Как влияют основные элементы, входящие в состав углеродистых сталей, свойства сталей?

По содержанию углерода стали делят на низкоуглеродистые, содержащие свойства сталей от 0,05 до 0,25% углерода; среднеуглеродистые – от 0,25 до 0,6% углерода и высокоуглеродистые – свыше 0,6% углерода. С увеличением содержания углерода повышаются предел прочности стали, твердость и хрупкость при одновременном уменьшении относительного удлинения и ударной вязкости.

Содержание углерода в обычных конструкционных сталях в пределах до 0,25% не ухудшает их свариваемость. При более высоком содержании углерода свариваемость стали ухудшается, так как в зонах термического влияния образуются закалочные структуры, приводящие к трещинам. Повышенное содержание углерода в присадочном металле вызывает пористость шва.

Марганец содержится пределах 0,3-0,8% и не затрудняет процесс сварки. При сварке среднемарганцовистых сталей с содержанием марганца 1,8 - 2,5% возникает опасность появления трещин в связи с тем, что марганец способствует закаливаемости стали.

Кремний содержится в низко- и среднеуглеродистой сталях в пределах 0,02-0,35% и не вызывает затруднений при сварке. При содержании кремния в специальных сталях от 0,8 до 1,5% сварка затрудняется из-за высокой жидкотекучести кремнистой стали и образования тугоплавких окислов кремния.

Сера – вредная примесь в стали. Она образует с железом химическое соединение – сернистое железо. Сталь с примесью серы при нагревании трескается, т. е. становится красноломкой. Содержание серы в стали не должно превышать 0,055%. Свариваемость стали с повышенным содержанием серы резко ухудшается.

Фосфор также является вредной примесыо в стали. Содержание его не должно превышать 0,05%. Фосфор образует с железом химическое соединение - фосфористое железо – и увеличивает твердость и хрупкость стали, вызывает хладноломкость, т. е. появление трещин в холодном состоянии.

Ванадий в легированных сталях содержится в пределах 0,2-0,8%. Он способствует закаливаемости стали, что затрудняет сварку. В процессе сварки ванадий активно окисляется и выгорает.

Вольфрам в легированных сталях содержится в пределах 0,8-18%, он увеличивает твердость стали и затрудняет сварку, так как сильно окисляется.

Никель в низкоуглеродистых сталях содержится в пределах 0,2-0,3%, конструкционных – от 1 до 0,5% и в легированных – от 8 до 35%. Никель увеличивает пластические и прочностные свойства стали, свариваемость не ухудшает.

Молибден содержится в стали в пределах 0,15 - 0,8%.

Приближенно марку углеродистой стали можно определить пробой на искру. Если испытываемый образец прижать к вращающемуся шлифовальному кругу, то образуется пучок искр. Форма и цвет искр меняются в зависимости от количества углерода и легирующих добавок. Пучок прямых линий представляет собой светящиеся частицы горящего железа, ответвления от прямых линий – вспышки частиц углерода. С увеличением содержания в стали углерода основные светящиеся линии становятся короче и тоньше, а разветвления увеличиваются. Стали с содержанием углерода 0,15 – 0,2% дают искры соломенно-желтого цвета, стали с содержанием углерода 0,25-0,5% - светло–желтого цвета, а с содержанием углерода от 0,6 до 1,1% - белого цвета. Стали с более высоким содержанием углерода дают искры темно – красного цвета.

Стали, поставляемые предприятиями, различаются по видам. Торец полосы, уголка или другого профиля маркируются краской разного цвета. Углеродистые стали обыкновенного качества марок Ст0, БСт0, Ст1 окрашиваются на торце в красный и зеленый цвет; БСт1, Ст2, БСт2 – белого и черного; ВСт2, Ст3, БСт3, ВСт3 – желтого; Ст4, БСт4 – красного; ВСт4, Ст5, БСт5 – черного; ВСт5, Ст6, БСт6 – синего цвета.

Углеродистая качественная конструкционная сталь марок 0, 8, 10кп, 10, 15, 15кп, 20 окрашивается на торцах краской белого цвета, сталь 25, 30, 35, 40 – белого и желтого цветов, сталь 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85 – белого и коричневого цветов, сталь 15Г, 20Г, 25Г, 30Г, 35Г, 40Г – коричневого цвета.

Легированные конструкционные стали окрашивают на торце: хромистые – краской зеленого и желтого цветов, марганцовистые – коричневого и синего, хромокелевые – желтого и черного, хромомолибденовые – зеленого и фиолетового цветов.

Высоколегированные стали окрашивают на торце: хромоникелевые – краской алюминиевого и красного цветов, хромоникелетитановые – алюминиевого и синего цветов.