Для чего молибден в нержавейке

Влияние химических элементов на свойства стали.

Каталог

Наш Instagram

Влияние хим. элементов на свойства стали.

Условные обозначения химических элементов:

ВЛИЯНИЕ ПРИМЕСЕЙ НА СТАЛЬ И ЕЕ СВОЙСТВА

Углерод — находится в стали обычно в виде химического соединения Fe₃C, называемого цементитом. С увеличением содержания углерода до 1,2% твердость, прочность и упругость стали увеличиваются, но пластичность и сопротивление удару понижаются, а обрабатываемость ухудшается, ухудшается и свариваемость.

Кремний — если он содержится в стали в небольшом количестве, особого влияния на ее свойства не оказывает.(Полезная примесь; вводят в качестве активного раскислителя и остается в стали в кол-ве 0,4%)

Марганец — как и кремний, содержится в обыкновенной углеродистой стали в небольшом количестве и особого влияния на ее свойства также не оказывает. (Полезная примесь; вводят в сталь для раскисления и остается в ней в кол-ве 0,3-0,8%. Марганец уменьшает вредное влияние кислорода и серы.

Сера — является вредной примесью. Она находится в стали главным образом в виде FeS. Это соединение сообщает стали хрупкость при высоких температурах, например при ковке, — свойство, которое называется красноломкостью. Сера увеличивает истираемость стали, понижает сопротивление усталости и уменьшает коррозионную стойкость. В углеродистой стали допускается серы не более 0,06-0,07%. ( От красноломкости сталь предохраняет марганец, который связывает серу в сульфиды MnS).

Фосфор — также является вредной примесью. Снижает вязкость при пониженных температурах, то есть вызывает хладноломкость. Обрабатываемость стали фосфор несколько улучшает, так как способствует отделению стружки.

ЛЕГИРУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА СВОЙСТВА СТАЛИ

Хром (Х) — наиболее дешевый и распространенный элемент. Он повышает твердость и прочность, незначительно уменьшая пластичность, увеличивает коррозионную стойкость; содержание больших количеств хрома делает сталь нержавеющей и обеспечивает устойчивость магнитных сил.

Никель (Н) — сообщает стали коррозионную стойкость, высокую прочность и пластичность, увеличивает прокаливаемость, оказывает влияние на изменение коэффициента теплового расширения. Никель – дорогой металл, его стараются заменить более дешевым.

Вольфрам (В) — образует в стали очень твердые химические соединения – карбиды, резко увеличивающие твердость и красностойкость. Вольфрам препятствует росту зерен при нагреве, способствует устранению хрупкости при отпуске. Это дорогой и дефицитный металл.

Ванадий (Ф) — повышает твердость и прочность, измельчает зерно. Увеличивает плотность стали, так как является хорошим раскислителем, он дорог и дефицитен.

Кремний (С)- в количестве свыше 1% оказывает особое влияние на свойства стали: содержание 1-1,5% Si увеличивает прочность, при этом вязкость сохраняется. При большем содержании кремния увеличивается электросопротивление и магнитопроницаемость. Кремний увеличивает также упругость, кислостойкость, окалиностойкость.

Марганец (Г) — при содержании свыше 1% увеличивает твердость, износоустойчивость, стойкость против ударных нагрузок, не уменьшая пластичности.

Кобальт (К) — повышает жаропрочность, магнитные свойства, увеличивает сопротивление удару.

Молибден (М) — увеличивает красностойкость, упругость, предел прочности на растяжение, антикоррозионные свойства и сопротивление окислению при высоких температурах.

Титан (Т) — повышает прочность и плотность стали, способствует измельчению зерна, является хорошим раскислителем, улучшает обрабатываемость и сопротивление коррозии.

Ниобий (Б) — улучшает кислостойкость и способствует уменьшению коррозии в сварных конструкциях.

Алюминий (Ю) — повышает жаростойкость и окалиностойкость.

Медь (Д) — увеличивает антикоррозионные свойства, она вводится главным образом в строительную сталь.

Церий — повышает прочность и особенно пластичность.

Цирконий (Ц) — оказывает особое влияние на величину и рост зерна в стали, измельчает зерно и позволяет получать сталь с заранее заданной зернистостью.

Лантан, цезий, неодим — уменьшают пористость, способствуют уменьшению содержания серы в стали, улучшают качество поверхности, измельчают зерно.

Источник

Влияние молибдена на свойства стали

Влияние молибдена

Влияние хрома
Практически все перлитные, мартенситные и аустенитные жаропрочные стали содержат в том или ином количестве хром. Его основная роль заключается в повышении жаропрочности и коррозионной устойчивости.

На механические свойства котельных сталей при статическом разрыве хром оказывает небольшое влияние; несколько большее – на сопротивление ползучести.

Добавка хрома к молибденовым сталям (0,5% Мо) в количестве 1,5% повышает сопротивление ползучести и длительную прочность, дальнейшее увеличение содержания хрома уже не приводит к увеличению сопротивления ползучести, даже, наоборот, уменьшает его.

Хорошо известно, что 1,5%-ная хромомолибденовая сталь обладает более высоким сопротивлением ползучести, чем 5%-ная хромомолибденовая сталь.

С увеличением длительности испытания (10 000 и 100 000 час.) разница во влиянии хрома на длительную прочность стали сглаживается.

Стали с 1,25–1,5% содержанием хрома при испытании на длительную прочность имеют преимущество по сравнению со сталями с другими количествами хрома. В сталях с 1% содержанием молибденаповышение содержания хрома от 3 до 9% несколько увеличивает длительную прочность и сопротивление ползучести. Большой интерес представляет вопрос о роли хрома в развитии тепловой хрупкости – хром наряду с марганцем и другими элементами является основным элементом, вызывающим хрупкость при длительном нагреве, особенно в аустенитно-ферритных и ферритных сталях.

K положительному влиянию хрома следует отнести его способность повышать стабильность структуры.

В малоуглеродистых низколегированных хромистых сталях хром главным образом находится в цементитном карбиде Fe3C. Хром, растворенный в Fе3С, придает карбиду большую термическую стойкость и затрудняет диссоциацию карбида, а также уменьшает диффузию углерода, что вместе с тем уменьшает скорость коагуляции карбидной фазы, препятствует процессу графитизации и образованию свободного графита в структуре стали.
Легирование небольшим количеством хрома 0,5%-ной молибденовой стали сильно замедляет процесс графитизации этой стали.
Молибден – один из основных упрочняющих легирующих элементов в жаропрочных сталях.

Все исследования весьма убедительно подтверждают исключительно благоприятное влияние молибдена на сопротивление ползучести и длительную прочность углеродистых, хромистых, хромованадиевых перлитных сталей, а также хромоникелевых аустенитных сталей.

Более высокое содержание молибдена обеспечивает стали повышенное сопротивление ползучести, а также более высокие значения длительной прочности.

Присадка молибдена вызывает повышение пределов ползучести и длительной прочности и у сталей с содержанием около 11–13% Сr. Такие стали, дополнительно легированные еще ванадием, ниобием,находят все большее и большее применение для различных деталей, подвергающихся длительной эксплуатации при высоких температурах, и рекомендуются для труб паровых котлов с высокими параметрами пара и паропроводов.

Благоприятное влияние молибден оказывает и на жаропрочность аустенитной хромоникелевой стали, длительная прочность и сопротивление ползучести которой при добавке молибдена значительно повышаются.

Молибден преимущественно входит в твердый раствор, а не карбидную фазу, поэтому он значительно изменяет параметры диффузии и самодиффузии элементов, входящих в состав стали, и уменьшает скорость диффузионных процессов.

Искажая решетку основного твердого раствора, молибден тем самым упрочняет его.

В процессе эксплуатации при повышенных температурах с течением времени в сталях, не стабилизированных сильными карбидообразующими элементами, происходит перераспределение молибдена между твердым раствором и карбидной фазой, при этом часть молибдена переходит из твердого раствора в карбиды. Чем длительнее нагрев молибденсодержащей стали, тем большее количество молибдена уходит из твердого раствора. Такое обеднение твердого раствора молибденом приводит к снижению сопротивления ползучести

, что особенно заметно на сталях, не содержащих других легирующих элементов, кроме молибдена. Повышая легированность твердого раствора, молибден как элемент с очень высокой собственной температурой рекристаллизации повышает температуру рекристаллизации стали, что тоже способствует упрочнению стали. Благоприятное влияние оказывает молибден и на тепловую хрупкость низколегированных сталей перлитного класса. Многочисленные исследования показывают, что
молибден – основной элемент, резко снижающий чувствительность сталей к тепловой хрупкости
. Даже низколегированные хромоникелевые стали, особенно подверженные тепловой хрупкости, при добавке молибдена становятся менее склонными к ней.

Единственным отрицательным свойством молибдена является склонность молибденовых низколегированных сталей к графитизации.

Молибден повышает пластические свойства при длительном разрыве.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Тугоплавкий металл молибден

Молибден и его сплавы относятся к тугоплавким материалам. Для изготовления обшивки головных частей ракет и самолетов тугоплавкие металлы и сплавы на их основе используют в двух вариантах. В одном из вариантов эти металлы служат лишь тепловыми экранами, которые отделены от основного конструкцнонного материала теплоизоляцией. Во втором случае тугоплавкие металлы и их сплавы служат основным конструкционным материалом. Молибден занимает второе место после вольфрама и его сплавов по прочностным свойствам. Однако, по удельной прочности при температурах ниже 1350-1450°С Mo и его сплавы занимают первое место. Таким образом, наибольшее распространение для изготовлеиия обшивки и элементов каркаса ракет и сверхзвуковых самолетов получают молибден и ниобий и их сплавы, обладающие большей удельной прочностью до 1370°С по сравненню с танталом, вольфрамом и сплавами на их основе. Из Mo изготовляют сотовые панели космических летательных аппаратов, теплообменники, оболочки возвращающихся на землю ракет и капсул, тепловые экраны, обшивку кромок крыльев и стабилизаторы в сверхзвуковых самолетах. В очень тяжелых условиях работают некоторые детали прямоточных ракетных и турбореактивных двигателей (лопатки турбин, хвостовые юбки, заслонки форсунок, сопла ракетных двигателей, поверхности управления в ракетах с твердым топливом). При этом от материала требуется не только высокое сопротивление окислению и газовой эрозии, но и высокая длительная прочность и сопротивление удару. При температурах ниже 1370°С для изготовления данных деталей используют молибден и его сплавы.

Молибден — перспективный материал для оборудования, работающего в среде серной, соляной и фосфорной кислот. В связи с высокой стойкостью данного металла в расплавленном стекле его широко используют в стекольной промышленности, в частности для изготовления электродов для плавки стекла. В настоящее время из молибденовых сплавов изготавливают прессформы и стержни машин для литья под давлением алюминиевых, цинковых и медных сплавов. Высокая прочность и твердость таких материалов при повышенных температурах обусловили их применение в качестве инструмента при горячей обработке сталей и сплавов давлением (оправки прошивных станов, матрицы, прессштемпели).

Молибден существенно улучшает свойства сталей. Присадка Mo значительно повышает их прокаливаемость. Небольшие добавки Mo (0,15-0,8 %) в конструкционные стали настолько увеличивают их прочность, вязкость и коррозионную стойкость, что они используются при изготовлении самых ответственных деталей и изделий. Для повышения твердости молибден вводят в сплавы кобальта и хрома (стеллиты), которые применяют для наплавки кромок деталей из обычной стали, работающих на износ (истирание).Также он входит в состав ряда кислотоупорных и жаростойких сплавов на основе никеля, кобальта и хрома.

Еще одной областью применения является производство нагревательных элементов электропечей, работающих в атмосфере водорода при температурах до 1600°С. Также молибден широко используется в радиоэлектронной промышленности и рентгенотехнике для изготовления различных деталей электронных ламп, рентгеновских трубок и других вакуумных приборов.

Влияние хим. элементов на свойства стали.

Условные обозначения химических элементов:

Влияние легирующих элементов на жаропрочность аустенитных сталей

В этой статье мы поговорим о влиянии некоторых легирующих элементов на жаропрочность сталей. На складе компании ООО “Новьсталь” к таким сталям относится прокат марки 20х23н18

Влияние титана

Молибденовые стали

Молибден подобно вольфраму и хрому сужает v-область, т.е. повышает критическую точку железа A3 и понижает точку A4. При содержании молибдена 2,5-3,5% на диаграмме состояния железомолибденовых сплавов область твердых растворов v-железа замыкается. Сплавы с содержанием молибдена более 3,5% являются ферритными и критических точек не имеют. С железом молибден образует твердые растворы и два интерметаллических соединения: Fe3Mo2 с 53,2%Мо и FeMo с 63,2% Мо. Молибден понижает концентрацию углерода в перлите, т.е. сдвигает точку S на диаграмме Fe-C влево. При нагреве доэвтектоидной стали молибден повышает точку A3, а на точку A1 оказывает слабое влияние.
Молибден — сильный карбидообразующий элемент, образующий с углеродом устойчивые карбиды MoC и Mo2C, но в стали с 8-10%Мо и менее в основном присутствуют сложные двойные железомолибденовые карбиды типа цементита — (Fe, Мо)3С. Соотношение железа и молибдена в этих карбидах в зависимости от состава стали и условий термообработки может меняться в широких пределах.

Процесс карбидообразования в молибденовых сталях происходит следующим образом: специальные карбиды образуются только в температурной области перлитного превращения благодаря достаточной диффузионной подвижности атомов молибдена при длительных выдержках. В сталях с высоким содержанием молибдена выделение специальных карбидов в очень тонкодисперсной форме происходит сразу же после превращения в верхней перлитной области около 700 °С.

При превращении в промежуточной области вплоть до температур порядка 500 °С выделяется только карбид Fe3C, содержащий молибден. При длительных выдержках в районе 500 °С выделяются специальные карбиды Mo2C, которые благодаря неравновесному состоянию обладают крайне высокой дисперсностью.

Коэффициент диффузии молибдена в и a-железе очень мал, причем в a-железе во много раз больше, чем в v-железе. В присутствии углерода коэффициент диффузии молибдена в v-растворе увеличивается. В то же время молибден уменьшает коэффициент диффузии углерода в v-растворе ниже 1000 °С, но в интервале 1000-1200 °С он практически не влияет на коэффициент диффузии углерода, а при более высоких температурах даже увеличивает. В присутствии молибдена самодиффузия железа замедляется, вследствие чего повышается температура рекристаллизации а-железа.

В литых сталях положение мартенситной точки от содержания молибдена практически не зависит. В доэвтектоидных сталях добавки молибдена значительно замедляют образование перлита и примерно на 100 °С повышают температуру максимальной скорости превращения. Все содержащие молибден стали имеют высокую скорость превращения в промежуточной области и сравнительно невысокую — в перлитной. Молибден уменьшает критическую скорость охлаждения в значительно большей степени, чем хром. Молибденовые стали имеют высокую прокаливаемость и мало склонны к перегреву.

Молибден повышает устойчивость сталей против отпуска, особенно после закалки с высоких температур, что обусловлено выделением в критической температурной области тонкодисперсных специальных карбидов. В порошковые стали молибден вводят для увеличения прочности, износостойкости и коррозионной стойкости. Небольшие добавки молибдена улучшают пластичность порошковой стали.

Двойные Fe-Mo сплавы практического применения не нашли, что вероятно, объясняется быстрым ростом зерна в железе под влиянием молибдена, а также большой усадкой. Кроме того, молибден задерживает начало эвтектоидного превращения в стали и, следовательно, оказывает существенное влияние на закалочные свойства сталей.

Влияние молибдена (табл. 14) на свойства железографитового материала ЖГр1 в спеченном состоянии и после химикотермической обработки — цементации в твердом карбюризаторe при температуре 920 °С с закалкой в масло и последующим низким отпуском при 180 °С — исследовано в работе. Исходными компонентами служили порошки карбонильного железа с крупностью частиц 3 мкм, коллоидальный графит марки C-1 с размером частиц 7,6 мкм и молибден крупностью 0,9 мкм. Спекание проводили в водороде при температуре 1150 °С в течение двух часов.

Испытание материалов с различным содержанием молибдена показало, что в отличие от хрома молибден благоприятно влияет на антифрикционные свойства железографитовых материалов: уменьшаются коэффициент трения и износ, повышается максимальная нагрузка до схватывания. Особенно это влияние заметно на материалах, подвергнутых химикотермической обработке. Такое благоприятное воздействие молибдена на антифрикционные свойства объясняется его несколько отличным от хрома влиянием на формирование структуры как в процессе спекания и химико-термической обработки, так и в процессе трения.

Так как в присутствии углерода коэффициент диффузии молибдена в v-железе выше, чем коэффициент диффузии хрома, структура материалов, легированных молибденом, более однородна и представляет в спеченном состоянии легированный перлит с карбидами, а после химико-термической обработки — мартенсит с остаточным аустенитом и карбиды

типа Me23С6 и Me3С. Микротвердость основы сталей по мере увеличения в них концентрации молибдена непрерывно растет. Более высокая однородность молибденовых сталей по сравнению с хромистыми объясняется также еще и тем, что карбид хрома образуется при температурах 900-950 °С, в то время как образование карбида молибдена начинается лишь при температурах 1100 °С и выше. Таким образом, растворение молибдена осуществляется диффузией молибдена в железо, в то время как в хромистых сталях сначала образуется карбид хрома, а потом уже начинается его растворение в железной основе.

Так, структура стали ЖГр1М10 в спеченном состоянии представляет собой сорбитообразный перлит, в то время как в стали ЖГр1Х10 можно обнаружить весь спектр структур от ферритной до троостито-мертенситной. В сталях, легированных молибденом, объемная доля карбидов больше, а их средний размер значительно меньше, чем в хромистых сталях. Это связано, очевидно, с более интенсивным выделением в молибденовых сталях мелких вторичных карбидов из пересыщенного твердого раствора при охлаждении. Так в интервале температур 400-500 °С из пересыщенного твердого раствора выделяется крайне дисперсный карбид (Fe,Mo)2C, появление которого существенно влияет на средний размер карбидов. Мелкие карбиды молибдена, очевидно, более энергоемки, чем карбиды хрома, что подтверждается и существенной разницей в их микротвердости (1080-1230 HV имеют карбиды молибдена и 800-900 HV карбиды хрома).

Увеличение энергии связи и образование мелких износостойких карбидов, которые в процессе трения не выкрашиваются, как карбиды хрома, а образуют удобные пятна касания, что существенным образом сказывается на уменьшении износа стали, легированной молибденом. В хромистых сталях, подвергнутых химико-термической обработке, в процессе испытания количество остаточного аустенита увеличивается, в то время как в сталях ЖГр1М5, ЖГр1М10 эти зависимости носят убывающий характер. По-видимому, при воздействии скорости и нагрузки молибден способствует протеканию направленного аустенитно-мартенситного превращения, подобно аустенитным литым сталям, которые упрочняются в процессе трения.

Обычно Mo добавляется в спеченные стали вместе с другими легирующими элементами, такими как Ni, Cu, Mn. Это обусловлено, прежде всего тем, что Мо-дорогостоящий элемент. Фишер показал, что добавление 1%Мо в сталь, содержащую 2%Ni, 1%Мп и 0,4%С, увеличивает предел прочности на растяжение на 130 МПа.

В работе было обнаружено значительное повышение твердости стали, содержащей медь и никель, по мере добавления в нее молибдена. В табл.15 представлены свойства стали, содержащей l,75%Ni, 1,5%Сu, 0,5%Мо, полученной из частично легированного порошка (DISTALOIYSA) и порошковой смеси. В том и другом случае было добавлено 0,6% графита. Давление прессования 589 МПа.

Численные значения в табл.15 представляют собой среднюю величину, взятую из пяти измерений.

Влияние молибдена на свойства спеченной стали, легированной 2%Си и l%Ni, изучено в работе. Сталь получали прессованием и спеканием при 1200 С в течение 1,5 ч В качестве исходных материалов использовали восстановленный железный порошок, электролитический медный порошок, карбонильный никель и ферромолибден. Влияние содержания молибдена и углерода на механические свойства сталей в спеченном состоянии приведены на рис. 10. Понижение предела прочности и пластичности стали с увеличением содержания молибдена и углерода связано с образованием хрупких специальных карбидов в процессе спекания. Сталь, содержащая 0,4% Мо и 0,6% С, имеет одновременно наиболее высокую прочность и пластичность. Термическая обработка, заключающаяся в закалке с 870 °С в масле с последующим отпуском, значительно повысила прочностные свойства (рис. 11). Закалка с отпуском при 200 °С почти в два раза повышает предел прочности стали оптимального состава, но относительное удлинение при этом снижается до 1%. Наилучший комплекс механических свойств Достигается после отпуска при 650 °С: прочность возрастает по сравнению со спеченным состоянием на 15-20%, а пластичность остается на том же уровне (

Эспер в работе отмечал, что при спекании сталей с содержанием никеля от 2,5 до 3,5%, молибдена от 2,5 до 4,5% и фосфора в количестве 0,45% при температуре 1250 С в сухом водороде можно получить следующие свойства: предел прочности на растяжение более 600 МПа, предел текучести более 450 МПа, ударную вязкость более 60 Дж.

В работе отмечалось, что углерод улучшает свойства Fe-0,45P-2Cu-2Ni прессовок после спекания, а введение фосфора и углерода в отдельности повышает прочность Fe-Mo-Ni прессовок. В работе исследовано совместное влияние фосфора и углерода на свойства порошковых молибденовых сталей. Предварительно была приготовлена смесь Fe-0,45P-C. Содержание углерода составляло 0,4 и 0,8%, а содержание молибдена варьировалось между 1 и 4%. Затем смеси прессовали при давлении 691 МПа.

В процессе спекания происходило уменьшение содержания углерода на 0,1±0,02%. Установлено, что во всех исследованных образцах прочность и линейная усадка возрастают с увеличением содержания и температуры спекания (рис. 12 и рис. 13).

Удлинение уменьшается с введением молибдена, но с повышением температуры спекания возрастает (рис.12, 13). Повышение содержания углерода увеличивает пределы прочности и текучести при растяжении и уменьшает пластичность и линейную усадку (рис. 12). Из полученных результатов видно, что при введении соответствующего количества углерода и молибдена можно избежать изменения размеров.

Металлографический анализ показал, что при температуре спекания 1120 °С стали с содержанием 0,8 и 1%С имеют структуру, близкую к перлитной с рассеянными ферритными выделениями. Из анализа диаграммы состояния системы Fe-C-P следует, что при наличии 0,8%С и 0,45%Р в железных прессовках спекание происходит в аустенитном состоянии.

При введении более 1,2% Mo ферритная фаза становится стабильной в температурном интервале от 1050 до 1200 °С. Углерод хорошо известен как стабилизатор аустенитной фазы. Таким образом, при содержании 4% Мо спекание происходит в смешанной а+v-фазе, поэтому и структура является неоднородной — с зернами феррита и перлита. При содержании углерода выше 1% образуется жидкая фаза в сплаве Fe-Mo-C при температуре спекания выше 1200 °С. При этом происходит заметная гомогенизация.

Таким образом, одновременное добавление углерода и фосфора в Fe-Mo композицию повышает предел прочности на растяжение и предел текучести, но уменьшает пластичность. Добавляя в Fe-0,45%Р прессовки углерод (от 0,4 до 0,8%) и молибден (от 1 до 4%) наблюдалось повышение прочностных свойств с одновременным уменьшением пластичности.

Источник