что дает ванадий в стали

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 ванадия на структуру и свойства стали

Влияние ванадия на структуру и свойства стали

На рисунке 97 показано влияние ванадия на концентрацию углерода в перлите и температуру превращения перлита. При 0.8% V перлит будет содержать −1%C, а критическая точка A \поднимется до 740°. При 1,5% V концентрация углерода в перлите возрастает до 1,1%, что соответствует точке А <750° и т. д. То есть, чем выше содержание ванадия в стали, тем больше углерода потребуется.

Чем больше его получается в структуре 100% перлита и более, тем выше температура превращения перлита. Людмила Фирмаль

Значительное увеличение содержания углерода в перлите под влиянием ванадия объясняется тем, что, во-первых, высоким содержанием углерода в карбиде ванадия, а во-вторых, карбид ванадия не участвует в эвтектоидной структуре. Таким образом, с увеличением содержания ванадия в Стали количество перлита уменьшается, а общее»кажущееся» содержание углерода увеличивает влияние ванадия на структуру и свойства стали 207.

На рисунке 98 представлена структурная схема ванадиевой стали, показывающая, что чем выше содержание ванадия в стали, тем больше углерода требуется для получения перлита structure. In низкое содержание углерода и высокое содержание ванадия (верхний левый угол рисунка), весь углерод связан с карбидом ванадия, который не образует феррит и эвтектоид mixtures. As в результате структура стали представляет собой частицы феррита с вкраплениями карбида ванадия в состоянии полного отсутствия перлита. Рисунок 97.

Ванадий как очень сильный карбидообразующий элемент переходит в твердый раствор, содержащий железо, только тогда, когда в стали недостаточно углерода для образования сильного карбида ванадия. Кроме того, поскольку ванадий содержит примерно в 4 раза больше углерода, чем ванадий в карбиде, ванадий должен быть частично растворен в твердом состоянии, чтобы содержать в 4-5 раз больше углерода, чем железо. Но в силу определенных особенностей легирования перламутровой стали ванадий вводится в количестве не более 0,3%, поэтому в большинстве случаев он прекрасно сочетается с нерастворимыми карбидами. Я Р Я Пятнадцать Ага. * В 700. / Дао Падает температура.’Ц Людмила Фирмаль

In закаленные стали, под влиянием ванадия, мартенсит более мелкий в форме иглы и менее хрупкий, чем свободные от ванадия стали. Ванадиевая сталь может нагреваться до гораздо более высоких температур, чем простой углерод, не опасаясь перегрева, поскольку она действует как барьер для связывания мелких частиц с крупными частицами, то есть для замедления роста частиц. Например, сталь с C 1,0% и V 0,15% можно закалить и мелкозернисто на 860-880°.С этой точки зрения особенно полезно вводить ванадий в Марки стали, которые склонны к росту зерна и перегреву.

Ванадиевая сталь после отжига и нормализации при одинаковом содержании углерода имеет несколько меньшую твердость, чем у обычной углеродистой стали, поскольку карбид ванадия при одинаковом содержании углерода дает меньше карбидов, чем цементит. Ванадий осаждается в виде равноосных зерен, а не пластин, что уменьшает границу раздела фаз с искаженной (отвержденной) атомно-кристаллической решеткой. Критическая скорость упрочнения и глубина упрочнения ванадиевой стали сильно зависят от температуры нагрева перед упрочнением.

При закалке до температуры на 30-40°выше точки L1_3 карбид ванадия не растворяется и ванадиевая сталь обжигается на меньшую глубину, чем углеродистая сталь. При высокой температуре нагрева карбид ванадия частично переходит в твердый раствор, что снижает скорость критической закалки, а упрочняющие свойства ванадиевой стали выше, чем у углеродистой стали(рис.99). Влияние ванадия на твердость закаленной стали также сильно зависит от температуры твердения. х Чем выше температура нагрева перед закалкой стали, тем больше растворяется карбид ванадия, а твердый раствор упрочняется углеродом, что повышает твердость закаленной стали steel. At нормальная температура закалки, карбид ванадия не растворяется.

Рисунок 99. 1,0%влияния ванадия на структуру и характеристики закаленной стали из стали с эффектом ванадия 209, который зависит от температуры закалки стали Тенсит обеднен углеродом, а твердость закаленной ванадиевой стали несколько ниже, чем у обычной углеродистой стали. Под воздействием менее 0,3% ванадия температура мартенситного превращения практически не изменяется, а количество удерживаемого аустенита незначительно reduced.

It имеет большое практическое значение при отверждении высокоуглеродистой стали. При отпуске закаленной стали ванадий повышает стабильность мартенсита и предотвращает затвердевание карбидов, образующихся при разложении мартенсита. Таким образом, ванадиевая сталь обладает повышенной стойкостью к отпуску по сравнению с углеродистой steel. In кроме того, чем выше температура закалки стали, то есть чем больше она проходит через твердый раствор карбида ванадия, тем выше температура отпуска и твердость ванадиевой стали сохраняется.

При закалке от средней температуры (на 20-30°выше критической точки-Ai_3) карбид ванадия не превращается в аустенит, поэтому твердость ванадиевой стали после отпуска почти такая же, как и у углеродистой стали. Низкоуглеродистые ванадиевые стали обладают отличной свариваемостью, поскольку ванадий прочно связывает углерод и газ с сильными соединениями (карбидами, нитридами и др.).), подавляет рост зерна, снижает аустенитную стабильность, предотвращает зонное затвердевание и растрескивание.

Скорость цементации стали при цементации и глубина цементируемого слоя ванадия до 0,3% практически не затрагиваются, но сердцевина цементируемого изделия из ванадиевой стали не сильно перегревается и в цементируемом слое, как правило, отсутствует цементирующая сетка. После затвердевания цементных изделий поверхность цементной корки из ванадиевой стали становится менее хрупкой и более износостойкой. Ванадий вводят в количестве 0,2-0,3% или менее в перлитные марки сталей для получения микроструктур и улучшения механических свойств. properties.

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

Сталь легированная ванадием

Ванадий, являясь сильным карбидообразующим элементом, образует с углеродом стали карбид ванадия, с азотом — карбонитрид ванадия или его нитрид. Все три фазы имеют однотипную гранецентрированную кубическую решетку типа NaCl. Образование дисперсных карбидов (нитридов) ванадия вызывает дисперсионное твердение (упрочнение) сталей.

Дисперсионное твердение ванадиевой стали, происходит в горячекатаном и нормализованном состоянии или после закалки и высокого отпуска. Введение ванадия (0,05—0,1 %) в конструкционные стали повышает их прочность на 10—20%, не уменьшая заметно пластичность и ударную вязкость.

Улучшение при добавок ванадия

Добавка ванадия (около 0,04%) в кипящую сталь для глубокой вытяжки уменьшает склонность к деформационному старению. В инструментальных сталях марок 7ХФ, 8ХФ, 9ХФ и др. содержание ванадия составляет 0,20%. Он уменьшает их склонность к перегреву и позволяет вследствие изменения т-ры нагрева под закалку регулировать толщину закаленного слоя.

Все быстрорежущие стали марок Р18, Р9, P6M3 и др. легируют ванадием (1—5%). С повышением содержания ванадия увеличивается количество его нерастворенных карбидов, что приводит к возможному уменьшению содержания карбидов вольфрама, т. е. уменьшению содержания дефицитного вольфрама в стали.

Применение сталей легированных ванадием

Вследствие этого широкое применение находят быстрорежущие стали повышенной производительности с уменьшенным содержанием вольфрама и повышенным содержанием ванадия (напр., стали марок Р9М4К8, Р12Ф4К5 и Р9, содержащие 9— 12% W и 2—4% V).

Ванадий содержат штамповые стала марок Х12Ф1, ХСВФ, 4Х5В4ФСМ, котельные теплостойкие стали марок 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 1Х11В2МФ, жаропрочные стали и жаропрочные сплавы, титана сплавы и др. Из В. с. изготовляют кузова автомобилей, изделия глубокой вытяжки, газопроводные трубы, пружины и рессоры, крановые колеса.

Применение ванадия сталь позволило уменьшить массу металлических строительных конструкций на 10—15%, повысить надежность и долговечность различных деталей и механизмов. Марки, хим. состав и мех. свойства В. с.

Лит.: Голиков И. Н., Гольдштейн М. И., М у р з и н И. И. Ванадий в стали. М., 1968; Гольдштейн М. И.

Статья на тему Сталь легированная ванадием

Похожие страницы:

Понравилась статья поделись ей

Источник

Ванадий как легирующий элемент различных сталей и сплавов

На сегодняшний день ванадий является одним из самых востребованных легирующих элементов в сталеплавительном производстве. В чем секрет такого спроса на него? Дело в том, что даже незначительное содержание ванадия в сплавах влияет на их качество положительным образом. Они становятся более прочными и устойчивыми. Соответственно, производитель может увеличить срок службы своей продукции. При добавлении данного легирующего элемента к ферросплавам увеличивается предел их текучести. Повышается также соотношение показателей предел текучести – предел прочности.

Уникальные свойства ванадия

Таким образом, система в данном случае выглядит так: Fe—V—С.

Образованные ванадием карбиды, а также сложные ванадийсодержащие карбиды формируются из твердого раствора в мелкодисперсном виде. Данные вещества весьма сложно растворить в аустените (твердый раствор углерода в железе) или феррите (оксидные соединения железа с другими металлами). При их добавлении происходит значительное структурное измельчение стали и чугуна. Другое характерное для данного процесса явление – замедление интенсивности роста зерна в момент нагрева. Небольшое количество ванадия, не содержащееся в карбидах, формирует твердый раствор в феррите. Благодаря этому свойству рассматриваемого вещества значительно увеличивается растворимость в нем кислорода. Такой фактор, в свою очередь, положительно влияет на процесс очищения феррита от соединений оксидного типа, негативно сказывающихся на показателях его прочности.

При измельчении зерен аустенита и замедлении темпов их роста во время нагрева, карбиды ванадия оказывают тем самым несомненную пользу закаливаемым ферросплавам. Благодаря данному процессу изделия будут отличаться высокими показателями пластичности. Наиболее актуально данное свойство ванадия для закаливания крупногабаритной продукции. Наличие легирующего элемента в железных сплавах способствует их устойчивости к высоким температурам и повреждениям. В «цементируемых» сталях с низким содержанием углерода включение даже незначительного количества легирующего элемента замедляет темпы роста зерна аустенита при цементации. В результате закаливания цементированный слой стальных изделий будет отличаться высокой прочностью, тогда как глубинные слои сохранят свою пластичность.

Применение ванадия в производстве сплавов

Рисунок 1. Инструменты из хромисто-ванадиевой стали

Ванадий вчера, сегодня и завтра

Однако вследствие широкого применения ванадия в сталеплавительном производстве сегодня ученые вплотную заняты исследованием качественных характеристик ферросплавов с добавлением данного легирующего элемента. Тем более, что современное техническое оборудование способно преодолеть трудности, связанные с производством ковкого металла в крупных масштабах. В связи с этим можно прогнозировать, что в скором времени наступит «золотой век» в истории применения ванадия, спрос на него может возрасти в разы по сравнению с сегодняшним потреблением.

Ванадий в России и за рубежом

То, что ванадий представляет высокую ценность для производства стальных сплавов, было обнаружено еще во времена Советского Союза. Однако в то время промышленное оборудование не было настолько усовершенствованным, чтобы с его помощью стало возможным полностью изучить результаты добавления этого элемента в качестве легирующего в различные сплавы.

Сегодня в самолето- и ракетостроении широко применяются сплавы с добавлением ванадия. С каждым годом все больший спрос на них появляется и в машиностроении. Применяют такие сплавы в химическом и судостроительном производстве. В Германии получен патент на ванадиевотитановый сплав, содержащий 30-49% ванадия. Широко применяются титанованадиевые сплавы и в Соединенных Штатах Америки и других развитых стран мира. Естественно, такой интерес обусловлен в первую очередь сверхпрочностью, которую обеспечивает даже незначительное содержание ванадия в сплавах. Если для техники будут использоваться такие устойчивые материалы – она будет долговечной и износостойкой.

телефоны:
8 (800) 200-52-75
(495) 366-00-24
(495) 504-95-54
(495) 642-41-95

Источник

Каково влияние ванадия на сталь?

Ванадий является распространенным редким металлом, используемым для уточнения размера зерна, повышения прочности, вязкости и пластичности стали и улучшения эксплуатационных характеристик изделий из ванадиевой стали. Сталь содержит определенное количество углерода и азота, которые могут быть осаждены с помощью ванадия в форме карбида, нитрида или карбонитрида в стали, влияя на эволюцию микроструктуры. Содержание ванадия в стали обычно не превышает 0.5% (кроме быстрорежущая инструментальная сталь), который широко используется в легированной конструкционной стали, пружинной стали, подшипниковой стали, легированной инструментальной стали, быстрорежущей инструментальной стали, жаропрочной стали, водородостойкой стали и низкотемпературной стали.

Особенности ванадия в стали

(1) Уточнение структуры и размера зерна стали, повышение температуры огрубления зерна, что снижает чувствительность к перегреву и повышает прочность и ударную вязкость стали.

(2) При растворении в аустените при высокой температуре прокаливаемость стали может быть увеличена; Напротив, наличие карбидов уменьшит прокаливаемость стали.

(3) Повышение прокаливаемости и стабильности отпуска закаленной стали, измельчение зерна и создание эффекта вторичной закалки.

(4) Твердая растворимость карбида ванадия и нитрида ванадия в аустените является высокой, поэтому нелегко получить трещину, вызванную осадками. При высокой температуре тенденция к образованию трещин в стальной заготовке при затвердевании невелика.

(5) Низкая температура осаждения углерода / нитрида ванадия, ведущая к низкой силе сопротивления миграции твердого раствора на границе зерен в аустените, что благоприятно для прокатки аустенита и контролируемой кристаллизации прокатки. Однородные рекристаллизованные зерна могут быть получены в широком диапазоне температур. По сравнению с другой микролегированной сталью и легированной сталью ванадиевая сталь имеет меньшее сопротивление качению, что примерно эквивалентно углеродистой марганцевой стали.

(6) Ванадий осаждается и упрочняется в феррите или мартенсите, обычно при 50MPa

100MPa. Осаждение ванадия может быть ускорено путем увеличения содержания азота в стали, и может быть достигнут эффект усиления осаждения. Использование ванадия может быть сэкономлено при производстве высокопрочного горячекатаного стального прутка.

(7) Сильное связующее усилие между ванадием и азотом может образовывать нитрид ванадия, что способствует снижению деформационного старения стали, что очень важно в процессе обслуживания стального прутка, испытавшего холодную деформацию.

(8) Добавление ванадия в мартенситную сталь может улучшить свойства закалки и размягчения стали, так что сталь может сохранять форму мартенситного сляба в процессе отпуска или выделять карбид ванадия в процессе отпуска, что приводит к эффекту вторичного упрочнения.

Источник