О влиянии редкоземельных металлов (рзм) на механические, технологические и служебные свойства сталей. (статья)

Алан-э-Дейл       20.10.2022 г.

Обогащения железных руд

Как было указано, существует несколько типов руд. Богатые можно перерабатывать непосредственно после извлечения из земной коры, другие необходимо обогатить. Кроме процесса обогащения, переработка руды включает в себя несколько этапов, таких как сортировка, дробление, сепарация и агломерация.

На сегодняшний день существует несколько основных способов обогащения:

  1. Промывка.

Применяется для очистки руд от побочных примесей в виде глины или песка, вымывание которых проводят с помощью струй воды под высоким давлением. Такая операция позволяет увеличить количество содержимого железа в бедной руде примерно на 5%. Поэтому его используют только в комплексе с другими типами обогащения.

  1. Гравитационная очистка.

Выполняется с помощью специальных типов суспензий, плотность которых превышает плотность пустой породы, но уступает плотности железа. Под воздействием гравитационных сил побочные компоненты поднимаются на верх, а железо опускается на низ суспензии.

  1. Магнитная сепарация.

Наиболее распространенный способ обогащения, который основывается на различном уровне восприятия компонентами руды воздействия магнитных сил. Такую сепарацию могут проводить с сухой породой, мокрой, или в поочередном сочетании двух ее состояний.

Для переработки сухой и мокрой смеси используют специальные барабаны с электромагнитами.

  1. Флотация.

Для этого метода раздробленную руду в виде пыли опускают в воду с добавлением специального вещества (флотационный реагент) и воздуха. Под действием реагента железо присоединяется к воздушным пузырькам и поднимается на поверхность воды, а пустая порода опускается на дно. Компоненты, содержащие железо, собираются с поверхности в виде пены.

Фосфид — железо

Фосфид железа Fe2P ( плотность 6 56 г / см3) является побочным продуктом при электровозгонке фосфора из железосодержащих фосфоритов, выпускаемым под названием феррофосфор. Применяется в металлургической промышленности при производстве стали и чугуна с повышенным количеством фосфора. Феррофосфор содержит около 20 % фосфора, до 6 % марганца, 4 — 8 % кремния, до 0 5 % серы. Предложена 23 — 27 переработка феррофосфора в тринатрийфосфат путем спекания его в присутствии избытка воздуха с содой, с последующим выщелачиванием горячей водой. Он заключается в сплавлении феррофосфора в электрической печи с кремнеземистой железной рудой.

Структура прокаливанием гидроокиси железа ( Ш ] в ферроцена. токе газообразного аммиака в течение.

Фосфиды железа, Fe3P, Fe2P, FeP, являются твердыми и хрупкими интерметаллическими соединениями, которые часто встречаются в чугунах в виде вредных примесей.

Структура прокаливанием гидроокиси железа ( Ш ] в ферроцена. токе газообразного аммиака в течение.

Фосфиды железа устойчивы по отношению к кислотам и царской водке.

Фосфид железа облучают дейтронами в циклотроне. После облучения мишень растворяют в царской водке и осаждают из раствора p32Q — в виде фосфорномолибденовокислого аммония, ( который переводят в магний-аммонийфосфат, а затем описанным выше способом — в фосфат натрия.

Тройная фосфидная эвтектика ( сте-адит в половинчатом чугуне после травления реактивами 19 а-е. Х700.

Фосфид железа оказывается голубым или коричневатым.

Фосфид железа Fe2P ( плотность 6 56 г / см3) является побочным продуктом при электровозгонке фосфора из железосодержащих фосфоритов, выпускаемым под названием феррофосфор ( см. гл. Применяется в металлургической промышленности при производстве стали и чугуна с повышенным количеством фосфора. Феррофосфор, согласно ТУ МХП 3825 — 53, должен содержать не менее 20 % фосфора, не более 6 % марганца, 4 — 8 % кремния, не более 0 5 % серы, при отсутствии олова, свинца, цинка и сурьмы. Разработан 13 процесс переработки феррофосфора в высокопроцентное железо и фосфатный шлак, годный для использования в качестве удобрения или кормового средства. Он заключается в сплавлении феррофосфора в электрической печи с кремнеземистой железной рудой.

Фосфид железа Fe3P ( при высоких температурах образуется фосфид Fe2P, превращающийся в Fe3P в результате перитектического превращения) теоретически должен появляться в виде тройной фосфидной эвтектики Fe3P Fe3C аустенит лишь при содержании более 1 % Р в чугуне.

Диаграмма состояния системы Fe — Fe3C.

Фосфиды железа известны различного состава. Они также растворяются в расплавленном железе с образованием легкоплавких эвтектик и оказывают вредное влияние на свойства сплавов, в частности сталей, в связи с чем примеси фосфора, как и серы, подлежат устранению.

Фосфид железа не травится. Травитель пригоден также для выявления грубой зернистости в свободной от ликвации и сегрегации стали; участки локальной пластической деформации после травления становятся темнее.

Фосфид железа и фосфор полностью растворяются в железе и входят в состав чугуна.

Этим раствором фосфид железа отчетливо окрашивается при 50 С в течение 3 мин. Цементит окрашивается только после длительного травления. Перед использованием требуется готовить свежий раствор. Мейер при выявлении цементита и фосфида в тройной и псевдобинарной фосфидных эвтектиках нагревал раствор до 60 С. После нескольких секунд травления фосфид железа принимает окраску от светло-желтой до золотой или темно-коричневой. Цементит начинает окрашиваться после длительного травления.

Влияние примесей на свойства сталей

Литература

Влияние примесей на свойства сталей

Постоянные примеси

Постоянные примеси (кремний, марганец, сера, фосфор и газы) в определенном количестве всегда присутствуют в стали. Кремний и марганец вводят в процессе плавки (до 0,4 % серы и 0,1-0,8 % марганца), а сера и фосфор попадают из руд и вторичного сырья (до 0,05 %).

Кремний

имарганец присутствуют в любой стали, оставаясь в ней после раскисления в небольшом количестве в виде полезных примесей (они являются раскислителями). Марганец повышает прочность горячекатаной стали.

Сера

ифосфор – вредные примеси, придают стали красноломкость (потери пластичности при 800 °С и выше).

Сталь с повышенным содержанием серы не поддается горячей обработке давлением. Кроме того, сера ухудшает механические свойства стали в холодном состоянии, значительно понижает ее вязкость. Единственное положительное влияние серы на свойства – улучшение обрабатываемости резанием.

Фосфор ухудшает пластические свойства стали, понижает ударную вязкость при комнатной температуре, а особенно при отрицательной температуре (придает стали хладоломкость). Это влияние заметно сказывается при содержании фосфора свыше 0,1 %. В отдельных случаях фосфор полезен: улучшает обрабатываемость стали резанием, а в присутствии меди – ее антикоррозионные свойства.

Сера и фосфор в повышенных количествах допускаются только в стали повышенной и высокой обрабатываемости резанием, которая имеет сравнительно невысокие механические свойства.

Газы (кислород

,водород ,азот ) как правило являются вредными примесями, присутствуют в любой стали в очень малых количествах, и их называют скрытыми примесями. Газы присутствуют в твердой стали в следующих формах: в газообразном состоянии (в порах, пустотах), в α-твердом растворе; в виде соединений, т.е. неметаллических включений (нитридов, оксидов).

Большое количество водорода

в стали опасно, так как это может привести к внутренним надрывам (флокенам). С течением времени количество водорода в стали уменьшается за счет выделения его из металла, которое происходит вследствие того, что водород не образует соединений с железом. Выделение водорода сопровождается улучшением механических свойств стали, особенно пластичности.

Азот и кислород образуют хрупкие неметаллические включения, ухудшающие свойства металла (уменьшение вязкости и повышение порога хладоломкости).

Случайные примеси

Случайные примеси – это химические элементы, попадающие в сталь из руд различных месторождений или из скрапа, а также вследствие разновидностей технологического процесса.

Наиболее часто случайными примесями являются никель (до 0,3 %), хром (до 0,2 %), медь (до 0,1 %). Содержание случайных примесей не допускается выше определенного предела, установленного техническими условиями для стали каждой марки, так как очень часто одни и те же элементы, полезные в стали одного состава, в другой оказываются вредными.

Специальные примеси

Специальные примеси (легирующие элементы) вводятся в сталь в определенных количествах с целью изменения ее строения и свойств (повышение прочности, получение особых физико–химических свойств и т.д.). Легирующие элементы преимущественно растворяются в основных фазах железоуглеродистых сплавов (феррите, аустените, цементите) или образуют специальные карбиды.

  1. Материаловедение / Ю.Т. Чумаченко, Г.В. Чумаченко. – Ростов н/Д: Феникс, 2005. – 320 с.
  2. Материаловедение / О.В. Травин, Н.Т. Травина. М.: Металлургия. 1989. 384 с.
  3. Металловедение / А.П. Гуляев. М.: Металлургия, 1986. 544 с.
  4. Материаловедение / А.М. Адаскин, В.М. Зуев. – М.: ПрофОбрИздат, 2001. – 240 с.

Основная вредная примесь

Основные вредные примеси ( красочный аэрозоль и пары растворителей) от окрасочных цехов поступают в окружающую среду с вентиляционным воздухом. Концентрации паров толуола и ксилола в выбросах от постов окраски на ряде заводов значительно превышают ПДК для атмосферного воздуха населенных мест.

Основной вредной примесью в цинке является железо. Другим способом нейтрализации вредного влияния железа является легирование цинка некоторыми металлами.

Основными вредными примесями являются главным образом тяжелые металлы ( железо, медь, никель, свинец, олово и др.), а также бор, мышьяк, алюминий, цинк.

Основной вредной примесью является железо, которое при концентрации всего 15 — 10 — 4 % значительно снижает эффективность протектора.

Основной вредной примесью сточных вод производств экстракционной фосфорной кислоты и фосфорных удобрений является кремнефтористоводородная кислота и другие соединения фтора.

Основной вредной примесью сточных вод производств экстракционной фосфорной кислоты и фосфорных удобрений является крем-нефтористо-водородная ( H2SiF6) кислота и другие соединения фтора.

Таким образом, основной вредной примесью всех сточных вод производства фосфорных удобрений является кремнефтористово-дородная кислота и другие фтористые соединения.

Поэтому, можно, по-видимому, считать, что основной вредной примесью в воздухе тоннелей является окись углерода.

Таким образом, с учетом токсичности и содержания газов в воздухе основными вредными примесями в наших городах являются оксиды азота и углерода.

Силикаты кальция оказывают наиболее вредное влияние на огнеупорность изделий, поэтому диоксид кремния и оксид кальция для хромомагнезитовых изделий являются основными вредными примесями.

Основной вредной примесью в нефелиновых уртитах и сиенитах являются железосодержащие соединения. Так, в кия-шалтырских уртитах содержание окиси железа составляет 4 5 — 5 %, а в ужурских сиенитах оно достигает 10 % и даже более. Для обогащения нефелиновых руд, как показали исследования, могут быть применены магнитный и флотационный методы обогащения. Лучшие показатели были получены при магнитном обогащении.

Электронная микрофотография на просвет фольги из сплава ре 12N1 — А1 — 2Си, показывающая огибание дислокациями частиц выделений меди, диаметр которых 40 мкм.

Аустенит снижает вязкость разрушения, что показано на сплавах с повышенным содержанием никеля, имеющих остаточный аустенит. Результаты исследования показали, что вязкость разрушения сильно снижается в сплавах, в которых основной вредной примесью является кислород. Основная роль химически активного металла — алюминия — состоит в удалении таких примесей путем связывания их в соединения. Кроме того, добавка алюминия измельчает размер зерна, что способствует повышению прочности и вязкости разрушения.

Все более важное значение приобретает международное научное сотрудничество по проблеме охраны окружающей среды социалистических стран — членов СЭВ и капиталистических стран. В соответствии с соглашением между СССР и США о сотрудничестве в области охраны окружающей среды, подписанным в Москве 23 мая 1972 г., создана Смешанная советско-американская рабочая группа по совместным исследованиям в области моделирования загрязнения воздуха, создания приборов и разработки методологии наблюдения за основными вредными примесями в атмосфере

С 1973 г. ежегодно, поочередно в СССР и США, проводятся совещания и сессии экспертов рабочей группы по обмену информацией, приборами и методиками, а также координации совместных исследований. Намечено, в частности, создание идентичных автоматических станций контроля загрязнения воздуха в г. Сент-Луисе и г. Ленинграде в целях сравнения методов, приборов и оборудования, разработанных советскими и американскими специалистами, для измерения концентраций вредных примесей и метеорологических параметров. Соответствующие соглашения о взаимном сотрудничестве в области контроля и защиты заключены также с ФРГ, Францией, Финляндией.

Сплав 50НП производят в основном в открытых и меньше в вакуумных индукционных печах. В сплаве 50НП магнитная проницаемость, коэрцитивная сила, потери на гистерезис очень сильно зависят от степени чистоты его. К основным вредным примесям, которые сильно влияют на свойства сплава, относятся углерод, кислород, сера и азот.

Типы железных руд

На сегодняшний день выделяется множество видов железных руд, характеристики и названия которых зависят от состава.

Наиболее часто в природе встречается такой вид, как красный железняк, в основе которого лежит оксид под названием гематит. Этот оксид содержит в составе количество железа, превышающее 70%, и минимальное количество побочных примесей.

Бурый железняк представляет собой оксид железа с содержанием воды. Его очень часто называют лимонитом. В его составе значительно меньше железа, количество которого обычно не превышает четверти. В природе такой железняк содержится в виде рыхлой, пористой породы, со значительным содержанием марганца и фосфора. Обычно обильно насыщен влагой, имеет в качестве пустой породы глину. Из него очень часто делают чугун, несмотря на незначительную часть железа, так как он очень легко перерабатывается.

Бурый железняк

Магнитные руды отличаются тем, что в их основе заложен оксид, имеющий магнитные свойства, но при сильном нагреве они теряются. Количество этого типа породы в природе ограничено, но содержание железа в нем может не уступать красному железняку.  Внешне он выглядит как твердые кристаллы черно-синего цвета.

Шпатовый железняк представляет собой рудную породу, в основе которой лежит сидерит. Очень часто имеет в составе значительное количество глины. Этот тип породы относительно тяжело найти в природе, что на фоне малого количества содержимого железа делает его редко используемым. Поэтому отнести их к промышленным типам руд невозможно.

Шпатовый железняк

Кроме оксидов в природе содержаться другие руды на основе силикатов и карбонатов

Количество содержимого железа в породе очень важно для ее промышленного использования, но также важно наличие полезных побочных элементов, таких как никель, магний, и молибден

Влияние хим. элементов на свойства стали.

Условные обозначения химических элементов:

хром ( Cr ) — Х никель ( Ni ) — Н молибден ( Mo ) — М титан ( Ti ) — Т медь ( Cu ) — Д ванадий ( V ) — Ф вольфрам ( W ) — В азот ( N ) — А алюминий ( Аl ) — Ю бериллий ( Be ) — Л бор ( B ) — Р висмут ( Вi ) — Ви галлий ( Ga ) — Гл иридий ( Ir ) — И кадмий ( Cd ) — Кд кобальт ( Co ) — К кремний ( Si ) — C магний ( Mg ) — Ш марганец ( Mn ) — Г свинец ( Pb ) — АС ниобий ( Nb) — Б селен ( Se ) — Е углерод ( C ) — У фосфор ( P ) — П цирконий ( Zr ) — Ц

ВЛИЯНИЕ ПРИМЕСЕЙ НА СТАЛЬ И ЕЕ СВОЙСТВА

Углерод — находится в стали обычно в виде химического соединения Fe3C, называемого цементитом. С увеличением содержания углерода до 1,2% твердость, прочность и упругость стали увеличиваются, но пластичность и сопротивление удару понижаются, а обрабатываемость ухудшается, ухудшается и свариваемость.

Кремний — если он содержится в стали в небольшом количестве, особого влияния на ее свойства не оказывает.(Полезная примесь; вводят в качестве активного раскислителя и остается в стали в кол-ве 0,4%)

Марганец — как и кремний, содержится в обыкновенной углеродистой стали в небольшом количестве и особого влияния на ее свойства также не оказывает. (Полезная примесь; вводят в сталь для раскисления и остается в ней в кол-ве 0,3-0,8%. Марганец уменьшает вредное влияние кислорода и серы.

Сера — является вредной примесью. Она находится в стали главным образом в виде FeS. Это соединение сообщает стали хрупкость при высоких температурах, например при ковке, — свойство, которое называется красноломкостью. Сера увеличивает истираемость стали, понижает сопротивление усталости и уменьшает коррозионную стойкость. В углеродистой стали допускается серы не более 0,06-0,07%. ( От красноломкости сталь предохраняет марганец, который связывает серу в сульфиды MnS).

Фосфор — также является вредной примесью. Снижает вязкость при пониженных температурах, то есть вызывает хладноломкость. Обрабатываемость стали фосфор несколько улучшает, так как способствует отделению стружки.

ЛЕГИРУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА СВОЙСТВА СТАЛИ

Хром (Х) — наиболее дешевый и распространенный элемент. Он повышает твердость и прочность, незначительно уменьшая пластичность, увеличивает коррозионную стойкость; содержание больших количеств хрома делает сталь нержавеющей и обеспечивает устойчивость магнитных сил.

Никель (Н) — сообщает стали коррозионную стойкость, высокую прочность и пластичность, увеличивает прокаливаемость, оказывает влияние на изменение коэффициента теплового расширения. Никель – дорогой металл, его стараются заменить более дешевым.

Вольфрам (В) — образует в стали очень твердые химические соединения – карбиды, резко увеличивающие твердость и красностойкость. Вольфрам препятствует росту зерен при нагреве, способствует устранению хрупкости при отпуске. Это дорогой и дефицитный металл.

Ванадий (Ф) — повышает твердость и прочность, измельчает зерно. Увеличивает плотность стали, так как является хорошим раскислителем, он дорог и дефицитен.

Кремний (С)- в количестве свыше 1% оказывает особое влияние на свойства стали: содержание 1-1,5% Si увеличивает прочность, при этом вязкость сохраняется. При большем содержании кремния увеличивается электросопротивление и магнитопроницаемость. Кремний увеличивает также упругость, кислостойкость, окалиностойкость.

Марганец (Г) — при содержании свыше 1% увеличивает твердость, износоустойчивость, стойкость против ударных нагрузок, не уменьшая пластичности.

Кобальт (К) — повышает жаропрочность, магнитные свойства, увеличивает сопротивление удару.

Молибден (М) — увеличивает красностойкость, упругость, предел прочности на растяжение, антикоррозионные свойства и сопротивление окислению при высоких температурах.

Титан (Т) — повышает прочность и плотность стали, способствует измельчению зерна, является хорошим раскислителем, улучшает обрабатываемость и сопротивление коррозии.

Ниобий (Б) — улучшает кислостойкость и способствует уменьшению коррозии в сварных конструкциях.

Алюминий (Ю) — повышает жаростойкость и окалиностойкость.

Медь (Д) — увеличивает антикоррозионные свойства, она вводится главным образом в строительную сталь.

Церий — повышает прочность и особенно пластичность.

Цирконий (Ц) — оказывает особое влияние на величину и рост зерна в стали, измельчает зерно и позволяет получать сталь с заранее заданной зернистостью.

Лантан, цезий, неодим — уменьшают пористость, способствуют уменьшению содержания серы в стали, улучшают качество поверхности, измельчают зерно.

Легирование стали алюминием

В предыдущей публикации мы рассмотрели влияние некоторых химических элементов на свойства стали, а именно влияние углерода, кремния, марганца, серы, фосфора.

В данной статье мы рассмотрим такой элемент, как алюминий, и то, как его наличие отражается на свойствах стали.

Алюминий (Al) — серебристо-белый активный металл.Температура плавления 657 °С, температура кипения 1800 °С, плотность — 2,6989 г/см3.

Основные свойства

Устойчивость к коррозии

При соприкосновении с кислородом «чистый»  алюминий становится пассивным и образует на своей поверхности тонкую пленку (оксид алюминия), благодаря которой предотвращается образование коррозии, даже в агрессивной среде. Устойчивость Al к коррозии присутствует и при взаимодействии с паром и водой (пресной).

Для эксплуатации в соленой воде в алюминий добавляют магний и кремний.

Он растворяется в едких щелочах, соляной и серной кислотах.

Алюминий обладает высокой теплопроводностью и электропроводностью. Благодаря таким свойствам его применяются для изготовления электрических проводов и кабеля.

Раскисление алюминием

Раскисление — снижение содержания кислорода в металле или связывание его в прочные соединения.

Алюминий является сильным раскислителем. Он широко применяется при производстве спокойной стали, да бы избежать образования пористой структуры слитка.

Раскисление производится на этапе выплавки стали, методом введения в металл алюминиевой проволоки, слитков или гранул.

При высоких температурах он хорошо сплавляется с металлами, образуя тем самым прочные, но легкие сплавы.

Алюминий используют с целью удаления кислорода и азота из стали после продувки, что способствует уменьшению старения.

Он способствует удалению кислорода из стали, что так же увеличивает текучесть и ударную вязкость стали.

Наличие Al влияет на размер зерен (они становятся меньше), и придает повышенную жаростойкость. Благодаря этим свойствам его широко применяют при изготовлении азотированной стали, как добавку в ферритную жароустойчивую сталь.

Получение стали с мелким зерном, за счет использования алюминия — обеспечивает допустимые показатели пластичности и вязкости.

Стоит отметить, что Al обладает способностью сильно повышать значение напряженности магнитного поля, которое влияет на характеристики размагничивания ферромагнитного и ферримагнитного веществ, поэтому его применяют в качестве легирующего элемента в магнитотвердых сплавах железа, никеля, кобальта, алюминия.

 Негативные свойства

 Негативными факторами влияния алюминия на сталь считается:

  •  снижение показателей текучести стали и вероятность (на машинах непрерывной разливки стали) затягивания сталевыпускного отверстия.
  • образование сложных неметаллических включений, при соединении алюминия с кислородом, Al2O3 -типа корунд, который является концентратором напряжений при последующей переработке в метизном производстве.

 Т.е. существует вероятность образования оксидов алюминия, которые имеют остроугольную форму и могут быть причиной надрывов (например, при волочении катанки).

 Данные факторы могут частично нейтрализоваться добавлением кальциевой проволоки (FeCa).  

 В заключении

В отличии от углерода, серы, фосфора, алюминий не оказывает такого явного влияния на механические характеристики стали, однако содержание алюминия менее определенного уровня ведет к повышению физических и механических свойств, и в тоже время, если алюминия менее 0,002 % —  свойства ухудшаются. При содержании в легированной алюминием стали 0,02-0,7% — подавляется процесс старения стали.

Подведя итоги всего сказанного, отметим, что главные свойства Al: — хорошее раскисление стали, — нейтрализация вредного влияния фосфора, — повышение ударной вязкости стали.

Содержание алюминия менее определенного уровня ведет к повышению физических и механических свойств, и в тоже время, если алюминия менее 0,002 % —  свойства ухудшаются

Опубликовано: 05.02.2016

Месторождения железных руд и технология добычи

По генезису существующие месторождения железных руд разделяются на:

  • Эндогенные. Они могут быть магматическими, представляющими собой вкрапления титаномагнетитовых руд. Также могут быть карбонатитовые вкрапления. Кроме того, существуют линзообразные, пластообразные скарново-магнетитовые залежи, вулкано-осадочные пластовые залежи, гидротермальные жильные, а также неправильной формы рудные тела.
  • Экзогенные. К ним в основном относят бурожелезняковые и сидеритовые осадочные пластовые месторождения, а также месторождения тюрингитовых, шамозитовых и гидрогетитовых руд.
  • Метаморфогенные – это месторождения железистых кварцитов.

Максимальные объемы добычи руд спровоцированы значительными запасами и приходятся на докембрийсские железистые кварциты. Меньшее распространение имеют осадочные бурожелезняковые руды.

При добыче различают богатые, и требующие обогащения руды. Отрасль, осуществляющая добычу железной руды, проводит также ее предварительную переработку: сортировку, дробление и вышеупомянутое обогащение, а также агломерация. Промышленность добычи руды именуется железорудной отраслью и является сырьевой базой для черной металлургии.

Конструкционная легированная сталь

Нормативный документ: качественная конструкционная легированная сталь изготовляется согласно ГОСТ 4543-71.

Легированная сталь — сталь, в которую в процессе легирования в определенных количествах вводят специальные элементы, обеспечивающие требуемые свойства. Такие элементы называют легирующими. Они могут повышать прочность и коррозионную стойкость стали и снижать опасность ее хрупкого разрушения.

Для легирования стали используются следующие химические элементы: марганец (Mn) — Г; кремний (Si) — С; хром (Cr) — Х; никель (Ni) — Н; медь (Cu) — Д; азот (N) — А; ванадий (V) — Ф; ниобий (Nb) — Б; вольфрам (W) — В; селен (Se) — Е; кобальт (Co) — К; бериллий (Be) — Л; молибден (Mo) — М; бор (B) — Р; титан (Ti) — Т; алюминий (Al) — Ю.

Классификация конструкционной легированной стали

По отношения общей массы легирующих элементов к массе стали:

  • сталь высоколегированная — более 10%;
  • сталь среднелегированная — более 2,5-10%;
  • сталь низколегированная — до 2,5%.

В зависимости от основных легирующих элементов:

  • хромистая;
  • марганцовистая;
  • хромомарганцовая;
  • хромокремнистая;
  • хромомолибденовая;
  • хромомолибденованадиевая;
  • хромованадиевая;
  • никельмолибденовая;
  • хромоникелевая;
  • хромоникелевая с бором;
  • хромокремнемарганцовая;
  • хромокремнемарганцовоникелевая;
  • хромомарганцовоникелевая;
  • хромомарганцовоникелевая с титаном и бором;
  • хромоникельмолибденовая;
  • хромоникельмолибденованадиевая;
  • хромоникельванадиевая;
  • хромоалюминиевая;
  • хромоалюминиевая с молибденом;
  • хромомарганцовоникелевая с молибденом;
  • хромомарганцовоникелевая с молибденом и титаном.

В зависимости от хим. состава и свойств:

  • качественная;
  • высококачественная — А;
  • особо высококачественная (сталь электрошлакового переплава) — Ш.(например ШХ15)

По видам обработки:

  • прокат горячекатаный и кованый (в том числе с обточенной или ободранной поверхностью);
  • калиброванный;
  • со специальной отделкой поверхности.

По качеству поверхности:

  • 1 группа;
  • 2 группа;
  • 3 группа.

По состоянию материала:

  • без термической обработки;
  • термически обработанный — Т;
  • нагартованный — Н.

Марки конструкционной легированной стали

Марки стали: 15Х, 20Х, 30Х, 35Х, 38ХА, 40Х, 45Х, 50Г, 12ХН, 20ХН, 40ХН, 14ХГН, 19ХГН, 20ХГНМ, 30ХМ.

Заменители некоторых марок стали:

  • 20Х — 15Х, 20ХН, 12ХН2, 18ХГТ;
  • 30ХГСА — 40ХФА, 35ХМ, 40ХН, 25ХГСА, 35ХГСА;
  • 40Х — 45Х, 38ХА, 40ХН, 40ХС.

Обозначение марок конструкционной легированной стали: две первые цифры указывают содержание углерода в сотых долях процента, цифры после букв указывают содержание легирующего элемента в целых единицах.

Применение конструкционной легированной стали

Марка стали Область применения
60С2(А) Рессоры из полосовой стали толщиной 3-16мм и пружинной ленты толщиной 0,08-3мм; витые пружины из проволоки диаметром 3-16мм.
70СЗА Тяжелонагруженные пружины ответственного назначения. Сталь склонна к графитизации.
50ХГ(А) Рессоры из полосовой стали толщиной 3-18мм.
50ХФА(ХГФА) Ответственные пружины и рессоры, работающие при повышенной температуре (до 300°С), или подвергаемые многократным переменным нагрузкам.
60C2XA Большие высоконагруженные пружины и рессоры ответственного назначения.
60C2H2A(C2BA) Ответственные высоконагруженные пружины и рессоры из калиброванной стали и пружинной ленты.
20Х Кулачковые муфты, втулки, шпиндели, направляющие планки, плунжеры, оправки, копиры, шлицевые валики и др.
40Х Зубчатые колеса, шпиндели и валы в подшипниках качения, червячные валы и др.
45Х, 50Х Зубчатые колеса, шпиндели, валы в подшипниках качения, червячные и шлицевые валы, и др. детали, работающие на средних скоростях при небольшом давлении.
38ХА Зубчатые колеса, работающие на средних скоростях при средних давлениях.
45Г2, 50Г2 Крупные малонагруженные детали: валы, зубчатые колеса тяжелых станков и т.п.
18ХГТ Детали, работающие на больших скоростях при высоких давлениях и нагрузках.
20ХГР Тяжелонагруженные детали, работающие при больших скоростях и нагрузках.
15ХФ Некрупные детали, подвергаемые цементации и закалке с низким отпуском.
40ХС Мелкие детали высокой прочности.
40ХФА Ответственные высокопрочные детали, подвергаемые закалке и высокому отпуску; средние и мелкие детали сложной формы, работающих в условиях износа; ответственные сварные конструкции, работающие при знакопеременных нагрузках.
35ХМ Валы, детали турбин и крепеж, работающие при повышенной температуре.

Свариваемость: cварка конструкционных легированных сталей несколько затруднена из-за склонности к закалке околошовной зоны и образованию в ней хрупких структур (требуется специальная технология сварки).

13) Примеси в сталях. Влияние примесей на свойства сталей.

Св-ва углеродистых сталей определятся количеством углерода и содержанием примесей, которые взаимодействуют с железом и углеродрм. В сыросном содержании углерода в стали увеличивается процентное содержание цементита при снижении доли феррита, это приводит уменьшению пластичности и повышению твердости (прочности). Прочность повышается при процентном содержании около 1%, затем она уменьшается, потому что образуется грубая сетка Ц2. Увеличение содержания углерода снижает ударную вязкость,и повышается порог хладоломкости. Повышение содержания углерода ухудшает литейное свойство стали(до 0.4% сод. углерода), обрабатываемость давлением и резанием, свариваемость.

Влияние примесей:в сталях всегда присутствуют примеси, которые делятся на четыре группы:

постоянные: кремний, марганец, фосфор,сера. Марганец и кремний вводятся в процессе выплавки стали для раскисления, они называются технологическими примесями. Содержание марганца 0.5-0.8%, он повышает прочность не снижая пластичности. Содержание кремния 0.35-0.4%, он повышает плотность слитка, но снижает пластичность. Содержание фосфора 0.025-0.045%, он увеличивает прочность и предел текучести, и увеличивает температуру перехода в хрупкое состояние, увеличивает хладоемкость. Содержание серы 0.025-0.06%, она уменьшает пластичность, свариваемость и коррозионную стойкость(вредная примесь).

Скрытые примеси: газы: азот, кислород, водород подают в стали при выплавке, они находятся в стали в виде крупных неметаллических включений:окисловFeO и тд., и нитридов Fe2N и располагаются в дефектах, раковинах и трещинах(Al2O3, SiO2)

Очень вредным является растворенный в стали водород, он охрупчивает сталь и приводит к образованию в поковках флокены- тонкие трещины овальной или округлой формы в виде пятен серебристого цвета.

Специальные примеси вводятся в сталь для получения заданных свойств, и называются легирующими элементами, а стали – лигированные.

Назначение легирующих элементов:хром – основной лег. элемент(содержание 0.8- 1.2%), повышает прокаливаемость, способствует получению равномерной и высокой твердости стали. Порог хладоемкости хромистой стали до -100 градусов.Бор(сод. до 0.003%) увеличивает прокаливаемость, повышает порог хладоемкости до -60 градусов.Титан(до 0.1%) измельчает зерно хромомаргонцевойстали.Молибден(0.15-0.46%) увел. прокаливаемость, снижает хладоемкость до -120 градусов.Ванадий(0.1-0.3%) измельчает зерно, повышает прочность и вязкость.Никель(до 50%) повышает прочность, прокаливаемость, порог хладоемкости. Хромоникилевые стали имеют лучшие св-ва.

Классификация и маркировка сталей: 1) по химическому составу: углеродистые и легированные. 2) по содержанию углерода: низкоуглеродистые(до 0.25%), среднеуглеродистые (до 0.3-0.6%), высокоуглеродистые (больше 0.8%). 3) по равновесной структуре: доэфтектоидные, эфтектоидные(0.8%), заэфтектоидные. 4) по качеству : в зависимости от содаржания вредных примесей(S,P): обычного качества, качественные, высококачественные(S,P меньше 0.03%). 5) по способу выплавки: мартеновские печи, кислородно-корверторные печи, электропечи(электродуговые). 6) по назначению: конструкционные( изготовление деталей машин и др. деталей); инструментальные; специальные(с особыми свойствами).

Маркировка сталей:( принято буквенно-цифровое обозначение) 1) углеродистые стали обыкновенного качества ГОСТ 380. Ст2кп, БСт3кп, ВСт3пс.Ст- индекс стали; кп,пс,сп- степени раскисленности стали(кп- кипящая, пс- полуспокойная, сп- спокойная).С увеличением номера марки увеличивается прочность, и снижается пластичность группы: А,Б,В- свойства сталей.Качественно углеродистые стали маркируются двухзначным числом указывая среднее содержание углерода. Сталь 08 кп, сталь 10 пс.Инструментальные стали маркируются группой У и число указывающее содержание углерода в прцентах. У8-0,8%; У13-1.3%.

Легированные стали:Х-хром,N-никель,М-молибден,В-вольфрам,К-кобальт,А-азот,Г-марганец,Д-медь,Ф-ванадий, С-кремний,Т-титан,Р-фосфор,R-бор,Q-алюминий,Ц-цирконий. Сталь 12Х18Н10Т- нержавейка(1.2% углерода, 18% хлора, 10% никеля, титана меньше 1%)

Инструментальные легированные стали: Сталь 9ХСХВF- сод.углерода 0.9%;

Быстрорежущая сталь Р18, шарико-потшибниковая сталь ШХ6,сталь 15ГС.

Гость форума
От: admin

Эта тема закрыта для публикации ответов.