Обработка строительных сталей и чугуна, их виды

Углеродистые стали кроме железа и углерода содержат примеси, которые оказывают влияние на структуру и свойства стали.

С увеличением содержания углерода от 0 до 1 % увеличивается количество цементита и уменьшается количество феррита, т.е. увеличиваются твердость, прочность и уменьшается пластичность.

Экстремум таких свойств, как твердость, прочность при растяжении, предел текучести, относительное удлинение и ударная вязкость и других, наблюдается при содержании углерода 1 %.

Углеродистые стали выплавляют главным образом кислородно-конвекторным и мартеновским способом.

В электрических дуговых печах получают более качественную сталь. В зависимости от степени раскисления при выплавке стали могут быть кипящими, полуспокойными и спокойными. Разные степени раскисления дают одинаковую прочность, но разную пластичность. Из кипящей стали легче изготавливаются штампованные изделия, но она склонна к деформационному старению, при температуре -10 °С становится хрупкой. Поэтому их используют для изготовления неответственных конструкций и деталей.

Свойство железоуглеродистых сплавов испытывать фазовые превращения при кристаллизации и повторном нагревании — охлаждении, изменять структуру и свойства под влиянием термомеханических и химических воздействий и примесей-модификаторов используется в металлургии для получения металлов с необходимыми свойствами.

Основными способами модифицирования структуры и свойств, применяемыми в металлургии, являются:

• введение в расплавленный металл веществ, образующих тугоплавкие соединения (карбиды, нитриды; оксиды), являющиеся центрами кристаллизации;
• введение легирующих элементов, повышающих прочность кристаллических решеток феррита и аустенита, замедляющих диффузионные процессы выделения углерода, карбидов и движение дислокаций;
• термическая и термомеханическая обработка стали.

Эти способы направлены главным образом на измельчение зерен охлажденной стали, снятие остаточных напряжений и повышение химической и физической однородности. В результате повышаются прокаливаемость стали; снижаются твердость, порог хладноломкости, отпускная хрупкость, склонность к термическому и деформационному старению; улучшаются пластические свойства стали.

Легирующие элементы вводят в конструкционные стали в количестве: Cr - 0,8-1,1 %; Ni - 0,5-4,5 %; Si - 0,5-1,2 %, Mn -0,8-1,8%. Элементы W - 0,5-1,2%; Mo - 0,15-0,40%; V -0,1- 0,3 %; Ti - 0,06-0,12 %; В - 0,002-0,005 % и другие вводят в сочетании с Cr, Ni, Mn для дополнительного улучшения свойств. Являясь карбидообразующими элементами, они одновременно служат добавками-модификаторами, обеспечивающими зарождение и измельчение зерна стали при кристаллизации расплава.

В марках легированных сталей вид и содержание легирующих элементов указывают буквами и цифрами, стоящими справа от букв. Они показывают примерное содержание (в %) легирующего элемента; отсутствие цифр означает, что оно не превышает 1,5 %. Принятые обозначения легирующих элементов: А — азот, Б — ниобий, В — вольфрам, Г — марганец, Д — медь, Е — селен, К — кобальт, Н — никель, М — молибден, П — фосфор, Р — бор, С — кремний, Т — титан, Ф — ванадий, X — хром, Ц — цирконий, Ч — редкоземельный, Ю — алюминий.

Содержание углерода указывают двузначными цифрами, приводимыми в начале марки стали в сотых долях процента. Например, марка стали 12ХНЗА означает, что в ней содержится в среднем 0,12% С, до 1,5% Cr, 3% Ni и до 1 % N.

При суммарном содержании легирующих элементов до 2,5 % стали относят к низколегированным, от 2,5 до 10 % — к среднелегированным, свыше 10 % — к высоколегированным. Легирующие элементы образуют с железом твердые растворы замещения, растворяются в цементите, замещая в нем атомы железа; образуют специальные карбиды, например, легированный цементит (Fe, Cr)3С, а при высоком содержании — интерметаллические соединения — FeCr, FeV, Fe3Ti и др.

Легирующие элементы, растворяясь в феррите и аустените, уменьшают размер зерна и частиц карбидной фазы. Наиболее сильно тормозят рост зерен аустенита и продуктов его распада модификаторы Ti, Nb, Zr, V и К, образующие труднорастворимые карбиды. Поэтому низколерованные стали имеют мелкозернистую структуру и более высококачественные показатели. Особенно заметно упрочняют сталь легирующие элементы Ni, Mn и Si.

Свойства сплавов Металлические материалы Термическая и термохимическая обработка сталей и чугуна