Химический состав стали

Свойства стали определяются ее химическим соста­вом. Содержащиеся в стали компоненты можно разде­лить на четыре группы: постоянные (обыкновенные), скрытые, случайные и специальные (легирующие).

К постоянным примесям относятся углерод, марганец, кремний, сера и фосфор.

Углерод — неотъемлемая составляющая часть стали, оказывающая на ее свойства основное влияние. Его со­держание в выпускаемых марках стали колеблется от 0,1 до 1,4 %. С увеличением содержания углерода в стали повышаются ее твердость и прочность, уменьшаются пластичность и вязкость.

Марганец относится к постоянным примесям, если его содержание составляет менее 1 %. При содержании более 1 % он является легирующим элементом.

Марганец является раскислителем стали. Он повы­шает ее прочность, износостойкость и прокаливаемость, снижает коробление при закалке, улучшает режущие свойства стали. Однако ударная вязкость при этом сни­жается. Сталь, содержащая 11—14 % марганца (сталь Гатфильда), отличается высокой износостойкостью, так как способна упрочняться при пластической деформации. Сталь, содержащая 10—12 % марганца, становится не­магнитной.

Кремний также является раскислителем стали и" ле­гирующим элементом, если его содержание превышает 0,8 %. Он увеличивает прочностные свойства стали, пре-

дел упругости, коррозионную и жаростойкость, однако снижает ее ударную вязкость.

Сера и фосфор являются вредными примесями. Так, сера делает сталь «красноломкой», а фосфор, повышая твердость стали, снижает ее ударную вязкость и вызыва­ет «хладноломкость», т. е. хрупкость при температурах ниже —50 °С.

Скрытые примеси представляют собой кислород, азот и водород, частично растворенные в стали и присутству­ющие в виде неметаллических включений (окислов, нит­ридов). Они являются вредными примесями, так как раз­рыхляют металл при горячей обработке, вызывают в нем надрывы (флокены).

Случайные примеси—это медь, цинк, свинец, хром, никель и другие металлы, попадающие в сталь с шихто­выми материалами. В основном они ухудшают качество стали.

Специальные добавки (легирующие элементы) вво­дятся в сталь с целью придания ей тех или иных свойств. К ним относятся марганец, кремний, хром, никель, мо­либден, вольфрам, ванадий, бор, ниобий, цирконий, се­лен, теллур, медь и др.

Наиболее распространенным легирующим элементом является хром. Он препятствует росту зерна при нагреве стали, улучшает механические и режущие свойства, по­вышает коррозионную стойкость, прокаливаемость, спо­собствует лучшей работе на истирание. При содержании хрома свыше 10 % сталь становится нержавеющей, но одновременно теряет способность воспринимать закалку.

Никель повышает прочность стали при сохранении вы­сокой вязкости, препятствует росту зерна при нагреве, снижает коробление при закалке, увеличивает коррози­онную стойкость и прокаливаемость. При содержании никеля 18—20 %-я сталь становится немагнитной, жаро­стойкой, жаропрочной и коррозионностойкой.

Молибден измельчает зерно стали, значительно по­вышает ее прокаливаемость, стойкость против отпуска, вязкость при низких температурах, ковкость и абразив­ную стойкость, снижает склонность к отпускной хруп­кости.

Вольфрам повышает твердость и режущие свойства стали, прокаливаемость, прочность и вязкость. Стали с содержанием 9 и 18 % вольфрама известны как быстро­режущие.

Ванадий создает мелкозернистую структуру стали, задерживает рост зерна при нагреве, повышает ударную вязкость, устойчивость против вибрационных нагрузок, прокаливаемость и стойкость против отпуска.

Бор увеличивает прокаливаекость стали, повышает ее циклическую вязкость, способность гасить колебания высокой частоты, снижает склонность к необратимой от­пускной хрупкости.

Ниобий предотвращает межкристаллическую корро­зию, улучшает сварочные свойства, повышает пластич­ность, прочность и ползучесть стали при высоких тем­пературах.

Цирконий повышает предел выносливости стали на воздухе и в коррозионных средах, улучшает ее прочност­ные характеристики при повышенных температурах и ударную вязкость при температуре ниже нуля, замедляет рост зерна, повышает прокаливаемость и свариваемость.

Медь повышает коррозионную стойкость стали, а се­лен и теллур — механические свойства стали и особенно ее пластичность.