Качество стали, ее прочность и пластичность зависят от величины зерен феррита и перлита и толщины вкраплений между зернами феррита и количества легирующих добавок, переходящих в твердый раствор с a-железом. Ниже представлены основные изменения в структуре стали, происходящие при упрочнении.
- Зерна феррита и перлита могут быть разной величины. Чем меньше величина зерен, тем выше качество стали и выше ее прочность при сохранении пластичности.
- Толщина вкраплений и прослоек между зернами феррита может быть различной. Чем больше толщина вкраплений и прослоек между зернами феррита, тем прочнее сталь, но при этом несколько снижается пластичность.
- При увеличении количества легирующих добавок, переходящих в твердый раствор с a-железом сталь упрочняется.
Для упрочнения стали подвергают:
- термической обработке;
- легированию.
Для упрочнения стали подвергают либо
термической обработке, либо легированию.
4.3.1. Термическая обработка сталей
При термической обработке существенно изменяется и упорядочивается структура стали, величина зерен уменьшается, растворимость легирующих компонентов улучшается. При этом значительно повышается прочность и пластичность.
Обычно термическое упрочнение строительных сталей производят в процессе нормализации [9]. Нормализация ? это нагрев до температур 800- 850оС, выдержка при этой температуре и последующее остывание на спокойном воздухе. Нормализации значительно улучшает пластические свойства стали и увеличивает прочность.
В некоторых случаях для упрочнения стали используют отжиг ? нагрев до температур 600-6800С выдержка и медленное остывание в печи, а также закалку с последующим отпуском или нормализацию с последующим отпуском [9].
4.3.2. Легирование сталей
При легировании в состав стали при ее выплавке вводят специальные легирующие добавки. Легирующие добавки либо внедряются в зерно феррита, образуя твердый раствор с ферритом, и упрочняют его, либо образуют карбиды, нитриды и другие соединения, которые упрочняют границы зерен (перлитные прослойки). Поскольку оболочка зерна укрепляется, упрочняется и сама сталь. И в первом и во втором случаях сталь упрочняется.
? Основные химические элементы, принимаемые при легировании:
А – азот – способствует измельчению структуры и улучшению механических свойств. В больших количествах (более 0,009%) увеличивает хрупкость, ухудшает свариваемость, способствует старению. Вместе с другими элементами образует нитриды.
Б – ниобий – повышает хладостойкость;
В – вольфрам – повышает прочность. Снижает пластичность.
Г – марганец – повышает прочность. Хороший раскислитель.
В больших количествах (более 1.5%) увеличивает хрупкость. Снижает вредное воздействие серы.
Д – медь – повышает прочность и пластичность, увеличивает коррозионную стойкость. В больших количествах (более 0,7%) способствует старению и повышает хрупкость.
Е – селен;
К – кобальт – повышает прочность.
М – молибден – значительно повышает прочность, но снижает пластичность, предотвращает разупрочнение термоупрочненной стали при сварке.
Н – никель – повышает прочность и пластичность, улучшает коррозионную стойкость и хладостойкость.
П – фосфор – повышает прочность, снижает пластичность, значительно повышает хрупкость, улучшает коррозионную стойкость.
Р – бор – повышает прочность.
С – кремний – повышает прочность, ухудшает свариваемость и коррозионную стойкость. Хороший раскислитель. Образует карбиды.
Т – титан повышает хладостойкость;
Ф – ванадий– повышает прочность, не снижая пластичности, предотвращает разупрочнение термоупрочненной стали при сварке.
Х – хром– повышает т прочность и пластичность, улучшает коррозионную стойкость.
Ц – цирконий – повышает прочность.
Ю – алюминий – повышает ударную вязкость, нейтрализует вредное влияние фосфора, хороший раскислитель.
В обозначении марки низколегированных сталей первая цифра указывает среднее количество углерода в сотых долях процента. Затем указываются легирующие компоненты, содержание которых превышает или равно 1%.
Например: сталь 09Г2С содержит 0,9 сотых долей процента углерода, от 1 до 2 % марганца, до 1% кремния.
Вредные примеси:
Фосфор – повышает хрупкость, снижает пластичность, однако повышает коррозионную стойкость. Способствует хладоломкости (хладноломкость – возможность образования трещин при пониженных температурах). Допускается содержание не более 0.04%.
Сера – повышает хрупкость при повышенных температурах (800°С). Способствует красноломкости (красноломкость – возможность образования трещин при повышенных температурах). Допускается не более 0.05%.
Кислород – значительно повышает хрупкость.
Водород – ухудшает прочность и пластичность, значительно повышает хрупкость. Допускается не более 0.0007%.
Углерод – (в больших количествах) увеличивает хрупкость, снижает пластичность. Ухудшает свариваемость. Допускается не более 0.22%.
