Влияние углерода и примесей на свойства сталей

1. Главным элементом стали является углерод, и это единственная примесь, которая специально вводится в сталь. С повышением содержания углерода прочность стали существенно возрастает из-за увеличения количества цементита в фазовом составе стали. Низкоуглеродистые стали (до 0,25%) – мягкие, пластичные, хорошо деформируемые в холодном и горячем состоянии стали. Среднеуглеродистые (0,3 – 0,6%) – хорошие прочностные свойства при небольшой пластичности и вязкости. Высокоуглеродистые стали (0,6 – 1,4%) – высокая твердость и очень низкая пластичность и вязкость.. При содержании углерода выше 1,3% в стали значительно возрастает хрупкость и использование ее становится очень ограниченным. Итак, с повышением содержания углерода увеличиваются прочность и твердость, а пластичность и вязкость снижаются.

2. Основной продукцией черной металлургии является сталь, причем приблизительно 85% изготавливается углеродистой стали и 15% легированной. Получаемая в промышленности углеродистая сталь имеет довольно сложный химический состав. Содержание железа в ней может быть в пределах 97,0-99,5%, и попадает некоторое количество элементов, связанное с технологией производства (марганец, кремний) или невозможностью полного их удаления из состава металла (сера, фосфор, кислород, азот, водород), случайные примеси (хром, никель, медь), и кроме того, некоторые неметаллические включения.

Марганец. Обычное содержание марганца (0,35—1%) не оказывает заметного влияния на сварку. При увеличении содержания марганца и сравнительно высокой концентрации углерода — больше 0,2% —свариваемость ухудшается. Марганец при содержании его в указанных выше пределах существенно не изменяет механических свойств. При содержании марганца больше 1 % увеличивается прочность и твердость, но снижается пластичность и ударная вязкость стали.

Кремний. Содержание кремния в обычных пределах (0,03 — 0,37%) не меняет механических свойств стали. Более высокое содержание кремния увеличивает прочность, твердость и хрупкость стали. Марганец и кремний являются хорошими раскислителями стали, кроме того, марганец устраняет вредное влияние серы.

Сера. Содержание серы в стали не должно превышать 0,055%. Увеличенное содержание серы вызовет красноломкость стали, т. е. появление трещин при обработке стали в горячем состоянии (например, при ковке или при штамповке). Свариваемость стали с повышением содержания серы резко ухудшается.

Фосфор. Фосфор — вредная примесь в стали. Содержание его в стали не должно превышать 0,05%. Фосфор увеличивает твердость и хрупкость стали, вызывает хладноломкость, т. е. появление трещин при обработке в холодном состоянии (например, при изгибе, штамповке).