prostora na ljudski organizam - sažetak. Utjecaj aluminija na svojstva čelika

Nečistoćama se nazivaju hemijski elementi koji su ušli u sastav čelika u procesu njegove proizvodnje kao tehnološki aditivi ili kao komponente materijala punjenja.

Nečistoće u čeliku se dijele na trajne (obične), slučajne i latentne (štetne).

Trajne nečistoće u čeliku su mangan i silicijum, koji su prisutni kao nečistoće u gotovo svim industrijskim čelicima. Sadržaj mangana u konstrukcijskim čelicima je obično u rasponu od 0,3-0,8% (ako mangan nije legirajući element), u alatnim čelicima je nešto manji (0,15-0,40%). Uvođenje mangana kao tehnološkog aditiva u takvim količinama neophodno je za prelazak sumpora iz željeznog sulfida u mangan sulfid. Silicijum u dobro deoksidiranim (mirnim) čelicima obično se nalazi u rasponu od 0,17-0,37%. U nepotpuno deoksidiranim niskougljeničnim (0,2% C) čelicima sadrži manje: u polumirnim 0,05-0,017%, u ključajućim<0,07 %. В нержавеющих и жаропрочных, нелегированных кремнием сталях его может содержаться до 0,8 %.

Slučajne nečistoće u čeliku mogu biti praktički bilo koji elementi koji slučajno dođu u čelik iz otpada, prirodno legirane rude ili deoksidatora. Najčešće su to Cr, Ni, Cu, Mo, W, A1, T1 itd. u količinama ograničenim za nečistoće.

Latentne nečistoće u čeliku su sumpor, fosfor, arsen i gasovi: vodonik, azot i kiseonik. Međutim, nedavno se dušik, sumpor i fosfor ponekad koriste kao aditivi za legiranje kako bi se osigurala niz posebnih svojstava čelika.

Prema stepenastom hemijskom sastavu čelika moguće je odrediti koji su elementi legirajući aditivi, a koji nečistoće. Ako stepenovani hemijski sastav čelika postavlja donju (ne manje) i gornju (ne više) granicu sadržaja ovog elementa u čeliku, onda će on biti legirajući. U pravilu se za nečistoće postavlja samo gornja granica sadržaja. Jedini izuzetak su mangan i silicijum, čija je količina regulisana donjom i gornjom granicom, kako za nečistoće tako i za aditive za legiranje.

Štetne nečistoće sumpora, fosfora i plinova prisutne su u gotovo svim čelicima i, ovisno o vrsti čelika, mogu imati različit utjecaj na svojstva.

Trenutno se u metalurgiji široko koriste različiti tehnološki procesi i metode proizvodnje čelika, zbog čega se postiže značajno smanjenje kontaminacije metala nemetalnim inkluzijama, te postaje moguće kontrolirati njihov sastav, veličinu i distribuciju. Takvi procesi i metode uključuju: pretapanje rafiniranja (elektrošljaka, vakumsko-lučno), vakuumsko indukcijsko topljenje, vanpećnu preradu čelika sintetičkim troskom, otplinjavanje u loncu itd.

O2, S, P, N, H2, rjeđe drugi (As) čak i u malim količinama negativno utječu na svojstva željeza i njegovih legura. Dobijanje metala odgovarajućeg kvaliteta postiže se smanjenjem sadržaja štetnih nečistoća do određenih granica raznim metodama, u zavisnosti od karakteristika svake nečistoće.

Deoksidacija čelika je uklanjanje otopljenog kisika. U oksidativnom rafiniranju, kako se nečistoće u metalu s većim afinitetom prema kisiku od željeza smanjuju, koncentracija kisika raste. Ugljik se oksidira kasnije od ostalih elemenata i koncentracija C u metalu određuje konačnu. Oksidabilnost metala u toku dekarbonizacije se povećava i posebno je oštra kada je sadržaj ugljika manji od 0,2. Stvarna koncentracija ugljika u metalu na kraju rafiniranja za različite vrste čelika je u rasponu od 0,02-0,05%. Kada se takav metal ohladi, reakcija dekarbonizacije sa selektivnom kristalizacijom će se nastaviti. Kako kristalizacija napreduje, preostala tečnost se postepeno obogaćuje nečistoćama. Konkretno, ugljik i [O], čije koncentracije cijelo vrijeme ostaju veće od ravnoteže za reakciju dekarbonizacije, što osigurava njen kontinuirani protok. Dio mjehurića plina ostaje u metalu koji se stvrdnjava, čineći ga pjenušavim. Zbog prezasićenosti metala kisikom, oslobađaju se oksidi željeza. Kako temperatura pada, topljivost O2 u željezu naglo opada, što dovodi do povećanja oksidne faze na granici zrna. Ova pojava se naziva crvena krhkost. Prekomjerno visoka koncentracija O2 u metalu primjer je procesa oksidativnog rafiniranja. Osim toga, prilikom proizvodnje i livenja čelika, tj. nakon oslobađanja ispod poklopca od šljake dolazi u kontakt sa atmosferskim vazduhom. Stoga se topljenje čelika uvijek završava deoksidacijom kako bi se kisik uklonio iz metala do granica koje osiguravaju potpuni ili djelomični prekid reakcije razugljičenja. Kao elementi deoksidacije koriste se dvije grupe elemenata - to su elementi s većim afinitetom prema kisiku od željeza Mn, Si. Druga grupa - elementi s većim afinitetom prema kisiku od ugljika. Služe za potpuno „smirivanje“ Al, Ti, B, Ca, Zirkoniy. Deoksidacija se obično kombinuje sa legiranjem, tj. uz povećanje do potrebnih granica korisnih nečistoća. Postoje tri metode deoksidacije - taloženje, difuzija i evakuacija.

opsjedati. Najčešća metoda deoksidacije, koja se sastoji u uvođenju deoksidatora direktno u metal, gdje dolazi do heterogene reakcije. Oksid za deoksidaciju mora imati svojstva "precipitata", tj. biti nerastvorljiv u gvožđu i može se lako izdvojiti iz taline. Da bi se reakcija odvijala potrebno je da čistači imaju veći afinitet od C i Fe i da su njihovi oksidi jači od FeO. Kada se deoksidator unese u čelik, O2 se smanjuje zbog reakcije deoksidacije sve dok se ne postigne ravnoteža reakcije, stoga minimalna rezidualna koncentracija O2 u metalu odgovara ravnoteži u reakciji i služi kao mjera relativnog afiniteta deoksidatora za kisik ili mjera deoksidacijske sposobnosti deoksidirajućih elemenata. Mehanizam precipitacije deoksidacije uključuje sljedeće faze: otapanje čvrstog deoksidatora i njegova ravnomjerna raspodjela u volumenu metala, kemijska reakcija razugljičenja, uklanjanje produkta reakcije iz taline - inkluzije nemetalne troske. Najvažnija karika je treća faza, jer. od toga zavisi količina nemetalnih inkluzija koje zagađuju metal i smanjuju njegovu kvalitetu. Ove nemetalne inkluzije troske imaju manju gustoću od metala i isplivaju na njegovu površinu. Što je veća brzina izrona, to je čelik čišći od nemetalnih inkluzija. Brzina uspona malih sfernih čestica prečnika manjeg od 1 mm. Iz jednačina slijedi da kako f opada, brzina opada. Proces se ubrzava smanjenjem gustoće inkluzija troske, povećanjem temperature, smanjenjem viskoznosti čelika i, kao rezultat, povećanjem vremena skrućivanja i vremena uspona inkluzija. Odlučujuća uloga pripada veličini čestica. Što su veće, to je čelik čišći. Povećanje čestica se dešava lakše u tečnom nego u čvrstom obliku. Stoga je za potpuno pročišćavanje metala od proizvoda deoksidacije potrebna visoka temperatura čelika od više od 1600 ° C i niska tačka topljenja.

Difuzijska deoksidacija se sastoji u nastanku procesa difuzije kisika iz metala u trosku uslijed smanjenja njegove oksidacije, zbog unošenja u nju deoksidatora, koji redukcijom željeznih oksida u šljaci snižava njihovu koncentraciju i , posljedično, koncentracija kisika. Prednost ove metode u odnosu na taložni je u tome što se interakcija odvija u šljaci i metal nije kontaminiran. Nedostatak je mala brzina procesa. Direktno u jedinicama, uglavnom u električnim pećima u proizvodnji specijalnih čelika. Raznovrsnost difuzijske deoksidacije je obrada čelika u loncu sa sintetičkim troskom s niskim sadržajem FeO.

Usisavanje. Ovo je relativno nova i obećavajuća metoda koja omogućava dobivanje ne samo kisika, već i vodika i dušika, tj. izvršiti otplinjavanje čelika. Za H i N, rastvorljivost u sloju opada sa smanjenjem T. Posebno je nizak u čvrstom stanju. Kada se čelik ohladi, vodik se oslobađa u mikropore i formira jata - to su male pukotine koje smanjuju mehaničku čvrstoću. Dušik povećava tvrdoću čelika, ali istovremeno povećava lomljivost i smanjuje duktilnost. Struktura gasova u gvožđu, tj. apsorpcija je praćena promjenom njegovog molekularnog stanja. S obzirom da su gasovi u metalu beskonačno razređeni rastvori, koeficijent aktivnosti je približno jednak 1. Prema tome, rastvorljivost gasova u metalu je funkcija dve veličine – temperature i pritiska. Utjecaj temperature na rastvorljivost određen je vrijednošću deltaH. H2 i N2 se rastvaraju apsorpcijom toplote. Stoga, pregrijavanje metala povećava zasićenost plinom, što posebno vrijedi za EP. Osim toga, legirajući elementi formiraju hidride i nitride, što doprinosi povećanju zasićenosti plinom. Titan i cirkonijum su posebno skloni hidridima, a hrom i vanadijum su posebno skloni stvaranju nitrida. Ako se lonac metala stavi u zatvoreni sistem i pritisak gasa iznad metala se značajno smanji, tada će se pritisak u mjehurićima gasa koji se nalaze u talini značajno smanjiti, posebno u gornjem sloju metala. Time će se osigurati prijelaz mjehurića onih nečistoća koje se iz čelika mogu osloboditi u plinovito stanje i intenzivno podizanje mjehurića. Ugljik ima značajan afinitet prema kisiku i može poslužiti kao deoksidator, ali je njegova upotreba za to pri normalnom tlaku vrlo ograničena, jer. preostali CO dovodi do labavih ingota, tj. uzrokuje pojavu plikova u metalu. Da bi se to spriječilo, uvođenje deoksidatora s većim afinitetom prema kisiku od ugljika kontaminira metal nemetalnim inkluzijama. Vakumiranje vam omogućava da značajno smanjite koncentraciju kisika u čeliku bez upotrebe deoksidatora i, stoga, bez dodatne kontaminacije metala. U ovom slučaju, uloga ugljika kao deoksidatora značajno se povećava, jer se tijekom evakuacije CO najpotpunije uklanja iz njega i isključuje stvaranje mjehura metala.

Na mehanička svojstva ugljičnih čelika utječe sadržaj ugljika. S povećanjem sadržaja ugljika povećavaju se čvrstoća, tvrdoća i otpornost na habanje, ali se duktilnost i žilavost smanjuju, a zavarljivost se pogoršava.

Promjena čvrstoće čelika ovisno o sadržaju ugljika.

Ferit(čvrsta otopina ugljika u željezu) - vrlo plastična i viskozna, ali krhka.

Perlit, mehanička mješavina finih ploča ferita i cementita, daje snagu. Cementit veoma tvrda, lomljiva i statički jaka. Sa povećanjem sadržaja ugljika u čeliku (do 0,8%), povećava se sadržaj perlita i povećava se čvrstoća čelika. Međutim, uz to se smanjuje njegova duktilnost i udarna čvrstoća. Pri sadržaju od 0,8% C (100% perlit), čvrstoća čelika dostiže svoj maksimum.

Mangan ubrizgava se u bilo koji čelik radi deoksidacije (tj. za uklanjanje štetnih inkluzija željeznog oksida). Mangan se rastvara u feritu i cementitu, pa je njegovo detektovanje metalografskim metodama nemoguće. Povećava čvrstoću čelika i uvelike povećava kaljivost. Sadržaj mangana u ugljičnim čelicima određenih razreda može doseći 0,8%.

Silicijum, kao i mangan, je deoksidant, ali djeluje efikasnije. U čeliku koji ključa sadržaj silicijuma ne bi trebao biti veći od 0,07%. Ako ima više silicija, tada će se deoksidacija silicijuma dogoditi tako potpuna da tekući metal neće "zakuhati" zbog deoksidacije ugljika. Tihi ugljični čelik sadrži 0,12 do 0,37% silicija. Sav silicijum se rastvara u feritu. Uvelike povećava čvrstoću i tvrdoću čelika.

Sumpor- štetne nečistoće. Tokom procesa proizvodnje čelika sadržaj sumpora se smanjuje, ali se ne može potpuno ukloniti. Kod otvorenog čelika uobičajenog kvaliteta dozvoljen je sadržaj sumpora do 0,055%.

Prisustvo sumpora u velikim količinama dovodi do stvaranja pukotina tokom kovanja, štancanja i vrućeg valjanja, ova pojava se naziva crvena krhkost. U ugljičnom čeliku, sumpor reagira sa željezom, što rezultira željeznim sulfidom FeS. U procesu vruće plastične deformacije duž granica zrna nastaju vruće pukotine.

Ako se u čelik unese dovoljna količina mangana, štetno djelovanje sumpora će biti eliminirano, jer će biti vezan u vatrostalni mangan sulfid. MnS inkluzije se nalaze u sredini zrna, a ne duž njihovih granica. Tokom toplog rada, MnS inkluzije se lako deformišu bez pucanja.

Fosfor, kao i sumpor, je štetna nečistoća. Otapajući se u feritu, fosfor naglo smanjuje njegovu duktilnost, povećava temperaturu prijelaza u krhko stanje ili na neki drugi način uzrokuje hladnu lomljivost čelika. Ova pojava se primećuje kada je sadržaj fosfora iznad 0,1%.

Područja ingota sa visokim sadržajem fosfora postaju hladno lomljiva. Kod otvorenog čelika običnog kvaliteta nije dozvoljeno više od 0,045% R.

Sumpor i fosfor, uzrokujući lomljivost čelika i istovremeno snižavajući mehanička svojstva, poboljšavaju obradivost: povećava se obrada površine, povećava se vrijeme između ponovnog brušenja glodala, glodala itd. Stoga se za veći broj nekritičnih dijelova koji su podvrgnuti mašinskoj obradi, tako da nazivaju se automatski čelici sa visokim sadržajem sumpora (do 0,30%) i fosfora (do 0,15%).

Kiseonik- štetne nečistoće. Oksid željeza, poput sumpora, uzrokuje lomljivost čelika. Vrlo tvrdi oksidi aluminija, silicija i mangana naglo oštećuju obradivost čelika rezanjem, brzo otupljujući rezni alat.

U procesu topljenja ugljičnog čelika iz starog metala, u njega mogu ući nikal, krom, bakar i drugi elementi. Ove nečistoće narušavaju tehnološka svojstva ugljičnog čelika (posebno zavarljivost), tako da pokušavaju da minimiziraju njihov sadržaj.

Označavanje čelika

U ugljičnim čelicima običnog kvaliteta dopušten je sadržaj štetnih nečistoća, kao i zasićenje plinom i kontaminacija nemetalnim inkluzijama. A ovisno o namjeni i kompleksu svojstava, dijele se u grupe: A - snabdjeveni sa zagarantovanim mehaničkim parametrima, B - sa zagarantovanim hemijskim parametrima, C - sa zagarantovanim hemijskim i mehaničkim parametrima.

Čelici su označeni kombinacijom slova St i broja (od 0 do 6) koji pokazuje broj razreda, a ne prosječan sadržaj ugljika u njemu, iako kako se broj povećava, sadržaj ugljika u čeliku raste. Čelici grupa B i C imaju slova B i C ispred marke, što ukazuje na njihovu pripadnost ovim grupama. Čelici grupe A koriste se u isporučenom stanju za proizvode čija proizvodnja nije praćena toplom obradom. U ovom slučaju zadržavaju normalizacijske strukture i mehanička svojstva zajamčena standardom.

Čelici grupe B koriste se za proizvode proizvedene toplom obradom (kovanje, zavarivanje i, u nekim slučajevima, termička obrada), kod kojih nije očuvana originalna struktura i mehanička svojstva. Za takve dijelove, informacije o kemijskom sastavu su važne za određivanje načina rada vruće.

Čelici su najčešći materijali. Imaju dobra tehnološka svojstva. Proizvodi se dobijaju kao rezultat obrade pritiskom i rezanjem.

Prednost je mogućnost dobivanja željenog skupa svojstava promjenom sastava i vrste obrade. Čelici se dijele na ugljične i legirane.

Utjecaj ugljika i nečistoća na svojstva čelika

Ugljični čelici su glavni. Njihova svojstva određena su količinom ugljika i sadržajem nečistoća koje stupaju u interakciju sa željezom i ugljikom.

Uticaj ugljenika.

Utjecaj ugljika na svojstva čelika prikazan je na sl. 10.1

Fig.10.1. Utjecaj ugljika na svojstva čelika

Sa povećanjem sadržaja ugljika u čeličnoj konstrukciji, količina cementita se povećava, dok se udio ferita smanjuje. Promjena omjera između komponenti dovodi do smanjenja duktilnosti, kao i do povećanja čvrstoće i tvrdoće. Čvrstoća se povećava do sadržaja ugljika od oko 1%, a zatim se smanjuje, jer se formira krupna mreža sekundarnog cementita.

Ugljik utiče na viskozna svojstva. Povećanje sadržaja ugljika povećava prag hladnoće lomljivosti i smanjuje udarnu čvrstoću.

Povećavaju se električni otpor i koercitivna sila, smanjuje se magnetna permeabilnost i gustina magnetne indukcije.

Ugljik također utiče na tehnološka svojstva. Povećanje sadržaja ugljika pogoršava svojstva livenja čelika (koriste se čelici sa sadržajem ugljika do 0,4%), obradivost pritiskom i rezanjem i zavarljivost. Treba uzeti u obzir da su čelici s niskim sadržajem ugljika također loše obrađeni.

Uticaj nečistoća.

U čelicima uvijek postoje nečistoće, koje se dijele u četiri grupe. jedan. Trajne nečistoće: silicijum, mangan, sumpor, fosfor.

Mangan i silicijum se unose u proces topljenja čelika radi deoksidacije, tehnološke su nečistoće.

Sadržaj mangana ne prelazi 0,5…0,8 %. Mangan povećava čvrstoću bez smanjenja duktilnosti i naglo smanjuje crvenu lomljivost čelika uzrokovanu utjecajem sumpora. Pomaže u smanjenju sadržaja željeznog sulfida FeS, budući da formira spoj mangan sulfida sa sumporom MnS. Čestice mangan sulfida nalaze se u obliku zasebnih inkluzija, koje se deformiraju i izdužuju duž smjera valjanja.

Nalazi se u blizini zrna, povećava temperaturu krtog prijelaza, uzrokuje hladnu lomljivost, smanjuje rad širenja pukotina, povećava sadržaj fosfora za svaki 0,01 % podiže prag hladnoće lomljivosti za 20…25ºS.

Fosfor ima tendenciju segregacije, stoga, u središtu ingota, pojedinačni dijelovi imaju naglo smanjen viskozitet.

Za neke čelike moguće je povećati sadržaj fosfora do 0,10…0,15 %, za poboljšanje obradivosti.

Sumpor smanjuje duktilnost, pogoršava zavarljivost i otpornost na koroziju.

Sadržaj sumpora u čelicima je 0,025…0,06 %. Sumpor je štetna nečistoća koja ulazi u čelik iz livenog gvožđa. U interakciji sa gvožđem, formira hemijsko jedinjenje - sumpor sulfid FeS, koji zauzvrat formira eutektik niskog taljenja sa željezom s tačkom topljenja 988ºS. Kada se zagrije za valjanje ili kovanje, eutektik se topi, a veze između zrna se prekidaju. Prilikom deformacije, na mjestima eutektika pojavljuju se pukotine i pukotine, obradak se uništava - fenomen crvena krhkost.

Crvena krhkost - povećana lomljivost na visokim temperaturama

Sumpor smanjuje mehanička svojstva, posebno udarnu čvrstoću a i duktilnost (u), kao i granicu izdržljivosti. Smanjuje zavarljivost i otpornost na koroziju.

2. Skrivene nečistoće- gasovi (azot, kiseonik, vodonik) - ulaze u čelik tokom topljenja.

Dušik i kiseonik su u čeliku u obliku krhkih nemetalnih inkluzija: oksida ( FeOSiO 2 ,Al 2O 3) nitridi ( Fe2N), u obliku čvrstog rastvora ili u slobodnom stanju, nalazi se u defektima (šupljine, pukotine).

Intersticijske nečistoće (azot N, kiseonik O) povećavaju prag hladnoće lomljivosti i smanjuju otpornost na krt lom. Nemetalne inkluzije (oksidi, nitridi), kao koncentratori naprezanja, mogu značajno smanjiti granicu izdržljivosti i viskoznost.

Vodik otopljen u čeliku je vrlo štetan, što značajno oštećuje čelik. To dovodi do formiranja u valjanim gredicama i otkovcima jata.

Flockens- tanke pukotine ovalnog ili zaobljenog oblika, koje imaju izgled mrlja u prelomu - srebrne ljuspice.

Metal sa flokom se ne može koristiti u industriji, pri zavarivanju nastaju hladne pukotine u taloženom i osnovnom metalu.

Ako se vodik nalazi u površinskom sloju, tada se uklanja kao rezultat zagrijavanja na 150…180 , bolje u vakuumu mm Hg. Art.

Vakum se koristi za uklanjanje skrivenih nečistoća.

3. posebne nečistoće, koji se posebno uvode u čelik da bi se dobila navedena svojstva. Nečistoće se nazivaju legirajući elementi, a čelici legirani čelici.

Dodjela legirajućih elemenata.

Glavni legirajući element je hrom (0,8…1,2)%. Povećava kaljivost, doprinosi dobijanju visoke i ujednačene tvrdoće čelika. Prag hladnokrtosti hromiranih čelika - (0…-100) ºS.

Dodatni legirajući elementi.

Bor - 0,003%. Povećava očvršćavanje i takođe podiže prag hladnoće lomljivosti (+20…-60) ºS.

Mangan - povećava sposobnost stvrdnjavanja, ali podstiče rast zrna i podiže prag hladnoće lomljivosti na (+40…-60) ºS.

Titanijum (~0,1%) uveden za mlevenje zrna u hrom-mangan čeliku.

Uvođenje molibdena (0,15…0,46%) u hromiranim čelicima povećava kaljivost, smanjuje prag hladnokrtosti na –20…-120 ºS. Molibden povećava statičku, dinamičku i zamornu čvrstoću čelika, eliminiše sklonost unutrašnjoj oksidaciji. Osim toga, molibden smanjuje sklonost ka lomljivosti u čelicima koji sadrže nikl.

Vanadijum u količini (0.1…0.3) % u hromiranim čelicima, rafinira zrno i povećava snagu i žilavost.

Uvođenje nikla u hromirane čelike značajno povećava čvrstoću i otvrdljivost, snižava prag hladnokrhkosti, ali istovremeno povećava sklonost kaljenju krhkosti (ovaj nedostatak nadoknađuje se uvođenjem molibdena u čelik). Hrom-nikl čelici imaju najbolji skup svojstava. Međutim, nikla nedostaje i upotreba takvih čelika je ograničena.

Značajna količina nikla može se zamijeniti bakrom, što ne dovodi do smanjenja viskoznosti.

Prilikom legiranja hrom-manganskih čelika sa silicijumom, čelici dobijaju kromansil (20HGS, 30HGSA). Čelici imaju dobru kombinaciju čvrstoće i žilavosti, dobro su zavareni, štancani i mašinski obrađeni.Silicij povećava udarnu i termičku žilavost.

Dodatak olova, kalcija poboljšava obradivost. Upotreba termičke obrade otvrdnjavanjem poboljšava kompleks mehaničkih svojstava.

Raspodjela legirajućih elemenata u čeliku.

Legirajući elementi se rastvaraju u glavnim fazama legura gvožđa i ugljenika (ferit, austenit, cementit) ili formiraju posebne karbide.

Otapanje legirajućih elemenata nastaje kao rezultat zamjene atoma željeza atomima ovih elemenata. Ovi atomi stvaraju naprezanja u rešetki, koja uzrokuju promjenu njenog perioda.

Promjena dimenzija rešetke uzrokuje promjenu svojstava ferita - povećava se čvrstoća, smanjuje se duktilnost. Krom, molibden i volfram jačaju manje od nikla, silicijuma i mangana. Molibden i volfram, kao i silicijum i mangan u određenim količinama smanjuju viskoznost.

U čelicima karbide formiraju metali koji se nalaze u periodnom sistemu lijevo od gvožđa (hrom, vanadijum, titan), koji imaju manje kompletan d- elektronski bend.

U procesu formiranja karbida, ugljenik donira svoje valentne elektrone za punjenje d elektronski pojas atoma metala, dok u metalu valentni elektroni formiraju metalnu vezu, koja određuje metalna svojstva karbida.

Kada je omjer atomskih radijusa ugljika i metala veći od 0,59 nastaju tipična hemijska jedinjenja: Fe3c,Mn3c,Cr 23C6,Cr 7C 3 ,Fe3W 3C- koji imaju složenu kristalnu rešetku i, kada se zagreju, rastvaraju se u austenitu.

Kada je omjer atomskih radijusa ugljika i metala manji od 0,59 formiraju se faze implementacije: Mo 2c,toalet,VC,TiC,TaC,W2C- koji imaju jednostavnu kristalnu rešetku i teško se rastvaraju u austenitu.

Svi karbidi imaju visoku tvrdoću i tačku topljenja.

4. Slučajne nečistoće.

Klasifikacija i označavanje čelika

Klasifikacija čelika

Čelici se klasifikuju prema mnogim kriterijumima.

1. Po hemijskom sastavu: ugljenik i legirani.
2. Po sadržaju ugljenika:

a) niskougljični, sa sadržajem ugljika do 0,25 %;
b) srednji ugljenik, sa sadržajem ugljenika 0,3…0,6 %;
c) sa visokim sadržajem ugljenika, sa većim sadržajem ugljenika 0,7 %

1. Prema ravnotežnoj strukturi: hipoeutektoid, eutektoid, hipereutektoid.

1. Po kvalitetu. Kvantitativni pokazatelj kvaliteta je sadržaj štetnih nečistoća: sumpora i fosfora:

a) ugljenični čelici običnog kvaliteta:
b) kvalitetni čelici;
c) visokokvalitetni čelici.

1. Metoda topljenja:

a) u otvorenim pećima;
b) u pretvaračima kiseonika;
c) u električnim pećima: električni luk, indukcija itd.

1. Po dogovoru:

a) konstrukcijski - koristi se za proizvodnju dijelova mašina i mehanizama;
b) alat - koristi se za izradu raznih alata;
c) specijalni - čelici sa posebnim svojstvima: električnim, sa posebnim magnetnim svojstvima itd.

Označavanje čelika

Prihvaćena alfanumerička oznaka čelika

Ugljični čelici običnog kvaliteta (GOST 380).

Označeno: St.2kp., Bst.3kp, Vst.3ps, Vst.4sp.

St je indeks ove grupe čelika. Brojevi od 0 prije 6 - ovo je uslovni broj razreda čelika. S povećanjem broja razreda, čvrstoća se povećava, a duktilnost čelika smanjuje. Prema garanciji pri isporuci postoje tri grupe čelika: A, B i C. Za čelike grupe A mehanička svojstva su zagarantovana prilikom isporuke, indeks grupe A nije naveden u oznaci. Za čelike grupe B, hemijski sastav je zagarantovan. Za čelike grupe B, mehanička svojstva i hemijski sastav su zagarantovani pri isporuci.

Indeksi kp, ps, cn označavaju stepen deoksidacije čelika: kp - ključanje, ps - polu-mirno, cn - mirno.

Kvalitetni ugljenični čelici

Kvalitetni čelici se isporučuju sa zagarantovanim mehaničkim svojstvima i hemijskim sastavom (grupa B). Stepen deoksidacije je uglavnom miran.

Konstrukcijski kvalitetni ugljični čelici. Označeni su dvocifrenim brojem koji označava prosječan sadržaj ugljika u stotim dijelovima procenta. Stepen raskiseljavanja je naznačen ako se razlikuje od smirenosti.

Čelik 08 kp, čelik 10 ps, ​​čelik 45.

Ugljični čelici kvaliteta alata označeni su slovom Y (karbonski alatni čelik) i brojem koji označava sadržaj ugljika u desetinkama procenta.

U8 čelik, U13 čelik.

Alat visokokvalitetni ugljični čelici. Označeni su slično kao i visokokvalitetni alatni ugljični čelici, samo na kraju marke stavljaju slovo A koje označava visokokvalitetni čelik.

Čelik U10A.

Kvalitetni i visokokvalitetni legirani čelici

Oznaka je alfanumerička. Legirajući elementi imaju konvencionalne oznake, označeni su slovima ruske abecede.

Oznake legirajućih elemenata:

X - hrom, H - nikal, M - molibden, V - volfram, K - kobalt, T - titan, A - azot (naveden u sredini marke), G - mangan, D - bakar, F - vanadijum, C - silicijum, P - fosfor, P - bor, B - niobijum, C - cirkonijum, Yu - aluminijum.

Legirani konstrukcioni čelici

Čelik 15H25N19VS2

Na početku pečata naveden je dvocifreni broj koji pokazuje sadržaj ugljika u stotim dijelovima procenta. Legirajući elementi su navedeni u nastavku. Broj iza simbola elementa pokazuje njegov sadržaj u postocima,

Ako broj nije postavljen, tada sadržaj elementa ne prelazi 1,5 %.

Navedena klasa čelika sadrži 0,15 % ugljenik, 35% hrom, 19 % nikla, do 1,5% volframa, do 2 % silicijum.

Za označavanje visokokvalitetnih legiranih čelika, simbol A je naznačen na kraju razreda.

Legirani alatni čelici

Čelik 9XC, čelik HVG.

Na početku marke naveden je jednocifreni broj koji pokazuje sadržaj ugljika u desetinama procenta. Kada je sadržaj ugljika veći od 1%, broj nije naznačen,

Svi legirani alatni čelici su visokog kvaliteta.

Neki čelici imaju nestandardne oznake.

Brzorezni alatni čelici

P je indeks ove grupe čelika (od rapid - brzina). Sadržaj ugljika je veći od 1%. Broj pokazuje sadržaj glavnog legirajućeg elementa - volframa.

U naznačenom čeliku, sadržaj volframa je 18 %.

Ako čelici sadrže legirajući element, tada je njihov sadržaj naznačen nakon oznake odgovarajućeg elementa.

Čelici za kuglične ležajeve

Čelik SHKH6, čelik SHKH15GS

Š je indeks ove grupe čelika. X - ukazuje na prisustvo hroma u čeliku. Sljedeći broj pokazuje sadržaj hroma u desetinama procenta, u navedenim čelicima, odnosno 0,6 % i 1,5 %. Također su naznačeni legirajući elementi uključeni u sastav čelika. Sadržaj ugljika je veći 1 %.

U čelicima uvijek postoje nečistoće, koje se dijele u četiri grupe. jedan. Trajne nečistoće: silicijum, mangan, sumpor, fosfor.

Mangan i silicijum se unose u proces topljenja čelika radi deoksidacije, tehnološke su nečistoće.

Sadržaj mangana ne prelazi 0,5…0,8 %. Mangan povećava čvrstoću bez smanjenja duktilnosti i naglo smanjuje crvenu lomljivost čelika uzrokovanu utjecajem sumpora. Pomaže u smanjenju sadržaja željeznog sulfida FeS, budući da formira spoj mangan sulfida sa sumporom MnS. Čestice mangan sulfida nalaze se u obliku zasebnih inkluzija, koje se deformiraju i izdužuju duž smjera valjanja.

Nalazi se u blizini zrna, povećava temperaturu krtog prijelaza, uzrokuje hladnu lomljivost, smanjuje rad širenja pukotina, povećava sadržaj fosfora za svaki 0,01 % podiže prag hladnoće lomljivosti za 20 ... 25 o C.

Fosfor ima tendenciju segregacije, stoga, u središtu ingota, pojedinačni dijelovi imaju naglo smanjen viskozitet.

Za neke čelike moguće je povećati sadržaj fosfora do 0,10…0,15 %, za poboljšanje obradivosti.

S– smanjena duktilnost, zavarljivost i otpornost na koroziju. P-iskrivljuje kristalnu rešetku.

Sadržaj sumpora u čelicima je 0,025…0,06 %. Sumpor je štetna nečistoća koja ulazi u čelik iz livenog gvožđa. U interakciji sa gvožđem, formira hemijsko jedinjenje - sumpor sulfid FeS, koji zauzvrat formira eutektik niskog taljenja sa željezom s tačkom topljenja 988 o C. Kada se zagrije za valjanje ili kovanje, eutektik se topi, a veze između zrna se prekidaju. Prilikom deformacije, na mjestima eutektika pojavljuju se pukotine i pukotine, obradak se uništava - fenomen crvena krhkost.

Crvena krhkost - povećana lomljivost na visokim temperaturama

Sumpor smanjuje mehanička svojstva, posebno udarnu čvrstoću a i duktilnost

(δ i ψ), kao i granica izdržljivosti. Smanjuje zavarljivost i otpornost na koroziju.

2. Skrivene nečistoće- gasovi (azot, kiseonik, vodonik) - ulaze u čelik tokom topljenja.

Dušik i kiseonik su u čeliku u obliku krhkih nemetalnih inkluzija: oksida ( FeO, SiO 2 , Al 2 O 3)nitridi ( Fe2N), u obliku čvrstog rastvora ili u slobodnom stanju, nalazi se u defektima (šupljine, pukotine).

Intersticijske nečistoće (azot N, kiseonik O) povećavaju prag hladnoće lomljivosti i smanjuju otpornost na krt lom. Nemetalne inkluzije (oksidi, nitridi), kao koncentratori naprezanja, mogu značajno smanjiti granicu izdržljivosti i viskoznost.

Vodik otopljen u čeliku je vrlo štetan, što značajno oštećuje čelik. To dovodi do formiranja u valjanim gredicama i otkovcima jata.

Flockens- tanke pukotine ovalnog ili zaobljenog oblika, koje imaju izgled mrlja u prelomu - srebrne ljuspice.

Metal sa flokom se ne može koristiti u industriji, pri zavarivanju nastaju hladne pukotine u taloženom i osnovnom metalu.

Ako se vodik nalazi u površinskom sloju, tada se uklanja kao rezultat zagrijavanja na 150…180 , bolje u vakuumu ~10 -2 ... 10 -3 mm Hg. Art.

Vakum se koristi za uklanjanje skrivenih nečistoća.

3. Posebne nečistoće- posebno uveden u čelik da bi se dobila specificirana svojstva. Nečistoće se nazivaju legirajući elementi, a čelici legirani čelici.

teško obrađenog čelika

Žica, tanki limovi našli su široku primenu u privredi. Ove vrste proizvoda dobijaju se u metalurgiji valjanjem, izvlačenjem u hladnom stanju. Kao rezultat takve obrade, metal je ojačan zbog fenomena koji se zove otvrdnjavanje. Zbog sobne temperature, stvrdnjavanje se ne uklanja. Ova vrsta obrade naziva se kaljenje.

Kaljenje čelika u velikoj mjeri ovisi o stupnju radnog kaljenja i o sadržaju ugljika (slika 7).

Dobivene su rekordne vrijednosti σw za redukciju do 90% u čeliku 1,2% C pri žici ∅ 0,1 mm.

Stvrdnjavanje je neizbježan proces svake plastične deformacije. Stvrdnjavanje (otvrdnjavanje) je praćeno povećanjem čvrstoće i tvrdoće i značajnim smanjenjem duktilnosti.

Stoga, nakon valjanja ili izvlačenja u hladnom stanju, listovi, kanali, cijevi se stvrdnjavaju.

Najčešće je to željena promjena imovine. Ponekad je to nepoželjno. Na primjer, ne možete napraviti jurnjavu na hladno obrađenom bakrenom lima - on će se pokidati. Stvrdnjavanje je potrebno ukloniti termičkom obradom (žarenjem).