2. Влияние химического состава на механические свойства стали

Химический состав стали характеризуется процентным содержанием в ней различных компонентов и примесей.

Углерод (У) – повышает предел текучести и временное сопротивление стали, однако пластичность и свариваемость стали уменьшаются. Поэтому в строительных конструкциях применяют только низкоуглеродистые стали с содержанием углерода до 0,22 %.

Кремний (С) – раскисляет сталь, увеличивает предел текучести и временное сопротивление, ухудшает свариваемость, стойкость против коррозии и сильно снижает ударную вязкость.

Марганец (Г) – увеличивает предел текучести и временное сопротивление стали.

Медь (Д) – повышает прочность стали и увеличивает стойкость ее против коррозии. Избыточное (более 0,7 %) содержание меди способствует старению стали.

Алюминий (Ю) – хорошо раскисляет сталь, повышает ее ударную вязкость.

Азот (А) – увеличивает хрупкость стали, особенно при низких температурах, и способствует ее старению.

Никель (Н), хром (X), ванадий (Ф), вольфрам (В), молибден (М), титан (Т), бор (Р) являются легирующими компонентами, улучшающими механические свойства стали; применение их для сталей, используемых в строительстве, ограничивается дефицитностью и высокой стоимостью.

Ряд примесей является вредным для сталей, сильно ухудшая ее конструкционные качества;

Фосфор (П) – резко уменьшает пластичность и ударную вязкость стали, а также делает ее хладноломкой (хрупкой при отрицательных температурах),

Сера – несколько уменьшает прочностные характеристики стали и, главное, делает ее красноломкой (хрупкой и склонной к образованию трещин при температуре 800 – 1000°С), что влечет за собой появление сварочных трещин.

Кислород, водород и азот, которые могут попасть в расплавленный металл из воздуха и остаться там, ухудшают структуру стали и способствуют увеличению ее хрупкости.

Улучшение механических свойств стали

Достигается термической обработкой.

Нормализация (разновидность отжига) нагрев проката свыше 910°С - 930°С с последующим охлаждением на воздухе. Это приводит к уплотнению структуры стали и снятию внутренних напряжений. Нормализация, являясь простейшим видом термической обработки, стали, применяется довольно часто.

Закалка заключается в нагреве стали выше 910°С -930°С с последующим быстрым охлаждением. В зависимости от скорости охлаждения могут быть получены различные структуры – более или менее твердые и мелкозернистые.

Отпуск заключается в нагреве проката до t=723°С с последующим медленным охлаждением для получения более однородного и устойчивого структурного строения сплава. Различают высокий, средний и низкий отпуск.

При высоком отпуске (600 - 650°С) временное сопротивление стали снижается, а пластичность повышается.

Низкий отпуск (350 - 400°С) ухудшает показатели ударной вязкости. При благоприятных условиях углерод выделяется и располагается между зернами феррита, а также группируется у различных дефектов кристаллической решетки. Это приводит к повышению предела текучести и временного сопротивления и к уменьшению пластичности и сопротивления хрупкому разрушению. Эта перестройка структуры и изменение прочности и пластичности происходит в течение достаточно длительного времени, поэтому такое явление называется старением. Старению способствуют: а) механические воздействия и особенно развитие пластических деформаций (механическое старение); б) температурные колебания. Невысоким нагревом (до 150–200 °С) можно резко усилить процесс старения. При пластическом деформировании и последующем небольшом нагреве интенсивность старения резко повышается (искусственное старение). Поскольку старение понижает сопротивление динамическим воздействиям и хрупкому разрушению, оно рассматривается как явление отрицательное. Наиболее подвержены старению кипящие стали.