что дает кремний в стали

Влияние содержания кремния в стали на качество покрытий, полученных методом горячего цинкования

Автор: Кравец А. Г., Булавин А. В.
Источник: Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов: сборник докладов X Международной конференции аспирантов и студентов. — Ростов-на-Дону: Издательство Южного федерального университета, 2016. — С. 374–376.

Аннотация

Кравец А. Г., Булавин А. В. Влияние содержания кремния в стали на качество покрытий, полученных методом горячего цинкования. В работе рассмотрена характеристика защитных покрытий, полученных методом горячего цинкования, для различных типов сталей. Предположено, что нарушение качества покрытий может быть связано с различным содержанием в стали кремния.

Общая постановка проблемы

Коррозия — процесс химического или электрохимического разрушения металлов под действием окружающей среды. Установлено, что от коррозии ежегодно теряется безвозвратно около 10 % производимых металлов, т. е. годовая продукция крупного металлургического завода.

Широкомасштабными исследованиями показано, что достаточно высокой стойкостью против коррозии и истирания обладают цинковые покрытия. Слой цинка предохраняет железо от разрушения, вследствие образования на его поверхности защитной оксидной плёнки, которая защищает металл от дальнейшей коррозии.

Основная часть

Наиболее распространенным методом нанесения защитного покрытия является горячее цинкование, которое осуществляется путём окунания изделия в ванну с расплавленным цинком при температуре около 450 o C. При этом происходит постепенная диффузия жидкого цинка в поверхность металлоконструкций. Диффузионное цинковое покрытие, полученное в расплаве цинка, состоит из нескольких железоцинковых фаз, расположенных непосредственно на основном металле, и слое цинка.

Как видно из рисунка 1 микроструктура цинкового покрытия состоит из четырех разных по твердости слоев. Железоцинковые слои Гамма, Дельта и Зета прочнее, чем исходная сталь изделия, что дает цинковому покрытию хорошую способность противостоять механическим повреждениям [1].

Рисунок 1 — Микроструктура цинкового покрытия

Начиная от поверхности стали, первым расположен Гамма-слой толщиной около 1 мкм, состоящий из сплава стали и цинка, в котором последнего элемента около 25 %. Следующим расположен Дельта-слой, содержащий порядка 10 % железа, на котором располагается Дзета-слой. В Дзета-слое присутствует 7 % железа и можно видеть отдельные кристаллы, ориентированные по высоте. Слой, лежащий снаружи от него и называемый Эта-слой, можно рассматривать как почти чистый цинк, поскольку при температуре окружающей среды максимальное содержание железа в нем составляет 0,008 %.

Для повышения конструкционной прочности обычной стали вводят легирующие элементы. Растворяясь в феррите, они способны упрочнить его. Твердость феррита наиболее сильно повышают кремний, марганец и никель [2].

Кремний — необходимый в производстве стали элемент. Он удаляет из металла кислород, а также несколько повышает его прочность и коррозионную стойкость. Кроме того, кремний, наряду с марганцем и алюминием является основным раскислителем стали. Его добавление способствует удалению из расплавленных металлов растворённого в них кислорода, который является вредной примесью, ухудшающей механические свойства металла. Кремний значительно повышает предел текучести и прочность стали, однако при его содержании более 1 % возможно снижение вязкости, пластичности и повышение порога хладноломкости. Кремний структурно не обнаруживается, так как полностью растворим в феррите, кроме той части, которая в виде окиси кремния не успела всплыть в шлак и осталась в металле в виде силикатных включений [3].

В условиях ЧАО Донецкий завод высоковольтных опор для нанесения защитных покрытий методом горячего цинкования используют основную конструкционную марку стали 09Г2С, с содержанием 0,09 % углерода, до 2 % марганца, и менее 1 % кремния.

На рисунке 2 представлено качественное покрытие стали марки 09Г2С.

Рисунок 2 — Оцинкованные стальные металлоконструкции марки 09Г2С

В связи с нарушением экономических связей в настоящее время происходит вынужденная замена данной марки стали на евростали марок S355 и С345. Сталь S355 является низколегированной, с содержанием не более 0,2 % углерода, 1,6 % марганца и до 0,55 % кремния. Массовая доля элементов низколегированной стали С345 составляет менее 0,15 % углерода, 1,3–1,7 % марганца и до 0,8 % кремния.

В некоторых случаях, при работе с указанными марками сталей в одинаковых условиях цинкования, на заводе наблюдалось нарушение качества покрытий — они становились рыхлыми, уменьшался блеск, отмечалось отслаивание покрытия.

Покрытие евростали с дефектом представлено на рисунке 3.

Рисунок 3 — Оцинкованные стальные металлоконструкции марки S355

В литературе подобные дефекты в стальных конструкциях с высоким содержанием кремния объяснялись образованием рыхлого слоя железоцинкового сплава вместо плотного. При этом скорость реакции в стали может быть настолько большой, что слой чистого цинка полностью трансформируется в сплав железо–цинк, который может распространиться до поверхности покрытия. В результате такое покрытие обладает чрезмерно низкой адгезией и при любых даже самых минимальных деформациях изделия происходит его отслаивание и разрушение [1].

Согласно техническим условиям, содержание кремния в сталях исследуемых образцов находится приблизительно на одном уровне. Однако опыт эксплуатации марок евростали S355 и С345 на ЧАО Донецкий завод высоковольтных опор показал, что количество кремния может превышать значения, указанные в сертификате.

Выводы

По нашему мнению, при входном контроле во избежание нарушения адгезионной прочности покрытий необходимо осуществлять анализ содержания кремния в образцах поступающих конструкционных материалов. Для этого нами предполагается разработка методики и определение содержания кремния в низколегированных кремний-марганцевых сталях.

Список использованной литературы

Источник

Влияние химических элементов на свойства стали.

Каталог

Наш Instagram

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.

Источник

Влияние химического состава на механические свойства стали

Каждый химический элемент, входящий в состав стали, по-своему влияет на ее механические свойства – улучшает или ухудшает.

Углерод (С), являющийся обязательным элементом и находящимся в стали обычно в виде химического соединения Fe₃C (карбид железа), с увеличением его содержания до 1,2% повышает твердость, прочность и упругость стали и уменьшает вязкость и способность к свариваемости. При этом также ухудшаются обрабатываемость и свариваемость.

Кремний (Si) считается полезной примесью, и вводится в качестве активного раскислителя. Как правило, он содержится в стали в небольшом количестве (в пределах до 0,4%) и заметного влияния на ее свойства не оказывает. Но при содержании кремния более 2% сталь становится хрупкой и при ковке разрушается.

Марганец (Mn) содержится в обыкновенной углеродистой стали в небольшом количестве (0,3-0,8%) и серьезного влияния на ее свойства не оказывает. Марганец уменьшает вредное влияние кислорода и серы, повышает твердость и прочность стали, ее режущие свойства, увеличивает прокаливаемость, но снижает стойкость к ударным нагрузкам.

Сера (S) и фосфор (Р) являются вредными примесями. Их содержание даже в незначительных количествах оказывает вредное влияние на механические свойства стали. Содержание в стали более 0,045% серы делает сталь красноломкой, т.е. такой, которая при ковке в нагретом состоянии дает трещины. От красноломкости сталь предохраняет марганец, который связывает серу в сульфиды (MnS). Содержание в стали более 0,045% фосфора, делает сталь хладноломкой, т.е. легко ломающейся в холодном состоянии. Обрабатываемость стали фосфор несколько улучшает, так как способствует отделению стружки.

Ниобий (Nb) улучшает кислостойкость стали и способствует уменьшению коррозии в сварных конструкциях.

Титан (Тi) повышает прочность, плотность и пластичность стали, улучшает обрабатываемость и сопротивление коррозии. Повышает прокаливаемость стали при малых содержаниях и понижает при больших.

Молибден (Mo) повышает прочностные характеристики стали, увеличивает твердость, красностойкость, антикоррозионные свойства. Делает ее теплоустойчивой, увеличивает несущую способность конструкций при ударных нагрузках и высоких температурах. Затрудняет сварку, так как активно окисляется и выгорает.

Никель (Ni) увеличивает вязкость, прочность и упругость, но несколько снижает теплопроводность стали. Никелевые стали хорошо куются. Значительное содержание никеля делает сталь немагнитной, коррозионностойкой и жаропрочной.

Вольфрам (W) образуя в стали твердые химические соединения – карбиды, резко увеличивает твердость и красностойкость. Увеличивает работоспособность стали при высоких температурах, ее прокаливаемость, повышает сопротивление стали к коррозии и истиранию, уменьшает свариваемость.

Ванадий (V) обеспечивает мелкозернистость стали, повышает твердость и прочность. Увеличивает плотность стали, так как является хорошим раскислителем. Снижает чувствительность стали к перегреву и улучшает свариваемость.

Кобальт (Co) повышает жаропрочность, магнитные свойства, увеличивает сопротивление удару.

Алюминий (Аl) является активным раскислителем. Делает сталь мелкозернистой, однородной по химическому составу, предотвращает старение, улучшает штампуемость, повышает твердость и прочность, увеличивает сопротивление окислению при высоких температурах.

Медь (Cu) влияет на повышение коррозионной стойкости, предела текучести и прокаливаемости. На свариваемость не влияет.

Для всестороннего понимания и анализа процессов, происходящих при легировании и деформировании сталей, важную роль играет знание зависимостей между химическим составом и механическими свойствами.

Целью настоящих исследований является изучение комплексного влияния химического состава на предел текучести σ_Т арматурной стали класса А500С.

В течение сентября и октября текущего года в Лаборатории испытаний строительных материалов и конструкций ГБУ «ЦЭИИС» проводились испытания образцов арматурных стержней диаметром от Ø16 до Ø36. Были выполнены более 30 параллельных испытаний. При этом для одной и той же пробы данного типоразмера арматурных стержней определяли фактическую массовую долю химических элементов с помощью оптико-эмиссионного спектрометра PMI-MASTER SORT (рис.1) и механические свойства стали при помощи испытательной машины ИР-1000М-авто (рис.2).

Для обеспечения достоверности статистических выводов и содержательной интерпретации результатов исследований сначала определили необходимый объем выборки, т.е. минимальное количество параллельных испытаний. Так как в данном случае испытания проводятся для оценки математического ожидания, то при нормальном распределении исследуемой величины минимально необходимый объем испытаний можно найти из соотношения:

где υ – выборочный коэффициент вариации,

t_α,k – коэффициент Стьюдента,

k = n-1 – число степеней свободы,

Как правило, генеральный коэффициент вариации γ неизвестен, и его заменяют выборочным коэффициентом вариации υ, для определения которого нами была проведена серия из десяти предварительных испытаний.

По результатам проведенных испытаний и выполненных расчетов при доверительной вероятности Р=0,95 получен необходимый объем выборки, равной n=26. Фактическое количество испытаний, как было сказано выше, составило 36.

Массив данных, полученных по результатам проведенных параллельных испытаний, был обработан с помощью многофакторного корреляционного анализа.

Уравнение множественной регрессии может быть представлено в виде:

где X=(X₁, X₂,…, X_m) – вектор независимых (исходных) переменных; β – вектор параметров (подлежащих определению); ε – случайная ошибка (отклонение); Y – зависимая (расчетная) переменная.

Разработка множественной корреляционной модели всегда сопряжена с отбором существенных факторов, оказывающих наибольшее влияние на признак-результат. В нашем случае из дальнейшего рассмотрения были исключены три элемента (Аl, Тi, W) по причине их низкой массовой доли (

Если вы нашли ошибку: выделите текст и нажмите Ctrl+Enter

Источник

Влияние кремния на свойства стали

Влияние кремния на свойства стали

Это свойство кремния используется при легировании мягкой стали. Кремний снижает концентрацию углерода в перлите и снижает предел растворимости углерода в аустените. То есть на железоуглеродной диаграмме точки 5 и Е смещены влево. Рисунок ３６ представляет собой структурный вид Кремниевой стали, из этого рисунка видно, что чем выше содержание кремния в стали, тем меньше углерода

требуется для производства сверхэвтектоидной стали или дебритной стали. Людмила Фирмаль

На рисунке 37 показано влияние кремния на диаграмму состояния системы Fe-C. Чем выше содержание кремния при воздействии кремния на свойства стали, тем выше 105 В сплавах температура превращения перлита выше, а концентрация углерода в перлите ниже.

Например, в случае 2% Si точка превращения перлита повышается до 780°, а концентрация углерода в перлите не превышает 0,6%. При 4% Si точка превращения перлита повышается до 860°, концентрация углерода перлита составляет менее 0,5%, etc. So, с увеличением содержания кремния, область FeT постепенно сужается, и при 8% Si исчезает. 1600. Я ^ 1200 Ко мне. 800. м Дж г с > Как О Рис.37.

Согласно микроструктуре, Кремниевая сталь класса перлита, которая обычно отожжена (не графитизирована), совсем не отличается от простой углеродистой стали. То есть кремний не производит новых структурных компонентов или фаз стали. В отожженном один-сплав кремния стали, не содержит легирующих элементов, перлит будет иметь слегка шероховатую структуру под воздействием кремния. Увеличьте температуру преобразования перлита, приводя к плита цементита большая. На рисунке 38 показано влияние кремния на критическую точку стали.

Под воздействием кремния точки Ax и Ab значительно увеличиваются. Людмила Фирмаль

Образовательный сайт для студентов и школьников

Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.lfirmal.com» в качестве источника.

© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института

Источник

Влияние легирующих элементов на свойства стали

Таким образом, следует считать, что кремний в количестве примерно до 1,5% оказывает скорее положительное влияние на свойства улучшенной стали; кремнистые стали, содержащие до 1,5% Si, при обработке на одинаковую твердость с нелегированными обладают несколько более высоким запасом вязкости, а при равной температуре отпуска превосходят нелегированную сталь по показателям прочности, уступая ей, однако, в отношении вязкости. Вместе с тем введение в улучшаемую сталь значительного количества кремния (более 2% Si) сопровождается ухудшением ее вязкости и температурного запаса вязкости.

Марганец. На рис. 191 показано влияние марганца на предел прочности и относительное удлинение улучшенной стали с различным содержанием в ней углерода. Из рисунка видно, что с увеличением содержания в стали марганца предел прочности несколько возрастает, а относительное удлинение, наоборот, снижается. Характерно, что чем ниже содержание в стали углерода, тем заметнее действие марганца.

Влияние марганца на общий комплекс механических свойств улучшенной стали с одинаковым содержанием углерода показано по данным автора в табл. 68. Увеличение содержания марганца с 0,45 до 1,35% сравнительно слабо отражается на механических свойствах стали, содержащей 0,25—0,28% С; при более высоком содержании марганца (до 2,79%) наблюдается существенное повышение показателей прочности при одновременном значительном снижении пластичности и ударной вязкости.

Отрицательный эффект влияния повышенных количеств марганца на вязкость термически улучшенной стали с 0,35—0,40 % С был установлен также В. Д. Садовским и Н. П. Чупраковой, которые сделали вывод, что «только при содержании марганца, не превышающем 1,5%, можно рассчитывать на хорошую ударную вязкость».

Существуют, однако, указания о том, что при низком содержании в стали углерода присутствие значительных количеств марганца (до 3—5%) не вызывает ухудшения вязкости термически улучшенной стали.

На рис. 193 показано влияние марганца на механические свойства стали с различным содержанием углерода после закалки с 900° и высокого отпуска при одинаковой температуре. В случае содержания углерода в пределах 0,09—0,14%, даже при 4% Мп, ударная вязкость неизменно сохраняется на весьма высоком уровне, в то время как предел прочности и предел текучести возрастают.

Аналогичного мнения придерживаются и некоторые другие авторы.

Таким образом, в термически улучшаемых сталях отрицательное влияние больших количеств марганца обнаруживается только в присутствии значительного количества углерода, при

чем чем ниже содержание углерода, тем выше может быть допущено содержание в стали марганца. По крайней мере, при содержании до 1,8—2,0% Мп еще нельзя констатировать вредного его действия на среднеуглеродистую конструкционную сталь

(0,2—0,4% С). Это подтверждается также широким опытом использования марганцовистых сталей в промышленности.

Хром. Влияние хрома на механические свойства стали после закалки и высокого отпуска показано в табл. 69. Из данных таблицы видно, что в стали, отпущенной при 600°, увеличение содержания хрома сопровождается повышением прочности и некоторой потерей вязкости при сохранении пластичности примерно на одном уровне. Влияние хрома несколько ослабевает в случае отпуска стали при 650°. Это объясняется тем, что хром замедляет выделение и коагуляцию карбидов при отпуске, несколько повышает температуру рекристаллизации а-фазы и потому заметно задерживает разупрочнение стали при 600°. Однако эффект его действия резко ослабляется при 650°, поскольку температурный район отпуска в этом случае оказывается сильно смещенным от тех зон, в которых развивается карбидообразование (500—550°), а также рекристаллизация (550—600°) ос-фазы в хромистых сталях при отпуске.

Ввиду того, что с повышением содержания хрома при одинаковой температуре отпуска показатели прочности возрастают, истинное влияние хрома на ударную вязкость оказывается «замаскированным». Более надежные представления о действии хрома на ударную вязкость могут быть получены путем сравнения свойств при условии одинаковой прочности или твердости стали.

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

27 Ноября 2021 17:02
Тестовый полет пилотируемого квадрокоптера

25 Ноября 2021 17:19
Имплозия цистерны

Источник

• ← что дает крем после загара
• что дает крепкий черный чай →