Информация о легирующих элементах стали

Какие элементы входят в легированную сталь?

Легирующие элементы стали – это элементы, вводимые в данный сплав в определенных количествах, которые способны изменять ее структуру и свойства.

Каждый химический элемент оказывает уникальный эффект на свойства стали, и сегодня мы узнаем об основных легирующих элементах и об их влиянии на свойства данного сплава.

Алюминий (Al) Температура плавления 658° C

• Благодаря дезоксидационному и денитрирующему свойству Al благоприятно воздействует на нечувствительность стали к старению;

• В небольших добавках он поддерживает образование мелких зерен;

• С помощью добавления Al в поверхность стали, можно повысить ее стойкость к окалинам.

Свинец (Pb) Температура плавления 327.4° C

Добавляется в автоматную сталь в содержании прибл. 0.2-0.5%. Такое количество практически не влияет на механические свойства стали, однако благодаря чрезвычайно тонкому суспензионному распределению свинца получают краткую стружку и чистую поверхность разреза.

Бор (B) Температура плавления 2300° C

• Поскольку бор имеет большое поперечное сечение для абсорбции нейтронов, им легируют сталь для регуляторов и экранов в установках по атомной энергии;

• Аустенитная 18/8 CrNi-сталь с помощью бора и дисперсионного твердения может получить более высокий предел текучести. Однако антикоррозионная стойкость в таких условиях уменьшается;

• Вызванные бором выделения улучшают прочность высокожаропрочных типов аустенитной стали в зоне повышенных температур;

• В строительной стали этот элемент улучшает глубокую цементацию и таким образом вызывает повышение прочности зерна цементируемой стали.

Хром (Cr) Температура плавления 1857° C

• Cr делает сталь способной к закалке в масле и воздухе;

• Вследствие понижения критической скорости охлаждения он повышает закаливаемость и улучшает качество стали. Однако ударная вязкость в таком случае уменьшается, но не намного;

• Увеличение содержания хрома сокращает свариваемость чистой хромовой стали;

• Cr повышает прочность стали на растяжение;

• Карбиды хрома повышают стойкость к режущим инструментам, изношенности, изменениям температур и к напорному водороду;

• Минимальное содержание хрома повышает антикоррозионную стойкость стали;

• Элемент отсекает зону и таким образом расширяет ферритную зону, стабилизирует аустенит в аустенитной стали Cr-Mn- или Cr-Ni;

• Уменьшает тепло- и электропроводность;

• При высоком содержании углерода содержание хрома до 3% повышает остаточный магнетизм и коэрцитивную силу.

Углерод (C) Температура плавления 3540° C

Углерод является наиболее важным и влиятельным легирующим элементом в стали. При увеличении содержания углерода повышаются прочность и твердость стали, а ее расширение, ковкость и обрабатываемость режущими инструментами уменьшаются.

Медь (Cu) Температура плавления 1084° C

Медь добавляется только к небольшому количеству сортов стали, поскольку в связи со своими особенностями она может вызывать большую нечувствительность поверхности при процессах тепловой деформации. Поэтому медь частично считается вредителем для стали.

• Медь повышает предел текучести при растяжении и прочность;

• Содержание выше 0.30% может вызвать дисперсионное твердение;

• Улучшает закаливаемость;

• Не влияет на сварочные работы;

• В нелегированной и слаболегированной стали благодаря меди достигается значительное улучшение стойкости к атмосферным явлениям.

Марганец (Mn) Температура плавления 1221° C

• Марганец уменьшает содержание кислорода;

• Уменьшает опасность красноломкости;

• Марганец очень сильно сокращает скорость охлаждения и таким образом повышает закаливаемость;

• Увеличивает предел текучести при растяжении, прочность и глубину прокаливемости; благоприятно влияет на ковкость и свариваемость;

• Сталь с содержанием марганца выше 12% при одновременном высоком содержании углерода является аустенитной. Такой вид стали имеет высокую износостойкость;

• Под влиянием марганца повышается коэффициент теплового расширения, в то время как тепловая и электрическая проводимость понижаются.

Молибден (Mo) Температура плавления 2622° C

Молибден легируют преимущественно совместно с другими элементами.

• Он улучшает закаливаемость;

• Существенно уменьшает хрупкость отпуска, способствует образованию мелкого зерна и благоприятно влияет на свариваемость;

• Повышает предел текучести при растяжении и прочности. При высоком содержании молибдена затрудняется ковкость;

• Молибден – сильный образователь карбида, благодаря которому улучшаются режущие свойства стали.

• Повышает антикоррозионную стойкость, высокое содержание молибдена уменьшает склонность к сквозной коррозии;

• Способствует сильному сужению зоны; повышению теплостойкости;

• Сокращает стойкость к окалинам.

Никель (Ni) Температура плавления 1453° C

• Вызывает в строительной стали значительное повышение ударной вязкости;

• Никель с содержанием больше 7% придает стали аустенитную структуру до уровня температуры ниже комнатной;

• Никель с высоким процентным содержанием делает сталь инертной к коррозии;

• Аустенитная сталь благодаря никелю имеет при температурах выше 600° C более высокую теплостойкость, она практически не намагничивающаяся. Тепловая и электрическая проводимость такой стали сильно уменьшаются;

• Высокое содержание никеля в точно ограниченных легирующих зонах создают физическую сталь с определенными физическими свойствами, например, сталь, подверженную температурному расширению.

Фосфор (P) Температура плавления 44° C

Фосфор рассматривается преимущественно как вредитель стали, поскольку он вызывает сильную неоднородность ее химического состава, которую трудно уравновесить. В связи с этим, принято удерживать содержание фосфора на очень низком уровне (0.03-0.05%) при легировании стали.

• При минимальном содержании фосфор повышает чувствительность к хрупкости отпуска;

• В слаболегированной строительной стали с содержанием углерода прибл. 0.1% фосфор повышает прочность и антикоррозионную стойкость к атмосферным явлениям;

• Добавки фосфора в аустенитную хромо-никелевую сталь могут вызвать повышение предела текучести при растяжении и эффекты выделения.

Сера (S) Температура плавления 118⁰С

• Из всех примесей в стали сера даёт самую сильную ликвацию;

• Сульфид железа приводит к красноломкости;

• Благодаря сере при горячей деформации преимущественно разрушаются границы зерен стали; эффект усиливается под воздействием кислорода;

• Существенно снижает вязкость.

• Серу намеренно добавляют в сталь автоматной обработки в количестве до 0.4% для повышения ее стойкости. Кроме того, у автоматных сталей при обработке резанием образуется короткая стружка;

• Сера усиливает склонность к образованию сварочных трещин.

Кремний (Si) Температура плавления 1414⁰С

Кремний содержится в любом виде стали, так как изначально попадает в ее состав из железных руд. Однако кремнистыми называют только такие стали, которые содержат более 0.40% кремния.

• Кремний способствует выпадению графита и сильно сужает гамма-область;

• Повышает прочность и износостойкость;

• Сильно повышает предел упругости, поэтому кремний целесообразно использовать в качестве легирующей добавки в пружинные стали;

• Значительно повышает окалиностойкость;

• При содержании кремния 12% повышается кислотостойкость, однако такие стали могут быть изготовлены только в виде очень твердых и хрупких отливок, которые могут быть обработаны только шлифованием;

• Вследствие сильного снижения электропроводности, коэрцитивной силы и активных потерь кремний используется в электротехнических листовых сталях.

Азот (N) Температура плавления –210° C

Этот элемент может являться как вредителем, так легирующим элементом для стали.

• Пагубное влияние на свойства и структуру стали кроется в уменьшении ее вязкости, увеличении чувствительности к старению, синеломкости, а также в возможности появления межкристаллитного коррозионного растрескивания в нелегированой и низколегированной стали;

• В качестве легирующего элемента азот расширяет зону и стабилизирует аустенитную структуру; повышает в аустенитной стали прочность и прежде предел текучести при растяжении, а также механические свойства в теплоте;

• Азот позволяет получить высокую твердость поверхности благодаря образованию нитридов при нитрировании.

Титан (Ti) Температура плавления 1680° C

• Титан повышает стойкость стали к коррозии;

• Может измельчать зерна стали;

• Tитан очень сильно сужает y-зону;

• В более высоких долях вызывает процессы выделения и благодаря достижению высокой коэрцитивной силы добавляется в магнитотвердые сплавы;

• Титан повышает длительную прочность благодаря образованию специальных нитридов;

• Однако титан оказывает и отрицательное воздействие на свойства стали – он имеет сильную склонность к сегрегации и образованию строк.

Ванадий (V) Температура плавления 1910° C

• Измельчает первичное зерно, следовательно, и структуру литья;

• Ванадий – сильный образователь карбида, вследствие чего увеличивается износостойкость, теплостойкость и режущая способность.

• Значительно улучшает твердость после отпуска, уменьшает чувствительность к перегреву;

• Поскольку ванадий измельчает зерно и вследствие образования карбида тормозит воздушную закалку, он повышает ковкость улучшенной стали;

• Благодаря образованию карбида повышает стойкость к напорному водороду;

• Ванадий сужает зону и перемещает коэффициент Кюри к более высоким температурам.