Использование металла в различных конструкциях накладывает на материал определенные требования по части прочности и надежности. Поэтому большое значение имеет состав стали, содержание в ней примесей. Добиться абсолютной чистоты металла невозможно, в него обязательно входят добавки, которые можно разделить на 3 категории:
- Постоянные примеси входят в состав любой марки материала. К ним относятся марганец, кремний, сера, фосфор, алюминий. Некоторые из них присутствуют в руде, добываемой на карьерах, другие обязательны для добавления при выплавке металла.
- Скрытые примеси поступают в металл при контакте с воздухом. Таким веществом является азот.
- Случайные примеси попадают в состав металла из железного лома, а также из руды, добываемой на разных месторождениях. К таким веществам относятся мышьяк, медь, цинк, олово, сурьма, свинец и другие материалы.
В зависимости от концентрации добавок характеристики стали улучшаются или снижаются. Часть примесей является полезными, другая часть – вредными. При производстве стали важное значение имеет возможность в технологическом процессе улучшить качество материала, нивелировать влияние вредных добавок.
Вредные примеси в стали
Повышенное содержание вредных добавок ухудшает свойства металла, например, делает его хрупким и неприменимым при монтаже нагруженных конструкций. При этом некоторые примеси вредны только в определенной концентрации. Если сохранить баланс при выплавке, то параметры металла можно несколько улучшить.
Основными примесями, которые можно отнести к вредным для стальных сплавов, являются:
- Сурьма обеспечивает появление на поверхности детали зерен во время остывания стали в процессе производства. В результате металл становится более хрупким и ломким. Это относится к легированным маркам. Наиболее сильно негативные свойства сурьмы проявляются при отливке заготовок непрерывным способом.
- Высокое содержание азота в стали приводит к образованию инородных вкраплений, в результате чего качество изделий падает. Неметаллические вставки делают материал менее прочным. Но при грамотно подобранном процентном содержании азота диаграмма состояния железо-углерод улучшается, что положительно сказывается на качестве.
- Наиболее вредным и опасным является высокое содержание серы. При большом процентном отношении добавки формируется сульфит меди. Металл хуже сваривается, теряется пластичность, ударная вязкость. Из-за наличия серы сталь становится хладоломкой. Для снижения содержания меди металл подвергается специальной обработке, при помощи которой можно довести процент примеси до 0,005 процента.
- Еще одной вредной добавкой является фосфор. При высоком содержании данных примесей появляется хладоломкость и снижается ударная вязкость. Для нержавеющей стали большое количество фосфора становится причиной образования коррозии.
- Снижение твердости, предела прочности, увеличение хладоломкости – следствие повышенного содержания углерода. Еще один минус – рост электрического сопротивления стали.
- Если в состав материала входит большой процент олова, то пластичность существенно снижается. Также увеличивается хрупкость заготовок, особенно при отливе деталей непрерывным способом.
- Высокое содержание кислорода возможно при выплавке и сваривании заготовок. Из-за этого снижается пластичность металла – одна из наиболее важных характеристик. Для минимизации эффекта сваривание деталей часто осуществляется в защитной газовой среде.
Кроме указанных добавок существуют и другие примеси, способные снизить качество металлических изделий. Использование современных технологий позволяет минимизировать воздействие таких элементов на качество стали.
Полезные примеси в стали
Наравне с вредными существуют и полезные примеси. Процентное содержание данных элементов зависит от состава руды, технологии производства, других факторов. Полезные примеси также распространены. Рассмотрим основные из них и особенности их воздействия.
- Твердость металла и его коррозионная устойчивость повышаются при увеличении содержания хрома. Нержавеющие стали изготавливаются путем добавления именно этого элемента.
- За счет высокого содержания никеля в металле повышается прочность. Аналогично улучшается пластичность готового сплава.
- Если в состав стали входит повышенное количество алюминия, то материал становится устойчивым к образованию окалины. Также повышается жаростойкость.
- Если в процессе производства в металл добавляется вольфрам, то материал ставится прочнее из-за формирования сверхтвердых соединений или карбидов.
- Наличие кобальта – это возможность поднять стойкость материала к механическим, ударным нагрузкам, улучшить жаростойкость.
- Добавление при отливке титана позволяет вытеснить из сплава кислород. В конечном счете это улучшает устойчивость к коррозии и обрабатываемость.
- Прочность и плотность стали увеличиваются при добавлении ванадия. Материал является хорошим раскислителем и улучшает качество заготовок.
Контроль чистоты металла является обязательным условием при выплавке заготовок. В ходе проведения технологических операций фиксируются время и место раскисления, легирования, продолжительность и порядок печных, внепечных обработок. Также контролируются процессы перемешивания сплава, передача жидкого металла между агрегатами.
Для обеспечения высокого качества производства постоянно проверяются сталелитейные ковши и варианты их использования, учитываются особенности флюсов и способы их применения. Технологии разливки также находятся на контроле. Неукоснительное выполнение требований на всех этапах процесса позволяет получить металл высокого качества, с минимальным содержанием вредных примесей и высоким уровнем полезных добавок, улучшающих конечный продукт.
