3.4. Влияние легирующих элементов на физические свойства сталей
Легирующие элементы, вводимые в сталь, существенно изменяют физические свойства и свариваемость сталей (табл. 2).
Таблица 2
Физические свойства сталей
|
Свойства |
Стали перлитного класса |
Стали аустенитного класса |
Аустенитный высоконикелевый сплав типа 20-80 |
Сталь мартенситно-ферритного класса 1Х11В2МФ | ||
|
Ст3 |
12Х1МФ |
1Х18Н9Т |
типа 25-20 | |||
|
Плотность, г/см3 |
7,85 |
7,8 |
7,9 |
7,82 |
8,12 |
7,86 |
|
Температура плавления, С |
1500 |
1400..1450 |
1400..1425 |
1380..1410 |
1390 |
1450..1500 |
|
Удельная теплоёмкость при 20 С, КДж/(кгград) |
0,42 |
0,48 |
0,50 |
0,50 |
0,45..0,63 |
0,49 |
|
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м2град) |
40,3 |
35,7 |
16,4 |
14,6 |
12,2 |
25,2 |
|
Коэффициент линейного расширения, 10-6 мм/(ммС) от 0 до 100 от 0 до 500 |
12,0 13,9 |
10,8 13,2 |
17,3 18,5 |
15,0 18,0 |
11,7 13,5 |
10,7..10,8 13,0 |
|
Электросопротивление при 20 С, (ОМмм2)/м |
0,15 |
0,32 |
0,73 |
0,73 |
1,24 |
1,05 |
|
Температура начала интенсивного окалинообразования, С |
500 |
650..700 |
850..900 |
1150 |
1050 |
750 |
|
Модуль упругости, 10-5 МН/м2 при 20 С при 500 С |
2,02 1,44 |
2,13 1,83 |
2,02 1,69 |
2,04 1,73 |
2,30 1,95 |
2,12 1,73 |
|
Магнитные свойства |
магнит |
магнит |
не магнит |
не магнит |
не магнит |
магнит |
Это влияние сказывается и на критической температуре хрупкости металла Ткр – минимальное значение температуры, при которой излом образца на ударный изгиб содержит не более 50 % кристаллического излома или не менее 50 % волокнистого (табл. 3). Ткр большинства сталей значительно выше комнатной и зависит от наличия ЛЭ. В процессе нагрева и охлаждения стали переходят из хрупкого в пластичное состояние и наоборот, что следует учитывать при сварке.
Таблица 3
Смещение критической температуры хрупкости Ткр (15)
при увеличении содержания легирующего элемента на 0,1 %
|
Легирующий элемент |
Ткр (15), С |
Пределы легирования |
Легирующий элемент |
Ткр (15), С |
Пределы легирования |
|
C |
+ 14,7 |
0...0,4 |
Ni |
– 3,9 – 1,7 |
0...0,4 0,4...3 |
|
Mn |
– 5,6 |
0,3...1,5 |
Cr |
0 + 11,1 |
0...0,5 более 0,5 |
|
Si |
0 + 7,2 |
0,1...0,6 0,6...1,8 |
Mo |
+19,5 |
0...0,18 |
|
P |
+ 56 |
0...0,2 |
Al |
0 |
0...0,1 |
|
S |
0 |
0...0,05 |
Ti |
– 4,4 |
0,4 |
|
Cu |
0 + 3,9 |
0...0,70 0,7...20 |
V |
+ 33,4 |
0...0,14 |
|
B |
+ 278 |
0...0,0044 |
| ||
Практически все ЛЭ ухудшают свариваемость сталей, что находит выражение, например, в том, что для низколегированных сталей в показателе эквивалентного углерода Сэ суммируется количество ЛЭ
,
где символы различных элементов означают содержание его в процентах. Однако использование такой формулы имеет свои недостатки, связанные с недоучетом ряда фактов.
По сравнению со Ст3 легированные стали имеют повышенный коэффициент линейного расширения (в 1,5 раза) и электросопротивление (в 2...8 раз), пониженный коэффициент теплопроводности (в 2...3 раза) и меньшую Тпл (– на 100 С). Удельная теплоёмкость легированных сталей также выше на 15...20 % по сравнению со сталями перлитного класса.