Специальные стали

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

Классификация неметаллических включений по составу условна, так как во многих случаях включения являются комплексными и состоят из нескольких типов химических соединений. В соответствии с ГОСТ 1778—75 неметаллические включения подразделяют на кислородные
...
Кислородные включения наиболее многочисленны. Большинство этих включений являются продуктами раскисления стали. Они могут быть и экзогенными (частицы огнеупоров). М. И. Виноград разделяет их на четыре вида:
...
Легирующие элементы также могут образовывать сульфиды в стали. Никель и кобальт образуют легкоплавкие нестойкие сульфиды, а сульфиды хрома, циркония, титана, ниобия, ванадия более тугоплавки.
...
Кристаллизация сульфидов в стали зачастую происходит на подложках окислов, при этом комплексные включения называются оксисульфидами (например, РеО-МпБ; РеО-5Ю2-Мп5). Некоторые сульфидные включения в горячекатаной стали показаны на рис. 6, д, е.
...
Нитриды можно отнести к неметаллическим включениям лишь условно, да и то в ограниченных случаях. Будем относить их к ним только в том случае, когда они являются продуктом соединения остаточного азота в стали (менее 0,008%) с нитридообразующими элементами (прежде всего с титаном и алюминием), попавшими в сталь случайное небольших количествах (до 0,02—0,03%) либо введенных в сталь с раскислителями. Нитриды нельзя считать неметаллическими включениями в тех случаях, когда нитридо-образующие элементы (Тл,
...
V, ЫЬ, А1 и др.) вводят в сталь как легирующие добавки, либо совместно с ними вводится в сталь повышенное, в сравнении с остаточным, содержание азота (более 0,01
...
а образующиеся при этом нитриды и карбонитриды придают стали специальные свойства. Такие нитриды следует рассматривать как промежуточные соединения, являющиеся фазовыми составляющими стали, взаимодействующими с твердым раствором (а- и
...
Состав включений, нх фазовый состав определяют деформируемость включений прн горячей пластической деформации стали (рис. 7). Величина V
...
Из приведенных данных видно (рис. 7, о), что наиболее легко деформируются сульфиды МпБ. Силикаты марганца начинают деформироваться прн более низкой температуре, чем силикаты железа и кальция. При температурах горячей прокатки (1000—1300°С) эти силикатные включения пластичны и имеют степень деформации у=1
...
Механизм воздействия неметаллических включении на свойства стали обоснован и обобщен в работах М. А. Штремеля, которые кратко ■излагаются ниже.
...
Различные виды разрушения обусловлены наличием включении разного размера. При хрупком разрушении неметаллические включения опасны лишь как первичный очаг, когда нх размер й>йкр= (я/2(/С1с
...
чие от хрупкого вязкое разрушение практически всегда контролируется включениями. На дне ямок, характеризующих вязкий излом стали, практически всегда имеются неметаллические включения (ими могут быть также карбиды, ннтрнды), размер которых не превышает 0,05—0,5 мкм. Этн включения определяют работу распространения вязкого излома, тогда как более крупные включения (несколько мкм) обусловливают стадию зарождения вязкого излома. Неравномерность распределения неметалличес
...
6) и толщина их заметно уменьшается, по сравнению с литым (см. ри .
...
Концентрация напряжений при упругой деформации зависит от упругих свойств самих неметаллических включений. Чем больше их модуль упругости, тем выше напряжения около них. Поэтому наибольшие напряжения создаются около прочных иедеформируемых включений типа А120з и БЮг. Острые ребра жестких включений также будут усиливать концентрацию около них остаточных напряжений.
...
Пластичные силикаты и сульфиды в горячекатаной стали усиливают ферритиую полосчатость (рис. 8). Такое действие силикатов обусловлено тем, что иити этих неметаллических включений, образовавшихся при кристаллизации жидкой стали, обогащают прилегающий металл шириной до 10 мкм кремнием благодаря диффузии его в металл при высоких температурах, вследствие чего повышается термодинамическая активность углерода и ои вытесняется из этого слоя, облегчая образование в нем феррита. В случае возиикиовеиия в деформированной стали строчек сульфида марганца в результате выделения его из твердого раствора прилегающие к ним участки металла соединяются марганцем, устойчивость переохлажденного аустенита в нем понижается и прн охлаждении в них образуется избыточный феррит. Нормализация стали практически не изменяет ферритную полосчатость, обусловленную силикатами, и уменьшает полосчатость, причиной которой являются сульфиды.
...
Некоторые неметаллические включения могут существенно влиять на рост зерна аустенита, устойчивость переохлажденного аустенита при у->а-превращеннн.
...
Следует отметить, что повышение конструктивной прочносгн сталь, ных изделий не всегда коррелирует с уменьшением числа и размера неметаллических включений в стали. Имеются исследования, в которых показана положительная роль неметаллических включений определенного состава н морфологии в достижении заданного комплекса механических, технологических и эксплуатационных свойств ряда сталей н изделий из них.
...
В настоящее время в металлургии широко используют различные технологические процессы н способы производства стали, в результате которых достигается существенное уменьшение загрязненности металла неметаллическими включениями, и становится возможным регулирование их состава, размера и характера распределения. К таким процессам и способам относятся: рафинирующие переплавы (электрошлаковый, вакуумно-дуговой), вакуумная индукционная плавка, внепечная обработка стали синтетическими шлаками, вакуумнрование в ковше и др.
...
Согласно классификации Н. Т. Гудцова, примеси в стали подразделяют на постоянные (обыкновенные), случайные некрытые (вредные).
...
Постоянными примесями в стали являются марганец и кремний, которые как примеси имеются практически во всех промышленных сталях. Содержание марганца в конструкционных сталях обычно находится в пределах 0,3—0,8 % (если марганец не является легирующим элементом), в инструментальных сталях его содержание несколько меньше
...
так как усталостная трещина, зародившаяся иа крупном дефекте, двигается в глубь металла широким фронтом.
...
/0 15_0,40 %). Введение марганца как технологической добавки в таких количествах необходимо для перевода серы из сульфида железа в сульфид марганца. Кремний в хорошо раскисленных (спокойных) сталях обычно содержится в пределах 0,17—0,371%.
...
Случайными примесями в стали могут быть практически любые элементы, случайно попавшие в сталь из скрапа, природно-легированной руды или раскислителей. Чаще всего это Сг, №, Си, Мо, А1, "Л и др. в количествах, ограниченных для примесей.
...
Скрытыми примесями в стали являются сера, фосфор, мышьяк и газы водород, азот и кислород. Однако в последнее время азот, серу, фосфор иногда используют в качестве легирующих добавок для обеспечения ряда особых свойств сталей. N
...
По марочному химическому составу стали можно определить, какие элементы являются легирующими добавками, а какие — примесями. Если в марочном химическом составе стали устанавливают нижний (не менее) и верхний (не более) пределы содержания в стали данного элемента, то он будет легирующим. Как правило, для примесей устанавливается только верхний предел содержания. Исключение составляют лишь марганец и кремний, количество которых регламентируется нижним и верхним пределом как для примесей, так и для легирующих добавок.
...
Вредные примеси: сера, фосфор и газы присутствуют' практически во всех сталях и в зависимости от типа стали они могут оказывать на свойства различное влияние. Рассмотрим их роль в стали.
...
При комнатной температуре растворимость серы в а-желе-зе практически отсутствует. Поэтому вся сера в стали связана в сульфиды железа и марганца и частично в сульфиды легирующих элементов. С повышением температуры сера растворяется в а- и у-железе, хотя и незначительно, но До вполне определенных концентраций (0,02 % в а-железе при 913°С и 0,05 % 5 в у-железе при 1365°С). Поэтому сернистые включения могут видоизменяться при термической обработке стали.
...
Если сера связана в сульфид железа FeS при относительно низких температурах горячей деформации стали вследствие расплавления эвтектики сульфида железа (988°С), наблюдается красноломкость
...
плавкий сульфид марганца МпБ (^Пл« 1620°С) и исключает образование легкоплавкой сульфидной эвтектики. Это позволяет избежать красноломкости и горячеломкости сталей при их горячей обработке давлением.
...
Увеличение содержания серы в стали мало влияет на прочностные свойства, но существенно изменяет вязкость стали и ее анизотропию в направлениях поперек и вдоль прокатки. Особенно сильно анизотропия выражена при высоких содержаниях серы (рис. 9). Ударная вязкость на образцах, вырезанных поперек направления прокатки (рис. 9,6), а именно такие образцы испытывают при контроле свойств по ГОСТам, уменьшается с увеличением содержания серы, тогда как в продольном направлении (рис. 9, с) с увеличением серы наблюдается тенденция к повышению ударной вязкости. Указанное явление связано с усилением полосчатости феррито-перлитной структуры вследствие вы-тянутости сульфидов в строчки вдоль прокатки.
...
Ркс. 9. Зависимость ударной вязкости нормализованной стали типа 45 от содержания в ией серы (В. Кнорр)
...
(рис. 10). Оно объясняется тем, что повышение содержания серы снижает ударную вязкость на поперечных образцах с острым надрезом (КСУ), т.е. сопротивление стали вязкому разрушению (рис. 10,а). Увеличение прочности стали приводит к более существенному влиянию серы на снижение вязкости. Наиболее интенсивно понижается сопротивление вязкому разрушению при содержаниях серы до 0,010%. В то же время влияние серы на температуру перехода из вязкого в хрупкое состояние, определяемое по наличию 50 % вязкой составляющей в изломе ударных образцов—
...
т.е. на сопротивление стали хрупкому разрушению, имеет экстремальный характер. Как показывают данные, представленные на рис. 10,6, наиболее склонна к хрупкому разрушению сталь при концентрации серы ~0,010%. При меньших и больших концентрациях серы температура перехода
...
понижается. Экстремальное содержание серы в различных сталях может быть разным. Таким образом, сульфидный эффект заключается в повышении сопротивления стали хрупкому разрушению при одновременном уменьшении сопротивления вязкому разрушению с увеличением содержания серы выше определенного предела. Можно полагать, что сульфидный эффект обусловлен различным взаимодействием движущейся трещины с сульфидами в зависимости от вязкости матрицы.
...
В жаропрочных аустенитных сталях повышение содержания серы заметно уменьшает пределы ползучести и длительной прочности, т. е. 5 снижает жаропрочные свойства.
...
Растворимость фосфора в а- и ^-железе значительно выше, чем содержание фосфора в стали, как примеси. Поэтому фосфор в стали целиком находится в твердом растворе, и его влияние на свойства сказывается посредством изменения свойств феррита и аустенита. Вредное действие фосфора на свойства может усугубляться из-за сильной склонности его к ликвации (степень ликвации достигает 2—3).
...
Действие фосфора на свойства феррита проявляется в его упрочняющем влиянии и особенно в усилении хладноломкости стали, т. е. повышении температуры перехода из вязкого в хрупкое состояние (рис. 11). \
...
не превышает 0,030—0,040%, он увеличивает предел текучести феррита на 20—30 МПа. В то же время увеличение| содержания фосфора в пределах сотых долей процента может вызывать повышение порога хладноломкости на не-;
...
Аналогично фосфор влияет на порог хладноломкости аус-тенитных марганцовистых сталей, при этом его вредное влияние проявляется менее, резко (рис. 12). Влияние фосфора в допустимых пределах на механические и жаропрочные свой
...
п сталях в определенных количествах обычно присутствуют водород, кислород, азот. Содержание нх в сталях зависит прежде всего от способа выплавки. Примерное содержание, %, газов в стали прн разных способах выплавки по данным А. П. Гуляева:
...
Водород может входить в состав твердого раствора стали и выделяться в газообразном состоянии, скапливаясь в порах металла, при этом в стали образуются флокены. Кнслород обычно связан в неметаллические включения. Азот отрицательно влияет на свойства стали, если он находится в твердом растворе нлн образует ннтрнды железа, вызывая старение стали. Положительное влияние азота на свойства стали проявляется прн связывании его в прочные нитриды AIN, VN, NbN или карбонитриды V(C, N), Nb(C, N) н др., что используется в сталях с карбоннтридным упрочнением. Кроме того, азот широко используется в качестве аустеннтообразующего элемента в коррозионностойкнх и жаропрочных сталях.
...
В заключение необходимо отметить, что борьбу с вредными примесями в стали в основном проводят прн выплавке стали. Уменьшение содержания вредных примесей в стали требует зачастую немалых затрат для осуществления определенных технологических приемов и применения специальных методов выплавки.
...
металлоемкость имеют станкостроительная и инструмен тальная промышленность (-~4,5 /о), машиностроение дл! легкой и пищевой промышленности (~3%),
...
В капитальном строительстве стальной прокат в основ; ном используется на армирование железобетонных конст-рукций и на производство сварных стальных конструкций Доля производства легированной стали в общем объеме выплавки составляет около одной четверти. При таких мае штабах производства и применения специальных стале{ особое значение приобретает рациональный выбор легиру ющих элементов по их стоимости и дефицитности и экономическая эффективность использования легированных сталей в народном хозяйстве страны. Стоимость и дефицитность легирующих элементов в каждой стране различные и определяются природными запасами элемента, масштабами и технологией его промышленного производства и потребления, конъюнктурой на мировом рынке.
...
Так, большие запасы марганца в нашей стране сделали его наиболее дешевым и широко используемым элементом в отечественной металлургии; наоборот, в США марганец в значительной доле импортируется и является одним, из наиболее дефицитных элементов. Также надо отметить, что в нашей стране благодаря огромным запасам и все увеличивающемуся производству ванадий из числа наиболее дефицитных элементов становится материалом, который все шире используется для легированных сталей самого различного назначения, в том числе и для сталей массового Производства. В настоящее время наиболее широко применяемые в нашей стране легирующие элементы можно под-1 разделить по степени дефицитности на относительно недефицитные— Мп, Б*, Сг, А1, ТЛ, V, В и дефицитные — ЫЬ, Мо, Си, РЬ, N1, \\^, Та, Со. Особо дефицитными следует1 считать №, Со из-за большой потребности их для производства сплавов специального назначения и прежде всего жаропрочных.
...
Из-за огромного разнообразия марок сталей по назначению факторы, определяющие технико-экономическую эффективность применения легированных сталей в народном хозяйстве, в каждом конкретном случае будут свои, однако можно указать несколько общих факторов, определяющих техническую и экономическую целесообразность применения легированной стали.
...
сдедующие технико-экономические факторы: получение но-, вых эксплуатационных и технологических свойств металла (например, коррозионная стойкость, жаропрочность, свариваемость, штампуемость и т. п.); обеспечение необходимой надежности и долговечности (хладостойкость, износостойкость, сопротивление усталости и т. п.), уменьшение массы (веса); снижение расходов на изготовление, монтаж, транспортирование и эксплуатацию.
...
При использовании легированной стали чаще всего имеет место одновременное действие нескольких из перечисленных технико-экономических факторов.
...
Выбор той или иной марки стали для конкретного изделия или конструкции будет рациональным и экономически эффективным, если сталь при минимальном легировании обеспечивает требуемый уровень конструктивной прочности, а удорожание материала в результате легирования и изменения технологии производства не будет превышать экономический эффект, достигаемый посредством перечисленных технико-экономических факторов.
...
Изложенные общие принципы экономически рационального выбора легированных сталей проиллюстрируем на двух конкретных примерах:
...
Низколегированные строительные стали. Эти стали обычно применяют взамен углеродистых строительных сталей. Низколегированные стали типа 09Г2, 14Г2, 15ГФ, 09Г2ФБ, 16Г2А обеспечивают повышение предела текучести в 1,3—1,8 раза по сравнению с углеродистой сталью ВСтЗсп. Благодаря этому расход металла сокращается на 15—50 %. Однако себестоимость проката из низколегированных сталей на 10— 15%
...
Быстрорежущие стали. Объем производства этих сталей относительно невелик, однако по цене эти стали относятся к наиболее дорогим
...
Выбор той или иной марки стали для конкретного изделия или конструкции будет рациональным и экономически эффективным, если сталь при минимальном легировании обеспечивает требуемый уровень конструктивной прочности, а удорожание материала в результате легирования и изменения технологии производства не будет превышать экономический эффект, достигаемый посредством перечисленных технико-экономических факторов.
...
Приведенные примеры показывают необходимость тщательного технико-экономического анализа, обеспечивающего в каждом конкретном случае при выборе стали необходимые требования при минимальном и экономном легировании.
...
Как правило, в специальных сталях и сплавах легирующие элементы, входящие в их состав, не являются самостоятельными компонентами, а образуют фазы. Такими фазами могут быть твердые растворы и промежуточные фазы (карбиды, нитриды, интерметаллиды и т.п.). Структура и свойства сталей определяются составом и строением фаз, их распределением в структуре и взаимодействием между собой. Рассмотрим особенности фаз в легированных сталях.
...
из-за наличия в их составе высокого содержания весьма дефицитного и дорогого вольфрама (6—
...
В этом случае атомы разных элементов образуют общую кристаллическую решетку — непрерывный твердый раствор. Железо с легирующими элементами образует непрерывные твердые растворы в системах Ре—Сг; Ре—V (а-твердые растворы) и Ре—Мп: Ре— —N1; Ре—Со (у-твердые растворы). Однако и в некоторых из этих сплавов при определенных концентрациях легирующего элемента и температурах образуются промежуточные фазы —
...
т.е. на диаграмме состояния со стороны «чистого» элемента образуется ограниченный твердый раствор, имеющий кристаллическую решетку растворителя. Величина растворимости будет различной в каждой системе, т.е. ограниченные твердые растворы будут иметь неодинаковую область гомогенности (концентрационные границы существования твердого раствора).
...
В большинстве систем на основе железа образуются именно ограниченные твердые растворы. В зависимости от величины области гомогенности будем классифицировать такие растворы как ограниченные с широкой областью гомогенности (в железе растворяется более 2 % элемента) и с узкой областью гомогенности (от 0,2 до 2|%).
...
Таким образом, по растворимости легирующих элементов в железе твердые растворы подразделяют на непрерывные, ограниченные с широкой областью гомогенности, ограниченные с узкой областью гомогенности, с незначительной растворимостью.
...
Рассмотрим эти условия применительно к растворению-легирующих элементов в железе. При этом следует иметь-в виду, что поскольку железо имеет две модификации: а-железо 1 и у-железо (соответственно о. ц. к. и г. ц. к. решетки), то условия образования твердых растворов на базе этих модификаций будут различными.
...
Неограниченные твердые растворы с железом образуют №, Со, Мп, Сг и V. Причем №, Со и Мп образуют непрерывные твердые растворы на основе у-железа, а Сг и V на основе а-железа. Здесь соблюдается первое условие Юм-Розери — йзоморфность решеток растворителя и растворенного вещества. При разных типах решеток компонентов неограниченный твердый раствор образован быть не может. Это условие является необходимым, но недостаточным для образования неограниченных твердых растворов, а именно: далеко не всегда йзоморфность решеток приведет к созданию таких твердых растворов. Это хорошо видно на примере систем а-железо — Мо, а-железо — Ш (о. ц. к. решетки), а также у-железо — Си, 7
...
Вторым необходимым условием образования твердых растворов является соблюдение «размерного фактора». При образовании неограниченных и ограниченных твердых растворов атомные радиусы2 растворителя и растворенного элемента должны различаться не более чем на ±15 %.
...
Рис. 13. Схема растворимости легирующих элементов в
...
Как показано И. И. Корниловым, неограниченные твердые растворы на основе железа и других тугоплавких металлов образуются, если это различие не более ±8 % •
...
Следовательно, для твердых растворов на основе железа предельные колебания размерного фактора гме,
...
Как видно из представленных данных, атомные размеры никеля, кобальта, марганца, хрома и ванадия отличаются от атомных размеров изоморфных с ними модификаций железа не более чем на 8 %, эти элементы с железом дают неограниченные твердые растворы. Ограниченные твердые растворы с широкой областью гомогенности дают эти же элементы с неизоморфными модификациями железа. Молибден и вольфрам, которые имеют размерный фактор за пределами 8%
...
Если размерный фактор находится в допустимых пределах и соблюдается условие изоморфности решеток (например, система у-желе-зо — Си), значение предельной растворимости не всегда коррелирует с отклонением размеров атомов легирующего элемента от железа. В какой-то степени это может быть объяснено тем, что атомный размер не является постоянной характеристикой элемента. Атомный радиус железа и легирующего элемента в стали и сплаве может отличаться от тех же параметров в чистых металлах, которые указаны на рис. 13.
...

Сварка пластмасс ультразвуком
Основы сварочного дела
Газовая сварка и резка металлов
Специальные стали
Трансформаторы для электродуговой сварки
Механические свойства металлов
Сварочный аппарат своими руками

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Специальные стали