Добавка в сталь и чугун для стойкости

Стали и чугуны, легированные стали, применение легированных сталей

Сталь (от нем. Stahl [1] ) — деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом (и другими элементами), характеризующийся эвтектоидным превращением. Содержание углерода в стали не более 2,14 %, но не менее 0,022 %. [источник не указан 256 дней] Углерод придаёт сплавам железа прочность и твёрдость, снижая пластичность и вязкость.

Учитывая, что в сталь могут быть добавлены легирующие элементы, сталью называется содержащий не менее 45 % железа сплав железа с углеродом и легирующими элементами (легированная, высоколегированная сталь).

В древнерусских письменных источниках сталь именовалась специальными терминами: «Оцел», «Харалуг» и «Уклад». В некоторых славянских языках и сегодня сталь называется «Оцел», например в чешском.

Сталь — важнейший конструкционный материал для машиностроения, транспорта, строительства и прочих отраслей народного хозяйства.

Стали с высокими упругими свойствами находят широкое применение в машино- и приборостроении. В машиностроении их используют для изготовления рессор, амортизаторов, силовых пружин различного назначения, в приборостроении — для многочисленных упругих элементов: мембран, пружин, пластин реле, сильфонов, растяжек, подвесок.

Пружины, рессоры машин и упругие элементы приборов характеризуются многообразием форм, размеров, различными условиями работы. Особенность их работы состоит в том, что при больших статических, циклических или ударных нагрузках в них не допускается остаточная деформация. В связи с этим все пружинные сплавы кроме механических свойств, характерных для всех конструкционных материалов (прочности, пластичности, вязкости, выносливости), должны обладать высоким сопротивлением малым пластическим деформациям. В условиях кратковременного статического нагружения сопротивление малым пластическим деформациям характеризуется пределом упругости, при длительном статическом или циклическом нагружении — релаксационной стойкостью.

Стали делятся на конструкционные и инструментальные. Разновидностью инструментальной является быстрорежущая сталь.

По химическому составу стали делятся на углеродистые [3] и легированные [4] ; в том числе по содержанию углерода — на низкоуглеродистые (до 0,25 % С), среднеуглеродистые (0,3—0,55 % С) и высокоуглеродистые (0,6—2 % С); легированные стали по содержанию легирующих элементов делятся на низколегированные — до 4 % легирующих элементов, среднелегированные — до 11 % легирующих элементов и высоколегированные — свыше 11 % легирующих элементов.

Стали, в зависимости от способа их получения, содержат разное количество неметаллических включений. Содержание примесей лежит в основе классификации сталей по качеству: обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особо высококачественные.

По структуре сталь различается на аустенитную, ферритную, мартенситную, бейнитную или перлитную. Если в структуре преобладают две и более фаз, то сталь разделяют на двухфазную и многофазную.

• Плотность: 7700—7900 кг/м³,
• Удельный вес: 75500—77500 Н/м³ (7700—7900 кгс/м³ в системе МКГСС),
• Удельная теплоемкость при 20 °C: 462 Дж/(кг·°C) (110 кал/(кг·°C)),
• Температура плавления: 1450—1520 °C,
• Удельная теплота плавления: 84 кДж/кг (20 ккал/кг, 23 Вт·ч/кг),
• Коэффициент теплопроводности при температуре 100 °C

Чугу́н — сплав железа с углеродом с содержанием более 2,14 % (точка эвтектического превращения на диаграмме состояний). Углерод в чугуне может содержаться в виде цементита и графита. В зависимости от формы графита и количества цементита, выделяют: белый, серый, ковкий и высокопрочные чугуны. Чугуны содержат постоянные примеси (Si, Mn, S, P), а в некоторых случаях также легирующие элементы (Cr, Ni, V, Al и др.). Как правило, чугун хрупок.

В белом чугуне весь углерод находится в виде цементита. Структура такого чугуна — перлит, ледебурит и цементит. Такое название этот чугун получил из-за светлого цвета излома.

Серый чугун это сплав железа, кремния (от 1,2- 3,5 %) и углерода, содержащий также постоянные примеси Mn, P, S. В структуре таких чугунов большая часть или весь углерод находится в виде графита пластинчатой формы. Излом такого чугуна из-за наличия графита имеет серый цвет.

Ковкий чугун получают длительным отжигом белого чугуна, в результате которого образуется графит хлопьевидной формы. Металлическая основа такого чугуна: феррит и реже перлит. Ковкий чугун получил свое название из-за повышенной пластичности и вязкости (хотя обработке давлением не подвергается). Ковкий чугун обладает повышенной прочностью при растяжении и высоким сопротивлением удару. Из ковкого чугуна изготовляют детали сложной формы: картеры заднего моста автомобилей, тормозные колодки, тройники, угольники и т. д.

Маркируется ковкий чугун двумя буквами и двумя числами, например КЧ 370-12. Буквы КЧ означают ковкий чугун, первое число—предел прочности (в МПа) на разрыв, второе число — относительное удлинение (в процентах), характеризующее пластичность чугуна.

Высокопрочный чугун имеет в своей структуре шаровидный графит, который образуется в процессе кристаллизации. Шаровидный графит ослабляет металлическую основу не так сильно как пластинчатый, и не является концентратором напряжений.

В половинчатом чугуне часть углерода (более 0,8 %) содержится в виде цементита. Структурные составляющие такого чугуна — перлит, ледебурит и пластинчатый графит.

Легированная сталь — сталь, которая кроме обычных примесей содержит элементы, специально вводимые в определённых количествах для обеспечения требуемых физических или механических свойств. Эти элементы называются легирующими.

Леги́рование (нем. legieren — «сплавлять», от лат. ligare — «связывать») — добавление в состав материалов примесей для изменения (улучшения) физических и химических свойств основного материала. Легирование является обобщающим понятием ряда технологических процедур, различают объёмное (металлургическое) и поверхностное (ионное, диффузное и др.) легирование.

Легирующие добавки повышают прочность, коррозийную стойкость стали, снижают опасность хрупкого разрушения. В качестве легирующих добавок применяют хром, никель, медь, азот (в химически связанном состоянии), ванадий и др.

Легированные стали маркируются цифрами и буквами, указывающими примерный состав стали. Буква показывает, какой легирующий элемент входит в состав стали.

Стоящие за буквой цифра обозначает среднее содержание элемента в процентах. Если элемента содержится менее 1 %, то цифры за буквой не ставятся. Первые две цифры указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, если цифра одна, то содержание углерода в десятых долях процента.

Дополнительные обозначения в начале марки:

1. содержание в шарикоподшипниковых сталях хрома в десятых долях процента(например ШХ4 — Cr 0,4 %)
2. в марке быстрорежущей стали, цифра после «Р» — содержание вольфрама в %, и во всех быстрорежущих сталях содержание хрома 4 %.

Буква А в сере­дине марки стали показывает содержание азота, а в конце — сталь высококачественная.

Справочник химика 21

Химия и химическая технология

Легированные чугуны коррозионная стойкость

Железа сплавы — металлич. сплавы на основе железа. До начала 19 в. к Ж. с. относили преимущ. сплавы Fe — С (с примесями Si, Мп, S, Р), получившие название сталей и чугунов. Все возрастающие требования техники к металлич. материалам, прежде всего в отношении их механич. свойств, жаропрочности, коррозионной стойкости в различных агрессивных средах, привели к созданию новых Ж. с., содержащих Сг, Ni, Si, Мо, W и др. В настоящее время к Ж. с. относят углеродистые стали, чугуны, легированные стали, содержащие, кроме С, другие элементы, и стали с особыми физико-химич. и механич. свойствами. Кроме того, в черной металлургии для введения в сталь легирующих элементов применяются особые Ж. с., получившие название ферросплавов. Значение Ж. с. для современной техники следует из того, что 95% всей металлич. продукции составляет сталь и чугун и только 5% — снлавы цветных металлов. [c.10]

Таким образом, исследование коррозионной стойкости чугунов с алюминием, как основной легирующей добавкой, а такжо дополнительно легированных другими элементами, прежде всего указывает на их промышленную перспективность, а также представляет определенный интерес в части выявления механизма формирования защитных свойств у этой категории сплавов. [c.18]

Известно, что плав едкого натра вызывает интенсивную коррозию различных конструкционных материалов. Так, св] 1й чугун, погруженный на 4 час. в расплав едкого натра, содержащий 5-10% воды, при t 355°С, корродировал со скоростью 2,8 см/год [2 . Добавка к чугунам различных легирующих присадок ведет к изменению внутренней структуры и повывает их коррозионную стойкость в расплаве каустика. При лабораторных испытаниях различных марок чугунов, содержащих от 1,5 до 30% А/с в [c.133]

Химические продукты в той или иной мере всегда вызывают коррозию материала аппарата, поэтому для изготовления их применяются различные металлы (железо, чугун, алюминий) и их сплавы. Наибольшее применение находят стали. Благодаря способности изменять свои свойства в зависимости от состава, возможности термической и механической обработки стали с низким содержанием углерода хорошо штампуются, но плохо обрабатываются резанием. Добавки других металлов — легирующих элементов — улучшают качество сталей и придают им особые свойства (например, хром улучшает механические свойства, износостойкость и коррозионную стойкость никель повышает прочность, пластичность кремний увеличивает жаростойкость). [c.243]

Небольшие колебания состава чугунов и даже введение небольших легирующих добавок обычно слабо влияют на коррозионную стойкость металла. Однако Грэм и др. [c.54]

Кроме того, никель является и важной легирующей добавкой в нержавеющих сталях и чугунах, способствуя дополнительному повышению коррозионной стойкости этих материалов и улучшению их механических [c.134]

Чугуны, легированные хромом, так называемые хромистые чугуны, обладают сравнительно удовлетворительными литейными свойствами и хорошей коррозионной стойкостью, главным образом в окислительных средах. Коррозионная стойкость хромистых чугунов проявляется в соответствии с правилом порогов устойчивости только тогда, когда содержание легирующего элемента в твердом растворе (не считая хрома, расходуемого на образование карбидов) составляет не менее 11,7% весовых. Для сильно агрессивных сред содержание хрома в твердом растворе следует повысить до 17%. [c.211]

При введении в систему Ре—С небольших добавок других металлов (легирование) общий вид диаграммы состояния сохраняется. Однако эти добавки способствуют стабилизации одних структурных составляющих и разрушению других. Так, легирование ванадием, хромом, вольфрамом стабилизирует структуру аустенита, что придает стали повышенную твердость и износоустойчиЕость. В то же время случайные включения цементита при этом подвергаются распаду за счет образования более прочных карбидов указанных легирующих металлов. Легирование белых чугунов переходными металлами с сильно дефектной -оболочкой (Т], V, Сг) приводит к разрушению цементита и образованию прослоек чешуйчатого графита между кристаллами сплава. Следствием этого является повышение ударной прочности. Добавки хрома и никеля, расширяющие область аустенита и стабилизирующие ее структуру, обеспечивают повышенную коррозионную стойкость сталей (нержавеющие стали), поскольку в гомогенных системах процессы коррозионного разрушения протекают медленнее. [c.415]

Стали и чугуны — наиболее широко используемые сплавы на железной основе. Содержание углерода в сталях не превышает 1,7 % в чугунах оно может доходить до 4 %. Таким образом, эти материалы в наибольшей степени подвержены коррозии под напряжением. Нелегированные железоуглеродистые сплавы используются в основном для изготовления строительных конструкций, а также различных аппаратов и емкостей. Для большей коррозионной стойкости эти сплавы легируют хромоМ молибденом, кремнием, никелем, алюминием и другиьш элементами. [c.38]

В металлургии Ф. применяют как раскислитель при получении нек-рых сплавов, напр, хромаля, как легирующую добавку ( сфористый чугун содержит до 0,8% Р, нек-рые стали до 0,3% Р, фосфористая бронза до 1,2% Р), как компонент припоев и антифрикционных сплавов, магнитомягких сплавов, дпя фосфатирования пов-сги стальных изделий с целью увеличения их коррозионной стойкости, для получения ферромагн. пленок в элементах памяти вычислит, машин. Ф. высокой чистоты используют для получения полупроводниковых фосфидов, в осн. типа А В . [c.147]

НОИ структурами, получаемыми изотермической зака.гкой,— наиболее высокой усталостной прочностью (табл. 2). Св-ва чугунов в значительной мере определяются хим. составом, технологией получения, условиями охлаждения, наличием легирующих элементов и др. По циклической вязкости чугун с шаровидным графитом занимает промежуточное положение между серым чугуном и сталью. В. ч. в зависимости от структуры относятся к износостойким чугунам или коррозионностойким чугунам. Сопротивление коррозионному разрушению В. ч. выше, чем сопротивление серого чугуна с пластинчатым графитом. Нелегированные перлитные чугуны характеризуются меньшей коррозионной стойкостью, чем ферритные. Увеличение содержания кремния (особенно нри одновременном легирова- [c.228]

Мартенсит) и аустенитной основами, содержащие 1—15% V. Высокохромистые, молибденовые и ванадиевые чугуны, у к-рых содержание легирующих элементов превышает 20%, отличаются, кроме высокой абразивной износостойкости и износостойкости при сухом трении, высокой коррозионной стойкостью, а некоторые (особенно с добавками алюминия и титана) и жаростойкостью. Поэтому белые легировапные чугуны применяют для изготовления изделий, эксплуатируемых при одновременном воздействии абразивных коррозионных сред и высоких (до 700° С) т-р. В условиях сухого трения высокой износостор -костью обладают высокопрочные чугуны, в условиях трения скольжения со смазко и при граничном трении — антифрикционные чугуна. Высокопрочными чугунами, легированными медью (до 5%) и фосфором (1%), заменяют дорогостоящие бронзы, используемые в условиях граничного трения. В условиях абразивного трения применяют белые нелегированные и легированные чугуны, полученные в литом и термообработанном состоянии. Структура белых литых чугунов состоит из перлита, иногда из перлита с небольшим количеством феррита и карбидов, структура термообработанных белых чугунов — из мартенсита, аустенита и карбидов. Для восстановления изношенных стальных изделий, эксплуатируемых в условиях абразивного трения, на их поверхность наплавляют спец. легированные чугуны. Поршневые кольца двигателей внутреннего сгорания и поршневых компрессоров различного класса изготовляют в осн. из серых чугунов с повышенным содержанием фосфора, обусловливающим равномерное распределение в структуре твердой двойной и тройной фосфидной эвтектики. Для повышения износостойкости поршневых колец чугун легируют хромом, никелем, молибденом, медью, титаном и ванадием (по 0,02—0,3%), а также ниобием и танталом (до 1%). Добавки в серый чугун хрома (21—40%), сурьмы (0,01—0,3%) и [c.481]

Поскольку стойкость в кислотах может быть достигнута легированием металлами, способность которых к образованию основных окислов выражена слабо, то должно оказаться полезным использование в качестве легирующих компонентов неметаллических элементов. Применение в этом отношении нашел главным образом кремний. Выше указывалось (стр. 292), что повышение стойкости чугуна в кислотах при длительных испытаниях обусловлено постепенным образованием на его поверхности пленки кремнезема, почти нерастворимой в кислотах. При введении в сплав больших количеств кремния он становится стойким уже с самого начала соприкосновения с кислотой. Д51Я обеспечения стойкости в серной кислоте в чугун необходимо ввести примерно 14% кремния, а в случае соляной кислоты — около 17%. К сожалению, механические свойства высококремнистых чугунов настолько же плохи, насколько коррозионная стойкость хороша. Их хрупкость сильно возрастает, если содержание кремния увеличивается с 14 до 17%. Эти сплавы могут отливаться, но не прокатываться отливки же очень хрупки. Однако с приобретением опыта по конструированию изделий и в области технологии получения отливок из кремнистого чугуна научились бороться с такими порами и раковинами в литье, которые могут отразиться на эксплуатационных свойствах и сроке службы изделия. В настоящее время насосы для перекачивания кислот, запорные приспособления и другие изделия из кремнистого чугуна нашли широкое применение. Риск поломки таких изделий до некоторой степени снижается, если их подвергнуть отжигу с целью снятия Внутренних напряжений. Чугун с 14—16% кремния прочно обосновался на сернокислотных заводах. Чтобы повысить коррозионную стойкость чугуна и сделать его пригодным для аппаратуры, соприкасающейся с горячей соляной кислотой, нередко, вместо повышения содержания кремния, в чугун вводят 3—4% молибдена. Таким образом избегают крайней хрупкости, которой обладает чугун с 17% кремния. [c.319]

Смотреть страницы где упоминается термин Легированные чугуны коррозионная стойкость: [c.649] [c.686] [c.710] [c.815] [c.249] [c.741] Коррозионная стойкость материалов (1975) — [ c.0 ]

Коррозионная стойкость материалов Издание 2 (1975) — [ c.0 ]

Коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах химических производств Издание 2 (1975) — [ c.0 ]

Влияние химических элементов на свойства стали.

Каталог

Наша группа

Влияние хим. элементов на свойства стали.

Условные обозначения химических элементов:

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.

Пластиковые и металлические трубопроводы: коррозионная стойкость. Сталь, чугун

Устойчивость к коррозии — одна из ключевых характеристик любых изделий и систем, и особенно трубопроводных, ведь от этого зависит срок службы труб, фитингов и трубопроводной арматуры, а также их износостойкость, способность сохранять свои свойства в течение срока эксплуатации. И по коррозионной стойкости пластики значительно превосходят металлы, причём не только обычную сталь и чугун, но и нержавейку и даже медь. Давайте подробнее рассмотрим каждый материал на предмет коррозионной стойкости.

Сталь. Стальные трубопроводы по этому показателю, пожалуй, самые худшие, поскольку подвержены сразу нескольким видам коррозии, и одними из самых опасных являются атмосферная (если трубопровод проложен на открытом воздухе) и подземная или почвенная (если он уложен в грунт). Также обычная сталь страдает и от биокоррозии, поскольку в стальных трубопроводах могут развиваться микроорганизмы, хотя и не в таких количествах, как, например, в чугунных. Кроме того, стальные трубопроводы страдают и от щелевой коррозии, то есть одними из самых уязвимых мест являются стыки труб. А ещё сталь может разрушаться под действием газовой, химической (возникающей при транспортировке нефти и некоторых газообразных сред) и электрохимической коррозии (возникающей при транспортировке электролитов — кислот, солей, оснований, морской воды). В зависимости от характера и агрессивности среды срок службы стальных трубопроводов может быть различным, однако даже в благоприятных условиях он обычно не превышает 7-10 лет, по прошествии которых система требует замены.

Нержавеющая сталь. Для повышения коррозионной стойкости химический состав обычных сталей меняется путём добавления в сплав новых металлов. Нержавеющими называют стали, устойчивые к электрохимической коррозии, то есть они значительно лучше выдерживают такие среды, как щелочи и кислоты, соли и морскую воду с высоким содержанием солей. И в теории системы из нержавейки должны служить намного дольше трубопроводов из обычных марок стали. Однако на практике этого не происходит и их срок службы редко превышает 10-12 лет. В чём же дело? А дело в том, что электрохимическая коррозия — далеко не единственная разновидность коррозионных процессов, действующих на металлический трубопровод. Так, даже нержавеющая сталь не является защитой трубопровода от биокоррозии, почвенной или, например, щелевой коррозии, разрушая даже системы с повышенным содержанием хрома и никеля в материале. Также трубопроводы из нержавейки страдают и от межкристаллитной коррозии. С последней бороться можно, но способ борьбы будет дорогим, поскольку потребует включения в сплав таких элементов, как титан и ниобий, которые будут вступать в реакцию с раздражителем, не затрагивая хром. Впрочем, подробнее об этом мы поговорим в специальном цикле, посвящённым коррозионным процессам в стальных и других металлических трубах, а пока о чугуне.