Kokios plieno priemaišos yra kenksmingos? Kenksmingos priemaišos plienuose ir jų įtaka savybėms. Fosforo įtaka plieno savybėms

Pagal N. T. Gudcovo klasifikaciją plieno priemaišos skirstomos į nuolatines (įprastas) ir atsitiktines, nepadengtas (kenksmingas).

Plieno nuolatinės priemaišos yra manganas ir silicis, kurių kaip priemaišų yra beveik visuose pramoniniuose plienuose. Mangano kiekis konstrukciniuose plienuose dažniausiai yra 0,3-0,8 % (jei manganas nėra legiravimo elementas), įrankių plienuose jo kiek mažiau (q 15 0,40 %). Mangano kaip technologinio priedo įvedimas tokiais kiekiais yra būtinas norint paversti sierą iš geležies sulfido į mangano sulfidą. Silicio gerai oksiduotame (tyliajame) pliene paprastai yra 0,17–0,37 %. Nepilnai deoksiduotame mažai anglies turinčiuose (^0,2 % C) plienuose jo yra mažiau: pusiau tyliuose plienuose 0,05-0,017 %, verdant.<0,07 %. В нержавеющих и жаропрочных, нелегированных кремни­ем сталях его может содержаться до 0,8 %.

Atsitiktinės plieno priemaišos gali būti beveik bet koks elementas, netyčia patekęs į plieną iš laužo, natūralaus lydinio rūdos ar deoksidatorių. Dažniausiai tai yra Cr, Ni, Cu, Mo, W, Al, Ti ir kt., kurių kiekis ribojamas nuo priemaišų.

Paslėptos plieno priemaišos yra siera, fosforas, arsenas ir dujos vandenilis, azotas ir deguonis. Tačiau pastaruoju metu azotas, siera ir fosforas kartais naudojami kaip legiravimo priedai, suteikiantys daug ypatingų plieno savybių. N

Remiantis plieno rūšies chemine sudėtimi, galima nustatyti, kurie elementai yra legiravimo priedai, o kurie – priemaišos. Jei prekės ženklo cheminė plieno sudėtis nustato apatinę (ne mažiau) ir viršutinę (ne daugiau) tam tikro elemento kiekio pliene ribas, tai bus legiravimo elementas. Paprastai nustatoma tik viršutinė priemaišų kiekio riba. Vienintelės išimtys yra manganas ir silicis, kurių kiekį reguliuoja apatinė ir viršutinė ribos tiek priemaišoms, tiek legiruojantiems priedams.

Kenksmingos priemaišos: sieros, fosforo ir dujų yra beveik visuose plienuose ir, priklausomai nuo plieno rūšies, jos gali skirtingai paveikti savybes. Panagrinėkime jų vaidmenį pliene.

Kambario temperatūroje sieros tirpumas a-želė praktiškai nėra. Todėl visa plieno siera susijungia į geležies ir mangano sulfidus ir iš dalies į legiruojamųjų elementų sulfidus. Kylant temperatūrai, siera ištirpsta a- ir y-geležyje, nors ir tik šiek tiek, bet iki gana tam tikros koncentracijos (0,02 % a-geležies 913°C temperatūroje ir 0,05 % S v-geležies 1365°C temperatūroje). Todėl termiškai apdorojant plieną sieros intarpai gali keistis.

Jei siera susijungia į geležies sulfidą FeS esant santykinai žemai karštai plieno deformacijai dėl geležies sulfido eutektikos tirpimo (988°C), pastebimas raudonas plieno trapumas. Esant aukštesnei karštos plastinės deformacijos temperatūrai, galimas karštas plieno trapumas, atsirandantis dėl austenito, esančio palei pirminių grūdelių, paties geležies sulfido (1188 ° C) lydymosi. Mangano įvedimas į plieną santykiu Mn:S>8-10 sukelia beveik visišką sieros surišimą

Ryžiai. 9. Normalizuoto 45 tipo plieno atsparumo smūgiams priklausomybė nuo sieros kiekio jame (W. Knorr)

O, iz o,/J 0,01 o, og O1OJ

S (pagal masę]

Rns. 10. 08G2MB plieno smūginio stiprio KCV (a) ir pereinamosios temperatūros Tu, (b) priklausomybė nuo sieros kiekio (E. N. Žukova) oMP a:

Poveikio arba sulfido paradoksas (10 pav.). Tai paaiškinama tuo, kad padidėjus sieros kiekiui, sumažėja skersinių bandinių su aštria įpjova (KCV) atsparumas smūgiams, t.y. plieno atsparumas plastiniam lūžimui (10a pav.). Plieno stiprumo didinimas lemia didesnį sieros poveikį mažinant kietumą. Atsparumas plastiniam lūžimui intensyviausiai mažėja, kai sieros kiekis yra iki 0,010%. Tuo pačiu metu sieros įtaka perėjimo iš plastinės būsenos į trapią būseną temperatūrai, kurią lemia 50% kaliojo komponento buvimas smūginių mėginių lūžyje - T5o, t.y. plieno atsparumui trapui lūžis, yra ekstremalus. Kaip duomenys pateikti fig. 10,6, plienas yra labiausiai linkęs į trapumą, kai sieros koncentracija yra ~0,010%. Esant mažesnei ir didesnei sieros koncentracijai pereinamoji temperatūra T50 mažėja. Didelis sieros kiekis skirtinguose plienuose gali skirtis. Taigi, sulfido poveikis padidina plieno atsparumą trapiam lūžimui ir sumažina jo atsparumą plastiškam lūžimui, nes sieros kiekis padidėja virš tam tikros ribos. Galima daryti prielaidą, kad sulfido efektas atsiranda dėl skirtingos judančio plyšio sąveikos su sulfidais, priklausomai nuo matricos klampumo.

Karščiui atsparaus austenitinio plieno sieros kiekio padidėjimas pastebimai sumažina valkšnumo ir ilgalaikio stiprumo ribas, ty S sumažina karščiui atsparias savybes.

Fosforo tirpumas a- ir y-geležyje yra daug didesnis nei fosforo kiekis pliene kaip priemaišoje. Todėl pliene esantis fosforas yra visiškai kietame tirpale, o jo poveikis savybėms atsispindi keičiant ferito ir austenito savybes. Žalingas fosforo poveikis savybėms gali sustiprėti dėl stiprios polinkio į segregaciją (segregacijos laipsnis siekia 2-3).

Fosforo įtaka ferito savybėms pasireiškia jo stiprinamuoju poveikiu ir ypač padidinant plieno šaltąjį trapumą, t.y., perėjimo iš kaliojo į trapią būseną temperatūrą (11 pav.). \

Fosforas yra stiprus kietiklis (žr. IV skyriaus 4 pastraipą). Nepaisant to, kad jo kiekis pliene paprastai yra

Neviršija 0,030-0,040%, ferito takumo ribą padidina 20-30 MPa. Tuo pat metu fosforo kiekio padidėjimas šimtosiomis procento dalimis gali sukelti šalto trapumo slenksčio padidėjimą

?, % (pagal masę)

Ryžiai. 11. Fosforo poveikis Oa ir prie (M. S. Mikhalev, M. I. Goldshteii) ir smūgio stipris KCU (A. P. Gulyaev) mažai anglies turinčio ferito perlinio plieno (0,2 % C, 1 % Mn)

Kiek dešimčių laipsnių (~ 20-25 cC 0,01% P) dėl stipriai sumažėjusio plyšių plitimo darbo.

Konstrukciniuose grūdintuose plienuose fosforas yra atsakingas už grįžtamojo grūdinimo trapumą (žr.

Ch. IX, 6 dalis). Šiuo atveju ypač stipri jo įtaka šalto trapumo slenksčiui (0,010 % P pereinamojo laikotarpio temperatūrą padidina ~40°C).

Panašiai fosforas veikia austenitinio mangano plienų šalto trapumo slenkstį, o jo žalingas poveikis yra ne toks ryškus (12 pav.). Fosforo įtaka chromo-nikelio austenitinio nerūdijančiojo ir karščiui atsparaus plieno mechaninėms ir karščiui atsparioms savybėms leistinose ribose nėra pastebima.

Rns. 12. Fosforo įtaka austinio mangano plieno g 110G13 (A.P. Guliajevas) šalčio trapumo slenksčiui Tso:

1 - liejimas; 2 - kaltas

Iš Kerčės rūdų išlydytame pliene yra arseno. Jo poveikis plieno savybėms yra panašus į fosforo, tačiau žalingas arseno poveikis yra daug silpnesnis nei fosforo. Todėl tokios gamybos aukštos kokybės pliene leidžiama iki 0,08% As.

Dujos iš plieno

Plienuose vandenilio, deguonies ir azoto paprastai yra tam tikri kiekiai. Jų kiekis pliene visų pirma priklauso nuo lydymo būdo. Apytikslis dujų kiekis, %, pliene, naudojant skirtingus lydymo būdus pagal A. P. Guliajevą:

Elektrinė krosnis atviro židinio deguonis-

Pagrindinis keitiklis

Vandenilis Deguonis Azotas. . .

0,0004-0,0006 0,002-0,004 0,007-0,010

0,0003-0,0007 0,005-0,008 0,004-0,006 0,0001-0,0008 0,005-0,003 0,002-0,005

Vandenilis gali būti kieto plieno tirpalo dalis ir išsiskirti dujinėje būsenoje, kaupiasi metalo porose, o pliene susidaro dribsniai. Deguonis dažniausiai surišamas į nemetalinius inkliuzus. Azotas neigiamai veikia plieno savybes, jei jis yra kietame tirpale arba sudaro geležies nitridus, dėl kurių plienas sensta. Teigiamas azoto poveikis plieno savybėms pasireiškia jį sujungus į stiprius nitridus AlN, VN1 NbN arba karbonitridus V (C, N), Nb (C, N) ir kt., kurie naudojami plienuose su anglies nitridu. stiprinimas. Be to, azotas plačiai naudojamas kaip austenitizuojantis elementas korozijai ir karščiui atspariuose plienuose.

Apibendrinant reikėtų pažymėti, kad kova su kenksmingomis plieno priemaišomis daugiausia vykdoma plieno lydymo metu. Kenksmingų priemaišų kiekio pliene mažinimas dažnai reikalauja didelių išlaidų tam tikrų technologinių metodų įgyvendinimui ir specialių lydymo metodų naudojimui.

Priemaišos yra cheminiai elementai, kurie jo gamybos metu pateko į plieno sudėtį kaip technologiniai priedai arba kaip įkrovos medžiagų komponentai.

Plieno priemaišos skirstomos į nuolatines (įprastas), atsitiktines ir paslėptas (kenksmingas).

Plieno nuolatinės priemaišos yra manganas ir silicis, kurių kaip priemaišų yra beveik visuose pramoniniuose plienuose. Mangano kiekis konstrukciniuose plienuose paprastai yra 0,3-0,8% (jei manganas nėra legiravimo elementas), įrankių plienuose jo kiekis yra šiek tiek mažesnis (0,15-0,40%). Mangano kaip technologinio priedo įvedimas tokiais kiekiais yra būtinas norint paversti sierą iš geležies sulfido į mangano sulfidą. Silicio gerai oksiduojamuose (tyliuose) plienuose paprastai yra 0,17–0,37%. Nepilnai deoksiduotame mažai anglies turinčiame pliene (0,2 £ C) jo yra mažiau: pusiau tyliame pliene – 0,05–0,017%, verdant.<0,07 %. В нержавеющих и жаропрочных, нелегированных кремнием сталях его может содержаться до 0,8 %.

Atsitiktinės plieno priemaišos gali būti beveik bet koks elementas, netyčia patekęs į plieną iš laužo, natūralaus lydinio rūdos ar deoksidatorių. Dažniausiai tai yra Cr, Ni, Cu, Mo, W, A1, T1 ir kt., kurių kiekis ribojamas priemaišoms.

Paslėptos plieno priemaišos yra siera, fosforas, arsenas ir dujos: vandenilis, azotas ir deguonis. Tačiau pastaruoju metu azotas, siera ir fosforas kartais naudojami kaip legiravimo priedai, suteikiantys daug ypatingų plieno savybių.

Remiantis plieno rūšies chemine sudėtimi, galima nustatyti, kurie elementai yra legiravimo priedai, o kurie – priemaišos. Jei prekės ženklo cheminė plieno sudėtis nustato apatinę (ne mažiau) ir viršutinę (ne daugiau) tam tikro elemento kiekio pliene ribas, tai bus legiravimo elementas. Paprastai nustatoma tik viršutinė priemaišų kiekio riba. Vienintelės išimtys yra manganas ir silicis, kurių kiekį reguliuoja apatinė ir viršutinė ribos tiek priemaišoms, tiek legiruojantiems priedams.

Kenksmingų priemaišų sieros, fosforo ir dujų yra beveik visuose plienuose ir, priklausomai nuo plieno rūšies, jos gali skirtingai paveikti savybes.

Šiuo metu metalurgijoje plačiai naudojami įvairūs plieno gamybos technologiniai procesai ir metodai, dėl kurių pasiekiamas reikšmingas metalo užterštumo nemetaliniais intarpais sumažinimas, atsiranda galimybė reguliuoti jų sudėtį, dydį ir pasiskirstymo pobūdį. Tokie procesai ir metodai apima: rafinavimo perlydymą (elektros šlakas, vakuuminis lankas), vakuuminį indukcinį lydymą, plieno apdirbimą ne krosnyje su sintetiniu šlaku, evakuaciją kaušelyje ir kt.

Visa tai, kas pasakyta aukščiau apie atmosferos taršos poveikį žmonėms, laukinei gamtai ir augmenijai, gali būti patvirtinta keliais pavyzdžiais. Kaip žinoma, kai kurios JAV naftos perdirbimo gamyklos ir įmonės kaip kurą naudoja daug sieros turinčią alyvą. Vienoje iš valstybių, kurioje yra tokios gamyklos ir įmonės, buvo atlikta išsami gyventojų medicininė apžiūra. Tyrimo rezultatai parodė, kad nemaloniais kvapais besiskundžiantiems žmonėms pasireiškė įvairūs bendri skausmingi reiškiniai: galvos skausmai, nemiga, dusulys, viršutinių kvėpavimo takų dirginimas. Visi šie reiškiniai periodiškai atsirado dėl kenksmingų priemaišų patekimo į atmosferą. Visi aprašyti reiškiniai dažnai lėmė padidėjusį nuovargį, sumažėjusį darbingumą ir nervų sistemos funkcinius sutrikimus. Ištyrus 1322 jaunesniųjų (SSRS medicinos mokslų akademijos Bendrosios ir komunalinės higienos instituto) studentų, gyvenančių galingos šiluminės elektrinės emisijų zonoje, sveikatos būklę, daugeliui praktiškai sveikų vaikų buvo nustatyta pradinė fibrozė. plaučių pakitimai, o patys vaikai skundėsi dažnais galvos skausmais, bendru silpnumu, gleivinės dirginimu akių membranomis, nuovargiu ir pan. Panašūs skundai buvo ir Baltarusijos viskozės gamyklos rajone gyvenantiems gyventojams. buvo oro tarša anglies disulfidu ir sieros dioksidu.

Apie neigiamą atmosferos taršos poveikį galvijams galima spręsti pagal tokį faktą, užfiksuotą prie vienos iš Vakarų Vokietijos gamyklų: didelė fabriko kaimo gyventojams priklausiusi galvijų banda buvo visiškai sunaikinta. Be to, šio kaimo gyventojai pastebėjo staigų bičių skaičiaus sumažėjimą, tam tikrų rūšių laukinių gyvūnų mirtį ir žalą augalijai net 5 km atstumu nuo augalo. Neabejotiną vaidmenį čia suvaidino oro tarša sieros dioksidu ir dulkėmis, turinčiomis arseno, geležies oksido, stibio ir kt. Yra daug pranešimų apie lajų žūtį ir medžių lapijos sunaikinimą prie chemijos gamyklų. Prie kenksmingų atmosferos taršos padarinių priskiriamas ir gyventojų gyvenimo sąlygų pablogėjimas: dėl nemalonaus kvapo daugelis netenka galimybės atsidaryti langus ir vėdinti patalpas, o pastatų išorės apdaila užteršta suodžiais ir suodžiais. Kai kurios pramoninės emisijos turi destruktyvų poveikį metalinei gyvenamųjų ir visuomeninių pastatų stogo dangai.

Ypatingą dėmesį reikėtų atkreipti į tai, kad kai kurių kancerogeninių produktų yra akmens anglių dervoje ir dulkėse. Šios medžiagos kondensuojasi ant pelenų ir suodžių dalelių, kurios išmetamųjų dujų pavidalu patenka į atmosferos orą. Tai reikia atsiminti, nes kai kurios kuro rūšys, kuriose yra kancerogeninių junginių, netinkamai deginant išskiria labai daug dūmų. Tokios oro taršos šaltiniai miestuose taip pat gali būti asfaltbetonio, stogo dangų, stogo dangų ir šiferio distiliavimo įmonės. Lyginamieji plaučių vėžio paplitimo tarp įvairių apgyvendintų vietovių gyventojų duomenys parodė, kad šia liga dažniau serga žmonės, kurie ilgą laiką gyvena pramoniniuose miestuose, kurių oro baseinui būdingas didelis atmosferos užterštumas.

Galiausiai, apgyvendintų vietovių ore esančios dulkės ir dūmai mažina atmosferos skaidrumą, dėl to sumažėja bendras apšvietimas ir, svarbiausia, smarkiai susilpnėja ultravioletinės saulės spinduliuotės dalies intensyvumas. Matuojant išsklaidytos šviesos apšvietimą pramoniniame Maskvos rajone ir 8-10 km atstumu nuo centro, nustatyta, kad mieste apšvietimas yra 40-50% mažesnis. Lyginant su apylinkėmis, Paryžiuje saulės spinduliuotės intensyvumas yra 25-30% mažesnis, Baltimorėje - 50%, o Berlyne - 67%.

Manganas, silicis, aliuminis, siera ir fosforas atsižvelgti į nuolatinės priemaišos. Aliuminis kartu su manganu ir siliciu naudojamas kaip deoksidatorius, todėl deoksiduotame pliene jų visada yra nedideliais kiekiais. Geležies rūdos, taip pat kuras ir srautai visada turi tam tikrą kiekį fosforo ir sieros, kurie lieka ketuje ir vėliau patenka į plieno.

Azotas paskambino paslėptas priemaiša – į plieną patenka daugiausia iš oro.

KAM atsitiktinis priemaišos apima varis, arsenas, alavas, cinkas, stibis, švinas ir kiti elementai. Jie patenka į plieną su užtaisu – su rūdomis iš įvairių telkinių, taip pat iš geležies laužo.

Visos priemaišos – nuolatinės, paslėptos ir atsitiktinės – įvairiu laipsniu neišvengiamos dėl plieno gamybos technologijos. Taigi švelniame pliene šių priemaišų paprastai būna šiose ribose: 0,3-0,7 % mangano; 0,2-0,4% silicio; 0,01-0,02% aliuminio; 0,01-0,05% fosforo, 0,01-0,04% sieros, 0,-0,2% vario. Tokiais kiekiais šie elementai laikomi priemaišomis, o didesniais kiekiais, kurie sąmoningai dedami į plieną, jau laikomi legiravimo elementais.

Fosforo įtaka plieno savybėms

Fosforas (P) atsiskiria plieno kietėjimo metu, bet mažesniu mastu nei anglis ir siera. Fosforas ištirpsta ferite ir taip padidina plieno stiprumą. Didėjant fosforo kiekiui plienuose, mažėja jų plastiškumas ir kietumas, didėja jų polinkis į šaltą trapumą.

Fosforo tirpumas aukštoje temperatūroje siekia 1,2%. Mažėjant temperatūrai, fosforo tirpumas geležyje smarkiai sumažėja iki 0,02–0,03%. Toks fosforo kiekis būdingas plienams, tai yra, jame paprastai ištirpsta visas fosforas.

Fosforas turi stiprią tendenciją atsiskirti ties grūdelių ribomis, todėl legiruotasis plienas, ypač mangano, chromo, magnio-silicio, chromo-nikelio ir chromo-mangano plienas, tampa trapus. Be to, fosforas padidina plieno kietėjimą ir, kaip ir silicio, lėtina martensito irimą plienuose.

Mažai legiruotoje plienuose dažnai nurodomas padidėjęs fosforo kiekis, siekiant pagerinti jų apdirbimą, ypač automatinį apdirbimą.

Mažai legiruotuose konstrukciniuose plienuose, kuriuose anglies kiekis yra apie 0,1%, fosforas padidina stiprumą ir atsparumą atmosferinei korozijai.

Austenitiniame chromo-nikelio plienuose fosforo priedai padeda padidinti takumo ribą. Stipriuose oksidatoriuose esantis fosforas austenitiniame nerūdijančiame pliene gali sukelti grūdelių ribos koroziją. Taip yra dėl fosforo segregacijos reiškinio.

Sieros įtaka plieno savybėms

Siera netirpsta geležyje, todėl bet koks jos kiekis sudaro geležies sulfidą FeS su geležimi. Šis sulfidas yra eutektikos dalis, kuri susidaro 988 °C temperatūroje.

Padidėjęs sieros kiekis plienuose lemia jų raudoną trapumą dėl mažai tirpstančios sulfidų eutektikos, atsirandančios išilgai grūdelių ribų. Fenomenas raudona trapumas atsiranda 800 °C temperatūroje, tai yra, esant temperatūrai raudona karštas plienas.

Siera turi neigiamą poveikį plieno plastumui, kietumui, suvirinamumui ir paviršiaus kokybei (ypač plieno, kuriame yra mažai anglies ir mangano).

Siera turi labai stiprią tendenciją atskirti grūdų ribas. Dėl to sumažėja plieno plastiškumas karštoje būsenoje. Tačiau 0,08–0,33% sieros yra sąmoningai dedama į plieną automatiniam apdirbimui. Yra žinoma, kad sieros buvimas padidina guolių plieno atsparumą nuovargiui.

Mangano buvimas pliene sumažina žalingą sieros poveikį. Skystame pliene vyksta mangano sulfido susidarymo reakcija. Šis sulfidas lydosi 1620 °C temperatūroje – daug aukštesnėje nei karštojo plieno apdirbimo temperatūra. Mangano sulfidai yra plastiški karšto plieno apdirbimo temperatūroje (800-1200°C), todėl lengvai deformuojasi.

Aliuminio įtaka plieno savybėms

Aliuminis (Al) plačiai naudojamas skysto plieno deoksidacijai, taip pat plieno luitų grūdelių rafinavimui. Žalingas aliuminio poveikis apima tai, kad jis skatina plieno grafitizaciją. Nors aliuminis dažnai laikomas priemaiša, jis taip pat aktyviai naudojamas kaip legiravimo elementas. Kadangi aliuminis su azotu sudaro kietus nitridus, jis paprastai yra legiruojantis elementas nitriduotuose plienuose. Aliuminis padidina plieno atsparumą pleiskanojimui, todėl jo dedama į karščiui atsparų plieną ir lydinius. Dispersijos būdu kietėjančiame nerūdijančiame pliene aliuminis naudojamas kaip legiravimo elementas, pagreitinantis dispersinę nusodinimo reakciją. Aliuminis padidina mažai anglies turinčio plieno atsparumą korozijai. Iš visų legiravimo elementų aliuminis efektyviausiai kontroliuoja grūdelių augimą kaitinant plieną grūdinimui.

Azoto įtaka plieno savybėms

Žalingas azoto (N) poveikis yra tas, kad jo susidarantys gana dideli, trapūs nemetaliniai intarpai – nitridai – pablogina plieno savybes. Teigiama azoto savybė yra ta, kad jis gali išplėsti austenitinę sritį. Azotas stabilizuoja ir iš dalies pakeičia nikelį austenitiniame pliene. Į mažai legiruotą plieną dedama nitridus formuojančių elementų vanadžio, niobio ir titano. Kai kontroliuojamas karšto apdirbimo ir aušinimo būdu, susidaro smulkūs nitridai ir karbonitridai, kurie žymiai padidina plieno stiprumą.

Vario įtaka plieno savybėms

Varis (Cu) turi vidutinį polinkį segreguotis. Žalingas vario poveikis apima plieno šalto trapumo sumažėjimą. Padidėjęs vario kiekis neigiamai veikia plieno paviršiaus kokybę karšto apdorojimo metu. Tačiau su daugiau nei 0,20% vario padidina jo atsparumą atmosferinei korozijai, taip pat legiruotojo ir mažai legiruoto plieno stiprumo savybes. Varis, kurio kiekis didesnis nei 1%, padidina austenitinio nerūdijančio plieno atsparumą sieros ir druskos rūgštims, taip pat atsparumą korozijai įtempiams.

Alavo įtaka plieno savybėms

Alavas (Sn) plienui kenkia jau palyginti mažais kiekiais. Jis turi labai stiprią tendenciją atsiskirti iki grūdelių ribų ir sukelti legiruotojo plieno trapumą. Alavas daro neigiamą poveikį nuolat liejamų luitų paviršiaus kokybei, be to, gali sumažinti plieno karštąjį lankstumą fazių diagramos austenitinėje-feritinėje srityje.

Stibio įtaka plieno savybėms

Stibis (Sb) turi stiprią polinkį segreguotis plieno kietėjimo metu ir todėl kenkia nuolat liejamų plieno luitų paviršiaus kokybei. Kietajame pliene stibis lengvai atsiskiria prie grūdelių ribų ir sukelia legiruotojo plieno trapumą.

Šaltiniai:
Plieno terminis apdorojimas: metalurgija ir technologijos, red. G. E. Totten, 2006 m.
Gulyaev A.P. Metalo mokslas, 1986 m.

Kenksmingos priemaišos: fosforas ir siera smarkiai neigiamai veikia atsparumą šalčiui. Ištirpęs ferite, fosforas pastebimai iškreipia kieto tirpalo kristalinę gardelę ir padidina perėjimo į kietą būseną temperatūrą. Fosforo trapus poveikis sustiprėja, kai juo praturtėja tarpkristalinės ribos dėl segregacijos procesų vystymosi. Austenito grūdelių ribų sodrinimas fosforu taip pat gali būti priemaišų persiskirstymo pasekmė dėl nevienalaikių struktūrų transformacijos procesų. Grįžtamasis trapumas prisideda ne tik prie absoliutaus smūgio stiprumo lygio sumažėjimo, bet ir prie reikšmingo šalto trapumo slenksčio padidėjimo. Legiravimas molibdenu sumažina plieno polinkį į trapumą ir šalto trapumo slenkstį. Fosforo kiekio padidėjimas 0,01 % lietinio plieno 35L padidina kritinio trapumo temperatūrą 20 °C.

Skirtingai nuo fosforo, siera praktiškai netirpi ferite, o pliene yra sulfidų pavidalu. Sieros intarpai gali būti izoliuotų sulfidų pavidalu ir išsidėstę linijų pavidalu išilgai grūdelių ribų. Pastarojo tipo inkliuzai ypač kenksmingi šalčiui atsparaus plieno požiūriu, nes silpnina grūdelių ribas ir trukdo plastinei deformacijai. Į skystą plieną patekus mangano, vietoj geležies sulfido susidaro mangano sulfidas, o tai šiek tiek sumažina žalingą sieros poveikį. Tačiau mangano sulfidai yra lankstūs karšto formavimo temperatūroje ir nepadidina kietumo valcavimo krypčiai statmena kryptimi. Padidinus sieros kiekį lietame pliene 25L nuo 0,02 iki 0,05 %, atsparumas smūgiams –40 °C padidėja daugiau nei dvigubai.

Kenksmingų priemaišų, ypač sieros, poveikį galima žymiai susilpninti modifikuojant į skystą plieną įvedant kalcio ir retųjų žemių metalų (REM). Modifikacija kalciu padeda sumažinti sieros koncentraciją ir suformuoti mažesnius nemetalinius inkliuzus, kurie sunkiai deformuojasi ir turi palankesnę rutulinę formą. Smūgio stipris padidėja 1,5–2 kartus, staigiai sumažėja nuovargio įtrūkimų plitimo greitis, padidėja atsparumo plyšiams charakteristikos.

Kalcio įvedimas reikšmingai paveikia nemetalinių intarpų tipą ir pasiskirstymą, skatindamas mažesnių lygiašių rutulinių kompleksinių intarpų susidarymą. Papildomas bario įvedimas į kalcio turintį plieną skatina dar didesnį nemetalinių inkliuzų šlifavimą ir vienodą jų pasiskirstymą matricoje.

Į skystą plieną įvedami REM nėra kietojo tirpalo dalis, neturtina grūdelių ribų, bet yra visiškai nemetaliniuose rutulinės formos inkliuzuose. Įvedant smulkius REM priedus (iki 0,15%), jie sąveikauja tik su siera ir deguonimi. REM priedams padidėjus iki 0,4%, padidėja tikimybė, kad jie suriš fosforą, arseną, stibį ir kt. į nemetalinius inkliuzus, o tai sumažina plieno trapumo riziką nukritus temperatūrai. Tokiu atveju žymiai sumažėja šalto trapumo slenkstis ir, be to, sumažėja plieno polinkis į grįžtamąjį grūdinimo trapumą.

Veiksmingas technologinis metodas, galintis žymiai padidinti liejamo plieno atsparumą šalčiui, yra jų apdorojimas sudėtingais lydiniais, kuriuose yra retųjų ir šarminių žemių metalų (ALM). Tačiau tokių lydinių desulfuravimo ir modifikavimo galimybes daugiausia lemia plieno deoksidacijos laipsnis. Tai paaiškinama tuo, kad retieji žemių metalai ir šarminiai metalai turi didelį afinitetą tiek deguoniui, tiek sierai, o esant mažam aliuminio kiekiui pliene, jie daugiausia naudojami deoksidacijai. Didėjant aliuminio koncentracijai, nesurišto deguonies kiekis pliene mažėja, todėl retųjų žemių metalų ir šarminių metalų sąveikos su siera tikimybė didėja. Taigi plieno 12KhGFL, apdoroto pagrindiniu lydiniu ShchZM, sieros pašalinimo laipsnis (9%) buvo esant 0,015% aliuminio; aliuminio koncentracijai padidėjus iki 0,055%, sieros pašalinimo laipsnis padidėjo iki 46%. (13.8 pav.).

Ryžiai. 13.8. Aliuminio ir shchZM įtaka 12KhGFL plieno atsparumui smūgiams:

1 - neapdorojus ShchZM, 2 - su ShchZM apdorojimu

Kai aliuminio likučio koncentracija pliene yra mažesnė nei 0,03%, pastebimas smūgio stiprumo sumažėjimas, susijęs su sulfidinės eutektikos plėvelėmis, esančiomis išilgai grūdelių ribų (antrasis inkliuzų tipas pagal Sims ir Dahl klasifikaciją). . Šiuo atveju plieno apdorojimas sudėtingais lydiniais yra neveiksmingas dėl to, kad didžioji jo dalis išleidžiama deoksidacijai, o jo užterštumas plėvelės sulfidais praktiškai nesikeičia.

ASM apdoroto plieno atsparumo smūgiams padidėjimas stebimas esant santykinai aukštai (daugiau nei 0,03 %) aliuminio koncentracijai. Metalografiniai tyrimai parodė, kad kalcis šiuo atveju aktyviai dalyvauja formuojant oksisulfidinius rutulinius intarpus. Tai patvirtina mikro-rentgeno spindulių spektrinė analizė, atlikta tiek plonoms pjūviams, tiek suskilusiems mėginiams po smūginių bandymų. Tokiu atveju inkliuzų pasiskirstymas metalo tūryje tampa tolygesnis, o bendras plieno užterštumo indeksas sumažėja 25–30%. Be to, žymiai sumažėja intarpų dydis (būdingas inkliuzų dydis neapdorojant ligatūra yra 3,75–8,75 µm, o ligatūra apdorotame pliene - 1,25–6,25 µm).

Dėl to, kad kalcio sulfidai ir mangano sulfidai sudaro daugybę kietų tirpalų, kurių lydymosi temperatūra yra aukšta, sudėtingi sulfidai išsiskiria ankstesniame plieno kristalizacijos etape. Sudėtingus sulfidinius inkliuzus, kuriuose yra CaS, gerai pasisavina kalcio-aliuminio oksido lydalai – deoksidacijos produktai. Todėl pliene, deoksiduotame aliuminiu ir aliuminio lydiniu, išsiskirianti oksido fazė patenka į sulfido apvalkalą. Šiuo atveju ūmaus kampo formos Al 2 O 3 oksidinės segregacijos virsta rutuliškomis dalelėmis, tolygiai paskirstytomis visame metalo tūryje, o tai žymiai sumažina jų, kaip įtempių koncentratorių, neigiamą poveikį.

Iš pliene ištirpusių dujų vandenilis ypač neigiamai veikia atsparumą šalčiui. Vandenilis pliene gali būti arba intersticiniame kietame tirpale atomų arba jonų pavidalu, arba molekulinės formos. Pastaruoju atveju jis yra porose, kartais vadinamose vandenilio kolektoriais, o vandenilio slėgis kolektoriuose gali pasiekti reikšmingas reikšmes. Esant aukštesnei temperatūrai ir slėgiui, vandenilis gali reaguoti su anglimi, sudarydamas metaną CH4. Metano susidarymo reakcija vyksta daugiausia palei grūdų ribas, todėl susilpnėja ryšys tarp jų. Vidinio vandenilio slėgio porose nepakanka, kad susidarytų įtrūkimai. Lūžis išsivysto, kai vandenilis migruoja į deformacijos zoną prieš augantį plyšį. Vandenilio mobilumas ir jo gebėjimas lengvai judėti kartu su dislokacijomis lemia vandenilio kaupimąsi įtempių koncentracijos vietose ties įtraukimo-matricos riba, o tai prisideda prie trapios plieno lūžimo, ypač esant žemai temperatūrai.

Veiksmingas plieno valymas nuo kenksmingų priemaišų ir dujų pasiekiamas naudojant ne krosnies rafinavimo ir vakuumo įrenginius (UVRV). Į juos įvedamas labai aktyvus šlakas, naudojama vakuuminė anglies deoksidacija ir degazavimas. Lentelėje 13.2 lentelėje pateikti kai kurie storo lakšto didelio stiprumo vidutinio legiruoto plieno 35Х2Н4МДФA lydymo rodikliai pagal du variantus. Pirmuoju variantu buvo numatytas tarpinio produkto apdorojimas vandens regeneravimo valymo įrenginiuose, naudojant retųjų žemių metalus deoksidacijai ir desulfuracijai, vakuuminei deoksidacijai, deoksidacijai siliciu 0,15–0,18% ir galutinei deoksidacijai aliuminiu 0,3 kg. t su retųjų žemių metalų įvedimu taip pat 0,3 kg / T. Antrasis variantas numatė tradicinį atviro židinio lydymą su deoksidavimu, panašų į pirmąjį variantą.

Apdorojimas aukšto slėgio vandens valymu gali žymiai sumažinti kenksmingų priemaišų, dujų ir nemetalinių intarpų kiekį, o tai teigiamai veikia mechaninių savybių lygį žemoje temperatūroje.

Fig. 13.9 paveiksle parodytos atsparumo smūgiams priklausomybės nuo temperatūros, klampios sudedamosios dalies dalis plyšyje atliekant statinio lenkimo bandymą su įpjovomis mėginiais ir atsparumas statiniam įtrūkimui, nustatytas kompaktiškiems bandiniams.