Impurități nocive din oțelurile carbon. Influența substanțelor nocive din aerul zonei de lucru asupra corpului uman - abstract. Influența aluminiului asupra proprietăților oțelurilor

Impuritățile sunt numite elemente chimice care au trecut în compoziția oțelului în procesul de producere a acestuia ca aditivi tehnologici sau ca componente ale materialelor de încărcare.

Impuritățile din oțel sunt împărțite în permanente (obișnuite), aleatorii și latente (dăunătoare).

Impuritățile permanente din oțel sunt manganul și siliciul, care sunt prezente ca impurități în aproape toate oțelurile industriale. Conținutul de mangan în oțelurile de structură este de obicei în intervalul 0,3-0,8% (dacă manganul nu este un element de aliere), în oțelurile pentru scule conținutul său este oarecum mai mic (0,15-0,40%). Introducerea manganului ca aditiv tehnologic în astfel de cantități este necesară pentru transferul sulfului din sulfura de fier în sulfura de mangan. Siliciul din oțelurile bine dezoxidate (calme) este de obicei conținut în intervalul 0,17-0,37%. În oțelurile cu conținut scăzut de carbon (£0,2% C) incomplet dezoxidate, conține mai puțin: în semicalme 0,05-0,017%, în fierbere<0,07 %. В нержавеющих и жаропрочных, нелегированных кремнием сталях его может содержаться до 0,8 %.

Impuritățile întâmplătoare din oțel pot fi practic orice elemente care intră accidental în oțel din deșeuri, minereu aliat natural sau dezoxidanți. Cel mai adesea, acestea sunt Cr, Ni, Cu, Mo, W, A1, T1 etc. în cantități limitate pentru impurități.

Impuritățile latente din oțel sunt sulful, fosforul, arsenul și gazele: hidrogen, azot și oxigen. Cu toate acestea, recent azotul, sulful și fosforul sunt uneori folosiți ca aditivi de aliere pentru a oferi o serie de proprietăți speciale ale oțelurilor.

În funcție de compoziția chimică gradată a oțelului, este posibil să se determine care elemente sunt aditivi de aliere și care sunt impurități. Dacă compoziția chimică gradată a oțelului stabilește limitele inferioare (nu mai puțin) și superioare (nu mai mult) pentru conținutul acestui element din oțel, atunci acesta va fi aliat. De regulă, pentru impurități este stabilită doar limita superioară a conținutului. Singurele excepții sunt manganul și siliciul, a căror cantitate este reglementată de limitele inferioare și superioare, atât pentru impurități, cât și pentru aditivii de aliere.

Impuritățile nocive de sulf, fosfor și gaze sunt prezente în aproape toate oțelurile și, în funcție de tipul de oțel, pot avea un efect diferit asupra proprietăților.

În prezent, în metalurgie sunt utilizate pe scară largă diferite procese tehnologice și metode de producție a oțelului, în urma cărora se realizează o reducere semnificativă a contaminării cu metale cu incluziuni nemetalice și devine posibilă controlul compoziției, dimensiunii și distribuției acestora. Astfel de procese și metode includ: topirea de rafinare (electrozgură, arc de vid), topirea prin inducție în vid, prelucrarea în afara cuptorului a oțelului cu zgură sintetică, degazarea într-o oală etc.

O2, S, P, N, H2, mai rar altele (As) chiar și în cantități mici afectează negativ proprietățile fierului și ale aliajelor acestuia. Obținerea unui metal de calitate corespunzătoare se realizează prin reducerea conținutului de impurități nocive la anumite limite prin diverse metode, în funcție de caracteristicile fiecărei impurități.

Dezoxidarea oțelului este îndepărtarea oxigenului dizolvat. În rafinarea oxidativă, pe măsură ce impuritățile din metalul cu o afinitate mai mare pentru oxigen decât pentru fier scad, concentrația de oxigen crește. Carbonul este oxidat mai târziu decât alte elemente și concentrația de C în metal determină finalul. Oxidabilitatea metalului în cursul decarburării crește și este deosebit de accentuată când conținutul de carbon este mai mic de 0,2. Concentrația reală de carbon în metal la sfârșitul rafinării pentru diferite clase de oțel este în intervalul 0,02-0,05%. Când un astfel de metal este răcit, reacția de decarburare cu cristalizare selectivă va continua. Pe măsură ce cristalizarea continuă, lichidul rămas devine treptat îmbogățit în impurități. În special, carbonul și [O], ale căror concentrații rămân tot timpul mai mari decât echilibrul pentru reacția de decarburare, ceea ce asigură fluxul continuu al acestuia. O parte din bulele de gaz rămâne în metalul care se solidifică, făcându-l să dezvolte bule. Datorită suprasaturației metalului cu oxigen, se eliberează oxizi de fier. Pe măsură ce temperatura scade, solubilitatea O2 în fier scade brusc, ceea ce duce la o creștere a fazei de oxid la limita granulelor. Acest fenomen se numește fragilitate roșie. O concentrație excesiv de mare de O2 într-un metal este un exemplu de proces de rafinare oxidativă. În plus, în timpul producției și turnării oțelului, de ex. după ce este eliberată de sub capacul de zgură, vine în contact cu aerul atmosferic. Prin urmare, topirea oțelului se termină întotdeauna cu dezoxidare pentru a elimina oxigenul din metal până la limitele care asigură încetarea completă sau parțială a reacției de decarburare. Două grupuri de elemente sunt utilizate ca elemente dezoxidante - acestea sunt elemente cu o afinitate mai mare pentru oxigen decât fierul Mn, Si. Al doilea grup - elemente cu o afinitate mai mare pentru oxigen decât pentru carbon. Ele servesc pentru a „calma” complet Al, Ti, B, Ca, Zirkoniy. Dezoxidarea este de obicei combinată cu aliere, adică. cu o creştere până la limitele cerute de impurităţi utile. Există trei metode de dezoxidare - precipitare, difuzie și evacuare.

asediator. Cea mai comună metodă de dezoxidare, care constă în introducerea unui dezoxidant direct în metal, unde are loc o reacție eterogenă. Oxidul dezoxidant trebuie să aibă proprietăți de „precipitate”, adică. să fie insolubil în fier și să poată ieși ușor în evidență din topitură. Pentru ca reacția să continue, este necesar ca captatorii să aibă o afinitate mai mare decât C și Fe și ca oxizii lor să fie mai puternici decât FeO. Când un dezoxidant este introdus în oțel, O2 scade din cauza reacției de dezoxidare până la atingerea echilibrului de reacție, prin urmare, concentrația minimă reziduală de O2 în metal corespunde echilibrului în reacție și servește ca măsură a afinității relative a dezoxidant pentru oxigen sau o măsură a capacității de dezoxidare a elementelor dezoxidante. Mecanismul de dezoxidare prin precipitare include următoarele etape: dizolvarea dezoxidantului solid și distribuția sa uniformă în volumul metalului, reacția chimică de decarburare, îndepărtarea produselor de reacție din topitură - incluziuni de zgură nemetalice. Cea mai importantă legătură este a treia etapă, pentru că. de el depinde cantitatea de incluziuni nemetalice care poluează metalul și îi scad calitatea. Aceste incluziuni nemetalice de zgură au o densitate mai mică decât metalul și plutesc la suprafața acestuia. Cu cât rata de ascensiune este mai mare, cu atât oțelul este mai curat de incluziuni nemetalice. Viteza de ascensiune a particulelor sferice mici cu un diametru mai mic de 1 mm. Din ecuații rezultă că pe măsură ce f scade, viteza scade. Procesul se accelerează cu o scădere a densității incluziunilor de zgură, o creștere a temperaturii, o scădere a vâscozității oțelului și, ca urmare, cu o creștere a timpului de solidificare și a timpului de ascensiune a incluziunilor. Rolul decisiv revine mărimii particulelor. Cu cât sunt mai mari, cu atât oțelul este mai curat. Mărirea particulelor are loc mai ușor în formă lichidă decât în ​​formă solidă. Prin urmare, pentru purificarea completă a metalelor din produsele de dezoxidare, este necesară o temperatură ridicată a oțelului de peste 1600 ° C și un punct de topire scăzut.

Dezoxidarea prin difuzie constă în formarea unui proces de difuzie a oxigenului din metal în zgură datorită scăderii oxidării acestuia, datorită introducerii dezoxidanților în acesta, care, prin reducerea oxizilor de fier din zgură, scade concentrația acestora și, în consecință, concentrația de oxigen. Avantajul acestei metode față de cea de precipitare este că interacțiunea are loc în zgură și metalul nu este contaminat. Dezavantajul este viteza redusă a procesului. Direct în unități, în principal în cuptoare electrice în producția de oțeluri speciale. Varietăți de dezoxidare prin difuzie este prelucrarea oțelului în oală cu zgură sintetică cu un conținut scăzut de FeO.

Aspirarea. Aceasta este o metodă relativ nouă și promițătoare care face posibilă obținerea nu numai de oxigen, ci și de hidrogen și azot, de exemplu. efectuează degazarea oțelurilor. Pentru H și N, solubilitatea în strat scade odată cu scăderea T. Este deosebit de scăzut în stare solidă. Când oțelul se răcește, hidrogenul este eliberat în micropori și formează stoluri - acestea sunt mici fisuri care degradează rezistența mecanică. Azotul crește duritatea oțelului, dar în același timp crește fragilitatea și reduce ductilitatea. Structura gazelor din fier, i.e. absorbția este însoțită de o modificare a stării sale moleculare. Având în vedere că gazele din metal sunt soluții infinit diluate, coeficientul de activitate este aproximativ egal cu 1. Prin urmare, solubilitatea gazelor din metal este în funcție de două cantități - temperatură și presiune. Efectul temperaturii asupra solubilității este determinat de valoarea deltaH. H2 și N2 se dizolvă prin absorbția căldurii. Prin urmare, supraîncălzirea metalului crește saturația cu gaz, acest lucru este valabil mai ales pentru EP. În plus, elementele de aliere formează hidruri și nitruri, ceea ce contribuie la creșterea saturației cu gaze. Titanul și zirconiul sunt deosebit de predispuse la hidruri, iar cromul și vanadiul sunt în mod special predispuse la formarea de nitruri. Dacă oala de metal este plasată într-un sistem închis și presiunea gazului deasupra metalului este redusă semnificativ, atunci presiunea din bulele de gaz conținute în topitură va scădea semnificativ, în special în stratul superior al metalului. Acest lucru va asigura tranziția bulelor acelor impurități care pot fi eliberate din oțel în stare gazoasă și ascensiunea intensivă a bulelor. Carbonul are o afinitate semnificativă pentru oxigen și poate servi ca dezoxidant, dar utilizarea lui pentru aceasta la presiune normală este foarte limitată, deoarece. restul de CO duce la lingouri vrac, i.e. provoacă vezicule în metal. Pentru a preveni acest lucru, introducerea unui dezoxidant cu o afinitate mai mare pentru oxigen decât carbonul contaminează metalul cu incluziuni nemetalice. Aspirarea vă permite să reduceți semnificativ concentrația de oxigen din oțel fără utilizarea dezoxidanților și, prin urmare, fără contaminarea suplimentară a metalului. În acest caz, rolul carbonului ca dezoxidant crește semnificativ, deoarece în timpul evacuării, CO este cel mai complet îndepărtat din acesta și este exclusă formarea de vezicule a metalului.

Proprietățile mecanice ale oțelurilor carbon sunt afectate de conținutul de carbon. Odată cu creșterea conținutului de carbon, rezistența, duritatea și rezistența la uzură cresc, dar ductilitatea și tenacitatea scad, iar sudabilitatea se deteriorează.

Modificarea rezistenței oțelului în funcție de conținutul de carbon.

Ferită(soluție solidă de carbon în fier) ​​- foarte plastic și vâscos, dar fragil.

Perlit, un amestec mecanic de plăci fine de ferită și cementită, dă rezistență. Cementită foarte dur, fragil și puternic static. Odată cu creșterea conținutului de carbon din oțel (până la 0,8%), conținutul de perlit crește și rezistența oțelului crește. Cu toate acestea, odată cu aceasta, ductilitatea și rezistența la impact scad. La un conținut de 0,8% C (100% perlit), rezistența oțelului atinge maximul.

Mangan injectat în orice oțel pentru dezoxidare (adică, pentru a elimina incluziunile dăunătoare de oxid feros). Manganul se dizolvă în ferită și cementită, astfel încât detectarea lui prin metode metalografice este imposibilă. Mărește rezistența oțelului și crește foarte mult călibilitatea. Conținutul de mangan din oțelul carbon de anumite grade poate ajunge la 0,8%.

Siliciu, ca și manganul, este un dezoxidant, dar acționează mai eficient. În oțelul care fierbe, conținutul de siliciu nu trebuie să depășească 0,07%. Dacă există mai mult siliciu, atunci dezoxidarea siliciului va avea loc atât de complet încât metalul lichid nu va „fierbe” din cauza deoxidării carbonului. Oțelul carbon silențios conține 0,12 până la 0,37% siliciu. Tot siliciul se dizolvă în ferită. Crește foarte mult rezistența și duritatea oțelului.

Sulf- impurități nocive. În timpul procesului de fabricare a oțelului, conținutul de sulf este redus, dar nu poate fi îndepărtat complet. În oțelul cu vatră deschisă de calitate obișnuită, conținutul de sulf este permis până la 0,055%.

Prezența sulfului în cantități mari duce la formarea de fisuri în timpul forjarii, ștanțarii și laminare la cald, acest fenomen se numește fragilitate roșie. În oțelul carbon, sulful reacționează cu fierul, rezultând sulfura de fier FeS. În procesul de deformare plastică la cald de-a lungul limitelor de cereale, se formează fisuri fierbinți.

Dacă se introduce o cantitate suficientă de mangan în oțel, atunci efectele nocive ale sulfului vor fi eliminate, deoarece acesta va fi legat în sulfură de mangan refractară. Incluziunile MnS sunt situate în mijlocul boabelor, mai degrabă decât de-a lungul limitelor lor. În timpul lucrului la cald, incluziunile de MnS sunt ușor deformate, fără crăpare.

Fosfor, ca și sulful, este o impuritate dăunătoare. Dizolvându-se în ferită, fosforul își reduce brusc ductilitatea, crește temperatura de tranziție la o stare fragilă sau provoacă în alt mod fragilitatea la rece a oțelului. Acest fenomen se observă atunci când conținutul de fosfor este peste 0,1%.

Zonele lingoului cu un conținut ridicat de fosfor devin fragile la rece. În oțelul cu vatră deschisă de calitate obișnuită, nu este permisă mai mult de 0,045% R.

Sulf și fosfor, provocând fragilitatea oțelului și scăzând în același timp proprietățile mecanice, îmbunătățesc prelucrabilitatea: finisarea suprafeței crește, timpul dintre freze de reșlefuire, freze etc. se folosesc oţeluri denumite automate cu un conţinut ridicat de sulf (până la 0,30%) şi fosfor (până la 0,15%).

Oxigen- impurități nocive. Oxidul de fier, ca și sulful, provoacă fragilitatea oțelului. Oxizii foarte duri de aluminiu, siliciu și mangan afectează puternic prelucrabilitatea oțelului prin tăiere, tocitând rapid unealta de tăiere.

În procesul de topire a oțelului carbon din fier vechi, nichel, crom, cupru și alte elemente pot intra în el. Aceste impurități afectează proprietățile tehnologice ale oțelului carbon (în special sudarea), așa că încearcă să minimizeze conținutul lor.

Marcaj din oțel

În oțelurile carbon de calitate obișnuită, este permis conținutul de impurități nocive, precum și saturarea cu gaz și contaminarea cu incluziuni nemetalice. Și în funcție de scopul și setul de proprietăți, acestea sunt împărțite în grupe: A - furnizate cu parametri mecanici garantați, B - furnizate cu parametri chimici garantați, C - furnizate cu parametrii chimici și mecanici garantați.

Oțelurile sunt marcate cu o combinație de literele St și un număr (de la 0 la 6) care arată numărul gradului, și nu conținutul mediu de carbon din acesta, deși pe măsură ce numărul crește, conținutul de carbon din oțel crește. Oțelurile din grupele B și C au literele B și C în fața mărcii, indicând apartenența lor la aceste grupe. Otelurile din grupa A se folosesc in stare de livrare pentru produse a caror fabricatie nu este insotita de prelucrare la cald. În acest caz, ele păstrează structura de normalizare și proprietățile mecanice garantate de standard.

Oțelurile din grupa B sunt utilizate pentru produse fabricate prin prelucrare la cald (forjare, sudură și, în unele cazuri, tratament termic), în care structura originală și proprietățile mecanice nu sunt păstrate. Pentru astfel de piese, informațiile despre compoziția chimică sunt importante pentru a determina modul de lucru la cald.

Oțelurile sunt cele mai comune materiale. Au proprietăți tehnologice bune. Produsele sunt obținute ca urmare a prelucrării prin presiune și tăiere.

Avantajul este capacitatea de a obține setul dorit de proprietăți prin modificarea compoziției și tipului de prelucrare. Oțelurile sunt împărțite în oțeluri carbon și aliate.

Efectul carbonului și al impurităților asupra proprietăților oțelurilor

Oțelurile carbon sunt principalele. Proprietățile lor sunt determinate de cantitatea de carbon și conținutul de impurități care interacționează cu fierul și carbonul.

Influența carbonului.

Influența carbonului asupra proprietăților oțelurilor este prezentată în fig. 10.1

Fig.10.1. Efectul carbonului asupra proprietăților oțelurilor

Odată cu creșterea conținutului de carbon în structura de oțel, cantitatea de cementită crește, în timp ce proporția de ferită scade. Modificarea raportului dintre componente duce la o scădere a ductilității, precum și la o creștere a rezistenței și durității. Rezistența crește până la un conținut de carbon de aproximativ 1%, iar apoi scade, pe măsură ce se formează o plasă grosieră de cementită secundară.

Carbonul afectează proprietățile vâscoase. Creșterea conținutului de carbon crește pragul de fragilitate la rece și reduce rezistența la impact.

Rezistența electrică și forța coercitivă cresc, permeabilitatea magnetică și densitatea inducției magnetice scad.

Carbonul afectează și proprietățile tehnologice. O creștere a conținutului de carbon înrăutățește proprietățile de turnare ale oțelului (se folosesc oțeluri cu un conținut de carbon de până la 0,4%), lucrabilitatea prin presiune și tăiere și sudarea. Trebuie avut în vedere faptul că și oțelurile cu conținut scăzut de carbon sunt prelucrate slab.

Influența impurităților.

Există întotdeauna impurități în oțeluri, care sunt împărțite în patru grupuri. unu. Impurități permanente: siliciu, mangan, sulf, fosfor.

Manganul și siliciul sunt introduse în procesul de topire a oțelului pentru dezoxidare, sunt impurități tehnologice.

Conținutul de mangan nu depășește 0,5…0,8 %. Manganul crește rezistența fără a reduce ductilitatea și reduce brusc fragilitatea roșie a oțelului cauzată de influența sulfului. Ajută la reducerea conținutului de sulfură de fier FeS, deoarece formează un compus de sulfură de mangan cu sulf MnS. Particulele de sulfură de mangan sunt situate sub formă de incluziuni separate, care sunt deformate și devin alungite de-a lungul direcției de rulare.

Situat în apropierea boabelor, crește temperatura de tranziție fragilă, provoacă fragilitate la rece, reduce munca de propagare a fisurilor, crește conținutul de fosfor pentru fiecare 0,01 % ridică pragul de fragilitate la rece prin 20…25ºС.

Fosforul are o tendință de segregare, prin urmare, în centrul lingoului, secțiunile individuale au o vâscozitate puternic redusă.

Pentru unele oțeluri, este posibilă creșterea conținutului de fosfor până la 0,10…0,15 %, pentru a îmbunătăți prelucrabilitatea.

Sulf reduce ductilitatea, înrăutățește sudarea și rezistența la coroziune.

Conținutul de sulf din oțeluri este 0,025…0,06 %. Sulful este o impuritate dăunătoare care pătrunde în oțel din fontă. Când interacționează cu fierul, acesta formează un compus chimic - sulfură de sulf FeS, care, la rândul său, formează un eutectic cu punct de topire scăzut cu fierul cu punct de topire 988ºС. Când este încălzit pentru rulare sau forjare, eutecticul se topește, iar legăturile dintre boabe sunt rupte. În timpul deformării, apar lacrimi și crăpături în locațiile eutecticului, piesa de prelucrat este distrusă - fenomenul fragilitate roșie.

fragilitate roșie - fragilitate crescută la temperaturi ridicate

Sulful reduce proprietățile mecanice, în special rezistența la impact a și ductilitatea (u), precum și limita de anduranță. Deteriorează sudabilitatea și rezistența la coroziune.

2. Impurități ascunse- gaze (azot, oxigen, hidrogen) - patrund in otel in timpul topirii.

Azotul și oxigenul sunt în oțel sub formă de incluziuni nemetalice fragile: oxizi ( FeOSiO2,Al 2O 3) nitruri ( Fe2N), sub formă de soluție solidă sau în stare liberă, localizată în defecte (cavități, fisuri).

Impurități interstițiale (azot N, oxigen O) măresc pragul de fragilitate la rece și reduc rezistența la rupere fragilă. Incluziunile nemetalice (oxizi, nitruri), fiind concentratoare de stres, pot reduce semnificativ limita de anduranță și vâscozitatea.

Hidrogenul dizolvat în oțel este foarte dăunător, ceea ce fragilizează semnificativ oțelul. Conduce la formarea în țagle laminate și forjate turme.

turme- fisuri subtiri de forma ovala sau rotunjita, avand aspect de pete intr-o spargere - fulgi argintii.

Metalul cu flocuri nu poate fi folosit în industrie; în timpul sudării se formează fisuri la rece în metalul depus și de bază.

Dacă hidrogenul se află în stratul de suprafață, atunci acesta este îndepărtat ca urmare a încălzirii la 150…180 , mai bine în vid mm Hg. Artă.

Vidul este folosit pentru a îndepărta impuritățile ascunse.

3. impurități speciale, care sunt introduse special în oţel pentru a obţine proprietăţile specificate. Impuritățile sunt numite elemente de aliere, iar oțelurile sunt numite oțeluri aliate.

Atribuirea elementelor de aliere.

Principalul element de aliere este cromul (0,8…1,2)%. Mărește călibilitatea, contribuie la obținerea unei durități mari și uniforme a oțelului. Pragul de fragilitate la rece al oțelurilor cu crom - (0…-100) ºС.

Elemente suplimentare de aliere.

Bor - 0,003%. Mărește întăribilitatea și, de asemenea, crește pragul de fragilitate la rece (+20…-60) ºС.

Mangan - crește întăribilitatea, dar promovează creșterea boabelor și crește pragul de fragilitate la rece la (+40…-60) ºС.

Titan (~0,1%) introdus pentru măcinarea cerealelor în oțel crom-mangan.

Introducerea molibdenului (0,15…0,46%) în oțelurile cu crom crește călibilitatea, reduce pragul de fragilitate la rece la –20…-120 ºС. Molibdenul crește rezistența statică, dinamică și la oboseală a oțelului, elimină tendința de oxidare internă. În plus, molibdenul reduce tendința de fragilitate la temperatură a oțelurilor care conțin nichel.

Vanadiu în cantitate (0.1…0.3) % în oțelurile cu crom, rafinează boabele și crește rezistența și tenacitatea.

Introducerea nichelului în oțelurile cu crom crește semnificativ rezistența și călibilitatea, scade pragul de fragilitate la rece, dar în același timp crește tendința de temperare a fragilității (acest dezavantaj este compensat prin introducerea de molibden în oțel). Oțelurile crom-nichel au cel mai bun set de proprietăți. Cu toate acestea, nichelul este insuficient și utilizarea unor astfel de oțeluri este limitată.

O cantitate semnificativă de nichel poate fi înlocuită cu cupru, acest lucru nu duce la o scădere a vâscozității.

La alierea oțelurilor crom-mangan cu siliciu, oțelurile primesc cromansil (20HGS, 30HGSA). Oțelurile au o combinație bună de rezistență și duritate, sunt bine sudate, ștanțate și prelucrate.Siliciul crește rezistența la impact și duritatea termică.

Adăugarea de plumb și calciu îmbunătățește prelucrabilitatea. Utilizarea tratamentului termic de întărire îmbunătățește complexul de proprietăți mecanice.

Distribuția elementelor de aliere în oțel.

Elementele de aliere se dizolvă în principalele faze ale aliajelor fier-carbon (ferită, austenită, cementită), sau formează carburi speciale.

Dizolvarea elementelor de aliere are loc ca urmare a înlocuirii atomilor de fier cu atomi ai acestor elemente. Acești atomi creează tensiuni în rețea, care provoacă o schimbare a perioadei sale.

Modificarea dimensiunilor rețelei determină o modificare a proprietăților feritei - rezistența crește, ductilitatea scade. Cromul, molibdenul și wolframul întăresc mai puțin decât nichelul, siliciul și manganul. Molibdenul și wolframul, precum și siliciul și manganul în anumite cantități reduc vâscozitatea.

În oțeluri, carburile sunt formate din metale situate în tabelul periodic în stânga fierului (crom, vanadiu, titan), care au o formă mai puțin completată. d- banda electronica.

În procesul de formare a carburilor, carbonul donează electronii de valență pentru umplere d banda de electroni a atomului de metal, în timp ce în metal electronii de valență formează o legătură metalică, care determină proprietățile metalice ale carburilor.

Când raportul dintre razele atomice ale carbonului și metalului este mai mare decât 0,59 se formează compuși chimici tipici: Fe3c,Mn3c,Cr 23C6,Cr 7C3,Fe3W 3C- care au o rețea cristalină complexă și, la încălzire, se dizolvă în austenită.

Când raportul dintre razele atomice ale carbonului și metalului este mai mic decât 0,59 se formează fazele de implementare: Mo 2c,toaleta,VC,Tic,TaC,W2C- care au o rețea cristalină simplă și se dizolvă greu în austenită.

Toate carburile au duritate mare și punct de topire.

4. Impurități aleatorii.

Clasificarea si marcarea otelurilor

Clasificarea oțelului

Oțelurile sunt clasificate după mai multe criterii.

1. După substanță chimică: compoziție: carbon și aliaj.
2. După conținutul de carbon:

a) cu conținut scăzut de carbon, cu un conținut de carbon de până la 0,25 %;
b) carbon mediu, cu continut de carbon 0,3…0,6 %;
c) cu conținut ridicat de carbon, cu un conținut mai mare de carbon 0,7 %

1. După structura de echilibru: hipoeutectoid, eutectoid, hipereutectoid.

1. Prin calitate. Un indicator cantitativ al calității este conținutul de impurități nocive: sulf și fosfor:

a) oțeluri carbon de calitate obișnuită:
b) oteluri de calitate;
c) oteluri de calitate superioara.

1. Metoda de topire:

a) în cuptoare cu focar deschis;
b) în convertoare de oxigen;
c) în cuptoare electrice: arc electric, inducție etc.

1. Cu programare:

a) structurale - utilizate pentru fabricarea pieselor de mașini și mecanisme;
b) unealtă - folosită pentru fabricarea diverselor unelte;
c) speciale - oteluri cu proprietati deosebite: electrice, cu proprietati magnetice deosebite etc.

Marcaj din oțel

Denumirea alfanumerică acceptată a oțelurilor

Oțeluri carbon de calitate obișnuită (GOST 380).

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

St este indicele acestui grup de oțel. Numerele de la 0 inainte de 6 - acesta este numărul condiționat al clasei de oțel. Odată cu creșterea numărului de grad, rezistența crește și ductilitatea oțelului scade. În garanțiile de livrare, există trei grupe de oțeluri: A, B și C. Pentru oțelurile din grupa A, proprietățile mecanice sunt garantate la livrare, indicele grupei A nu este indicat în denumire. Pentru otelurile din grupa B, compozitia chimica este garantata. Pentru oțelurile din grupa B, atât proprietățile mecanice, cât și compoziția chimică sunt garantate la livrare.

Indicii kp, ps, cn indică gradul de dezoxidare a oțelului: kp - fierbere, ps - semicalm, cn - calm.

Oteluri carbon de calitate

Otelurile de calitate sunt furnizate cu proprietati mecanice si compozitie chimica garantate (grupa B). Gradul de dezoxidare este în mare parte calm.

Oțeluri carbon de calitate structurală. Ele sunt marcate cu un număr din două cifre care indică conținutul mediu de carbon în sutimi de procent. Gradul de dezacidificare este indicat dacă diferă de calm.

Oțel 08 kp, oțel 10 ps, ​​oțel 45.

Oteluri carbon de calitate pentru scule sunt marcate cu litera U (oțel pentru scule de carbon) și un număr care indică conținutul de carbon în zecimi de procente.

Oțel U8, oțel U13.

Instrumente oțeluri carbon de înaltă calitate. Sunt marcate similar cu oțelurile carbon pentru scule de înaltă calitate, doar că la sfârșitul mărcii pun litera A pentru a indica oțel de înaltă calitate.

Oțel U10A.

Oțeluri aliate de calitate și înaltă calitate

Denumirea este alfanumerica. Elementele de aliere au denumiri convenționale, sunt desemnate prin literele alfabetului rus.

Denumirile elementelor de aliere:

X - crom, H - nichel, M - molibden, V - wolfram, K - cobalt, T - titan, A - azot (indicat la mijlocul mărcii), G - mangan, D - cupru, F - vanadiu, C - siliciu, P - fosfor, P - bor, B - niobiu, C - zirconiu, Yu - aluminiu.

Oțeluri de structură aliate

Oțel 15Kh25N19VS2

La începutul ștampilei, este indicat un număr din două cifre, care arată conținutul de carbon în sutimi de procent. Elementele de aliere sunt enumerate mai jos. Numărul care urmează simbolului elementului arată conținutul acestuia în procente,

Dacă numărul nu este setat, atunci conținutul elementului nu depășește 1,5 %.

Clasa de oțel indicată conține 0,15 % carbon, 35% crom, 19 % nichel, până la 1,5% wolfram, până la 2 % siliciu.

Pentru a desemna oțelurile aliate de înaltă calitate, simbolul A este indicat la sfârșitul clasei.

Oțeluri de scule aliate

Oțel 9XC, oțel HVG.

La începutul mărcii, este indicat un număr dintr-o singură cifră, care arată conținutul de carbon în zecimi de procente. Când conținutul de carbon este mai mare de 1%, numărul nu este indicat,

Toate oțelurile aliate pentru scule sunt de înaltă calitate.

Unele oțeluri au denumiri nestandard.

Oțeluri de scule de mare viteză

P este indicele acestei grupe de oțeluri (din rapid - viteză). Conținutul de carbon este mai mare de 1%. Numărul arată conținutul elementului principal de aliere - wolfram.

În oțelul indicat, conținutul de wolfram este 18 %.

Dacă oțelurile conțin un element de aliere, atunci conținutul lor este indicat după desemnarea elementului corespunzător.

Oțeluri pentru rulmenți cu bile

Oțel SHKH6, oțel SHKH15GS

Ш este indicele acestui grup de oțeluri. X - indică prezența cromului în oțel. Următorul număr arată conținutul de crom în zecimi de procent, în oțelurile indicate, respectiv, 0,6 % și 1,5 %. Sunt indicate și elementele de aliere incluse în compoziția oțelului. Conținutul de carbon este mai mare 1 %.

Există întotdeauna impurități în oțeluri, care sunt împărțite în patru grupuri. unu. Impurități permanente: siliciu, mangan, sulf, fosfor.

Manganul și siliciul sunt introduse în procesul de topire a oțelului pentru dezoxidare, sunt impurități tehnologice.

Conținutul de mangan nu depășește 0,5…0,8 %. Manganul crește rezistența fără a reduce ductilitatea și reduce brusc fragilitatea roșie a oțelului cauzată de influența sulfului. Ajută la reducerea conținutului de sulfură de fier FeS, deoarece formează un compus de sulfură de mangan cu sulf MnS. Particulele de sulfură de mangan sunt situate sub formă de incluziuni separate, care sunt deformate și devin alungite de-a lungul direcției de rulare.

Situat în apropierea boabelor, crește temperatura de tranziție fragilă, provoacă fragilitate la rece, reduce munca de propagare a fisurilor, crește conținutul de fosfor pentru fiecare 0,01 % ridică pragul de fragilitate la rece prin 20 ... 25 o C.

Fosforul are o tendință de segregare, prin urmare, în centrul lingoului, secțiunile individuale au o vâscozitate puternic redusă.

Pentru unele oțeluri, este posibilă creșterea conținutului de fosfor până la 0,10…0,15 %, pentru a îmbunătăți prelucrabilitatea.

S– ductilitate redusă, sudabilitate și rezistență la coroziune. P-distorsionează rețeaua cristalină.

Conținutul de sulf din oțeluri este 0,025…0,06 %. Sulful este o impuritate dăunătoare care pătrunde în oțel din fontă. Când interacționează cu fierul, acesta formează un compus chimic - sulfură de sulf FeS, care, la rândul său, formează un eutectic cu punct de topire scăzut cu fierul cu punct de topire 988 o C. Când este încălzit pentru rulare sau forjare, eutecticul se topește, iar legăturile dintre boabe sunt rupte. În timpul deformării, apar lacrimi și crăpături în locațiile eutecticului, piesa de prelucrat este distrusă - fenomenul fragilitate roșie.

fragilitate roșie - fragilitate crescută la temperaturi ridicate

Sulful reduce proprietățile mecanice, în special rezistența la impact a și ductilitatea

(δ și ψ), precum și limita de anduranță. Deteriorează sudabilitatea și rezistența la coroziune.

2. Impurități ascunse- gaze (azot, oxigen, hidrogen) - patrund in otel in timpul topirii.

Azotul și oxigenul sunt în oțel sub formă de incluziuni nemetalice fragile: oxizi ( FeO, Si02, Al203)nitruri ( Fe2N), sub formă de soluție solidă sau în stare liberă, localizată în defecte (cavități, fisuri).

Impurități interstițiale (azot N, oxigen O) măresc pragul de fragilitate la rece și reduc rezistența la rupere fragilă. Incluziunile nemetalice (oxizi, nitruri), fiind concentratoare de stres, pot reduce semnificativ limita de anduranță și vâscozitatea.

Hidrogenul dizolvat în oțel este foarte dăunător, ceea ce fragilizează semnificativ oțelul. Conduce la formarea în țagle laminate și forjate turme.

turme- fisuri subtiri de forma ovala sau rotunjita, avand aspect de pete intr-o spargere - fulgi argintii.

Metalul cu flocuri nu poate fi folosit în industrie; în timpul sudării se formează fisuri la rece în metalul depus și de bază.

Dacă hidrogenul se află în stratul de suprafață, atunci acesta este îndepărtat ca urmare a încălzirii la 150…180 , mai bine în vid ~10 -2 ... 10 -3 mm Hg. Artă.

Vidul este folosit pentru a îndepărta impuritățile ascunse.

3. Impurități speciale- introdus special în oțel pentru a obține proprietățile specificate. Impuritățile sunt numite elemente de aliere, iar oțelurile sunt numite oțeluri aliate.

oțel lucrat din greu

Sârmă, foile subțiri au găsit o aplicație largă în economie. Aceste tipuri de produse se obțin în metalurgie prin laminare, tragere în stare rece. Ca urmare a unei astfel de prelucrări, metalul este întărit datorită unui fenomen numit întărire. Datorită temperaturii camerei, întărirea nu este îndepărtată. Acest tip de prelucrare se numește călire.

Călirea oțelului depinde puternic de gradul de călire prin muncă și de conținutul de carbon (Fig. 7).

S-au obținut valori record ale σw pentru reducerea cu până la 90% în oțel 1,2% C la sârmă ∅ 0,1 mm.

Întărirea este un proces inevitabil al oricărei deformari plastice. Călirea (călirea) este însoțită de o creștere a rezistenței și durității și de o scădere semnificativă a ductilității.

Prin urmare, după rulare sau tragere în stare rece, foile, canalele, țevile sunt întărite.

Cel mai adesea, aceasta este o schimbare de proprietate dorită. Uneori este de nedorit. De exemplu, nu puteți face urmărirea pe o foaie de cupru prelucrată la rece - se va rupe. Este necesar să se îndepărteze întărirea prin tratament termic (recoace).