Вплив вуглецю та домішок на структуру та властивості сталі

Лекція 6. Вплив вуглецю та домішок на структуру та властивості сталі

1.  Домішки в сталі – постійні (С, Mn, Si, S, P, O, N, H) та випадкові (Ni, Cr, Pb, Sb, Cu, As та інші), корисні, а також шкідливі (S, P, O, N, H).

2.  Вплив вуглецю.  Вуглець входить у сталі в склад таких фаз: аустеніт Fe_γ(C), ферит Fe_α(C), цементит (Fe₃C). Властивості вказаних фаз впливають на властивості сталей. Структурні складові доевтектоїдної, евтектоїдної і заевтектоїдної сталі (П+Ф, П100%, П+Ц2). Зміна НВ, σ_b, σ_0,2, δ, KCU з ростом %С показана на рис.1

                    0                          0,8                                C,%

Рис.1

Зварюваність добра до 0,25%С, задовільна до 0,35%С, утруднена до 0,36...0,45%С і погана при С>0,46%. Оброблюваність різанням добра при 0,3...0,4%С, гірша при С<0,3 і С>0,4%. Пластичність у холодному стані суттєво знижується з ростом %С, вплив на пластичність у гарячому стані значно менше, оскільки в аустеніті весь вуглець розчиняється.

3.  Вплив Mn

Розкислює сталь за реакцією FeO+MnMnO+Fe. Вводять 0,4...0,8% Mn. Mn усуває шкідливість від сірки S, яка надає сталі червоноламкість, утворюючи по межах зерен евтектику FeS+Fe з t_пл=988^ºС. Реакція FeS+MnMnS+Fe. Утворюється MnS з t_пл=1620^ºС. Mn також зміцнює ферит, підвищує прогартовуваність.

4.  Вплив кремнію Si

Виконує розкислення за реакцією 2FeO+SiSiO₂+2Fe, підвищує твердість фериту, знижує пластичність. Тому в киплячії сталі міститься Si≤0,05%, у напівспокійній – 0,05...0,15%Si. Кремній підвищує прогартовуваність сталі.

5.  Сірка S

Дуже шкідлива домішка, вона надає сталі червоноламкість, утворюючи по межах зерен легкоплавку (t_пл=988^ºС) евтектику FeS+ Fe. Сірка знижує δ, φ, KCU, σ_-1, зварюваність, корозійну стійкість, погіршує t₅₀. Попадає з коксу. ЇЇ вміст повинен бути не більше 0,045%.

6.  Фосфор Р

шкідлива домішка, попадає з руди. Спотворює решітку фериту, підвищує σ_b, σ_0,2, погіршує δ, ψ, KCU, t₅₀, надає сталі холодноламкість. Вміст обмежено до 0,035%.

7.  Гази N, O, H

у твердому стані мало розчиняються у залізі, утворюють нітриди, оксиди та гідриди, які виділяються по межах зерен, надають сталі крихкість, анізотропію δ, ψ, KCU, шиферний злам, флокени (у сталях з Ni), тріщини при зварюванні. Попадають з шихтою, з атмосфери печей, у гальванічних ваннах.

8.  Класифікація сталей

а) за хімскладом: вуглецеві та леговані;

по вуглецю – низько- (С=0,3%), середно- (С=0,3...0,6%) та високовуглецеві (С>0,6%);

б) за якістю:звичайної якості (0,055%S, 0,045%Р); якісні (0,04%S, 0,035%Р); підвищеної якості (0,025%S, 0,025%Р) і особливо високої якості (0,015%S, 0,025%Р);

в) за способом розкислення – киплячі кп, спокійні сп, напівспокійні пс;

г)за призначенням; загального призначення, будівельні, конструкційні, інструментальні, з особливими властивостями.

9.  Маркування сталей

а) сталі звичайної якості (ГОСТ 380-79) Ст0, Ст1, Ст2...Ст6. %С від 0,1 до 0,49%; σ_b від 320 до 600 МПа, групи А, Б, В, кп, сп, сп;

б) якісні конструкційні сталі (ГОСТ 1050-74)   08,10,15...85 і 08Г...85Г; 08А...85А. Вуглець у 0,01%;

в) інструментальні сталі  (ГОСТ 1435-74): У7...У13; У7А...У13А. Вуглець в 0,1%.