Особенности и физические принципы влияния добавок кремния на свойства стали

Abstract

Анализируется физическая природа влияния добавок кремния на свойства сталей, используемых для изготовления труб. Экспериментально изучена ударная вязкость при температуре –40 °С образцов 10 сталей производства ЧТПЗ, отличающихся по содержанию кремния, углерода, серы и азота. Показано, что при содержании кремния 0,02 мас. % ударная вязкость оказывается очень высокой (223 Дж/cм2). Более высокие добавки кремния оказывают упрочняющее действие на сталь, но понижают ударную вязкость. Для выделения действия кремния по отношению к другим легирующим элементам рассмотрены литературные данные о влиянии большой группы легирующих элементов на температуру хладноломкости и предел текучести сталей. Обобщение литературных данных позволило предложить эмпирическое уравнение, связывающее температуру хладноломкости и предел текучести с составом стали. На этой основе удалось показать, что кремний действительно является элементом, который в наибольшей степени увеличивает предел текучести и одновременно усиливает хладноломкость железа. Обсуждены причины данного явления, выдвинута гипотеза, что причина резкого увеличения предела текучести при добавлении кремния связана с сильным отталкиванием атомов кремния и углерода, находящихся в ближнем соседстве. The physical nature of the influence of silicon dopants on the properties of pipe steels is analyzed. The impact strength at a temperature of –40 С of samples of 10 steels produced by ChTPZ, differing in the content of silicon, carbon, sulfur and nitrogen was studied experimentally. It is shown that with a silicon content of 0.02 wt. % the impact strength is very high (223 J/cm2). Higher silicon additions have a reinforcing effect on steel, but lower the toughness. To distinguish the action of silicon with respect to other alloying elements, literature data on the effect of a large group of alloying elements on the brittle transition temperature and the yield strength of steels are considered. A generalization of the literature data made it possible to propose an empirical equation relating the brittle transition temperature and the yield strength to the composition of the steel. On this basis, it was possible to show that silicon is indeed an element that increases the yield point to the greatest extent and simultaneously enhances the cold-brittleness of iron. The reasons for this phenomenon are discussed, and a hypothesis is put forward that the reason for the sharp increase in the yield strength when silicon is added is due to strong repulsion of silicon and carbon atoms in the neighborhood.