Влияние на въглерода и трайните примеси върху свойствата на стоманата
Стоманата е многокомпонентна сплав, съдържаща въглерод и редица постоянни или неизбежни примеси Mn, Si, S, P, O, N, H и др., Които влияят на нейните свойства. Наличието на тези примеси се обяснява с трудността на отстраняването на някои от тях по време на топене (P, S), прехода им в стомана по време на нейното дезоксидиране (Mn, Si) или от шихтата - легиран метален скрап (Cr, Ni и др.). Същите примеси, но в големи количества, има и в чугуните.
Влияние на въглерода. Структурата на стоманата след бавно охлаждане се състои от две фази - ферит и цементит. Количеството циментит се увеличава в стоманата в пряка зависимост от съдържанието на въглерод.
Цементитните частици повишават устойчивостта на деформация и освен това намаляват пластичността и якостта. В резултат на това с увеличаване на въглеродната стомана, твърдостта, якостта на опън, увеличаването на границата на провлачване, относителното удължение, относителното стесняване и якостта на удар намаляват.
Влияние на силиция и мангана. Съдържанието на силиций във въглеродната стомана като примес обикновено не надвишава 0,35-0,4%, а на манган 0,5-0,8%. Силицият и манганът преминават в стоманата в процеса на нейното дезоксидиране по време на топене. Те деоксидират стоманата, т.е. когато се комбинират с железен оксид FeO, те преминават в шлака под формата на оксиди; деоксидацията подобрява свойствата на стоманата. Силицият, обезгазявайки метала, увеличава плътността на слитъка.
Влиянието на сярата. Сярата е вреден примес в стоманата. С желязото образува химичното съединение FeS, което е практически неразтворимо в него в твърдо състояние, но разтворимо в течния метал. Съединението FeS образува нискотопима евтектика с желязото с точка на топене 988 °C. Тази евтектикасе образува дори при много ниско съдържание на сяра. Кристализирайки от течността в края на втвърдяването, евтектиката е разположена предимно по границите на зърната. Когато стоманата се нагрява до температура на валцуване или коване (1000–1200 ° C), евтектикът се топи, връзката между металните зърна се разрушава, в резултат на което при деформиране на стоманата се появяват разкъсвания и пукнатини на местата на евтектиката. Това явление се наричачервена чупливост.
Наличието на манган в стоманата, който има по-голям афинитет към сярата от желязото и образува огнеупорно съединение MnS със сярата, практически елиминира червената крехкост. В закалена стомана частиците MnS са подредени като отделни включвания. При деформираната стомана те са удължени по посока на валцоване.
Включванията на сяра значително намаляват механичните свойства, особено ударната якост и пластичността в напречната посока на изтегляне по време на валцуване и коване, както и границата на издръжливост. Работата по започване на пукнатини a3 не зависи от съдържанието на сяра, докато работата по развитие на пукнатини ap намалява рязко с увеличаване на съдържанието на сяра. Заваряемостта и устойчивостта на корозия се влошават от включванията на сяра. Съдържанието на сяра в стоманата е строго ограничено, не трябва да надвишава 0,035-0,06%.
Разтваряйки се във ферит, фосфорът силно изкривява кристалната решетка, докато якостта на опън и границата на провлачване се увеличават, докато пластичността и вискозитетът намаляват. Намаляването на вискозитета е толкова по-значително, колкото повече въглерод има в стоманата. Фосфорът повишава прага на студена крехкост на стоманата и намалява работата на разпространението на пукнатини. Стомана, съдържаща фосфор в горната граница, за промишлени стопилки (0,045%), има работа на разпространение на пукнатини 2 пъти по-малка от стомана, съдържаща по-малко от 0,005% P. Всеки 0,01% P повишава прага на студена крехкост на стоманата с 20–25°C.
Вредното действие на фосфора се усилва от факта, че той има голяма склонност към отделяне. В резултат на това в средните слоеве на слитъка отделните участъци са обогатени с фосфор и имат рязко намален вискозитет. Съвременните методи за производство на стомана не осигуряват дълбоко пречистване на метала от фосфор.
Влияние на азот, кислород и водород. Азотът и кислородът присъстват в стоманата под формата на крехки неметални включвания, като твърди разтвори или в свободна форма; те се намират в дефектни зони на метала (черупки, пукнатини и др.). Интерстициалните примеси (азот, кислород), концентрирайки се в граничните обеми на зърната и образувайки утайки от нитриди и оксиди по границите на зърната, повишават прага на студена крехкост и намаляват устойчивостта на крехко счупване. Неметалните включвания (оксиди, нитриди, шлакови частици и др.), Като концентратори на напрежение, могат значително да намалят, ако присъстват в значителни количества или са разположени под формата на натрупвания, границата на издръжливост и якостта на счупване.
Водородът, разтворен в стоманата, е много вреден, което силно троши стоманата. Водородът, абсорбиран по време на производството на стомана, не само троши стоманата, но също така води до образуването на флокули в валцувани заготовки и големи изковки. Стадата са много тънки пукнатини с овална или заоблена форма, имащи вид на петна в счупване - сребърни люспи. Стадата рязко влошават свойствата на стоманата. Металът, който има стада, не може да се използва в промишлеността.
Влиянието на водорода по време на заваряване се проявява в образуването на студени пукнатини в наслоения и основния метал.
Молибденът, ванадият, волфрамът, хромътповишават якостта и якостта на стоманите, като влошават тяхната обработваемост. Тези елементи образуват твърди разтвори с желязо и различни карбидисъстав и твърдост, в резултат на което се увеличава абразивната способност на материала.
Хромътзначително намалява топлопроводимостта на стоманата.
Кобалт- напротив, увеличава топлопроводимостта, донякъде намалява якостта и издръжливостта на стоманата.
Никелътвтвърдява стоманата и намалява обработваемостта.