Влияние элементов на свойства судостроительной стали

Страницы: 1 2 3 4

Фосфор относится к вредным примесям в стали. Растворяясь в феррите, он увеличивает прочность стали, но уменьшает ее пластичность и развитие трещин, повышает порог хладноломкости (рис. 5.15). Изменение содержания фосфора на 0,01 % ведет к смещению температуры перехода в хрупкое состояние на 20—25 °С, т. е. этот элемент вызывает хладноломкость стали. Поэтому содержание фосфора в судокорпусных сталях строго ограничено и не должно превышать 0,04 %.

Однако в локальных микрообъемах его концентрация может быть выше, так как он распределяется не равномерно, а в большей степени скапливается на границах зерен. Современные методы выплавки стали не обеспечивают полного удаления фосфора, в связи с чем рекомендуется использовать исходную шихту с минимальным его содержанием.


Рис. 5.15. Влияние фосфора на порог хладноломкости стали (0,2% С; 1,0% Mn).

Сера попадает в сталь из исходных шихтовых материалов (передельного чугуна, руды) при выплавке. Она растворена в жидком металле, а при кристаллизации выделяется в виде сульфида железа FeS, входящего в состав эвтектики Fe + FeS. Эвтектическая реакция протекает при сравнительно низкой температуре (988 °С). Легкоплавкая и хрупкая эвтектика, расположенная, как правило, по границам зерен, ухудшает технологические характеристики стали при горячей обработке давлением: нагрев до температуры начала деформирования (1150— 1200 °С) вызывает оплавление эвтектических участков, а последующее деформирование ведет к образованию надрывов и трещин. Это явление носит название красноломкости.

Отрицательное влияние серы на технологическую пластичность стали уменьшается при введении марганца, который образует тугоплавкий (температура плавления 1620 °С) сульфид MnS. При прокатке включения MnS вытягиваются, приобретая пластинчатую форму. Однако пластинчатые, ориентированные в направлении прокатки включения усиливают анизотропию механических свойств: характеристики пластичности и ударная вязкость горячекатаной стали в направлении прокатки значительно выше, чем в поперечном направлении. Сернистые включения пластинчатой формы, являясь концентраторами напряжений, также резко понижают работу распространения трещины.

Для сфероидизации сульфидных включений в настоящее время производят модифицирование жидкой стали силикокальцием, цирконием или церием. Образующиеся сульфиды кальция или сульфиды церия прочнее сульфидов марганца при температурах горячей прокатки и поэтому сохраняют после ее выполнения округлую форму. Это позволяет повысить свойства металла в направлении, перпендикулярном направлению прокатки. Коэффициент анизотропии относительного сужения и ударной вязкости возрастает от 0,5 (при пластинчатой форме сульфидов) до 0,8 (при округлой).

В отличие от других вредных примесей сера вначале повышает, а затем понижает (при более высоком объеме содержания MnS) порог хладноломкости (рис. 5.16). Такое влияние серы на свойства стали обусловлено тем, что на его начальной стадии понижается работа зарождения трещины, но затем включения MnS препятствуют ее развитию.


Рис. 5.16. Влияние серы на порог хладноломкости стали: а — на ударную вязкость; б — на волокнистость в изломе В — доля волокна в изломе, %

Сера ухудшает свариваемость и коррозионную стойкость стали. В судокорпусных сталях содержание серы не должно превышать 0,04 %.