Влияние молибдена на свойства стали

Влияние легирующих элементов на свойства стали

Под влиянием легирования молибденом, даже при сравнительно незначительных его количествах (примерно 0,5%), существенно возрастает кратковременная и длительная прочность конструкционной стали при повышенных температурах нагрева. Эта особенность действия молибдена проявляется не только в термически улучшенном, но и других состояниях стали. На рис. 202 показана зависимость между напряжением и температурой, при которых время загрузки в 100 тыс. часов вызывает суммарную относительную деформацию, равную 0,001 см/см, У молибденовой стали (1) и у нелегированной стали (2) с 0,4% С. Положительное действие молибдена в отношении сохранения предела текучести на высоком уровне при повышенных температурах видно из рис. 203.

Влияние молибдена на кратковременную прочность при различных температурах иллюстрирует также рис. 204.

Заштрихованные области в соответствии с принятым обозначением

показывают возможные колебания свойств в углеродистой стали, содержащей от 0,13 до 0,43% С, а также в молибденовой стали с 0,19% С, 0,5% Мо и хромомолибденовой с 0,17% С, 0,8% Сг и 0,50% Мо. Из рис. 204 видно, что молибденовые, и особенно хромомолибденовые, стали при повышенных температурах (300—600°) имеют значительное преимущество по сравнению с нелегированной сталью. Это определяет целесообразность использования молибдена в качестве элемента для легирования сталей, работающих при повышенных температурах. Указанное влияние молибдена объясняется смещением в сторону более высоких температур района возврата и рекристаллизации стали при нагревании.

Вольфрам также повышает температуру рекристаллизации стали, однако влияние его на механические свойства при высоких температурах выражено слабее.

Ванадий. Влияние ванадия на механические свойства термически улучшенной стали можно проследить по рис. 205, на котором дано изменение механических свойств нелегированной стали в сопоставлении со свойствами стали с 0,21 и 0,37 V после отпуска при различных температурах. Присутствие ванадия в количестве порядка 0,2% и более вызывает значительное повышение устойчивости стали против отпуска. При температурах отпуска выше 400° резко замедляется падение предела прочности и твердости, а при отпуске около 550° обнаруживается эффект вторичной твердости. По эффективности действия на устойчивость стали против отпуска ванадий превосходит все другие элементы, в том числе и молибден.

Повышение прочности при введении в сталь ванадия одновременно сопровождается уменьшением пластичности (рис. 205) и вязкости. Следует, однако, за метить, что высокая устойчивость ванадиевых сталей против отпуска наблюдается только в тех случаях, когда предшествующая отпуску закалка производится с высоких температур нагрева (950° и выше), при которых достигается достаточно полное растворение ванадия в аустените.

Ванадиевые стали обнаруживают также повышенную кратковременную и длительную прочность в нагретом состоянии. Однако

этот эффект, обусловленный в основном процессами карбидообразования, наблюдается только в термически улучшенном состоянии и при условии, если рабочая температура стали не превосходит 600—650°.

Хромоникельмолибденовый комплекс. Выдающиеся свойства хромоникельмолибденовых сталей в термически улучшенном состоянии достаточно хорошо известны и вряд ли нуждаются в обстоятельных подтверждениях. На рис. 206 показаны механические свойства стали с 0,24% С; 1,25% Сг; 3,95% Ni и 0,41% Мо после закалки и последующего высокого отпуска при различных температурах. Обращает внимание хорошее сочетание показателей прочности, пластичности и вязкости. В табл. 75 по данным автора приведены механические свойства термически улучшенной хромоникельмолибденовой стали в сопоставлении со свойствами хромистой, никелевой и молибденовой сталей, имеющих примерно такое же содержание углерода и выплавленных в одинаковых условиях с хромоникельмолибденовой сталью. Нетрудно заметить (табл. 75), что после отпуска при одинаковых температурах хромоникельмолибденовые стали характеризуются значительно более высокими показателями прочности, чем хромистые, никелевые и молибденовые. Однако первые стали уступают вторым в отношении вязкости и пластичности. Последнее несколько затрудняет оценку свойств и, на первый взгляд, порождает некоторое недоумение, почему все же

хромоникельмолибденовые стали обнаруживают несомненные преимущества в жестких условиях работы (особенно при ударном нагружении) по сравнению с хромистыми, молибденовыми или хромомолибденовыми сталями при вполне удовлетворительной прокаливаемости тех и других в заданных сечениях. Это кажущееся противоречие легко разрешается, если подвергнуть хромоникельмолибденовые и другие стали, обработанные на одинаковую твердость, сравнительным испытаниям в более жестких условиях, например при отрицательных температурах на удар. В табл. 76 показано по данным автора изменение ударной вяз

кости различно легированной стали с одинаковым содержанием углерода (0,24—0,28%) в зависимости от температуры испытания после термического улучшения на твердость 235—217 Н_в.

Из приведенных данных видно, что хромоникельмолибденовые стали обладают более высоким температурным запасом вязкости, чем другие стали, а следовательно, меньшей склонностью к хрупкому разрушению.

Таблица свидетельствует также о том, что чем выше содержание в стали никеля, тем большим температурным запасом вязкости она обладает. В табл. 77 приведены свойства никелевой и хромоникельмолибденовой стали с одинаковым содержанием никеля в улучшенном состоянии при твердости 235—217 Н_в.

Автор: Администрация Общая оценка статьи: Опубликовано: 2011.02.28 Обновлено: 2020.03.04

Влияние основных легирующих элементов на свойства стали.

Влияние отдельных компонентов на свойства стали

Легированной называется сталь, в которой, кроме обычных примесей, содержатся специально вводимые в определенных сочетаниях легирующие элементы (Cr, Ni, Mo, Wo, V, А1, В, Ti и др.), а также Мn и Si в количествах, превышающих их обычное содержание как технологических примесей (1% и выше). Как правило, лучшие свойства обеспечивает комплексное легирование.

Легирование сталей и сплавов используют для улучшения их технологических свойств. Легированием можно повысить предел текучести, ударную вязкость, относительное сужение и прокаливаемость, а также существенно снизить скорость закалки, порог хладноломкости, деформируемость изделий и возможность образования трещин. В изделиях крупных сечений (диаметром свыше 15. 20 мм) механические свойства легированных сталей значительно выше, чем механические свойства углеродистых сталей.

Влияние примесей

Постоянные (технологические) примеси являются обязательными компонентами сталей и сплавов, что объясняется трудностью их удаления как при выплавке (Р,S). Так и в процессе раскисления (Si, Mn) или из шихты — легированного металлического лома (Ni, Cr и др.).

К постоянным примесям относят углерод, марганец, кремний, серу, фосфор, а также кислород, водород и азот.

Углерод

При увеличении содержания углерода до 1,2% возрастают прочность, твердость, порог хладноломкости (0,1%С повышает температуру порога хладноломкости на 20С), предел текучести, величина электрического сопротивления и коэрцитивная сила. При этом снижаются плотность, теплопроводность, вязкость, пластичность, величины относительных удлинения и сужения, а также величина остаточной индукции.

Существенную роль играет то, что изменение физических свойств приводит к ухудшению целого ряда технологических характеристик — таких, как деформируемость при штамповке, свариваемость и др. Так, хорошей свариваемостью отличаются низкоуглеродистые стали. Сварка средне и особенно высокоуглеродистых сталей требует применения подогрева, замедляющего охлаждение, и других технологических операций, предупреждающих образование трещин.

Марганец

Марганец вводят в стали как технологическую добавку для повышения степени их раскисления и устранения вредного влияния серы. Марганец считается технологической примесью, если его содержание, не превышает 0,8%. Марганец как технологическая примесь существенного влияния на свойства стали не оказывает.

Кремний

Кремний также вводят в сталь для раскисления. Содержание кремния как технологической примеси обычно не превышает 0,37%. Кремний как технологическая примесь влияния на свойства стали не оказывает. В сталях, предназначенных для сварных конструкций, содержание кремния не должно превышать 0,12-0,25%.

Сера

Пределы содержания серы как технологической примеси составляют 0,035-0,06%. Повышение содержания серы существенно снижает механические и физико-химические свойства сталей, в частности, пластичность, ударную вязкость, сопротивление истиранию и коррозионную стойкость. При горячем деформировании сталей и сплавов большое содержание серы ведет к красноломкости. Кроме того, повышенное содержание серы снижает свариваемость готовых изделий.

Фосфор

Пределы содержания фосфора как технологической примеси составляют 0,025-0,045%. Фосфор, как и сера, относится наиболее вредным примесям в сталях и сплавах. Увеличение его содержания, даже на доли процента, повышая прочность, одновременно повышает текучесть, хрупкость и порог хладноломкости и снижает пластичность и вязкость. Вредное влияние фосфора особенно сильно сказывается при повышенном содержании углерода.

Кислород и азот

Кислород и азот растворяются в ничтожно малом количестве и загрязняют сталь неметаллическими включениями (оксидами, нитридами, газовой фазой). Они оказывают отрицательное воздействие на свойства, вызывая повышение хрупкости и порога хладноломкости, а также снижают вязкость и выносливость. При содержании кислорода более 0,03% происходит старение стали, а более 0,1% — красноломкости. Азот увеличивает прочность и твердость стали, но снижает пластичность. Повышенное количество азота вызывает деформационное старение. Старение медленно развивается при комнатной температуре и ускоряется при нагреве до 250oС.

Водород

Увеличение его содержания в сталях и сплавах приводит к увеличению хрупкости. Кроме того, в изделиях проката могут возникнуть флокены, которые развивает водород, выделяющийся в поры. Флокены инициируют процесс разрушения. Металл, имеющий флокены, нельзя использовать в промышленности.

Влияние легирующих элементов

Легирование сталей и сплавов используют для улучшения их технологических свойств. Легированием можно повысить предел текучести, ударную вязкость, относительное сужение и прокаливаемость, а также существенно снизить скорость закалки, порог хладноломкости, деформируемость изделий и возможность образования трещин. В изделиях крупных сечений (диаметром свыше 15-20 мм) механические свойства легированных сталей значительно выше, чем механические свойства углеродистых.

Все легирующие элементы, за исключением никеля, при содержании их в растворе выше определенного предела снижают ударную вязкость, трещиностойкость и повышают порог хладноломкости.

Классификация

По применимости для легирования можно выделить три группы элементов. Применимость для легирования различных элементов определяется не столько физическими, сколько, в основном, экономическими соображениями.

Легирующие элементы по механизму их воздействия на свойства сталей и сплавов можно разделить на три группы:

• влияние на полиморфные (альфа-Fe -> гамма-Fe) превращения;
• образование с углеродом карбидов (Сг,Fе)₇С₃; (Сг,Ре)₂₃С₆; Мо₂С и др.;
• образование интерметаллидов (интерметаллических соединений) с железом — Fе₇Мо₆; Fe₃Nb и др.

По характеру влияния на полиморфные превращения легирующие элементы можно разделить на две группы:

• элементы (Cr, W, Mo, V, Si, Al и др.), достаточное содержание которых обеспечивает существование в сталях при всех температурах легированного феррита (ферритные ставы);
• элементы (Ni, Mn и др.), стабилизирующие при достаточной концентрации легированный аустенит при всех температурах (аустенитные сплавы). Сплавы, только частично претерпевающие превращение гамма->альфа, называются, соответственно, полуаустенитными или полуферритными.

Легирование феррита сопровождается его упрочнением. Наиболее значительно влияют на его прочность марганец и хром. Причем чем мельче зерно феррита, тем выше его прочность.
Многие легирующие элементы способствуют измельчению зерен феррита и перлита в стали, что значительно увеличивает вязкость стали. Однако все легирующие элементы, за исключением никеля, при содержании их в растворе выше определенного предела снижают ударную вязкость, трещиностойкость и повышают порог хладноломкости. Никель понижает порог хладноломкости.
Легированный аустенит парамагнитен, обладает большим коэффициентом теплового расширения. Легирующие элементы, в том числе азот и углерод, растворимость которого в аустените при нормальной температуре достигает 1%, повышают его прочность при нормальной и высокой температурах, уменьшают предел текучести.
Легированный аустенит является основной составляющей многих коррозионностойких, жаропрочных и немагнитных сплавов. Он легко наклепывается, то есть быстро и сильно упрочняется под действием холодной деформации.
Легирующие элементы (исключение кобальт), повышая устойчивость аустенита, снижают критическую скорость закалки и увеличивают прокаливаемость. Для многих аустенитных сплавов критическая скорость закалки снижается до 20°С/с и ниже, что имеет большое практическое значение.
Карбидообразующие элементы: Fe — Mn — Cr — Mo — W — Nb — V — Zr — Ti (за исключением марганца) препятствуют росту зерна аустенита при нагреве. Сталь, легированная этими элементами, при одинаковой температуре сохраняет более высокую дисперсность карбидных частиц, и соответственно большую прочность.
Интерметаллиды образуются при высоком содержании легирующих элементов между этими элементами или с железом. Примером таких соединений могут служить Fe₇Mo₆, Fe₃Nb₂ и др. Интерметаллиды, как правило, отличают повышенные твердость и хрупкость.

В следующей таблице показано влияние наиболее применяемых легирующих элементов на свойства стали.

Применение молибдена и его свойства

Благодаря свойствам применение молибдена в промышленности широко распространено в России и мире. Металлургия, авиационная промышленность, машиностроение, сельское хозяйство — это не весь список, где применяют этот стратегический металл. Он настолько восстребован, что цена молибдена неуклонно растет год от года.

Характеристика материала

Физические свойства. Молибден – редкоземельный металл серого цвета, внешне похож на свинец. Температура плавления 2619 ºС. Отличается повышенной пластичностью. Модуль Юнга 336 ГПа, что в 1,5 раза больше, чем у стали. Плотность составляет 10,2 гсм3. Самым жаростойким металлом считается вольфрам. Но касаемо удельной жаропрочности при температурах до 1400 ºС, молибден не имеет конкурентов. Молибден имеет низкое значение коэффициента линейного расширения. При изменении температуры на 1000 ºС, его размер увеличится всего на 0,0049 мм.

Теплопроводность составляет 300 Втм К. Электросопротивление 5,6 мкОМ см. После предварительной механической и термической обработок прочность металла может составлять 20-23 кгмм2. Обладает парамагнитными свойствами.

Среди недостатков отметим низкую пластичность при температурах ниже -30 ºС.

Химические свойства. Молибден полностью устойчив к воздействию окружающей среды в обычных атмосферных условиях. Процесс окисления начинается при 420 ºС, образуя соединение низкой твердости оксид молибдена.

Молибден инертен к водороду при температуре до 2620 ºС. Нейтрален к таким элементам как углерод, фтор, кремний, азот, сера. Молибден не вступает в химические реакции с основными видами кислот: соляная, серная, азотная, фтористая.

Технологические свойства. В условиях комнатной температуры молибденовый круг радиусом 5 мм может быть завязан в узел без использования специального оборудования или быть раскатанным до толщины 0,1 мм. Такая податливость металла способствует получению разных видов профильного проката.

Молибден хорошо обрабатывается методом резания при условии применения смазочно-охлаждающей жидкости на основе серы.

Молибден не выделяется качеством сварных швов. Относится к 3 группе свариваемости. Процесс сварки осуществляется дуговым методом. Для придания сварным соединениям большей пластичности зона контакта должна находиться в среде защитных газов. Предпочтение здесь отдается гелию или аргону.

Биологические свойства. Молибден содержится в организме человека в пределах 8-10 мг. Прежде всего, он влияет на протекание анаболических процессов. Усиливает воздействие витамина С, тем самым способствует усилению иммунной системы. Молибден является регулятором меди, предотвращает ее накапливание в крови.

Молибденовые сплавы имеют характерную особенность химического состава – низкий процент содержания легирующих элементов. Только двухкомпонентные твердые растворы имеют значительный процент вольфрама в своем составе (до 50%).

Основными отечественными марками молибденового сплава являются:

• Молибденовый сплав ЦМ-2А. Легирующими добавками служат титан (0,07-03%) и цирконий (0,07-0,15%). Помимо данных элементов может включать карбидные фазы (до 0,004%). Предел прочности составляет 30 кгмм2. Значительно падает после прохождения температурного порога в 1200 С. Основные преимущества сплава – технологичность и пластичность, которые дают возможность получения из него производственных полуфабрикатов.
• Молибденовый сплав ВМ-1 значительно не отличается от вышеописанного сплава. Имеет аналогичные показатели как химических, так и механических свойств.
• Молибденовый ВМ-2 имеет в своем составе больший процент циркония, делая его более жаростойким. Это позволяет ему выдерживать температуры в 1300-1400 С окружающей среды. Обладает пределом прочности 48 кгмм2, в 1,6 раза выше чем у ЦМ-2А.
• Дополнительное легирование молибденового сплава ВМ-3 титаном (1,3%), цирконием (0,6%), ниобием (1,8%) приводит к дальнейшему увеличению жаропрочности. Выдерживает нагрузки до 27 кгмм2 при температуре до 1360 С. Однако ВМ-3 имеет пониженный уровень пластичности. Это делает его менее технологичным и ограничивает применение в производстве.

Варианты применения молибдена

Как жаро- и коррозионностойкий материал используется при производстве самых нагруженных частей механизмов и конструкций разного рода промышленности. Среди его основного назначения следует отметить:

• Применение в авиационной промышленности при изготовлении всевозможных узлов турбовинтовых реактивных двигателей: воздухозаборники, лопатки турбин и прочее.
• Ракетно-космическая отрасль применяет молибден при производстве отдельных деталей летательных агрегатов: носовые обтекатели, теплоотражатели, рули, сотовые панели, обшивка и т.д. Происходит это по причине соотношения жаропрочности и плотности. Хотя молибден и уступает абсолютной жаростойкости вольфраму, он опережает его в удельной. Поэтому при температуре ниже 1350 выгоднее применять молибден, т.к. существенно снижается масса конструкции.
• Применение в металлургии в качестве легирующей добавки. Молибден размельчает зернистую структуру стали, тем самым упрочняя ее. Помимо этого, происходит увеличение сопротивление коррозии, прокаливаемости и твердости. Добавление в сталь 0,3% молибдена повышает ее прочность в 3 раза.
• В электротехнике применяют при изготовлении державок нитей вольфрама в лампах накаливания. Такое использование связано с обладанием молибдена свойствами сохранения линейных размеров при повышенных температурах.
• В машиностроении молибден используют как материал для обойм подшипников скольжения и шариков подшипников качения. Наконечников режущего инструмента: зенкеров, сверл, токарных резцов, фрез.
• Молибденовые электроды применяют в электропечах для расплавки стекла, по причине того, что металл не вступает в химические реакции с оксидом кремния.
• Сульфиды молибдена служат высокотемпературной смазкой в ответственных узлах, работающих на трение.
• В теплотехнике используют как материал для нагревателей и теплоизоляции вакуумных печей.
• В медицине молибден является сырьем в производстве технеция, который служит средством диагностирования злокачественных опухолей.
• В сельском хозяйстве молибден добавляется в состав удобрений. Доказано, что молибден увеличивает рост растений.

Его даже добавляют в машинное масло, благодаря антикоррозионным свойствам. Например, его можно найти в масле вязкостью 10W40.

Молибденсодержащие отходы нормируются ГОСТом 1639-93. Согласно ему, молибденовый лом подразделяется на:

• Чистый молибден в виде кусков труб, стержней, прутков, плит, пластин и прочее. Содержание металла не ниже 99%. На рынке редкоземельных металлов города Москва данный тип лома – самый выгодный в цене.
• Кусковые отходы с засоренностью 2% и массой не меньше 20 г.
• Остатки электродов, детали электровакуумных печей, рентгеновские трубки, элементы электронагревателя с содержанием металла до 95%.
• Наименование аналогично предыдущему пункту, но количество молибдена составляет 98%.
• Проволока и стружка. Молибден 90%.
• Порошковый молибден с содержанием посторонних примесей не более 5%.
• Пасты, высевки и другие соединения на основе молибдена. Чистый металл 75%.

Данное разделение носит условный характер. Более подробные сведения можно получить непосредственно в пунктах приема металлолома города Москва или другом регионе России.

Влияние молибдена на свойства стали

КОБАЛЬТ — вещество серебристо-белого цвета с слегка желтоватым, розоватым или синеватым отливом. В металлургии применяется при легировании сталей, используемых для изготовления режущего и обрабатывающего инструментов. Кобальт повышает твердость и прочность стали, повышают ее жаропрочность и допускает закалку при более высоких температурах. и улучшают механические свойства, акцентирует отдельные эффекты других элементах в более сложных сталях.

Как микроэлемент, кобальт входит в состав витамина В12 и содержится в теле человека в соотношении 0.1-0.2мг на 1 кг. массы человека.

Молибден применяется в сталях, используемых при производстве режущего инструмента — в ст. 440 и ATS-55 (до 0.75%), ст. VG-1 и AUS-8 (до 0.3%), ст. VG-10 (до 1.2%), ст. ATS-34 и BG-42 (до 4%). Молибден применяется и при производстве порошковых сталей, VANADIS 10 (1.5%).
===

УГЛЕРОД — в виде древесного угля применялся в древности для выплавки металлов. Он и сейчас является важнейшей примесью металла, играющей огромную положительную роль в процессах производства стали. Углерод присутствует в сталях большинства марок. Расширяя область температур устойчивого состояния и улучшая свойства железа, углерод позволяет получать сталь с широким диапазоном механических свойств. В сталях очень немногих марок специального назначения (электротехнической, нержавеющей, прочной и т.п.) углерод является нежелательной примесью. Углерод является главным потребителем кислорода, подводимого в ванну для окисления примесей, пример, в мартеновском скрап-рудном и конверторном процессе до 75—80% и более кислорода расходуется на окисление углерода. Поэтому управление процессом окислительного рафинирования во многих случаях производится главным образом к регулированию реакции окисления углерода. Пузыри СО, проходя через жидкий металл, также способствуют удалению из него газов и неметаллических включений в процессе плавки (особенно в подовых процессах) и во время вакуумирования.

Традиционно считается, что углерод увеличивает стойкость кромки и повышает предел прочности при растяжении, твердость стали и увеличивает устойчивость к износу и истиранию. Его высокие значения уменьшают коррозионную стойкость стали и изготовленных из нее инструментов.
===

МЕДЬ — пластичный металл красно-розового цвета. Как добавка к сталям увеличивает их стойкость к коррозии.

МАРГАНЕЦ — в чистом виде это твердый и хрупкий металл серебристо-белого цвета. Относится к черным металлам. Марганец ввиду образования прочных карбидов несколько снижает пластичность стали, особенно при обычной температуре. Поэтому в малоуглеродистой стали, идущей на глубокое штампование без нагрева (автомобильные кузова и др.), желательно низкое содержание (0,2—0,3%) марганца. Примерно такими же пределами ограничивается его содержание в углеродистом инструментальной стали, так как при более высоком содержании ухудшаются режущие свойства стали. Но при легировании инструментальной стали марганцем ее качество повышается благодаря улучшению прокаливаемости. Следует подчеркнуть, что повышение качества стали в результате легирования ее марганцем, так же как и другими элементами, оказывается существенным обычно лишь тогда, когда сталь подвергается соответствующей термической обработке. Поэтому применение легированной стали без термической обработки наносит большой ущерб.

Впрочем, марганцем улучшают свойства не только железа. Так, с его помощью металл очищают от серы, считающейся вредной примесью, а сплавы марганца с медью обладают высокой прочностью и коррозионной стойкостью. Считается, что марганец увеличивает прокаливаемость, износостойкость и прочность на разрыв. Является деоксидом и дегазатором для удаления кислорода из расплавленного металла. В больших количествах повышает твердость и хрупкость.
===

НИКЕЛЬ — металл серебристо-белого цвета. Как добавка повышает прочность и ударную вязкость стали. Используется в качестве компонента ряда нержавеющих сталей. Является основой большинства суперсплавов — нихром, белое золото, пермаллой, инвар и т.д. Цены на никель часто колеблются в пределах $15-18 тыс/тн.

НИОБИЙ — металл серо-стального цвета, покрывается голубоватой оксидной пленкой. Чистый металл пластичен и может быть прокатан в тонкий лист (до толщины 0, 01 мм.) в холодном состоянии без промежуточного отжига. Ниобий устойчив против действия соляной, серной, азотной, фосфорной и органических кислот любой концентрации. Коррозионная стойкость ниобия в кислотах и других средах, в сочетании с высокой теплопроводностью и пластичностью делают его ценным конструкционным материалом для аппаратуры в химических и металлургических производствах.

Ниобий входит в состав различных жаропрочных сплавов для газовых турбин реактивных двигателей. Легирование ниобием молибдена, титана, циркония, алюминия и меди резко улучшает свойства этих металлов, а также их сплавов. Существуют жаропрочные сплавы на основе ниобия в качестве конструкционного материала для деталей реактивных двигателей и ракет (изготовление турбинных лопаток, передних кромок крыльев, носовых концов самолётов и ракет, обшивки ракет). Ниобий и сплавы на его основе можно использовать при рабочих температурах 1000 — 1200°С. Карбид ниобия входит в состав некоторых марок твёрдых сплавов на основе карбида вольфрама, используемых для резания сталей. Ниобий широко используется как легирующая добавка в сталях. Добавка ниобия в количестве, в 6-10 раз превышающем содержание углерода в стали, устраняет межкристаллитную коррозию нержавеющей стали и предохраняет сварные швы от разрушения. Ниобий также вводят в состав различных жаропрочных сталей (например, для газовых турбин), а также в состав инструментальных и магнитных сталей.
===

АЗОТ — используется вместо углерода для матрицы стали. Атом азота будет функционировать так же, как атом углерода, но предлагает необычные свойства в области устойчивости к коррозии.

ФОСФОР — в сталях большинства марок является вредной примесью. Содержание его в исходной шихте обычно бывает в несколько раз выше допустимого в готовой стали. Поэтому в процессах плавки стали, как правиле возникает необходимость обязательной дефосфорации металла. Вредное влияние фосфора на сталь связано в первую очередь с тем, что он имеет неограниченную растворимость в жидком железе, но плохо растворяется в твердом железе, особенно в аустените. Поэтому при кристаллизации и дальнейшем охлаждении стали фосфор выделяется в виде фосфидов железа, которые, имея температуру плавления ниже температуры кристаллизации стали и обладая свойством смачивать металл, располагаются преимущественно по границам зерен. Фосфиды, которые выделяются в межосных пространствах дендритов в твердом железе при температуpax 650—680°С и выше, обладают склонностью перо распределяться и также переходить к границам зерен. В результате снижается пластичность металла, особенно ударная вязкость при низких температурах, т. е. фосфор вызывает хладноломкость стали. В связи с этим устанавливают особо строгие пределы содержания фосфора в сталях, предназначенных для работы в низко температурных условиях.

Повышенное содержание фосфора также ухудшает кузнечную свариваемость стали. Это может привести например, к плохому завариванию пустот в слитках при обработке давлением, в связи с чем могут увеличиваться отходы (головная обрезь) от слитков. Сталь с высоким содержанием фосфора обладает и так называемой синеломкостью, т.е. хрупкостью при температурах 500—600° С.

КРЕМНИЙ — может быть в аморфной форме (порошок) или кристаллической; цвет темно-серый, слегка блестящий. В металлургическом производстве используется как компонент сплава (бронза, силумин), раскислитель и дегазатор для удаления кислорода из расплавленного металла (чугун и стали), как модификатор свойств стали или легирующий элемент и т.д. Традиционного увеличивает прочность стали.

СЕРА — светло-желтое порошкообразное вещество. Сера является вредной примесью, снижающей механическую прочность и свариваемость стали, а также ухудшающей ее электротехнические, антикоррозионные и другие свойства. Отрицательное влияние серы на свойства стали обычно сказывается уже при содержании 0,01—0,015% (в некоторых случаях и при более низком). Ухудшение механических и некоторых других свойств стали при повышенном содержании серы объясняется тем, что сера имеет практически неограниченную растворимость в жидком железе, а в твердом железе растворяется плохо. Низкое содержание серы является важнейшим показателем высокого качества спокойной и кипящей стали.

Однако сказанное относится в основном к тем сталям, которые не подвергаются обработке резанием. В сталях, обрабатываемых резанием, сера повышает обрабатываемость, поэтому, например, в отдельные марки сталей серу вводят специально (0,1-0,2%).
===

ВОЛЬФРАМ — блестящий светло-серый металл, являющимся самым тугоплавким из металлов. Пластичен. Сплавы вольфрама, ввиду его высокой температуры плавления, получают методом порошковой металлургии. Сплавы, содержащие вольфрам, отличаются жаропрочностью, кислотостойкостью, твердостью и устойчивостью к истиранию. Вольфрам — важный компонент лучших марок инструментальных сталей. Добавляет сплаву ударную вязкость и увеличивает прокаливаемость.

Для механической обработки металлов и неметаллических конструкционных материалов в машиностроении (точение, фрезерование, строгание, долбление), бурения скважин, в горнодобывающей промышленности широко используются твёрдые сплавы и композитные материалы на основе карбида вольфрама (например, победит, состоящий из кристаллов WC в кобальтовой матрице; широко применяемые в Украине марки — ВК2, ВК4, ВК6, ВК8, ВК15, ВК25, Т5К10, Т15К6, Т30К4), а также смесей карбида вольфрама, карбида титана, карбида тантала (марки ТТ для особо тяжёлых условий обработки, например, долбление и строгание поковок из жаропрочных сталей и перфораторное ударно-поворотное бурение крепкого материала). Широко используется в качестве легирующего элемента (часто совместно с молибденом) в сталях и сплавах на основе железа. Высоколегированная сталь, относящаяся к классу «быстрорежущая», с маркировкой, начинающейся на букву Р, практически всегда содержит вольфрам.
==

P.S. Более подробно о сталях, упомянутых выше и о других, используемых для изготовления клинков, парикмахерского или маникюрного инструмента можно прочесть в ЭТОЙ статье.

Создана 11.07.15, посл.обновление — 29.09.17

Что дает молибден в стали

Влияние хрома

Практически все перлитные, мартенситные и аустенитные жаропрочные стали содержат в том или ином количестве хром. Его основная роль заключается в повышении жаропрочности и коррозионной устойчивости.

На механические свойства котельных сталей при статическом разрыве хром оказывает небольшое влияние; несколько большее – на сопротивление ползучести.

Добавка хрома к молибденовым сталям (0,5% Мо) в количестве 1,5% повышает сопротивление ползучести и длительную прочность, дальнейшее увеличение содержания хрома уже не приводит к увеличению сопротивления ползучести, даже, наоборот, уменьшает его. Хорошо известно, что 1,5%-ная хромомолибденовая сталь обладает более высоким сопротивлением ползучести, чем 5%-ная хромомолибденовая сталь.

С увеличением длительности испытания (10 000 и 100 000 час.) разница во влиянии хрома на длительную прочность стали сглаживается.

Стали с 1,25–1,5% содержанием хрома при испытании на длительную прочность имеют преимущество по сравнению со сталями с другими количествами хрома. В сталях с 1% содержанием молибденаповышение содержания хрома от 3 до 9% несколько увеличивает длительную прочность и сопротивление ползучести. Большой интерес представляет вопрос о роли хрома в развитии тепловой хрупкости – хром наряду с марганцем и другими элементами является основным элементом, вызывающим хрупкость при длительном нагреве, особенно в аустенитно-ферритных и ферритных сталях.

K положительному влиянию хрома следует отнести его способность повышать стабильность структуры. В малоуглеродистых низколегированных хромистых сталях хром главным образом находится в цементитном карбиде Fe₃C. Хром, растворенный в Fе₃С, придает карбиду большую термическую стойкость и затрудняет диссоциацию карбида, а также уменьшает диффузию углерода, что вместе с тем уменьшает скорость коагуляции карбидной фазы, препятствует процессу графитизации и образованию свободного графита в структуре стали. Легирование небольшим количеством хрома 0,5%-ной молибденовой стали сильно замедляет процесс графитизации этой стали.

Молибден – один из основных упрочняющих легирующих элементов в жаропрочных сталях. Все исследования весьма убедительно подтверждают исключительно благоприятное влияние молибдена на сопротивление ползучести и длительную прочность углеродистых, хромистых, хромованадиевых перлитных сталей, а также хромоникелевых аустенитных сталей.

Более высокое содержание молибдена обеспечивает стали повышенное сопротивление ползучести, а также более высокие значения длительной прочности.

Присадка молибдена вызывает повышение пределов ползучести и длительной прочности и у сталей с содержанием около 11–13% Сr. Такие стали, дополнительно легированные еще ванадием, ниобием,находят все большее и большее применение для различных деталей, подвергающихся длительной эксплуатации при высоких температурах, и рекомендуются для труб паровых котлов с высокими параметрами пара и паропроводов.

Благоприятное влияние молибден оказывает и на жаропрочность аустенитной хромоникелевой стали, длительная прочность и сопротивление ползучести которой при добавке молибдена значительно повышаются. Молибден преимущественно входит в твердый раствор, а не карбидную фазу, поэтому он значительно изменяет параметры диффузии и самодиффузии элементов, входящих в состав стали, и уменьшает скорость диффузионных процессов.

Искажая решетку основного твердого раствора, молибден тем самым упрочняет его.

В процессе эксплуатации при повышенных температурах с течением времени в сталях, не стабилизированных сильными карбидообразующими элементами, происходит перераспределение молибдена между твердым раствором и карбидной фазой, при этом часть молибдена переходит из твердого раствора в карбиды. Чем длительнее нагрев молибденсодержащей стали, тем большее количество молибдена уходит из твердого раствора. Такое обеднение твердого раствора молибденом приводит к снижению сопротивления ползучести, что особенно заметно на сталях, не содержащих других легирующих элементов, кроме молибдена. Повышая легированность твердого раствора, молибден как элемент с очень высокой собственной температурой рекристаллизации повышает температуру рекристаллизации стали, что тоже способствует упрочнению стали. Благоприятное влияние оказывает молибден и на тепловую хрупкость низколегированных сталей перлитного класса. Многочисленные исследования показывают, что молибден – основной элемент, резко снижающий чувствительность сталей к тепловой хрупкости. Даже низколегированные хромоникелевые стали, особенно подверженные тепловой хрупкости, при добавке молибдена становятся менее склонными к ней.

Единственным отрицательным свойством молибдена является склонность молибденовых низколегированных сталей к графитизации.

Молибден повышает пластические свойства при длительном разрыве.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Хром, никель и молибден являются важнейшими легирующими элементами сталей . Их применяют в различных сочетаниях и получают различные категории легированных сталей: хромистые, хромоникелевые, хромоникельмолибденовые и тому подобные легированные стали.

Влияние хрома на свойства сталей

Стремление хром образовывать карбиды является средним среди других карбидообразующих легирующих элементов . При низком соотношении Cr/C содержания хрома по отношению к железу образуется только цементит вида (Fe,Cr) 3 C. С увеличением отношения содержания хрома и углерода в стали Cr/C появляются хромистые карбиды вида (Cr,Fe) 7 C 3 или (Cr,Fe) 2 3C 6 или оба. Хром повышает способность сталей к термическому упрочнению, их стойкость к коррозии и окислению, обеспечивает повышение прочности при повышенных температурах, а также повышает сопротивление абразивному износу высокоуглеродистых сталей.

Карбиды хрома являются и износостойкими. Именно они обеспечивают стойкость стальным лезвиям – не зря из хромистых сталей изготавливают лезвия ножей. Сложные хроможелезистые карбиды входят в твердый раствор аустенита очень медленно – поэтому при нагреве таких сталей под закалку требуется более длительная выдержка при температуре нагрева. Хром по праву считается самым важным легирующим элементом в сталях. Добавление хрома в стали побуждает примеси, такие как фосфор, олово, сурьма и мышьяк сегрегировать к границам зерен, что может вызвать в сталях отпускную хрупкость.

Влияние никеля на свойства сталей

Никель не образует в сталях карбидов. В сталях он является элементом, способствующим образованию и сохранению аустенита . Никель повышает упрочняемость сталей. В комбинации с хромом и молибденом никель еще больше повышает способность сталей к термическому упрочнению, способствует повышению вязкости и усталостной прочности сталей. Растворяясь в феррите никель повышает его вязкость. Никель увеличивает сопротивление коррозии хромоникелевых аустенитных сталей в неокисляющих кислотных растворах.

Влияние молибдена на свойства сталей

Молибден с готовностью образует в сталях карбиды. Он растворяется в цементите только немного. Молибден образует карбиды молибдена, как только содержание углерода в стали становится достаточно высоким. Молибден способен обеспечивать дополнительное термическое упрочнение в ходе отпуска закаленных сталей. Он повышает сопротивление сталей ползучести низколегированных при высоких температурах.

Добавки молибдена способствуют измельчению зерна сталей, повышают упрочняемость сталей термической обработкой, увеличивают усталостную прочность сталей. Легированные стали с содержанием молибдена 0,20-0,40 % или такое же количество ванадия замедляют возникновение отпускной хрупкости, но не устраняют ее полностью. Молибден повышает коррозионную стойкость сталей и поэтому широко применяется в высоколегированных ферритных нержавеющих сталях и в хромоникелевых аустенитных нержавеющих сталях. Высокое содержание молибдена снижает склонность нержавеющей стали к точечной (питтинговой) коррозии. Молибден оказывает очень сильное упрочнение твердого раствора аустенитных сталей, которые применяются при повышенных температурах.

Источник: Steel Heat Treatment: Metallurgy and Technologies, ed. G. E. Totten, 2006

Наша группа

Условные обозначения химических элементов: