Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Широкое применение ванадия в сталеплавильной промышленности в качестве одного из наиболее распространенных легирующих элементов основано на чрезвычайно сильном влиянии небольших добавок ванадия на свойства железных сплавов. При введении в сталь всего 0,15—0,25% V, резко повышается прочность, вязкость, сопротивление усталости и износоустойчивость металла. Небольшие добавки ванадия способствуют повышению предела текучести стали и увеличению отношения предела текучести к пределу прочности.
Причиной влияния, оказываемого уже небольшими добавками ванадия на свойства железоуглеродистых сплавов, является свойство ванадия образовывать прочные карбиды, выделение которых из твердого раствора в ванадистых сталях всегда предшествует выделению цементита. Фазовый состав системы Fe—V—С при комнатной температуре представлен на рис. 2.
Карбиды ванадия и сложные ванадийсодержащие карбиды выпадают из раствора в мелкодисперсном состоянии. Они трудно растворимы в аустените и слабо растворимы в феррите. Карбидные включения вызывают сильное измельчение структуры стали и чугуна и способствуют замедлению роста зерна при нагреве. Незначительная доля ванадия, не входящая в состав карбидов, образует твердый раствор в феррите, способствуя повышению растворимости в нем кислорода. Это благоприятно сказывается на очищении феррита от окисных включений по границам зерен, ослабляющих его механическую прочность.
В табл. 1 приведены данные, иллюстрирующие влияние ванадия на повышение прочности феррита в отожженных образцах мягкого железа, содержащего менее 0,01% углерода.
Измельчая зерно аустенита и затрудняя его рост при нагреве, дисперсные включения карбидов ванадия способствуют сохранению в закаленных изделиях достаточно высоких пластических свойств, что особенно важно при закалке крупных изделий. Присутствие ванадия в стали делает ее таким образом менее чувствительной к перегревам и менее склонной к образованию закалочных трещин. В низкоуглеродистых цементуемых сталях присутствие небольших добавок ванадия затрудняет рост зерна аустенита в процессе цементации. После закалки цементованный слой в ванадиевых сталях характеризуется высокой твердостью, в то время как подкорковые и глубинные слои металла остаются пластичными.
Одним из основных типов стали, при легировании которых применяется ванадий, является конструкционная сталь для изделий средних и крупных размеров, работающих со знакопеременными нагрузками. Например, хромистованадиевая сталь, содержащая около 1% Cr и 0,20% V, как в закаленном, так и отожженном состоянии характеризуется более высокими прочностными и пластическими свойствами, чем аналогичная по составу хромистомолибденовая сталь. Второй тип стали, содержащей ванадий, — инструментальная сталь, к которой предъявляется требование сохранения твердости при повышенных температурах. К числу наиболее важных сталей этого типа относятся быстрорежущие стали, содержащие от 1 до 2% V.
В последние годы ванадий получил применение в кипящей стали, предназначенной для изготовления листового металла, который в дальнейшем обрабатывается методами глубокой штамповки. Уже 0,03—0,05% V устраняет вызываемую азотом склонность к старению в листовом металле. Качество поверхности листа при этом не ухудшается как в случае устранения старения с помощью алюминия.
Сплавы тройной системы Co—Fe—V обладают высокими магнитными свойствами и в последнее время широко используются для изготовления постоянных магнитов. Эти сплавы содержат около 50% Co и 10% V; в отличие от высококоэрцитивных никельалюминиевых сплавов, не деформирующихся в горячем состоянии и не поддающихся обработке резанием, они хорошо куются и легко обрабатываются на станках.
Ванадий может с успехом применяться в строительных сталях, сталях для железнодорожного транспорта и других типах стали массового назначения. Наиболее употребительные низколегированные ванадиевые стали подробно рассмотрены в монографии Гудремона.
Последние годы отмечены бурным развитием производства тугоплавких, химически активных металлов IV, V и VI групп периодической системы элементов Д. И. Менделеева. Некоторые из них, например титан и цирконий, применяются в высокочистом состоянии, а также являются основой большой группы новых технически важных сплавов. Производство этих металлов, которое еще в годы второй мировой войны не выходило за пределы лабораторных опытов, осуществляется теперь в крупных промышленных масштабах.
Ванадий как новый материал с особыми свойствами приобретает самостоятельное значение позднее других тугоплавких, химически активных металлов переходной группы. Это в значительной степени объясняется особенностями физических свойств ванадия, которые создают чрезвычайно большие технические трудности при получении ковкого металла. Литературные данные по применению ковкого ванадия и сплавов на его основе еще очень скудны.
В настоящее время подробно изучаются свойства сплавов на основе ванадия, а также возможности использования ковкого металла для улучшения свойств сплавов на основе других тугоплавких и химически активных металлов. Однако современные технические средства позволяют преодолеть трудности, стоящие на пути организации производства ковкого ванадия в промышленных масштабах. Поэтому можно ожидать, что ближайшие годы явятся переломными в истории ванадия и этот металл станет для современной техники таким же необходимым, как и другие тугоплавкие и химически активные металлы переходной группы.