Как влияют легирующие элементы на свойства стали

Для расширения и улучшения технологических характеристик металла человечество научилось выполнять такой процесс, как легирование стали. Он состоит во введении в общий состав примесей, удельный вес которых превышает более 1 %. Вводятся как отдельные элементы, так и их комплексы. Легирование позволяет улучшать почти все свойства стали:

Снижается скорость закалки,
Улучшается противостояние деформируемости и образованию трещин;
Повышается порог текучести, ударная вязкость, сужение и прокалываемость.

Группы примесей, используемых при легировании стали

Совокупность элементов, которые применяются при легировании, распределена по 3 классификационным характеристикам:

Экономической:

Марганец, кремний, хром,
Никель, молибден;
Таллий, ниобий, .

Механизму воздействию на свойства:

Оказывающих влияние на полиморфные превращения;
Образовующих с углеродом карбидов;
Образовующих интерметаллиды с железом.

3 Характеру влияния на полиморфные превращения:

а) элементы, обеспечивающие присутствие в стали феритного сплава при разных температурах (алюминий, хром, силиций, вольфрам и др.);

б) элементы (никель, магний), обеспечивающие наличие аустенитного сплава.

Влияние легирующих элементов на свойства стали

Несомненно большее влияние оказывают на сталь именно постоянные примеси, которые с начала входят в ее состав, поэтому требуют больших усилий для удаления выплавкой (фосфор, сера), процессом раскисления (марганец, кремний) или из лома (никель, хром). Изучим детальнее влияние каждого из них на сталь:

Углерод – при добавлении боле 1,2 % способствует улучшению прочности, твердости, порога хладноломкости, предела текучести, электрического сопротивления и снижению плотности, вязкости, пластичности, размеров удлинения и сужения. Но отмечено также ухудшение некоторых свойств – наблюдается деформация при штамповке, снижается свариваемость.
Марганец – незаменим при необходимости повышения раскисления стали и снижения негативного влияния серы (более 0,8 % содержания).
Кремний – при содержании более 0,37 % также используется для раскисления стали.
Сера – предельное допустимое значение 0,035-0,06 %. При его увеличении ухудшается пластичность, сопротивление коррозии, ударная вязкость, свариваемость готового изделия.
Фосфор – один из наиболее вредных примесей вместе с серой, имеет предельное значение 0,025-0,045 %. При его даже незначительном увеличении, критично повышается текучесть, сталь становится хрупкой, ломкой, непластичной и менее вязкой.
Кислород и азот – наполняют сталь неметаллическими загрязняющими включениями. Так, при повышении допустимого значения кислорода более 0,03 % сталь начинает стареть, а при величине более 0,1 % – начинается красноломкость. Аналогично и азот способствует медленно старения при комнатной температуре, при этом снижается пластичность, но увеличивается прочность и твердость стали.
Водород – при большом количестве делает сталь хрупкой и приводит к ее разрушению.