Влияние фосфора и серы на вязкие свойства стали

В связи с этим рассмотрим подробнее их влияние на свойства низколегированных сталей для строительных конструкций.

Влияние фосфора

При исследовании низкоуглеродистой стали Ст₃ было установлено, что вследствие зональной ликвации в пределах листа наблюдалась существенная неоднородность по химическому составу и механическим свойствам. Неоднородность оказалась столь значительной, что позволила проследить в широком диапазоне концентраций совместное влияние фосфора и углерода на предел текучести.

Особенно сильно отрицательное влияние фосфора проявляется в сталях, содержащих более 1 % Si, так как последний вытесняет фосфор из твердого раствора в зернограничные области, что ослабляет границы и повышает степень ликвации фосфора.

Вместе с тем имеются исследования, в которых показано, что при высоких, а также очень низких скоростях охлаждения, соответствующих закалке и отжигу, увеличение содержания фосфора до 0,04 % понижает порог хладноломкости стали и начинает оказывать резко отрицательное влияние лишь при концентрации, большей 0,04%.

Влияние содержания фосфора на вязкие свойства марганцовистой стали повышенной прочности авторы изучали на двух сериях плавок с 0,17 % С, 1,5 % Mn и 0,03 % Si, раскисленных титаном. Плавки одной серии содержали около 0,5% Si, в металле других плавок кремний практически отсутствовал (<0,03% Si). Из нормализованных листов толщиной 11 мм образцы вырезали поперек направления прокатки. У стали без кремния ударная вязкость очень резко падает при повышении содержания фосфора от 0,003 % до 0,04 %, далее это снижение происходит монотонно и при 0,12% Р ударная вязкость достигает весьма низких значений. Ударная вязкость стали, содержащей около 0,5% Si, при всех изученных концентрациях фосфора выше, чем у стали без кремния. Обращает на себя внимание то, что при изменении содержания фосфора от 0,003 % до 0,04 % ударная вязкость имеет тенденцию к росту, а затем монотонно снижается; кривая имеет характерный максимум при содержании фосфора около 0,04%.

Металлографическим исследованием установлено, что увеличение ударной вязкости стали при указанных концентрациях фосфора связано с измельчением зерна. Увеличение содержания фосфора сверх 0,04 % приводит к укрупнению зерен феррита. При этом отдельные зерна имеют ориентировку, напоминающую видманштеттовую, что свидетельствует об увеличивающейся тенденции к росту аустенитного зерна. При дальнейшем увеличении содержания фосфора сталь начинает проявлять склонность к перегреву и участки с видманштеттовой структурой занимают все большую площадь.

Отрицательное влияние фосфора на качество стали может быть несколько уменьшено добавками в нее кремния и алюминия.

Добавка около 0,05% Аl в кремнистую сталь, содержащую 0,12% фосфора, устраняет склонность стали к перегреву и резко увеличивает ударную вязкость. Температура перехода в хрупкое состояние остается на том же уровне, что и для стали, содержащей до 0,02% Р. Положительное влияние кремния значительно слабее — присадка 0,5 % Si в сталь, содержащую 0,12 % Р, сдвигает границы критического интервала хрупкости приблизительно на 25° С в сторону отрицательных температур.

Ослабление вредного влияния фосфора раскислением и легированием привело к созданию специальных сталей с повышенным сопротивлением атмосферной коррозии с содержанием фосфора и 0,1%. Эта сталь в прокате толщиной до 10 мм характеризуется достаточно удовлетворительной хладостойкостью.