Влияние элементов на свойства судостроительной стали

Марганец вводят в сталь при выплавке для ее раскисления, а также для уменьшения вредного влияния серы. Обычно марганца в стали содержится больше, чем это требуется технологией плавки, и поэтому определенная его часть растворяется в феррите и цементите. Замещая в а-твердом растворе часть атомов железа, марганец вызывает существенное упрочнение феррита (рис. 5.13, а). При содержании более 1,5% Mn наряду с интенсивным повышением- прочности наблюдается резкое падение ударной вязкости (рис. 5.13, б) и характеристик пластичности феррита.

Рис. 5.13. Влияние легирующих элементов на свойства феррита: а — на твердость; б — на ударную вязкость

В судостроительной стали при высоких значениях отношения содержания марганца к содержанию углерода (т. е. при уменьшении концентрации углерода и увеличении концентрации марганца) обеспечиваются повышение общего уровня ударной вязкости при температурах вязкого разрушения и понижение температуры перехода в хрупкое состояние. Нужно, однако, учитывать, что слишком высокое содержание марганца может привести к образованию бейнитной структуры при охлаждении стали после прокатки. Это, в свою очередь, отрицательно скажется на пластичности и вязкости стали. Поэтому содержание марганца обычно ограничивают 1,4—1,6 %.

Кремний, подобно марганцу, используется как эффективный раскислитель стали. В сплавах на основе железа он не образует собственных карбидов и поэтому полностью растворяется в феррите (частично кремний обнаруживается в стали в виде силикатных включений). Кремний упрочняет феррит, однако при концентрациях, превышающих 0,5%, отрицательно влияет на его пластичность и вязкость (рис. 5.14). Он также понижает способность стали к деформированию в холодном состоянии. Увеличение концентрации кремния свыше 1 % ведет к резкому повышению порога хладноломкости (рис. 5.14).

Рис. 5.14. Влияние легирующих элементов на порог хладноломкости стали Т₅₀ — температура полухрупкости

Марганец и кремний являются важнейшими компонентами современных судокорпусных сталей повышенной прочности.

Никель вводят в качестве легирующего элемента в судостроительные стали повышенной прочности, которые должны сохранять на достаточно высоком уровне характеристики пластичности, вязкости, сопротивления хрупким разрушениям при низких температурах и в коррозионных средах. Он эффективно понижает   температуру перехода в Т₅₀>°С хрупкое состояние, причем в отличие от других элементов обеспечивает это положительное влияние при широком диапазоне   концентраций   (см.   рис. 5.14).

Хром и молибден входят в состав низкоуглеродистых судостроительных сталей, упрочняемых по механизму вторичного твердения (за счет выделения в а-растворе высокодисперсных карбидов). Рациональное содержание элементов определяют, исходя из необходимости сохранения достаточной пластичности, вязкости и свариваемости стали повышенной прочности (см. рис. 5.13, 5.14).

Медь     увеличивает     прочность стали благодаря упрочнению феррита и в процессе дисперсионного твердения. Она также способствует сопротивляемости коррозии и понижению критической температуры хрупкости.

Ниобий и ванадий также могут вызывать дисперсионное твердение стали. При введении —0,05% ниобия и —0,1 % ванадия образуются высокодисперсионные карбиды NbC и VC. Это упрочнение реализуется либо при выполнении контролируемой прокатки, либо после термической обработки.