Влияние меди на свойства стали

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.

Хром (Cr) повышает прочность, закаливаемость и жаростойкость, режущие свойства и стойкость на истирание, но снижает вязкость и теплопроводность стали. Содержание большого количества хрома (в обычных сортах стали доходит до 2%, а в специальных — до 25%) делает сталь нержавеющей и обеспечивает устойчивость магнитных сил.

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).

Рис.1 — Испытание арматурного стержня для определения химического состава стали.

Рис.2 — Испытания арматурной стали на растяжение.

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,

α=1-P – уровень значимости (Р — доверительная вероятность),

k = n-1 – число степеней свободы,

Δ_М – максимальная относительная ошибка (допуск) при оценке математического ожидания в долях математического ожидания (Δ_М = γ*δ_М, где γ — генеральный коэффициент вариации, δ_М – максимальная ошибка при оценке математического ожидания в долях среднеквадратического отклонения).

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:

Y = f (β, X) + ε,

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

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.

Медистая сталь

Что такое медистая сталь это сталь, легированная, наряду с др. хим. элементами, медью. Используется с конца 19 в. Различают медистую сталь конструкционную и с особыми физ. и хим. св-вами (нержавеющую сталь, коррозионно-стойкую сталь).

Медь расширяет гамма-область, смещает эвтектоид-ную точку на диаграмме состояния железо — углерод к более низким содержаниям углерода, повышает прочность и текучесть феррита, способствует графитизации, снижает критическую скорость закалки. С понижением т-ры растворимость меди в альфа-железе уменьшается.

Если меди содержится более 0,3%, после закалки и отпуска при т-ре 400— 600° С в стали происходит дисперсионное твердение. Предельное упрочнение наблюдается, если в стали содержится более 1,0—1,5% Сu.

При выплавке стали медь не окисляется, что неизбежно приводит к увеличению ее содержания. Влияние меди (более 0,2%) на сопротивление атмосферной коррозии возрастает при совместном легировании сталей марганцем, хромом, кремнием, а также фосфором. Горячее деформирование углеродистых медистая сталь часто приводит к образованию поверхностных трещин.

Никель в таком же количестве, как и медь, устраняет образование трещин. Низколегированные низкоуглеродистые (строительные) Медистая сталь отличаются высоким пределом текучести, стойкостью к атмосферной коррозии, хорошими свариваемостью, полируемостью и сцеплением с лакокрасочными покрытиями, высокой ударной вязкостью при низкой т-ре и теплостойкостью.

При толщине проката до 32 мм у стали марки 15ХСНД, содержащей 0,12—0,18% С и 0,2— 0,4% Си, в состоянии поставки (без термообработки) предел текучести > 35 кгс/мм2, предел прочности на растяжение > 50 кгс/мм2, удлинение >21%, ее ударная вязкость при т-ре — 70° С равна > 3 кгс-м/см2. После закалки и отпуска предел текучести М. с. > 50 кгс/мм2, предел прочности на растяжение > 60 кгс/мм2, удлинение > 17%, ударная вязкость при т-ре — 70° С 3 кгс-м/см2. В среднеуглеродистых низколегирован.

Медистая сталь (0,3—0,5% С) медь (0,4 — 1,5%) увеличивает сквозную прокаливаемость крупных поковок, а также повышает предел текучести после отпуска. Легирование высокоуглеродистых сталей (1,0-1,2% С) медью (0,8-1,0%) после длительного нагрева при т-ре 800—850° С способствует появлению (Цудерода отжига, что повышает антифрикционные св-ва.

В высоколегированных нержавеющих и коррозионностойких медистых сплавов (аустенитного, ферритоаустенитного, мартенситного и мартенситоферритного классов) медь (0,8—3,5%) повышает сопротивление коррозии в определенных средах, понижает склонность к коррозионному растрескиванию под напряжением, приводит к дисперсионному твердению.

Легирование медью аустенитных хромоникелевых сталей увеличивает коррозионную стойкость в растворах серной к-ты. Особенно эффективно одновременное легирование медью и молибденом (сталь марок 06ХН28МДТ и 03ХН28МДТ). Сталь марки 03ХН28МДТ обладает повышенной стойкостью к ножевой и межкристаллитной коррозии.

Коррозионностойкая сталь марки Х15Н5Д2Т (1,75—2,5% Си) упрочняется вследствие дисперсионного твердения при выделении меди. У такой стали после закалки от т-ры 940—980° С (охлаждение на воздухе) и отпуска при т-ре 600 — 625° С предел прочности на растяжение > 90 кгс/мм2, предел текучести > 70 кгс/мм2 и удлинение > 10%.

При выплавке медистая сталь используют природнолегированные чугуны, медистый скрап и металлическую медь. Медистe. сталь получают в мартеновских печах, конверторах и электр. печах, электрошлаковым и вакуумно-дуговым переплавом. Поставляют ее в виде листов, полос, сортового проката и швеллеров.

Низколегированные М. с. применяют в мосто-, судо- и турбостроении, из них изготовляют металлоконструкции для кранов тяжелого и особо тяжелого режимов эксплуатации. Нержавеющие и коррозионностойкие медистая сталь используют для изготовления сварных конструкций, эксплуатируемых при т-ре до 80° С в серной к-те различной концентрации, арматуры повышенного качества, сварнолитых деталей и гидротурбин.

Статья на тему медистая сталь

Таблица хим элементов в составе стали

Расшифровка хим элементов состава стали

Займемся расшифровкой свойств химических элементов для того, чтобы понять, какое влияние оказывают химические элементы на свойства стали.

• С – углерод. Углерод в составе стали необходим для увеличения прочности и твердости. Чем углерода больше, тем прочнее и тверже сталь. Если в составе углеродистой металлопродукции присутствует более 0,4 % углерода, то при отрицательной температуре, от нуля градусов и ниже, сталь становится, менее надежна, и более хрупка.
• Si – кремний. Если кремний присутствует в металле в диапазоне 0,3%-0,4%, то он повышает прочность металла, а так же предел текучести, но уменьшается пластичность (уменьшается способность металла к вытяжке). Если его содержание в стали более 0,4%, то уменьшается свариваемость и стойкость к коррозии. Если кремния менее 0,3 %, пластичность металла не снижается. Кремний особенно упрочняет сталь в нержавеющем прокате — он придает ему повышение коррозионной стойкости, износостойкость и повышение упругости.
• Mn – марганец. Если его в металле более 0,8 %, то он увеличивает прочность, упругость и износостойкость, но уменьшает теплопроводность, пластичность и свариваемость. Если его менее 0,8 %, то он не оказывает никакого существенного влияния на сталь. Так же если марганца в составе много, то можно увидеть в металлопродукции красноватый цвет (цвет марганцовки), поэтому невооруженным взглядом можно понять много ли марганца в металле или нет.
• P – фосфор. Это вредная примесь. Если в составе более 1% Si, то фосфор вытесняется и уменьшается. Если фосфора не более 0,04%, то понижается порог хладноломкости и увеличивается риск появления трещин. Если фосфора более 0,04%, то зерна феррита становятся крупнее и склонность металла к перегреву увеличивается. Чем больше в составе Si (кремния) и Al (алюминия), тем меньше отрицательного воздействия (в особенности, уменьшается степень нагрева).
• S – сера. Является постоянной примесью. Она негативно влияет на ударную вязкость, свариваемость и качество поверхности металлопродукции. В горячем состоянии сера приводит к снижению пластичности. Марганец уменьшает влияние вредных свойств серы.
• Cr – хром. Повышает термическую прочность стали, увеличивает стойкость к коррозии и окислению.
• Ni – никель. Улучшает вязкость стали и усталой прочности. В комбинации с хромом и молибденом он улучшает термическую прочность. Защищает от коррозии. Облагораживает поверхность.
• Cu – медь. Увеличивает коррозионную сопротивляемость стали. Она повышает прочностные характеристики и уменьшает ударную вязкость и пластичность стали.
• As – мышьяк. В количестве от 0,1-0,16% увеличивает коррозионную стойкость. В составе стали он аналогичен фосфора, но негативное воздействие его меньше. В качественных сталях допускается присутствие мышьяка не более 0,08%.
• N – азот. Является присадкой, которая позволяет снизить содержание в стали никеля, хрома и марганца. Повышает предел текучести. Способен измельчать зерно феррита (ем меньше зерно, тем меньше способность к перегреву).
• Al – алюминий. Изолирует металл от окисления воздухом, оказывает антикоррозионные свойства. Улучшает прочность, пластичность и упругость.
• Mo – молибден. Придает стали большую твердость. Уменьшает отпускную хрупкость. Повышает вязкость при низкой температуре. Увеличивает стойкость к высокой температуре.
• Ti – титан. Повышает твердость, пластичность и устойчивость к коррозии. По прочности превосходит все химические элементы в составе стали.

Выбрать лист стальной Вы можете на нашем сайте!

Так же Вы можете отправить заявку на почту: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Или позвонив нам на по телефону: + 7 343 345-11-23

Влияние меди на свойства стали

Уважаемые преподаватели, сотрудники и студенты!

Уведомляем Вас о том, что в период с 16.07.2021 по 01.08.2021 гг. доступ к Образовательному порталу МГТУ им. Г.И. Носова будет закрыт в связи с плановыми техническими работами, сервисы Образовательного портала могут быть не доступны.

Справки об обучении студенты могут заказать по телефону: 23-57-55 (Москвина Анна Вадимовна).

Справки о доходах студенты могут заказать по телефону: 22-09-19 (Ильина Венера Ахатовна).

Международный молодежный конкурс социальной антикоррупционной рекламы

«Вместе против коррупции!»

Продолжается приём работ на Международный молодёжный конкурс социальной антикоррупционной рекламы «Вместе против коррупции!». Конкурс проводится для молодёжи из всех государств мира. Он организован Генеральной прокуратурой Российской Федерации при поддержке Минпросвещения России.

Приём работ продлится до 1 октября 2021 года на официальном сайте конкурса https://www.anticorruption.life/ в двух номинациях – социальный плакат и социальный видеоролик. Участниками могут стать граждане любого государства (авторы – физические лица или творческие коллективы) в возрасте от 14 до 35 лет.

Для участия в конкурсе необходимо заполнить регистрационную форму на сайте и подтвердить своё согласие с правилами конкурса, а также дать согласие на обработку персональных данных. Конкурсные работы в электронном виде загружаются через личный кабинет на сайте.

Подробнее с правилами можно ознакомиться здесь.

Технологии будущего: квантовый курс CERN по-русски

Некоммерческая школа стартапов RUSSOL, партнер запустила краудфандинг курса по основам квантовых вычислений. На русский язык будут переведены 7 лекций об альтернативе классическим вычислениям, основанной на процессах квантовой физики — ее базовых алгоритмах, способах применения сейчас и возможностях использования завтра.

Все материалы созданы экспертами CERN — крупнейшей в мире лаборатории физики высоких энергий, построившей и запустившей “тот самый” Большой адронный коллайдер.

Внедрение квантовых компьютеров в ближайшие 15-30 лет даст возможности, недоступные сейчас даже суперкомпьютерам, а также позволит значительно ускорить разработку лекарственных препаратов, и создавать принципиально новые типы материалов (например, мы сможем предсказывать механические свойства полимеров).

Чтобы не остаться на обочине прогресса, стать востребованными и влиться в гонку технологий, студентам уже сейчас необходимо понимать основы квантовых вычислений. Открытый для студентов курс CERN — это шанс стать первопроходцем и научиться создавать новые продукты и приложения на базе квантовых технологий уже сегодня.

В результате реализации инициативы на Youtube появится отдельный канал с лекциями с русскими субтитрами и сайт с расшифровками и конспектами. После вычитки перевода курс будет доступен студентов КГЭУ, Сколтеха, МФТИ и ряда других. Чуть позднее — доступ получат все желающие.

Кампания продлится 30 дней. Ее авторы просят вас рассказать о запуске своим друзьям, а также распространить информацию о нем в соцсетях. Взамен — вы получите доступ к курсу первыми. Поддержать авторов можно и рублем, ну или символической сотней). Важны не столько деньги, сколько факт участия. Подробности — на странице кампании.

Квантовые вычисления — одна из четырех технологий, которую поддерживает программа RUSSOL 365 — наряду с автономными роботами, летающими автомобилями и освоением космоса. Цель кампании — способствовать появлению в России будущих Масков, Гейтсов и Безосов и в перспективе — ускорению технологического развития нашей страны. Хорошо развиваться экономика должна и здесь, а не только за рубежом.