UA-75651220-1

Властивостi сталi

Вуглець - це найважливіший елемент, який обумовлює структуру та властивості сталі, її поведінку при виробництві й експлуатації.

Структура сталі
після охолодження складається з фериту й цементиту. Чим більше буде в сталі вуглецю, тим більше буде цементиту, дуже твердої фази. Завдяки цьому твердість і міцність сталі підвищуються. Водночас відносне видовження і звуження, а також ударна в’язкість зменшуються.

Постійні домішки.
До домішок, які завжди присутні в сталі, належать марганець, кремній, сірка і фосфор, кисень, водень і азот. Концентрація цих елементів як домішок пов’язана з існуючою технологією виробництва сталі і не повинна перевищувати межі відповідно: 0,8 % Мn, 0,37 % Sі, 0,06 % S і 0,07 % Р.

Марганець є корисною домішкою в сталі, яку вводять у процесі розкиснення. Він має більшу спорідненість з киснем, ніж залізо, і сприяє усуненню шкідливих домішок закису заліза. Марганець при виплавці утворює сульфіди МnS. Значна кількість сульфідів марганцю спливає разом зі шлаком. Марганець підвищує міцність у гарячокатаних виробах, пружність і прогартовуваність.

Кремній також позитивно впливає на властивості сталі в переважній більшості випадків, оскільки значно підвищує її пружність і міцність. Як правило, його кількість у сталях становить 0,35-0,37 %. Однак у сталях, призначених для глибокого штампування, концентрацію кремнію встановлюють на рівні 0,17 %, а інколи навіть 0,07 % через його негативний вплив на пластичність сталі.

Сірка є шкідливою домішкою в сталі, куди вона потрапляє з руди або палива. Із залізом сірка утворює хімічну сполуку - сульфід заліза FеS, який практично не розчиняється в залізі у твердому стані, сірка викликає червоноламкість (властивість сталі ставати крихкою під час гарячої обробки тиском). Сірчані сполуки значно знижують механічні властивості сталі, особливо ударну в’язкість, пластичність, а також погіршують зварюваність і корозійну стійкість. Тому кількість сірки в сталі обмежують. Найбільшу кількість до 0,05 % S мають сталі звичайної якості, в якісних сталях вона становить до 0,04 %, у високоякісних - до 0,025 %, а в особливо високоякісних - до 0,015 %. Проте в деяких випадках сірка може бути й корисним елементом, оскільки вона полегшує обробку сталі різанням. Такі сталі називають автоматними, їх оброблюють на верстатах-автоматах, а кількість S підвищують до 0,15-0,25 %. Разом із сіркою збільшують і кількість марганцю, через що сполуки сірки, головним чином МnS, розташовуються не по границях зерен, а всередині, і тому менш негативно впливають на пластичність сталі.

Фосфор є шкідливою домішкою. Він розчиняється у фериті й аустеніті та значно викривлює кристалічну ґратку заліза. В’язкість падає, сталь стає холодноламкою. Негативний вплив фосфору посилюється внаслідок схильності до ліквації. Найбільша його кількість допускається в сталях звичайної якості - 0,04 % Р, у якісних сталях - 0,035 % Р, а у високоякісних - 0,025 % Р.
Газові домішки азоту, кисню й водню іноді називають прихованими через невелику їх наявність у сталі: 0,002-0,008 % О, 0,002-0,007 % N, 0,0001-0,0007 % Н. Кількість газових домішок залежить від способу виробництва сталі.

Ці домішки розміщуються, головним чином, по границях зерен, що знижує опір крихкому руйнуванню. Крім того, неметалеві включення - це концентратори напружень. Наявність водню призводить до виникнення флокенів - невеликих тріщин овальної форми, які значно погіршують усі властивості сталі.

Сучасним ефективним засобом зменшення кількості цих домішок у сталі є вакуумування.

Випадковою домішкою в сталі може бути будь-який елемент, що потрапляє в шихту разом із металевим брухтом або чавуном під час виплавки сталі. Такі домішки зазвичай присутні у невеликих кількостях, тому не мають значного впливу на властивості сталі.

Спеціальні домішки - це елементи, які додають у сталь з метою зміни її властивостей у заданому напрямку, тому їх ще називають легуючими елементами, а сталі, що їх містять - легованими сталями. Найчастіше як легуючі елементи використовують Nі, Сr, Ті, Мn, Мо, W, Аl та інші.