Нержавеющие стали с ванадием

Влияние ванадия на структуру и свойства стали

Влияние ванадия на структуру и свойства стали

  • Влияние ванадия на структуру и свойства стали Ванадий является сильным карбидообразующим веществом element. In сталь образует прочный и стабильный карбид с простой кубической решеткой, похожей на решетку хлорида натрия: VC 19% C и V4C3-14%C. In стали, количество карбидной фазы в присутствии ванадия значительно меньше, а в железоуглеродистой фазовой диаграмме ванадий смещается вправо от точки кодирования 5, то есть в сторону уменьшения количества перлита.

На рисунке 97 показано влияние ванадия на концентрацию углерода в перлите и температуру превращения перлита. При 0.8% V перлит будет содержать −1%C, а критическая точка A \поднимется до 740°. При 1,5% V концентрация углерода в перлите возрастает до 1,1%, что соответствует точке А <750° и т. д. То есть, чем выше содержание ванадия в стали, тем больше углерода потребуется.

Чем больше его получается в структуре 100% перлита и более, тем выше температура превращения перлита. Людмила Фирмаль

Значительное увеличение содержания углерода в перлите под влиянием ванадия объясняется тем, что, во-первых, высоким содержанием углерода в карбиде ванадия, а во-вторых, карбид ванадия не участвует в эвтектоидной структуре. Таким образом, с увеличением содержания ванадия в Стали количество перлита уменьшается, а общее»кажущееся» содержание углерода увеличивает влияние ванадия на структуру и свойства стали 207.

На рисунке 98 представлена структурная схема ванадиевой стали, показывающая, что чем выше содержание ванадия в стали, тем больше углерода требуется для получения перлита structure. In низкое содержание углерода и высокое содержание ванадия (верхний левый угол рисунка), весь углерод связан с карбидом ванадия, который не образует феррит и эвтектоид mixtures. As в результате структура стали представляет собой частицы феррита с вкраплениями карбида ванадия в состоянии полного отсутствия перлита. Рисунок 97.

  • Влияние ванадия на конверсию Темера-Пуру и содержание углерода в Пальмере Рисунок 98.Структурная схема ванадиевой стали Ванадий вводят в перлитную сталь в очень малых количествах (обычно 0,15-0,25%), так как при высоком содержании ванадия он присоединяется к стабильному карбиду ванадия, который не проходит через нормальные quenching. It является аустенитной и не участвует в упрочнении, что снижает упрочняющие свойства стали.

Ванадий как очень сильный карбидообразующий элемент переходит в твердый раствор, содержащий железо, только тогда, когда в стали недостаточно углерода для образования сильного карбида ванадия. Кроме того, поскольку ванадий содержит примерно в 4 раза больше углерода, чем ванадий в карбиде, ванадий должен быть частично растворен в твердом состоянии, чтобы содержать в 4-5 раз больше углерода, чем железо. Но в силу определенных особенностей легирования перламутровой стали ванадий вводится в количестве не более 0,3%, поэтому в большинстве случаев он прекрасно сочетается с нерастворимыми карбидами. Я Р Я Пятнадцать Ага. * В 700. / Дао Падает температура.’Ц Людмила Фирмаль

In закаленные стали, под влиянием ванадия, мартенсит более мелкий в форме иглы и менее хрупкий, чем свободные от ванадия стали. Ванадиевая сталь может нагреваться до гораздо более высоких температур, чем простой углерод, не опасаясь перегрева, поскольку она действует как барьер для связывания мелких частиц с крупными частицами, то есть для замедления роста частиц. Например, сталь с C 1,0% и V 0,15% можно закалить и мелкозернисто на 860-880°.С этой точки зрения особенно полезно вводить ванадий в Марки стали, которые склонны к росту зерна и перегреву.

Читайте также:  Материал 201 нержавеющая сталь

Ванадиевая сталь после отжига и нормализации при одинаковом содержании углерода имеет несколько меньшую твердость, чем у обычной углеродистой стали, поскольку карбид ванадия при одинаковом содержании углерода дает меньше карбидов, чем цементит. Ванадий осаждается в виде равноосных зерен, а не пластин, что уменьшает границу раздела фаз с искаженной (отвержденной) атомно-кристаллической решеткой. Критическая скорость упрочнения и глубина упрочнения ванадиевой стали сильно зависят от температуры нагрева перед упрочнением.

При закалке до температуры на 30-40°выше точки L1_3 карбид ванадия не растворяется и ванадиевая сталь обжигается на меньшую глубину, чем углеродистая сталь. При высокой температуре нагрева карбид ванадия частично переходит в твердый раствор, что снижает скорость критической закалки, а упрочняющие свойства ванадиевой стали выше, чем у углеродистой стали(рис.99). Влияние ванадия на твердость закаленной стали также сильно зависит от температуры твердения. х Чем выше температура нагрева перед закалкой стали, тем больше растворяется карбид ванадия, а твердый раствор упрочняется углеродом, что повышает твердость закаленной стали steel. At нормальная температура закалки, карбид ванадия не растворяется.

Рисунок 99. 1,0%влияния ванадия на структуру и характеристики закаленной стали из стали с эффектом ванадия 209, который зависит от температуры закалки стали Тенсит обеднен углеродом, а твердость закаленной ванадиевой стали несколько ниже, чем у обычной углеродистой стали. Под воздействием менее 0,3% ванадия температура мартенситного превращения практически не изменяется, а количество удерживаемого аустенита незначительно reduced.

It имеет большое практическое значение при отверждении высокоуглеродистой стали. При отпуске закаленной стали ванадий повышает стабильность мартенсита и предотвращает затвердевание карбидов, образующихся при разложении мартенсита. Таким образом, ванадиевая сталь обладает повышенной стойкостью к отпуску по сравнению с углеродистой steel. In кроме того, чем выше температура закалки стали, то есть чем больше она проходит через твердый раствор карбида ванадия, тем выше температура отпуска и твердость ванадиевой стали сохраняется.

При закалке от средней температуры (на 20-30°выше критической точки-Ai_3) карбид ванадия не превращается в аустенит, поэтому твердость ванадиевой стали после отпуска почти такая же, как и у углеродистой стали. Низкоуглеродистые ванадиевые стали обладают отличной свариваемостью, поскольку ванадий прочно связывает углерод и газ с сильными соединениями (карбидами, нитридами и др.).), подавляет рост зерна, снижает аустенитную стабильность, предотвращает зонное затвердевание и растрескивание.

Скорость цементации стали при цементации и глубина цементируемого слоя ванадия до 0,3% практически не затрагиваются, но сердцевина цементируемого изделия из ванадиевой стали не сильно перегревается и в цементируемом слое, как правило, отсутствует цементирующая сетка. После затвердевания цементных изделий поверхность цементной корки из ванадиевой стали становится менее хрупкой и более износостойкой. Ванадий вводят в количестве 0,2-0,3% или менее в перлитные марки сталей для получения микроструктур и улучшения механических свойств. properties.

In в больших количествах (до 4-5%) ванадий вводится только в инструментальные стали карбидного класса, жаропрочные стали и некоторые сплавы со специальными физическими свойствами. properties. In кроме того, с улучшением механических свойств при введении ванадия в жаропрочную сталь резко снижается сопротивление окалины стали (на поверхности изделий из ванадиевой стали образуется рыхлая, запаздывающая, толстая корочка окалины).

Читайте также:  Лоток оцинкованный неперфорированный 3000х50х50мм dkc

Образовательный сайт для студентов и школьников

Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.lfirmal.com» в качестве источника.

© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института

Источник

Ванадий как легирующий элемент различных сталей и сплавов

В статье рассматривается применение ванадия и феррованадия в качестве легирующих элементов сплавов и сталей различного назначения.

На сегодняшний день ванадий является одним из самых востребованных легирующих элементов в сталеплавительном производстве. В чем секрет такого спроса на него? Дело в том, что даже незначительное содержание ванадия в сплавах влияет на их качество положительным образом. Они становятся более прочными и устойчивыми. Соответственно, производитель может увеличить срок службы своей продукции. При добавлении данного легирующего элемента к ферросплавам увеличивается предел их текучести. Повышается также соотношение показателей предел текучести – предел прочности.

Уникальные свойства ванадия

Почему ванадий (феррованадий) имеет такое мощное действие на сплавы? Причиной этому являются уникальные свойства данного элемента. Он способен формировать карбиды. Их выделение из твердой массы ванадиевых ферросплавов происходит перед образованием цементита — химического соединения, называемого иначе карбид железа.

Таким образом, система в данном случае выглядит так: Fe—V—С.

Образованные ванадием карбиды, а также сложные ванадийсодержащие карбиды формируются из твердого раствора в мелкодисперсном виде. Данные вещества весьма сложно растворить в аустените (твердый раствор углерода в железе) или феррите (оксидные соединения железа с другими металлами). При их добавлении происходит значительное структурное измельчение стали и чугуна. Другое характерное для данного процесса явление – замедление интенсивности роста зерна в момент нагрева. Небольшое количество ванадия, не содержащееся в карбидах, формирует твердый раствор в феррите. Благодаря этому свойству рассматриваемого вещества значительно увеличивается растворимость в нем кислорода. Такой фактор, в свою очередь, положительно влияет на процесс очищения феррита от соединений оксидного типа, негативно сказывающихся на показателях его прочности.

При измельчении зерен аустенита и замедлении темпов их роста во время нагрева, карбиды ванадия оказывают тем самым несомненную пользу закаливаемым ферросплавам. Благодаря данному процессу изделия будут отличаться высокими показателями пластичности. Наиболее актуально данное свойство ванадия для закаливания крупногабаритной продукции. Наличие легирующего элемента в железных сплавах способствует их устойчивости к высоким температурам и повреждениям. В «цементируемых» сталях с низким содержанием углерода включение даже незначительного количества легирующего элемента замедляет темпы роста зерна аустенита при цементации. В результате закаливания цементированный слой стальных изделий будет отличаться высокой прочностью, тогда как глубинные слои сохранят свою пластичность.

Применение ванадия в производстве сплавов

Сегодня ванадий часто используется для типов стали, применяемых в производстве крупногабаритных конструкций. К ним относятся:

  • Хромисто-ванадиевая сталь. Легирующий элемент в ней содержится в размере 0,2% от общего объема. Данный тип сплава отличается высокой прочностью и пластичностью, особенно в сравнении с хромисто-молибденовой сталью.
  • Инструментальная сталь. Такой тип сплавов должен быть устойчивым к высоким температурам.
  • Кипящая сталь. В нее ванадий начали добавлять всего несколько лет назад. Из таких сплавов производят листовой металл, который проходит обработку способами глубокой штамповки. При добавлении в кипящую сталь 0,03-0,05 % ванадия металлическое изделие получится износостойким и долговечным.
  • Сплавы тройной системы Co—Fe—V. Для них характерно высокое магнитное качество. Они все больше и больше применяются производителями магнитов. В стали данного типа добавляют 10% ванадия. Их преимуществом перед сверхтвердыми никель-алюминиевыми сплавами, которые невозможно обрезать или согнуть, является то, что такую сталь легко ковать или обрабатывать на промышленных станках.
  • Строительные стали.
  • Стали для железнодорожного транспорта.
Читайте также:  Скобы для степлера 24 6 оцинкованные комус

И это далеко не полный перечень типов сплавов, для которых используется ванадий (феррованадий) как легирующий элемент.

Рисунок 1. Инструменты из хромисто-ванадиевой стали

Ванадий вчера, сегодня и завтра

В последнее время наблюдаются интенсивные темпы производства тугоплавких металлических элементов таблицы Д.И.Менделеева. Так, титан и молибден используются без каких-либо примесей и добавок, в чистом состоянии. Они составляют основу значительного количества ферросплавов. И если в середине прошлого столетия они изготавливались лишь в пределах лабораторий, то сегодня масштабы их производства гораздо шире и представляют собой крупные потоки сталеплавительной продукции. Феррованадий как легирующий элемент высоко ценится в промышленности, а потому спрос на него производителей растет с каждым днем. Однако открытия, касающиеся его свойств, были сделаны довольно поздно. Во всяком случае, другие элементы были подробно изучены ранее феррованадия. Даже сегодня, несмотря на широкий спрос на данный продукт со стороны производителей легированной стали , специальной литературы, в которой были бы подробно описаны качества и особенности данного легирующего элемента, существует мало. Такой дефицит открытий, связанных с изучением феррованадия, связан с трудностями, возникающими при изготовлении ковкого металла.

Однако вследствие широкого применения ванадия в сталеплавительном производстве сегодня ученые вплотную заняты исследованием качественных характеристик ферросплавов с добавлением данного легирующего элемента. Тем более, что современное техническое оборудование способно преодолеть трудности, связанные с производством ковкого металла в крупных масштабах. В связи с этим можно прогнозировать, что в скором времени наступит «золотой век» в истории применения ванадия, спрос на него может возрасти в разы по сравнению с сегодняшним потреблением.

Ванадий в России и за рубежом

То, что ванадий представляет высокую ценность для производства стальных сплавов, было обнаружено еще во времена Советского Союза. Однако в то время промышленное оборудование не было настолько усовершенствованным, чтобы с его помощью стало возможным полностью изучить результаты добавления этого элемента в качестве легирующего в различные сплавы.

Больше всех полученными данными заинтересовались инженеры-конструкторы авиастроения. Их внимание привлекли такие свойства ванадиевых сплавов, как:

  • Устойчивость к высоким температурам
  • Пластичность
  • Защита от коррозии даже при неблагоприятных условиях
  • Прочность и устойчивость к механическим повреждениям
  • Низкий удельный вес

Сегодня в самолето- и ракетостроении широко применяются сплавы с добавлением ванадия. С каждым годом все больший спрос на них появляется и в машиностроении. Применяют такие сплавы в химическом и судостроительном производстве. В Германии получен патент на ванадиевотитановый сплав, содержащий 30-49% ванадия. Широко применяются титанованадиевые сплавы и в Соединенных Штатах Америки и других развитых стран мира. Естественно, такой интерес обусловлен в первую очередь сверхпрочностью, которую обеспечивает даже незначительное содержание ванадия в сплавах. Если для техники будут использоваться такие устойчивые материалы – она будет долговечной и износостойкой.

телефоны:
8 (800) 200-52-75
(495) 366-00-24
(495) 504-95-54
(495) 642-41-95

Источник

Поделиться с друзьями
Металл
Adblock
detector