Влияние на свойства стали химических элементов: Влияние химических элементов на свойства стали.

Содержание

Влияние химических элементов на свойства стали.

Условные обозначения химических элементов:

хром ( Cr ) — Х
никель ( Ni ) — Н
молибден ( Mo ) — М
титан ( Ti ) — Т
медь ( Cu ) — Д
ванадий ( V ) — Ф
вольфрам ( W ) — В
азот ( N ) — А
алюминий ( Аl ) — Ю
бериллий ( Be ) — Л
бор ( B ) — Р
висмут ( Вi ) — Ви
галлий ( Ga ) — Гл
иридий ( Ir ) — И
кадмий ( Cd ) — Кд
кобальт ( Co ) — К
кремний ( Si ) — C
магний ( Mg ) — Ш
марганец ( Mn ) — Г
свинец ( Pb ) — АС
ниобий ( Nb) — Б
селен ( Se ) — Е
углерод ( C ) — У
фосфор ( P ) — П
цирконий ( Zr ) — Ц

 ВЛИЯНИЕ ПРИМЕСЕЙ НА СТАЛЬ И ЕЕ СВОЙСТВА

Углерод — находится в стали обычно в виде химического соединения Fe3C, называемого цементитом. С увеличением содержания углерода до 1,2% твердость, прочность и упругость стали увеличиваются, но пластичность и сопротивление удару понижаются, а обрабатываемость ухудшается, ухудшается и свариваемость.

Кремний — если он содержится в стали в небольшом количестве, особого влияния на ее свойства не оказывает.(Полезная примесь; вводят в качестве активного раскислителя и остается в стали в кол-ве 0,4%)

Марганец —  как и кремний, содержится в обыкновенной углеродистой стали в небольшом количестве и особого влияния на ее свойства также не оказывает. (Полезная примесь; вводят в сталь для раскисления и остается в ней в кол-ве 0,3-0,8%. Марганец уменьшает вредное влияние кислорода и серы.

Сера —  является вредной примесью. Она находится в стали главным образом в виде FeS. Это соединение сообщает стали хрупкость при высоких температурах, например при ковке, — свойство, которое называется красноломкостью. Сера увеличивает истираемость стали, понижает сопротивление усталости и уменьшает коррозионную стойкость. В углеродистой стали допускается серы не более 0,06-0,07%. ( От красноломкости сталь предохраняет марганец, который связывает серу в сульфиды MnS).

Фосфор — также является вредной примесью. Снижает вязкость при пониженных температурах, то есть вызывает хладноломкость. Обрабатываемость стали фосфор несколько улучшает, так как способствует отделению стружки.

 ЛЕГИРУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА СВОЙСТВА СТАЛИ

Хром (Х) — наиболее дешевый и распространенный элемент. Он повышает твердость и прочность, незначительно уменьшая пластичность, увеличивает коррозионную стойкость; содержание больших количеств хрома делает сталь нержавеющей и

обеспечивает устойчивость магнитных сил.

Никель (Н) — сообщает стали коррозионную стойкость, высокую прочность и пластичность, увеличивает прокаливаемость, оказывает влияние на изменение коэффициента теплового расширения. Никель – дорогой металл, его стараются заменить более дешевым.

Вольфрам (В) — образует в стали очень твердые химические соединения – карбиды, резко увеличивающие твердость и красностойкость. Вольфрам препятствует росту зерен при нагреве, способствует устранению хрупкости при отпуске. Это дорогой и дефицитный металл.

Ванадий (Ф) — повышает твердость и прочность, измельчает зерно. Увеличивает плотность стали, так как является хорошим раскислителем, он дорог и дефицитен.

Кремний (С)-  в количестве свыше 1% оказывает особое влияние на свойства стали: содержание 1-1,5% Si увеличивает прочность, при этом вязкость сохраняется. При большем содержании кремния увеличивается электросопротивление и магнитопроницаемость. Кремний увеличивает также упругость, кислостойкость, окалиностойкость.

Марганец (Г) —  при содержании свыше 1% увеличивает твердость, износоустойчивость, стойкость против ударных нагрузок, не уменьшая пластичности.

Кобальт (К) — повышает жаропрочность, магнитные свойства, увеличивает сопротивление удару.

Молибден (М) — увеличивает красностойкость, упругость, предел прочности на растяжение, антикоррозионные свойства и сопротивление окислению при высоких температурах.

Титан (Т) — повышает прочность и плотность стали, способствует измельчению зерна, является хорошим раскислителем, улучшает обрабатываемость и сопротивление коррозии.

Ниобий (Б) — улучшает кислостойкость и способствует уменьшению коррозии в сварных конструкциях.

Алюминий (Ю) — повышает жаростойкость и окалиностойкость.

Медь (Д) — увеличивает антикоррозионные свойства, она вводится главным образом в строительную сталь.

Церий — повышает прочность и особенно пластичность.

Цирконий (Ц) — оказывает особое влияние на величину и рост зерна в стали, измельчает зерно и позволяет получать сталь с заранее заданной зернистостью.

Лантан, цезий, неодим — уменьшают пористость, способствуют уменьшению содержания серы в стали, улучшают качество поверхности, измельчают зерно.

Влияние химических элементов на свойства стали. — Студопедия

УглеродC – идеальный раскислитель, так как продуктом раскисления будет окись углерода СО, которая легко удаляется. Чем больше в стали углерода, тем меньше требуется раскислителей.

Он является основным компонентом в стали. В ней он находится в виде химического соединение с железом, которое называется

карбидом железа или цементитом. Цементит непластичен и обладает высокой твердостью.

В зависимости от содержания углерода в стали повышается:

· твердость, прочность

· износостойкость

· электросопротивление

и уменьшается:

· пластичность

· плотность

КремнийSi вводится в сталь как активный раскислитель, то есть удаляет из стали кислород. Пониженное содержание Si указывает на недостаточную раскисленность стали. При повышенном содержании Si (от 0,3% до 0,5%):

· повышается твердость, упругость

· уменьшается пластичность

· снижается способность стали свариваться в горячем состоянии

Cодержание Si от 1 до 3 % значительно улучшает магнитные свойства стали (динамная сталь, трансформаторная).

Содержание Si приводит к старению (потере пластичности), чтобы этого не происходило, добавляют Al.

Марганец Mn выступает как раскислитель, так как хорошо соединяется при высоких температурах с кислородом, восстанавливает железо и его окислы.

Достаточное содержание Mn свидетельствует о раскислении стали,

повышаются прочностные свойства, износостойкость.

Марганец, вводимый в жидкую сталь, реагирует с O2 и S и образует соединения, выделяющиеся в виде включений, большая часть всплывает на поверхность жидкого металла и удаляется вместе со шлаком.


Сера S попадает в сталь из чугуна, при плавлении, в конверторах S не удаляется совсем.

Является вредной примесью, так как вызывает красноломкость, то есть хрупкость стали в горячем состоянии при ковке и прокатке.

ФосфорP также является вредной примесью; не оказывает заметного влияния на свойства стали в горячем состоянии, но при минусовых температурах вызывает хладноломкость. В

холодном состоянии (при повышенном содержании P) сталь становится хрупкой.

· повышенное содержание P вредно для деталей работающих при

низких температурах

· повышает сопротивление стали к коррозии

· улучшает обрабатываемость автоматной стали

ХромCr в стали существенно повышает ее механические свойства, при

повышении Cr повышается сопротивляемость стиранию, износу :


· увеличивает прочность и твердость

· коррозионную стойкость

Никель Ni применяется как легирующий элемент, благоприятно влияющий

на мех свойства стали:

· увеличивает прочность,

· ударную вязкость, не снижая пластичности

· повышает прокаливаемость и жаростойкость

Медь Cu влияет на повышение

· коррозионной стойкости

· предела текучести

· прокаливаемости

МолибденMo

способствует получению мелкозернистой структуры;

сталь, содержащая Mo, хорошо обрабатывается.

· Mo замедляет рост зерна при нагреве

· повышает прочность стали при повышенных температурах

АлюминийAl является активным раскислителем:

· уменьшает рост зерен, делает сталь мелкозернистой, однородной

по химическому составу

· предотвращает старение

· улучшает штампуемость

· повышает твердость и прочность

· увеличивает сопротивление окислению при высоких

температурах.

Ванадий V снижает чувствительность стали к перегреву;

· обеспечивает мелкозернистость стали

· повышает ее прокаливаемость

· улучшает свариваемость

КилородO 2 — вредная примесь:

· придает старение,

· красноломкость,

· снижает ударную вязкость

ВодородH2

· понижает пластичность в холодном состоянии

· повышает красноломкость в горячем состоянии

Титан Ti находит особенно большое применение при производстве

коррозионностойких сталей.

· повышает прокаливаемость стали при малых содержаниях и понижает

при больших.

· улучшает пластичность.

ВольфрамW увеличивает прокаливаемость стали, повышает сопротивление

стали к коррозии и истиранию, обеспечивает прочность при высоких

температурах, уменьшает свариваемость.


Влияние химических элементов на свойства стали

Углерод определяет прочность, вязкость и закаливаемость сталей. При содержании его в сталях до 0,22 % свариваемость стали хорошая. Увеличение количества углерода в стали снижает ее свариваемость.

Кремний увеличивает предел текучести и временное сопротивление, но снижает свариваемость и ударную вязкость стали при содержании до 0,3 % с увеличением количества кремния до 0,6 % повышаются упругие свойства стали.

Марганец при незначительной концентрации мало влияет на свариваемость, но способствует ее закаливаемости, а при содержании марганца в стали более 1,8 % сварка затрудняется — могут появиться трещины. Увеличивает предел текучести и временное сопротивление стали, незначительно снижая ее пластические свойства.

Хром в сталях может содержаться в значительных количествах от 0,3 до 35 %. Повышает твердость и прочность стали, снижает пластичность и вязкость. При сварке образует карбиды хрома, затрудняющие процесс сварки.

Никель увеличивает прочностные и пластические свойства стали. На свариваемость практически не влияет.

Молибден повышает прочностные характеристики стали, увеличивает твердость, делает ее теплоустойчивой, увеличивает несущую способность конструкций при ударных нагрузках и высоких температурах. Затрудняет сварку, так как активно окисляется и выгорает.

Ванадий повышает вязкость и пластичность стали. Улучшает ее структуру. Способствует закаливаемости. Снижает свариваемость.

Вольфрам увеличивает твердость и работоспособность стали при высоких температурах. Свариваемость ухудшает.

Титан, ниобий повышают коррозионные свойства стали. При сварке возможно образование горячих трещин.

Медь повышает прочность и коррозионные свойства стали. На свариваемость не влияет.

Сера придает стали красноломкость, т. е. большую хрупкость при высоких температурах. На свариваемость влияет отрицательно.

Фосфор придает стали хладноломкость. Так же, как и сера, является вредной примесью.

Азот — в свободном состоянии увеличивает хрупкость стали, особенно при низких температурах и способствует ее старению. В химически связанном состоянии с алюминием, ванадием, титаном или ниобием азот, образуя нитриды, становится легирующим элементом, улучшающим структуру и механические свойства стали.

Кислород, водород ухудшают структуру стали и способствуют увеличению ее хрупкости.

Влияние легирующих элементов на свойства стали. Виды, марки и назначение сталей

Сталь – один из самых востребованных материалов в мире сегодня. Без нее сложно представить любую существующую строительную площадку, машиностроительные предприятия, да и много других мест и вещей, которые нас окружают в повседневной жизни. Вместе с тем, этот сплав железа с углеродом бывает достаточно различным, потому в данной статье будет рассмотрено влияние легирующих элементов на свойства стали, а также ее виды, марки и предназначение.

влияние легирующих элементов на свойства стали

Общая информация

Сегодня многие марки стали широко применяются практически в любой сфере жизнедеятельности человека. Это во многом объясняется тем, что в этом сплаве оптимально сочетается целый комплекс механических, физико-химических и технологических свойств, которые не имеют какие-либо другие материалы. Процесс выплавки стали непрерывно совершенствуется и потому ее свойства и качество позволяют получить требуемые показатели работы получаемых в итоге механизмов, деталей и машин.

Классификация по назначению

Каждая сталь в зависимости от того, для чего она создана, в обязательном порядке может быть причислена в одну из следующих категорий:

  • Конструкционная.
  • Инструментальная.
  • Специального назначения с особыми свойствами.легированные инструментальные стали

Самый многочисленный класс – это конструкционные стали, разработанные для создания разнообразных строительных конструкций, приборов, машин. Конструкционные марки разделяются на улучшаемые, цементуемые, пружинно-рессорные, высокопрочные.

Инструментальные стали дифференцируют в зависимости от того, для какого инструмента они производятся: режущего, измерительного и т. д. Само собой, что влияние легирующих элементов на свойства стали этой группы также велико.

Специальные стали имеют свое разделение, которое предусматривает следующие группы:

  • Нержавеющие (они же коррозионностойкие).
  • Жаропрочные.
  • Жаростойкие.
  • Электротехнические.

Группы сталей по химическому составу

Классификацией озвучиваются стали в зависимости от образующих их химических элементов:

  • Углеродистые марки стали.
  • Легированные.

При этом обе эти группы дополнительно разделяются еще и по количеству содержащегося в них углерода на:

  • Низкоуглеродистые (карбона менее 0,3%).
  • Среднеуглеродистые (концентрация карбона равно 0,3 – 0,7 %).
  • Высокоуглеродистые (карбона более 0,7%).легированная сталь марки

Что такое легированная сталь?

Под этим определением следует понимать стали, в которых содержатся, параллельно с постоянными примесями, еще и добавки, внедряемые в структуру сплава, с целью увеличения механических свойств полученного в конечном счете материла.

Несколько слов о качестве стали

Этот параметр данного сплава подразумевает под собой совокупность свойств, которые, в свою очередь, обуславливаются непосредственно процессом его производства. К подобным характеристикам, которым подчиняются и легированные инструментальные стали, относятся:

  • Химический состав.
  • Однородность структуры.
  • Технологичность.
  • Механические свойства.

Качество любой стали напрямую зависит от того, сколько содержится в ней кислорода, водорода, азота, серы и фосфора. Также не последнюю роль играет и метод получения стали. Самым точным с точки зрения попадния в требуемый диапазон примесей является сопособ выплавки стали в электропечах.

хром ванадий

Легированная сталь и изменение ее свойств

Легированная сталь, марки которой содержат в своей маркировке буквенные обозначения вводимых принудительно элементов, меняет свои свойства не только от этих сторонних веществ, но и также от их взаимного действия между собой.

Если рассматривать конкретно углерод, то по взаимодействию с ним легирующие элементы можно условно разделить на две большие группы:

  • Элементы, которые формируют с углеродом химическое соединение (карбид) – молибден, хром, ванадий, вольфрам, марганец.
  • Элементы, не создающие карбидов – кремний, алюминий, никель.

Стоит заметить, что стали, которые легируются карбидобразующими веществами, имеют очень высокую твёрдость и повышенное сопротивление износу.

Низколегированная сталь (марки: 20ХГС2, 09Г2, 12Г2СМФ, 12ХГН2МФБАЮ и другие). Особое место занимает сплав 13Х, который достаточно тверд для изготовления из него хирургического, гравировального, ювелирного оборудования, бритв.

Расшифровка

Содержание легирующих элементов в стали можно определить по ее маркировке. Каждая из таких вводимых в сплав составляющих имеет своё буквенное обозначение. Например:

  • Хром – Cr.
  • Ванадий –V.
  • Марганец –Mn.
  • Ниобий – Nb.
  • Вольфрам –W.
  • Титан – Ti.

Иногда в начале индекса марки стали стоят буквы. Каждая из них несет особый смысл. В частности, буква «Р» означает, что сталь является быстрорежущей, «Ш» сигнализирует, что сталь шарикоподшипниковая, «А» – автоматная, «Э» – электротехническая и т. д. Высококачественные стали имеют в своем цифро-буквенном обозначении в конце литеру «А», а особо качественные содержат в самом конце маркировки букву «Ш».

низколегированная сталь марки

Воздействие легирующих элементов

В первую очередь следует сказать, что основополагающее влияние на свойства стали оказывает углерод. Именно этот элемент обеспечивает с повышением своей концентрации увеличение прочности и твердости при снижении вязкости и пластичности. Кроме того, повышенная концентрация углерода гарантирует ухудшение обрабатываемости резанием.

Содержание хрома в стали напрямую влияет на ее коррозионную стойкость. Этот химический элемент формирует на поверхности сплава в агрессивной окислительной среде тонкую защитную оксидную пленку. Однако для достижения такого эффекта в стали хрома должно быть не менее 11,7%.

Особого внимания заслуживает алюминий. Его применяют в процессе легирования стали для удаления кислорода и азота после ее продувки, дабы поспособствовать уменьшению старения сплава. Кроме того, алюминий значительно повышает ударную вязкость и текучесть, нейтрализует крайне вредное влияние фосфора.

Ванадий – это особый легирующий элемент, благодаря которому легированные инструментальные стали получают высокую твёрдость и прочность. При этом в сплаве уменьшается зерно и повышается плотность.

Легированная сталь, марки которой содержат вольфрам, наделена высокой твёрдостью и красностойкостью. Вольфрам хорош также и тем, что он полностью устраняет хрупкость во время запланированного отпуска сплава.

Для увеличения жаропрочности, магнитных свойств и сопротивления значительным ударным нагрузкам сталь легируют кобальтом. А вот одним из тех элементов, который не оказывает какого-либо существенного влияния на сталь, является кремний. Однако в тех марках стали, которые предназначены для сварных металлоконструкций, концентрация кремния должна быть обязательно в пределах 0,12-0,25 %.

углеродистые марки стали

Значительно повышает механические свойства стали магний. Его также используют в качестве десульфуратора в случае использования внедоменной десульфурации чугуна.

Низколегированная сталь (марки ее содержат легирующих элементов менее 2,5%) очень часто содержит марганец, что обеспечивает ей непременное увеличение твердости, износоустойчивости при сохранении оптимальной пластичности. Но при этом концентрация этого элемента должна быть более 1%, иначе не получится достигнуть указанных свойств.

Углеродистые марки стали, выплавляемые для различных масштабных строительных конструкций, содержат в себе медь, которая обеспечивает максимальные антикоррозионные свойства.

Для увеличения красностойкости, упругости, предела прочности при растяжении и стойкости к коррозии в сталь обязательно вводят молибден, который также еще и повышает сопротивление окислению металла при нагреве до высоких температурных показателей. В свою очередь церий и неодим применяются для снижения пористости сплава.

Рассматривая влияние легирующих элементов на свойства стали, нельзя обойти вниманием и никель. Данный металл позволяет стали получить превосходную прокаливаемость и прочность, повысить пластичность и ударопрочность и понизить предел хладноломкости.

Очень широко используется в качестве легирующей добавки и ниобий. Его концентрация, в 6-10 раз превышающая количество обязательно присутсвтующего углерода в сплаве, позволяет устранить межкристаллитную коррозию нержавеющей марки стали и предохраняет сварные швы от крайне нежелательного разрушения.

Титан позволяет получить самые оптимальные показатели прочности и пластичности, а также улучшить коррозионную стойкость. Те стали, которые содержит эту добавку, очень хорошо подвергаются обработке различным инструментом специального назначения на современных металлорежущих станках.

Введение в стальной сплав циркония дает возможность получить требуемую зернистость и при необходимости оказывать влияние именно на рост зерна.

содержание хрома в стали

Случайные примеси

Крайне нежелательными элементами, которые очень негативно сказываются на качестве стали, являются мышьяк, олово, сурьма. Их появление в сплаве всегда приводит к тому, сталь становится очень хрупкой по границам своих зерен, что особенно заметно при смотке стальных лент и в процессе отжига низкоуглеродистых марок сталей.

Заключение

В наше время влияние легирующих элементов на свойства стали довольно хорошо изучено. Специалисты тщательно провели анализ воздействия каждой добавки в сплаве. Полученные теоретические знания позволяют металлургам уже на этапе оформления заказа сформировать принципиальную схему выплавки стали, определиться с технологией и количеством требуемых расходных материалов (руды, концентрата, окатышей, присадок и прочего). Наиболее часто сталеплавильщики использую хром, ванадий, кобальт и другие легирующие элементы, которые являются достаточно дорогостоящими.

Влияние химических элементов на свойства сталей повышенной прочности феррито-перлитного класса


Влиянию элементов на свойства феррита (или железа) посвящено много работ, причем большой вклад внесли отечественные исследователи. Не рассматривая подробно эти работы, можно сделать следующее заключение: все легирующие элементы, изменяя параметр решетки железа, повышают его прочностные свойства, незначительно изменяют характеристики пластичности (за исключением элементов, образующих растворы внедрения) и обычно понижают ударную вязкость (за исключением никеля).

Азот, растворенный в феррите, оказывает исключительно сильное отрицательное влияние на хладостойкость низколегированных сталей. Это связано с тем, что внедряясь в феррит, азот упрочняет сталь, т.е. сильно возрастает величина σ0 в выражении; хорошо известно, что сегрегации атомов азота (облака) блокируют движение дислокаций, увеличивая k; сегрегации азота располагаются по плоскости, снижая y, и способствуют разрушению сколом, реализующемуся в кристаллах с ОЦК-решеткой именно по плоскостям. Наконец, азот сегрегирует к границам зерен, также увеличивая к и снижая y. Поэтому одна из основных задач раскисления и легирования стали — ослабление отрицательного действия свободного азота и возможно полное удаление этого элемента из твердого раствора.

Марганец, кремний, хром, никель, медь являются наиболее распространенными элементами в низколегированных сталях. При содержании углерода до 0,2 % рассматриваемые элементы преимущественно находятся в твердом растворе (за исключением хрома, образующего частично карбид, и меди, которая при содержании равном или менее 0,7% вызывает дисперсионное твердение), обусловливая повышение прочностных характеристик. Из рассматриваемых элементов кремний и марганец наиболее сильно упрочняют сталь.

Присутствие марганца в количестве 1,1-1,5% в стали с 0,15% С сопровождается повышением предела текучести с 310 до 390 Н/мм2. Степень упрочнения от легирования кремнием практически такая же: 1 % Si повышает предел текучести на 79 Н/мм2. Раздельное легирование стали хромом, никелем и медью оказывает небольшое влияние на предел текучести: 2 % Ni повышают его с 280 до 340 Н/мм2, 1 % Cu — на 40 Н/мм2. Упрочняющее влияние хрома усиливается с повышением содержания углерода или при комплексном легировании. Явление дисперсионного твердения, связанное с изменением растворимости меди в феррите, вызывает повышение прочностных и снижение пластических и вязких свойств. Эффект дисперсионного твердения обычно возрастает с уменьшением содержания в стали углерода и несколько снижается в присутствии элементов, образующих растворы с медью (марганца, никеля, кремния). Легирование медьсодержащих сталей вторым элементом обязательно, так как медь в количестве равном или менее 0,3 % приводит к красноломкости; такое влияние меди нейтрализуется введением никеля в соотношении не более 1 : 2.

По-иному влияют легирующие элементы на ударную вязкость при минусовых температурах и на условные пороги хладноломкости. Имеющиеся в литературе несоответствия по этим характеристикам можно объяснить повышенной чувствительностью этих характеристик к многим факторам (условиям выплавки и способу раскисления стали, исходной структуре и прочности, методике испытания и др.).

Рассматриваемые легирующие элементы по-разному влияют на хладостойкость низколегированных сталей. Положительное влияние никеля на переходную температуру подтверждается следующими данными для стали с 0,09% С (числитель — без никеля, знаменатель 2,0% Ni): KCU (Дж/см2) при температуре +20° С составляет 171/163; при -45° С — 16/118 и при -74° С — 0,7/9,8. Положительная роль никеля обычно связывается с ослаблением под действием этого элемента блокировки дислокаций сегрегациями азота.

Большинство работ, проведенных в последние годы, показывают, что марганец до 1,5-2,0% (в зависимости от углерода) повышает сопротивление стали и железа хрупкому разрушению. Однако легирование стали большим количеством марганца сопровождается образованием промежуточных структур с соответствующим ухудшением хладостойкости стали.

Вредное влияние кремния на условные пороги хладноломкости начинает проявляться при содержании более 0,8% (особенно более 1,1 %). В меньших количествах кремний снижает ударную вязкость и мало влияет на порог хладноломкости.

Подробнее остановимся на физической природе воздействия марганца в низколегированных малоуглеродистых сталях.

Марганец эффективно упрочняет твердый раствор из-за значительных различий атомных диаметров. Также следует заметить, что легирование марганцем приводит к измельчению зерен феррита и участков перлита.

При пластическом деформировании марганец увеличивает склонность к образованию ячеистой структуры, что способствует увеличению вязкости разрушения и хладостойкости. Марганец снижает степень блокировки движения дислокаций сегрегациями азота и уменьшает склонность к охрупчиванию при деформационном старении, поскольку задерживает выделение нитридов, в целом этот элемент приводит к снижению k. Кроме того, марганец вызывает перераспределение карбидов от границ внутрь зерен, что ведет к увеличению y при разрушении.

Марганец повышает низкотемпературную пластичность железа и понижает температуру вязкохрупкого перехода, морфологию карбидной фазы, одновременно увеличивает максимальные значения ударной вязкости.

При разработке марок марганцовистых сталей следует обращать внимание на допустимое верхнее содержание этого элемента, поскольку при превышении определенного предела в структуре появляются продукты промежуточного распада, резко снижающие ударную вязкость проката. По мнению авторов, в низколегированных строительных сталях содержание марганца не должно превышать 1,6%. В последнее время в связи с дефицитностью этого элемента особое внимание уделяется разработке сталей повышенной прочности с содержанием марганца, не превышающим 1,0%.

Еще Э. Гудремон отмечал, что в марганцовистых строительных сталях, применяемых непосредственно после горячей прокатки или нормализации, наблюдается строчечная или полосчатая структура из-за известной склонности марганца к ликвации. Причинами образования полосчатой структуры Э. Гудремон считал наличие сегрегации марганца и фосфора, а также полосчатое распределение сульфидов марганца и оксидов. Массовые строительные стали являются марганцовистыми, поэтому полосчатость структуры в этих материалах воспринимается как данность. Вместе с тем она имеет определенное отрицательное влияние на вязкость стали: работа разрушения в вязком состоянии понижается на 20…30 Дж из-за стеснения развития пластических деформаций в феррите; снижаются механические свойства при нагружении поперек направления прокатки. Полосчатая структура может быть устранена гомогенизирующим диффузионным отжигом при 1200° С или легированием определенного типа, описанным ниже. К отрицательным свойствам марганца также можно отнести склонность к образованию дискообразных сульфидов марганца, в определенных условиях сильно снижающих энергоемкость разрушения проката.

Кремний как легирующий элемент в ряде случаев может оказывать и положительное влияние на ударную вязкость стали, в том числе и при низких температурах. Кремний затрудняет возникновение промежуточных структур в прокате. В низколегированных сталях с кремнием ослаблена феррито-перлитная полосчатость. Наконец, поскольку у этого элемента сродство к азоту и углероду ниже, чем у железа, при охлаждении стали он способствует формированию в аустените дисперсной нитридной фазы алюминия, вытесняя азот из твердого раствора, что способствует измельчению зерна в стали и очистке твердого раствора от азота. Эти свойства кремния обусловили создание новых низколегированных сталей, описанных ниже.

Молибден и бор. Раздельное легирование этими элементами мало сказывается на прочностных и вязких свойствах малоуглеродистой стали с 0,09% С, 0,42% Mn, 0,25% Si для нормализованных прутков.

Комплексное легирование молибденом (≥0,20 %) и бором (≥0,0016 %) сопровождается образованием бейнитной структуры. Горячекатаные стали с основой легирования 0,2 % Мо + 0,005 % В были созданы, но не нашли широкого применения из-за низкой вязкости.

По данным работы, молибден, как и хром, оказывает небольшое влияние на порог хладноломкости железа.

Ванадий, ниобий, титан. Влиянию микролегирования этими элементами на свойства строительных сталей посвящен ряд серьезных монографий. Здесь приведены некоторые данные авторов, иллюстрирующие суть вопроса. Растворение в феррите этих элементов вызывает интенсивное упрочнение последнего, однако это сопровождается резким падением его пластичности и вязкости. В то же время эти элементы, измельчая структуру благодаря дисперсионному твердению, обеспечивают получение у стали хорошего комплекса механических свойств.

Титан измельчает структуру (балл 10-11) и повышает механические свойства стали.

Карбидная или нитридная (карбонитридная) фаза рассматриваемых элементов при нагреве может остаться нерастворенной или перейти в аустенит. Растворение карбида ванадия завершается при 950° С, а нитрида — при 1100° С. Карбонитрид ниобия и карбид титана начинают переходить в аустенит при 900° С, а завершается этот процесс только при 1300° С. Нитрид титана практически не растворим в аустените при нагреве до 1350° С. С повышением температуры нагрева и переводом большего количества карбидной или нитридной фазы в твердый раствор происходит заметное увеличение прочности.

Измельчению структуры и дисперсионному твердению способствуют нитриды и карбонитриды рассматриваемых элементов, в первую очередь, нитриды ванадия. Указанные процессы оказывают противоположное влияние на хладостойкость низколегированных сталей: дисперсионное твердение ухудшает, а измельчение структуры улучшает это свойство, поэтому суммарный эффект будет зависеть от их соотношения.

В ниобийсодержащей стали нормализация с 950° С вызывает измельчение зерна, переходная температура составляет около —30° С. Нагрев до 1250° С приводит к росту и огрублению зерна, значительному дисперсионному твердению и повышению переходной температуры.

Установлено, что содержание ванадия и титана в строительных сталях следует ограничивать.

С увеличением количества нитридов алюминия в низколегированной стали измельчается зерно феррита, и это приводит к повышению предела текучести. Считается, что для получения хорошего сочетания прочностных и вязких свойств содержание нитрида алюминия должно быть 0,03-0,08 %, что обеспечивает получение зерна в пределах 0,007-0,01 мм.

Как было показано выше, размер зерна является наиболее важной характеристикой, улучшающей ударную вязкость и хладостойкость стали. Поэтому мелкозернистая сталь с нитридами алюминия обладает низким порогом хладноломкости.

Влияние химических элементов на свойства стали — Студопедия

 

Углерод. С увеличением содержания углерода повышаются твердость и прочность, снижается пластичность, улучшается обработка резанием, повышается закаливаемость, но ухудшается свариваемость стали.

 Сера S ухудшает пластичность и вязкость; сталь становится хрупкой при высоких температурах (красноломкость), поэтому серы должно быть в сталях мене 0,03%.

Фосфор.Наличие фосфора Р в стали приводит к хладноломкости ( возникают трещины уже при комнатной температуре и, особенно, интенсивно при отрицательных температурах), ухудшается пластичность и вязкость сплава. В высококачественных сталях должно быть фосфора менее 0,03% .

Марганец  Mn раскисляет сталь и нейтрализует вредное влияние серы S, повышает прочность и износостойкость стали.

Кремний  Si повышает упругость и прочность стали, увеличивает предел текучести , что снижает возможности холодной штамповки и высадки металла, является раскислителем.

ХромCr в стали существенно повышает ее механические свойства, при

повышении Cr повышается сопротивляемость стиранию, износу :

· увеличивает прочность и твердость

· коррозионную стойкость

НикельNi применяется как легирующий элемент, благоприятно влияющий

на мех. свойства стали:

· увеличивает прочность,

· ударную вязкость, не снижая пластичности,

 повышает прокаливаемость и жаростойкость

МолибденMo способствует получению мелкозернистой структуры;

сталь, содержащая Mo, хорошо обрабатывается.                                                                 · Mo замедляет рост зерна при нагреве


· повышает прочность стали при повышенных температурах.

ВольфрамW увеличивает прокаливаемость стали, повышает сопротивление

стали к коррозии и истиранию, обеспечивает прочность при высоких

температурах, уменьшает свариваемость

ХромCr в стали существенно повышает ее механические свойства, при

повышении Cr повышается сопротивляемость стиранию, износу;

· увеличивает прочность и твердость

· коррозионную стойкость

НикельNi:

 увеличивает прочность, ударную вязкость, не снижая пластичности

повышает прокаливаемость и жаростойкость

 

Чугуны.

Микроструктура чугунов зависит от скорости охлаждения металла : при быстром охлаждении будет белый чугун ( углерод находится в химически связанном состоянии в виде цементита и ледебурита ), а при медленном охлаждении будет серый чугун ( углерод находится в виде графита ).


Кремний Si способствует графитизации чугуна, и улучшает его литейные свойства. В серых чугунах содержится 0,8 …4,5 % Si.

 Марганец Mn способствует отбеливанию чугуна, но содержание Mn до 1,2% полезно, т.к. увеличиваются твердость и прочность чугуна.

 

Фосфор Р повышает жидкотекучесть чугуна , поэтому допустимо его содержание до 0,4%, но в ответственных чугунных отливках содержится фосфора менее 0,15%, т.к. с ростом содержания его увеличивается хрупкость чугуна.

Сера S затрудняет графитизацию, увеличивает хрупкость и ухудшает жидкотекучесть чугуна , поэтому серы в чугунах должно быть не более 0,1%.

1. По химическому составу стали делятся на углеродистые и легированные.

2.По назначению углеродистые стали делятся на конструкционные и инструментальные .

3. По способу производства могут быть стали: мартеновские, конверторные, бессемеровские, томасовские, кислородно – конверторные и электростали.

 

 

Влияние химических элементов на свойства сталей

    ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ НА СВОЙСТВА СТАЛЕЙ [c.9]

    Супруги Кюри испробовали десятки различных средств химического воздействия на радиоактивные вещества. Однако в каких бы соединениях ни присутствовали радиоактивные элементы, какими бы физическими и химическими свойствами ни обладали эти соединения, радиоактивные свойства оставались неизменными. Высокая температура или давление также не оказывали влияния на радиоактивные свойства. Стало очевидным, что явление радиоактивности связано с процессами, протекающими в глубинных недрах атомов, недоступных обычным средствам воздействия. [c.12]


    Т а блица 21 Влияние химических элементов на свойства стали [c.171]

    Понятие валентности, введенное в науку для отражения свойств одного вполне определенного объекта — изолированного ато-м а химического элемента, с течением времени стало использоваться для отражения свойств существенно иного объекта — связанного атома, находящегося в молекуле и изменившего свои свойства под влиянием других атомов этой единой квантовомеханической системы. [c.55]

    Поэтому для повышения точности измерений градуировку приборов целесообразно производить по образцам, идентичным испытуемому металлу (листовой прокат, сварной шов, литье и пр.). При значительном расхождении химического состава металла контролируемого изделия от эталонных образцов вводится поправка, учитывающая влияние легирующих элементов на магнитные свойства стали. [c.150]

    На механические свойства стали большое влияние оказывает величина ее зерна. Как правило, три температурах не выше 350° С стали с мелкозернистой структурой имеют лучший комплекс механических свойств, чем крупнозернистая сталь того же химического состава. Все легирующие элементы, кроме марганца, способствуют измельчению зерна. [c.33]

    Специальные стали содержат один или несколько легирую-цщх элементов, улучшающих свойства стали. Влияние наиболее распространенных легирующих элементов может быть кратко охарактеризовано следующим образом хром резко повышает твердость и прочность стали, сообщая сталям сопротивляемость химическому воздействию кислот, газов и других реагентов, а также сообщает жароупорность, уменьшая вязкость, тепло- и электропроводность, и ухудшает свариваемость стали. Содержание хрома в сталях бывает различным низколегированная сталь для деталей автотракторного машиностроения (шарикоподшипников) содержит около 1 % Сг, нержавеющая сталь конструкционная 12—17% Сг и Жароупорная сталь 25—28% Сг. Обе последние стали устойчивы против действия серной, соляной и азотной кислот, вследствие чего получили распространение в химическом машиностроении. Они применяются также для режущего и мерительного инструмента. При сооружении аппаратов для крекинга нефти применяют сталь, содержащую 3—5% Сг, которая отличается теплоустойчивостью и сопротивляемостью коррозии. [c.447]


    После выяснения электронных структур атомов и их определяющего влияния на свойства элементов стало ясно, что именно эти структуры являются тем решающим признаком, который должен лечь в основу всякой химической систематики. Это и нашло свое выражение в принятой Бором форме периодической системы (стр. 223), основанной на аналогичности электронных структур нейтральных атомов. Как видно из самой системы (см. соединительные линии), деление на главные и побочные подгруппы в ней сохранено. Таким образом, под стихийно сложившиеся представления была как будто подведена и теоретическая база. [c.222]

    Зависимости, характеризующие влияние различных легирующих элементов на прочность углеродистой стали, показаны на рис. 5.4. Механические свойства при комнатной температуре перлитных углеродистых сталей, содержащих до 0,25% С и до 1,5% Мп, в зависимости от химического состава и структуры следующие  [c.206]

    Исследование строения веществ в твердом состоянии стало возможно лишь за последние тридцать лет. До этого представления химика о строении какого-либо соединения в твердом состоянии ограничивались знанием эмпирической формулы, что давало только соотношение количеств атомов различного рода в данном твердом теле. Эти ограниченные сведения оказали глубокое влияние на развитие органической химии но на развитие неорганической химии влияния они не оказали. Причина этого заключалась в том, что многие элементы и их соединения при обычных температурах являются твердыми, и для изучения химических свойств таких веществ необходимо растворять их в соответствующих растворителях или, в более редких случаях, превращать их в пар. Процесс растворения большинства органических соединений сводится только к разделению молекул, образующих кристалл, и молекулы в растворе представляют собой те же тесно связанные [c.9]

    Химическое взаимодействие легирующих элементов с железом приводит к изменению температур его полиморфных превращений, к расширению или сужению областей существования а- и у-твердых растворов, что сказывается на многих свойствах сплавов. В стали, содержащей легирующие элементы, например ванадий, хром, марганец, вследствие больших сил связи их атомов с углеродом, образуются различные карбиды, оказывающие влияние на свойства металла. [c.293]

    Труднее было применить химические законы к твердым веществам переменного состава, таким, как металлические сплавы, сложные окислы, силикаты и др. Без преувеличения можно отметить, что химия этих веществ на первых порах своего развития обязана применению метода построения диаграмм состояния и состав—свойство. Это, в свою очередь, стало возможным лишь на основе развития физической химии и учения о гетерогенном равновесии и теоретических представлений, развитых Н. С. Курнаковым. Значительное и весьма положительное влияние на изучение систем с фазами переменного состава методом физико-химического анализа оказал принцип единства проявления химического соединения на диаграмме состояния, на химической диаграмме. Опыт показал, что для всех классов соединений — металлических, солеобразных и органических, простейших — типа бинарных соединений между элементами и комплексных — образование нового соединения проявляется на диаграмме состав—свойство сингулярным максимумом. [c.45]

    Влияние легирующих элементов на свойства стали обусловлено также тем, что некоторые из них образуют с углеродом карбиды, которые могут быть простыми, например, Мл.зС, СгуСз, а также сложными (двойными), например, (Ре, Сг)зС. Присутствие карбидов, особенно в виде дисперсных включений в структуре стали, в ряде случаев оказывает сильное влияние на ее механические и физико-химические свойства. [c.686]

    Процесс сварки труб из центробежнолитых трубных заготовок отличается

21 Химические элементы и влияние на механические свойства стали

Если вы работаете в сталелитейной промышленности, замечали ли вы когда-нибудь, что на самом деле означает весь этот химический состав, указанный в протоколе испытаний стальных материалов? Вы можете только знать, что разные марки стали имеют много различного химического состава и элементов в разном количестве. Здесь, в этом посте, мы сортируем и перечисляем 21 химический элемент и влияние на свойства стали.

21 Химические элементы и влияние на механические свойства стали

Сталь в целом является сплавом углерода и железа, она содержит много других элементов, некоторые из которых остаются в процессе производства стали, другие элементы добавляются для придания определенных свойств.Мы можем увидеть некоторые наиболее распространенные химические элементы, которые оказывают важное влияние на свойства стали.

1. Углерод (C)

Углерод является наиболее важным элементом в стали, он необходим в сталях, которые должны быть закалены путем закалки, а степень углерода контролирует твердость и прочность материала, а также реакцию на термическую обработку (прокаливаемость).
И пластичность, ковкость и обрабатываемость уменьшатся, если количество углерода увеличится, а также свойства свариваемости стали.

2. Марганец (Mn)

Марганец может быть вторым по важности элементом после углерода на стали. Mn имеет эффекты, аналогичные эффектам углерода, и производитель стали использует эти два элемента в комбинации для получения материала с желаемыми свойствами. Марганец является необходимостью для процесса горячей прокатки стали в сочетании с кислородом и серой.

Его присутствие имеет ниже основных эффектов:

  • Это мягкий раскислитель, действующий как очиститель, выводящий серу и кислород из расплава в шлак.
  • Увеличивает упрочняющую способность и прочность на разрыв, но снижает пластичность.
  • Сочетается с серой, образуя шаровидные сульфиды марганца, которые необходимы в стали для свободной резки для хорошей обрабатываемости.
Стали

обычно содержат не менее 0,30% марганца, однако в некоторых углеродистых сталях их количество составляет до 1,5%.

Марганец

также имеет тенденцию увеличивать скорость проникновения углерода во время цементации и действует как мягкий раскислитель.Однако, когда слишком высокий уровень углерода и слишком высокий уровень марганца сопровождают друг друга, начинается охрупчивание. Марганец способен образовывать сульфид марганца (MnS) с серой, что выгодно для механической обработки. В то же время он противостоит хрупкости от серы и благоприятно влияет на чистоту поверхности углеродистой стали.

Для целей сварки отношение марганца к сере должно составлять не менее 10 к 1. Содержание марганца менее 0,30% может способствовать внутренней пористости и растрескиванию в сварном шве, также может произойти растрескивание, если содержание превышает 0.80%. Сталь с низким содержанием сульфида марганца может содержать серу в форме сульфида железа (FeS), что может привести к растрескиванию сварного шва.

3. Фосфор (P)

Хотя это увеличивает предел прочности стали и улучшает обрабатываемость, ее обычно рассматривают как нежелательную примесь из-за ее эффекта охрупчивания.

Влияние фосфорного элемента будет оказывать различное влияние на сталь в зависимости от концентрации.
Максимальное количество фосфора в стали более высокого качества составляет от 0.От 03 до 0,05% в связи с тем, что это губительно. До 0,10% фосфора в низколегированных высокопрочных сталях будет увеличивать прочность, а также улучшать устойчивость стали к коррозии. Возможность хрупкости увеличивается, когда содержание в закаленной стали слишком велико. Несмотря на то, что прочность и твердость улучшаются, пластичность и ударная вязкость снижаются.

Обрабатываемость улучшается в стали со свободной резкой, но при сварке хрупкие и / или сварные трещины могут возникать, если содержание фосфора больше 0.04%. Фосфор также влияет на толщину слоя цинка при цинковании стали.

4. Сера (S)

Сера обычно рассматривается как примесь и оказывает неблагоприятное влияние на ударные свойства, когда в стали много серы и мало марганца. Сера улучшает обрабатываемость, но снижает поперечную пластичность и ударную вязкость с надрезом и мало влияет на продольные механические свойства. Его содержание ограничено до 0,05% в сталях, но добавляется в свободные режущие стали в количестве до 0.35% при увеличении содержания марганца для противодействия любым вредным воздействиям, так как легирование добавок серы в количестве от 0,10% до 0,30% будет иметь тенденцию улучшать обрабатываемость стали. Такие типы могут упоминаться как «повторно сульфурированные» или «свободная обработка». В стали для свободной резки добавляется сера для улучшения обрабатываемости, обычно до 0,35%.

Несмотря на то, что влияние серы на сталь на определенных этапах является отрицательным, любое содержание серы менее 0,05% оказывает положительное влияние на марки стали.

5. Кремний (Si)

Кремний является одним из основных раскислителей для стали. Кремний помогает удалить пузырьки кислорода из расплавленной стали. Это элемент, который чаще всего используется для производства полу- и полностью убитых сталей, и, как правило, он содержится в количествах менее 0,40%, обычно в прокатанном стали присутствуют лишь небольшие количества (0,20%), когда он используется в качестве раскислителя. Однако в стальных отливках обычно присутствует от 0,35 до 1,00%.

Кремний растворяется в железе и имеет тенденцию к его укреплению.Некоторые присадочные металлы могут содержать до 1% для обеспечения улучшенной очистки и раскисления при сварке на загрязненных поверхностях. Когда эти присадочные металлы используются для сварки на чистых поверхностях, результирующая прочность металла сварного шва будет заметно увеличена. Кремний увеличивает прочность и твердость, но в меньшей степени, чем марганец. В результате снижение пластичности может вызвать проблемы с растрескиванием.

Для целей цинкования стали, содержащие более 0,04% кремния, могут значительно повлиять на толщину и внешний вид оцинкованного покрытия.Это приведет к толстым покрытиям, состоящим в основном из сплавов цинка и железа, а поверхность будет темной и матовой. Но он обеспечивает такую ​​же защиту от коррозии, как блестящее оцинкованное покрытие, где внешний слой — чистый цинк.

6. Хром (Cr)

Хром — это мощный легирующий элемент в стали. Cr присутствует в некоторых конструкционных сталях в небольших количествах. Он в основном используется для повышения прокаливаемости стали и повышения коррозионной стойкости, а также предела текучести стального материала.По этой причине часто встречается в сочетании с никелем и медью. Нержавеющая сталь может содержать более 12% хрома. Хорошо известная нержавеющая сталь «18-8» содержит 8 процентов никеля и 18 процентов хрома.

Когда процентное содержание хрома в стали превышает 1,1%, образуется поверхностный слой, который помогает защитить сталь от окисления.

7. Ванадий (V)

Эффекты химического элемента ванадия аналогичны эффектам Mn, Mo и Cb.При использовании с другими легирующими элементами он ограничивает рост зерна, улучшает размер зерна, повышает прокаливаемость, вязкость разрушения и устойчивость к ударным нагрузкам. Смягчение при высоких температурах, усталостное напряжение и износостойкость улучшаются. При значении более 0,05% может возникнуть тенденция к охрупчиванию стали во время обработки для снятия тепловых напряжений.

Ванадий используется в азотированных, жаропрочных, инструментальных и пружинных сталях вместе с другими легирующими элементами.

8.Вольфрам (Ш)

Используется с хромом, ванадием, молибденом или марганцем для производства быстрорежущей стали, используемой в режущих инструментах. Говорят, что вольфрамовая сталь имеет «твердую красноту» или достаточно твердую, чтобы ее можно было разрезать после того, как она раскалена.
После термической обработки сталь сохраняет свою твердость при высокой температуре, что делает ее особенно подходящей для режущих инструментов.

Вольфрам в форме карбида вольфрама

  • Дает стали высокую твердость даже при красных температурах.
  • Продвигает мелкие зерна
  • Противостоит жаре
  • Повышение прочности при повышенных температурах

9.Молибден (Мо)

Молибден обладает эффектами, подобными марганцу и ванадию, и часто используется в сочетании с одним или другим. Этот элемент является сильным твердосплавным формообразователем и обычно присутствует в легированных сталях в количестве менее 1%. Это повышает прокаливаемость и прочность при повышенной температуре, а также улучшает коррозионную стойкость и повышенную прочность на ползучесть. Он добавляется в нержавеющие стали для повышения их устойчивости к коррозии, а также используется в высокоскоростных инструментальных сталях.

10. Кобальт (Со)

Кобальт улучшает прочность при высоких температурах и магнитную проницаемость.

Увеличивает твердость, а также допускает более высокие температуры закалки (во время процедуры термообработки). Усиливает отдельные эффекты других элементов в более сложных сталях. Co не является карбидообразователем, однако добавление кобальта в сплав позволяет получить более высокую достижимую твердость и более высокую твердость при нагревании в красном цвете.

11. Никель (Ni)

В дополнение к своему положительному влиянию на коррозионную стойкость стали, Ni добавляют в стали для повышения прокаливаемости.Никель улучшает низкотемпературное поведение материала, улучшая вязкость разрушения. Свариваемость стали не уменьшается благодаря наличию этого элемента. Никель значительно увеличивает ударную вязкость стали.

Никель часто используется в сочетании с другими легирующими элементами, особенно хромом и молибденом. Это ключевой компонент в нержавеющих сталях, но при низких концентрациях, встречающихся в углеродистых сталях. Нержавеющая сталь содержит от 8 до 14% никеля.

Еще одна причина, по которой Ni добавляется в сплав, состоит в том, что он создает более яркие участки в дамасской стали.

12. Медь (Cu)

Медь является еще одним основным элементом коррозионной стойкости. Это также оказывает небольшое влияние на прокаливаемость. Обычно он содержится в количестве не менее 0,20% и является основным антикоррозионным компонентом в марках стали, таких как A242 и A441.

Чаще всего встречается в качестве остаточного агента в сталях, также добавляется медь для повышения стойкости к осаждению и повышения коррозионной стойкости.

13. Алюминий (Al)

Алюминий является одним из наиболее важных раскислителей в очень небольших количествах в материале, а также
помогает сформировать более мелкозернистую кристаллическую микроструктуру и увеличить вязкость марки стали. Обычно его используют в сочетании с кремнием для получения полу- или полностью убитой стали.

14. Титан (Ti)

Ti используется для контроля роста размера зерна, что улучшает ударную вязкость. Также превращает сульфидные включения в вытянутую форму, улучшая прочность и коррозионную стойкость, а также ударную вязкость и пластичность.

Ti — очень прочный, очень легкий металл, который можно использовать отдельно или легировать сталью. Это добавлено к стали, чтобы дать им высокую прочность при высоких температурах. В современных реактивных двигателях используются титановые стали.

  • Предотвращает локальное истощение хрома в нержавеющих сталях при длительном нагреве
  • Предотвращает образование аустенита в высокохромистых сталях
  • Уменьшает мартенситную твердость и прокаливаемость в среднехромистых сталях.

15.Ниобий ( Nb , ранее известный как Columbium-Columbium, Cb)

Ниобий является ключевым элементом переработки зерна, а также повышающим прочность элементами в производстве стали. Ниобий является сильным твердосплавным загустителем и образует очень твердые, очень маленькие, простые карбиды. Улучшает пластичность, твердость, износостойкость и коррозионную стойкость. Также уточняется структура зерна. Ранее известный как Колумбий.

16. Бор (B)

Наиболее важным эффектом и целью бора в стали является радикальное улучшение прокаливаемости.

Самое большое преимущество бора заключается в том, что небольшое количество может быть добавлено для получения того же результата, что и другие элементы, требующиеся в большом количестве с точки зрения дополнительной прокаливаемости. Типичный диапазон для стальных сплавов составляет от 0,0005 до 0,003%.

Во время процесса термообработки добавляется бор, заменяющий другие элементы, чтобы повысить прокаливаемость среднеуглеродистой стали. Производительность резки для быстрорежущих сталей повышается, но за счет качества ковки. Также возможно, что содержание бора может быть слишком высоким, что снижает прокаливаемость, ударную вязкость, а также вызывает охрупчивание.Процентное содержание углерода в стали также играет роль в эффекте прокаливаемости бора. Поскольку влияние бора на прокаливаемость увеличивается, количество углерода должно пропорционально уменьшаться.

При добавлении бора в сталь необходимо соблюдать меры предосторожности, чтобы он не вступал в реакцию с кислородом или азотом, так как сочетание бора с одним из двух компонентов сделает бор бесполезным.

17. Свинец (Pb)

Добавление свинца в уровнях в очень небольших количествах для улучшения обрабатываемости до 0.30%, улучшает обрабатываемость. При условии, что распределение является однородным, оно мало влияет на физические свойства стали и, вопреки распространенному мнению, не влияет на сварочную способность.

18. Цирконий (Zr)

Цирконий добавляется в сталь для изменения формы включений. Обычно добавляется в низколегированные, низкоуглеродистые стали. Результатом является то, что ударная вязкость и пластичность улучшаются, когда преобразуется форма из удлиненного в глобулярный, улучшая ударную вязкость и пластичность.

19. Тантал (Та)

Химически очень похож на ниобий (Nb), как таковой, оказывает аналогичное влияние на сплав — образует очень твердые, очень маленькие, простые карбиды. Улучшает пластичность, твердость, износостойкость и коррозионную стойкость. Также очищает зерно.

20. Азот (N)

Азот действует очень похоже на углерод в сплаве. N замещает С в небольших количествах (или даже больших, с использованием современных технологий) для повышения твердости. Очевидно, что азот образует нитриды, а не карбиды.У INFI есть N, и есть еще несколько, с Sandvik, являющимся чемпионом, с 3% N в сплаве, полностью заменяющим C. К сожалению, недоступный для производителей ножей. Поскольку азот менее склонен к образованию нитридов хрома, чем углерод к образованию карбидов хрома, его присутствие улучшает коррозионную стойкость, оставляя больше свободного хрома в сплаве. Поскольку азот менее реакционноспособен при образовании нитридов, его можно использовать для придания дополнительной твердости без увеличения размера и объема карбида, например, Сталь Sandvik 14C28N.

21. Селен (Se)

Обычно не желательно в стали для столовых приборов. Добавлено для улучшения обрабатываемости. Аналогично сере, в той же группе халькогена.

Все химические элементы и эффекты, указанные выше, относятся к стальным материалам. Так что, если вы работаете в сталелитейной промышленности, вы должны это сделать.

Есть некоторые другие маленькие редкие металлические элементы, которые мы не перечисляем выше. Вы можете оставить комментарий ниже, с деталями.

Источник: www.astmsteel.com

,
Влияние потенциально токсичных элементов на биологические и химические свойства почвы

1. Введение

Почва является основным источником жизни человека и наиболее фундаментальными элементами человеческого производства и носителем, связывающим экономические отношения между людьми. Загрязнение почв потенциально токсичными элементами из-за различной антропогенной активности является одним из факторов, влияющих на жизнь в почвах [1, 2, 3]. Существует четыре основных пути [4], по которым потенциально токсичные элементы попадают в почву: (i) атмосфера в почву, (ii) сточные воды в почву, (iii) твердые отходы в почву и (iv) сельскохозяйственные запасы в почвах.Потенциально токсичными элементами являются элементы с высокой плотностью и высоким относительным атомным весом, проявляющие такие металлические свойства, как пластичность, пластичность, проводимость, специфичность лиганда [5]. Некоторые потенциально токсичные элементы, такие как Co, Cu, Fe, Mn, Mo, Ni и Zn, полезны для биологической системы, когда присутствуют в допустимом количестве, но повреждают биологическую систему, если присутствуют в избытке. Почва потенциально токсичные элементы, такие как Pb, Cd, Hg и As (металлоид, но обычно упоминаемый как потенциально токсичный элемент), вредны для сельскохозяйственных культур, людей и животных.Потенциально токсичные элементы добавляются в почву естественным образом и в результате антропогенной деятельности; металлы Cd, Pb, Zn и Ni также происходят из-за интенсивного движения на дорогах и вызывают загрязнение почвы. Овес и соавт. [6] сообщили, что ежегодная оценка выбросов потенциально токсичных элементов из всех источников во всем мире составляет около 22 000 метрических тонн Cd; 939 000 Cu; 783 000 Pb и 1 350 000 Zn. Поскольку почва и потенциально токсичные элементы обладают богатыми и разнообразными связующими характеристиками, почва выступает в качестве основного резервуара для потенциально токсичных элементов.В зависимости от нескольких факторов, таких как содержание воды, pH, температура, размер частиц, содержание глины и природа потенциально токсичного элемента, почвенная матрица может адсорбировать, обменивать, окислять, восстанавливать и катализировать ионы металлов. Подвижность и токсичность потенциально токсичных элементов в почвах зависит от состава почвы и металлов и концентрации ионов металлов. Наличие потенциально токсичных элементов в почве, помимо других факторов, также зависит от плотности почвы и типа заряда в почвенных коллоидах, площади поверхности почвы и силы цвета лица с лигандами [7, 8].

Настоящее исследование было предпринято для понимания текущей ситуации и воздействия потенциально токсичных элементов на человека, на микробную активность почвы, на микробный состав почвы, на активность ферментов в почве и физико-химические свойства почвы.

2. Влияние потенциально токсичных элементов на рост растений

В почвах растения могут поглощать потенциально токсичные элементы, которые растворимы в воде или легко растворяются корнями [9]. Поскольку потенциально токсичные элементы не могут быть разложены, когда их концентрации в растении превышают допустимый предел, они оказывают прямое и косвенное влияние на растение.Хлороз листьев, нарушение водного баланса и уменьшение открытия устьиц, ингибирование цитоплазматических ферментов и повреждение клеточных структур из-за окислительного стресса [10], являются некоторыми прямыми токсическими эффектами потенциально токсичных элементов на растения. Замена незаменимых питательных веществ в местах катионного обмена растений потенциально токсичными элементами является одним из примеров косвенного токсического действия [11]. Высокая концентрация металлов может привести к снижению разложения органического вещества, снижению питательных веществ в почве, снижению ферментативной активности, полезной для метаболизма растений, что приводит к снижению роста растений, что иногда приводит к гибели растений [12].

3. Воздействие потенциально токсичных элементов на человека

Поглощение потенциально токсичных элементов из загрязненных почв растениями является основным путем проникновения этих элементов в пищевую цепь человека и животных [13]. Потенциально токсичные элементы, биоаккумулированные в пищевой цепи, вредные для человека, попадают в организм человека при вдыхании и проглатывании, а проглатывание является основным путем накопления у людей. Помимо этого, потенциально токсичные элементы долгое время использовались людьми для изготовления металлических сплавов и пигментов для красок, цемента, бумаги, резины и других материалов.Эти потенциально токсичные элементы попадают в систему организма, когда эти растения потребляются прямо или косвенно, также через воздух и воду, и могут накапливаться в биоаккумуляции в течение определенного периода времени [14, 15]. Потенциально токсичные элементы, введенные в организм человека любыми способами, влияют на иммунную систему, основные физиологические процессы экспрессии клеток и генов и могут вызывать тошноту, анорексию, рвоту, желудочно-кишечные нарушения и дерматит [16, 17]. Женщины более восприимчивы к неблагоприятным воздействиям Cd и имеют более высокую нагрузку на организм из-за длительного периода полураспада Cd, а повышенное поглощение Cd с пищей долгое время живет в организме, а кумулятивное воздействие низкого уровня связано с изменениями в почках функция и метаболизм кости [18].Потенциально токсичные элементы в основном приводят к воздействию свинца (Pb) и повреждают органы и системы организма, как почки [19]; печень [20]; и изменить состав крови, [21]; повреждение легких [22]; репродуктивная система [23]; центральная нервная система [4]; мочевая система [24]; иммунная система. Чен [25] сообщил, что работники, которые находятся в тесном контакте с никелевым порошком, чаще страдают от рака дыхания и рака носоглотки. При более низких концентрациях медь выступает в качестве кофакторов для различных ферментов окислительно-восстановительного цикла [26]; однако более высокая концентрация Cu нарушает обмен веществ у человека, что приводит к анемии, повреждению печени и почек, раздражению желудка и кишечника.Мышьяк вызывает рак кожи, печени, легких, колотральный рак матки [27]. Физические, мышечные и неврологические нарушения, дегенеративные процессы, сходные с болезнью Альцгеймера [19], болезнью Паркинсона [28], мышечной дистрофией и рассеянным склерозом [29], могут возникать, когда на человеческое уплотнение в течение длительного времени воздействуют потенциально токсичные элементы.

4. Влияние потенциально токсичных элементов на микробную активность почвы

Потенциально токсичные элементы являются распространенными и важными тугоплавкими загрязнителями, влияющими на количество, разнообразие и микробную активность почвенных микроорганизмов.Поскольку почвенные микроорганизмы разлагают органическое вещество, влияют на круговорот питательных веществ, микробы играют основную роль в плодородии почвы и первичном производстве. Микробная биомасса почвы, которая полезна для изучения вредного воздействия токсических металлов на клеточном уровне, в основном состоит из бактерий и грибов. Токсическое воздействие потенциально токсичных элементов зависит от количества металлов, биоаккумулированных в результате абсорбции, миграции и превращения. Неблагоприятное воздействие более высокой концентрации токсичных металлов на микроорганизмы может быть связано с инактивацией центра активности фермента; электронодонорные группы, такие как меркапто-белок, основание нуклеиновой кислоты и фосфат, накопление токсичных металлов больше, чем способность организмов переносить, что приводит к биологическому заболеванию и смерти; ингибирование образования металлотионеина или металлопротеина.Ряд исследований показал, что большее количество металлотионеина в клетках индуцирует антиапоптотические эффекты, а уменьшение количества металлотионеина увеличивает восприимчивость к апоптотической гибели клеток.

Почвенные микробы являются основным участником всех биохимических процессов в почве. Биохимические процессы в почве являются инструментами для поддержания качества почвы; формирование органического вещества почвы; разложение вредных веществ; формирование структуры почвы и биохимических циклов.Загрязнение почв токсичными металлами снижает микробные свойства почвы, такие как почвенное дыхание, ферментативные активности. Микробные свойства почвы зависят от рН почвы, органических веществ и других химических свойств. Серьезное загрязнение потенциально токсичным элементом может подавлять микробную активность почвы и серьезно угрожать функционированию почвенной экосистемы.

Ряд работников [30, 31, 32, 33] сообщили, что потенциально токсичные элементы, в частности кадмий, медь и цинк, могут нарушать микробиологическое равновесие почвы.Нарушения биологического баланса почвы, вызванные избытком потенциально токсичных элементов, могут быть связаны с нарушением физиологических функций, денатурацией белков и разрушением клеточных мембран почвенных микроорганизмов [34, 35, 36]. Потенциально токсичные элементы иммобилизуют почвенные бактерии, а микробные метаболиты повышают подвижность потенциально токсичных элементов [37, 38, 39]. Потенциально токсичные элементы в различных количествах и формах в почвах вызывают изменения в количестве микроорганизмов, микробной биомассы и микробной активности [33, 40, 41, 42, 43] путем ингибирования разнообразия микробных сообществ, особенно грибковых групп, т.е.Ascomycota и Chytridiomycota) в фракциях большого размера, что в основном зависит от гетерогенной доступности SOC через PSF. Потенциально токсичные элементы создают абиотические стрессы [37, 38], вызывая нарушения метаболизма микроорганизма. Повреждения систем контроля, регулируемых регуляторными и сигнальными белками, включая развитие клетки, апоптоз и регуляцию клеточного цикла, вызваны потенциально токсичными элементами [36], что может быть связано с блокированием ферментативно активных центров и удалением катионов, которые важны для функционирования клетки, вытесняя их функции, e.например, прекращение межклеточной адгезии (кадмий), прямое связывание с ДНК (хром), взаимодействие с сайтами связывания протеинфосфатаз (ванадий) [44]. Толерантные виды микробов демонстрируют более высокую устойчивость к стрессовым факторам, чем чувствительные [45]. Переносимость потенциально токсичных элементов связана с [46, 47, 48]: (1) специфическим транспортом ионов металлов в цитоплазматической мембране; (2) синтез и выделение в окружающую среду хелатообразующих соединений, которые связывают и переносят растворенные в окружающей среде ионы; (3) сорбция ионов на поверхности слизистой оболочки и связывание биополимерами комплекса стенки и мембраны; (4) наличие плазмиды в бактериальной клетке, что позволяет ей приобретать устойчивость к токсическим элементам.

Многие исследователи [49, 50, 51] сообщают, что, когда потенциально токсичные элементы присутствуют в чрезмерном количестве в почве, количество микроорганизмов и разнообразие микроорганизмов уменьшается. Bansal и Mishra [52] сообщили о значительном увеличении популяции бактерий и грибков и уменьшении популяции актиномицетов в орошаемых почвах сточных вод. Плотность населения бактерий и грибов увеличивалась с продолжительностью орошения сточных вод до 14 дней инкубации и после этого уменьшалась.Кушу [53] в ходе своих исследований обнаружил, что загрязнение потенциально токсичными элементами в щелочных почвах оказывает негативное влияние на популяции почв актиномицетов и грибов, а также на общую аэробную гетеротрофную популяцию бактерий. Они также сделали вывод, что влияние потенциально токсичных элементов на микробную популяцию почвы зависит от нескольких факторов, связанных с почвенной средой и физико-химическими характеристиками почвы. Фенцю и др. [54] в ходе своих исследований по микробному разнообразию и структуре сообществ в сельскохозяйственных почвах, страдающих от 4-летнего загрязнения Pb, было обнаружено, что присутствие Pb 2+ в почве показало слабое влияние на разнообразие почвенных бактериальных сообществ.Загрязнение почвы Pb влияет на химические свойства почвы и количество некоторых родов бактерий. Количество устойчивых к тяжелым металлам бактерий на уровне рода, а именно. Bacillus , Streptococcus и Arthrobacter сильно коррелируют с количеством Pb. Была выявлена ​​отрицательная корреляция между органическим веществом почвы и доступным Pb и общим Pb. Общая относительная численность Gemmatimonadetes, Nitrospirae и Planctomycetes отрицательно коррелировала с общим содержанием Pb.На состав микробного сообщества и физико-химические свойства почвы влияет количество Pb. Работники [52, 55] обнаружили, что нитрифицирующие бактерии, симбиотические азотфиксирующие бактерии и Azotobacter spp. являются микроорганизмами, наиболее восприимчивыми к потенциально токсичным элементам. Потенциально токсичные элементы оказывают более сильное влияние на клетки Azotobacter , чем органотрофные бактерии, главным образом потому, что более богатые сообщества микробов более устойчивы к потенциально токсичным элементам, чем отдельные виды и роды [51, 56].Wyszkowska et al. [48] ​​сообщили, что ингибирующее действие потенциально токсичных элементов на почвенные микроорганизмы можно представить следующим образом: олиготрофные бактерии: (Ni> Pb> Cr (III)> Cu> Zn> Cd), копиотрофные бактерии: (Cd> Ni> Cr (III)> Zn> Cu), аммонифицирующие бактерии: (Ni> Pb> Cr (III)> Cd> Zn> Hg), азот-иммобилизирующие бактерии: (Zn> Cr (III)> Hg> Cu), актиномицеты: (Cu > Cr (III)> Ni> Zn> Pb). Немногие исследователи [57] обнаружили, что сельскохозяйственные культуры могут смягчать влияние потенциально токсичных элементов на почвенные микробы, сельскохозяйственные культуры улучшают микробиологическую активность почвы, главным образом благодаря веществам, выделяемым корнями.

5. Воздействие потенциально токсичных элементов на микробный состав почвы.

Потенциально токсичные элементы, которые накапливаются в почве сверх допустимого предела, в первую очередь влияют на качество и количество почвенных бактерий, грибов, актиномицетов и других популяций микроорганизмов. Потенциально токсичное загрязнение элементов в почве не только приводит к различным структурам микробных сообществ, но также меняет химические и биологические свойства почвы. В почвах, которые долгое время загрязнены потенциально токсичными элементами, существуют те почвенные микроорганизмы, которые могут быть специально адаптированы.Эффективность популяций микроорганизмов в органической минерализации находится в обратной зависимости от содержания органического углерода в почве, что является показателем воздействия загрязнения потенциально токсичными элементами. Микробные сообщества в почвах очень важны, так как они помогают в круговороте питательных веществ, симбиозе растений и детоксикации ядовитых химикатов (используемых для борьбы с вредителями и ростом растений) [58]. При добавлении в почву обогащенного металлом осадка сточных вод микробная биомасса приводит к уменьшению функционального разнообразия [59] и изменениям структуры микробного сообщества [60].Однако воздействие металла может также привести к развитию толерантной к металлу микробной популяции [61].

Потенциально токсичные элементы влияют на микробную активность и структуру микробного сообщества. Количество бактерий и актиномицетов значительно уменьшилось по сравнению с контролем, при этом не было значительного различия в грибковых клетках до 2 недель инкубации [62] потенциально токсичных элементов. Негативное влияние изученных потенциально токсичных элементов на культивируемые гетеротрофные бактерии было больше, чем актиномицетов и грибов.Профиль DGGE показал, что структура бактериальных сообществ была изменена в образцах с поправкой на Cd / Pb, особенно при высоких концентрациях, но не богатство бактериального таксона и состав сообщества [63]. Относительное количество специфических бактериальных таксонов, включая Acidobacteria, Actinobacteria, Bacteroidetes, Chloroflexi, Planctomycetes и Probacteria, зависит от загрязнения потенциально токсичными элементами. Значительная корреляция между группой генов устойчивости к металлу и концентрацией металлов в почве была также сообщена Azarbad et al.[63]. Бактерии Acidobacteria Gp и Proteobacteria thiobacillus имели больше связей между узлами и более положительные взаимодействия между микробами в CL- и CH-сетях были положительно коррелированы с концентрацией кадмия, в то время как у Longilinea , Gp2 и Gp4 было меньше сетевых связей и больше отрицательных взаимодействий в CL и CH-сети отрицательно коррелировали с Cd [63]. Была единственная положительная корреляция между представителями типов Crenarchaeota и Euryarchaeota, класса Thermoprotei и порядка Thermoplasmatales и Cd metal и имела больше сетевых взаимодействий в CH-сетях.Li et al. [64] также сообщили, что (i) состав сообщества микроорганизмов, а также сетевое взаимодействие явились сдвигом для усиления способности микроорганизмов адаптироваться к загрязнению потенциально токсичными элементами, (ii) археи были устойчивы к загрязнению потенциально токсичными элементами и могут способствовать адаптация к потенциально токсичным элементам. Pb 2+ в почве слабо влиял на разнообразие почвенных бактерий, но влиял на обилие некоторых родов бактерий, а также на физико-химические свойства почвы [54].На уровне рода существенная разница в относительной численности бактерий, устойчивых к тяжелым металлам, таких как Bacillus , Streptococcus и Arthrobacter . Численность основных типов бактерий сильно коррелировала с общим содержанием свинца. Относительное содержание Gemmatimonadetes, Nitrospirae и Planctomycetes отрицательно коррелировало с общим Pb. Свинец влияет как на состав микробного сообщества, так и на физико-химические свойства почвы.

6.Влияние потенциально токсичных элементов на активность ферментов в почве

Биологическая активность почв является важным параметром их экологического состояния. Потенциально токсичные элементы, присутствующие в почве вследствие антропогенной деятельности, нарушают нормальное функционирование почвенной биоты и, следовательно, всей почвенной системы. Поскольку концентрация потенциально токсичных элементов увеличивается, активность большинства ферментов значительно снижается и может быть вызвана непосредственно взаимодействием между ферментом и потенциально токсичными элементами, которое не связано с уменьшением количества микробов.Потенциально токсичные элементы влияют на ферментативную активность, разрушая пространственную структуру активных групп фермента, подавляя рост и размножение микроорганизмов, что снижает синтез и метаболизм микробных ферментов. Почвенные микробы и почвенная ферментативная активность значительно взаимосвязаны. Некоторые ферменты, выделяемые микроорганизмами, участвуют в почвенных экосистемах и энергии вместе.

Потенциально токсичные элементы в ферментах выполняют тройную функцию: каталитическую, структурную и регуляторную.Цинк является неотъемлемой частью числа ферментов и числа внутриклеточных ферментов, а именно, угольной ангидразы, карбоксипептидазы, термолизина, щелочной фосфатазы, дегидрогеназ (глицеральдегид-3-фосфат, спирт, глутамин), фрукто-дифосфат альдолаз, супероксиддисмутазы, ДНК и РНК-полимераза, тРНК-трансфераза нуждаются в цинке для правильного функционирования. Когда потенциально токсичные элементы присутствуют в избытке, естественные функции металлов нарушаются.

Tejada et al. [65]; Yu и Cheng, [66] сообщили, что ферментативные реакции ингибируются потенциально токсичными элементами тремя различными способами: (1) комплексообразование субстрата; (2) комбинация с белково-активными группами на ферменте и; (3) реакция с комплексом фермент-субстрат, в то время как Vig et al.[67] сообщили, что, поскольку потенциально токсичные элементы взаимодействуют с активными центрами ферментов и субстратными комплексами, денатурирует ферментный белок и конкурирует с ионами металлов, которые необходимы для образования фермент-субстратных комплексов, ингибируют активность ферментов в почве. Nuaimi и Maktoom [68] сообщили, что потенциально токсичные загрязняющие элементы, содержащиеся в почве, могут вызывать их вредное воздействие любым из четырех способов: (1) Существует окислительный стресс в организмах из-за высвобождения кислородного радикала, который образуется в результате окислительно-восстановительных циклов потенциально токсичных элементов, (2) белки дезактивируются или денатурируются, когда металлы связываются с сульфгидрильными группами белков, (3) антиоксидантная способность клеток замедляется, поскольку потенциально токсичные элементы связывают внутриклеточный глутатион и / или антиоксидантные ферменты, (4) металлоферменты становятся инактивированными В качестве потенциально токсичных элементов конкурируют за связывание металлоферментов ферментом металла.Nuaimi и Maktoom [68] также сообщили, что потенциально токсичные элементы, такие как Hg 2+ , Cu 2+ , сильнее ингибируют фермент щелочной фосфатазы, чем Cd 2+ и Co 2+ , а также щелочную фосфатазу. легко инактивируется при воздействии потенциально токсичных элементов, незаряжается при нейтральном pH, мышьяк может диффундировать через клеточную мембрану, он может ингибировать ферментативную активность даже при низких концентрациях.

Bhattacharyya et al.[69] сообщили, что мышьяк реагирует с сульфгидрильной группой фермента с образованием сульфида мышьяка, что приводит к снижению ферментативной активности. Снижение ферментативной активности мышьяком может быть обусловлено: (1) взаимодействием с комплексом фермент-субстрат; (2) путем денатурирования ферментного белка или (3) взаимодействия с активными белковыми группами.

Влияние потенциально токсичных элементов на активность ферментов почвы зависит от pH, формы и количества питательных веществ, концентрации и доступности потенциально токсичных элементов, типа фермента и т. Д.

Ofoegbu et al. [70] в ходе своих исследований обнаружили значительную отрицательную корреляцию с содержанием потенциально токсичных элементов и активностями дегидрогеназы, полифенолоксидазы, пероксидазы водорода, щелочных и кислых фосфатаз и уреазы. Наблюдалась отрицательная, но незначительная корреляция между содержанием Zn и активностью дегидрогеназы; Содержание Cd и активность пероксидазы водорода и уреазы.

Diana et al. [71] сообщили, что в LSP в коричневом поле внеклеточная активность ферментов в почве особенно высока в месте с наибольшей нагрузкой потенциально токсичных элементов (почва неуправляемая в течение более 40 лет, оставленная в одиночестве для естественного успеха), и существует тесная связь между этими ферментативными активностями и Cr и V, в частности.Это исследование демонстрирует способность некоторых почв, загрязненных потенциально токсичными элементами, ферментативно функционировать в условиях, которые кажутся ограниченными.

Wiatrowska et al. [72] обнаружили, что дегидрогеназы, кислые и щелочные фосфатазы проявляют наибольшую чувствительность к Zn и снижаются в порядке концентраций металлов: Zn> Cd> Cu> Pb. Напротив, уреаза была более толерантной к Zn. Чувствительность уреазы была следующей: Cu> Zn> Cd> Pb. В отношении их чувствительности к концентрациям биодоступного пула Cd, Cu, Pb и Zn ферменты могут быть расположены следующим образом: щелочная фосфатаза> кислая фосфатаза> дегидрогеназа> уреаза.Bansal et al. [42] и Bansal [43] в ходе своих исследований обнаружили, что потенциально токсичные элементы, накапливающиеся в почвах вследствие орошения сточных вод, увеличивали активность ферментов дегидрогеназы, кислой и щелочной фосфатазы, уреазы и каталазы до 14 дней инкубации и после этого уменьшались.

Derdzyan et al. [73] в ходе своих исследований было установлено, что загрязнение потенциально токсичными элементами влияет на активность ферментов бета-глюкозидазы, хитиназы, лейцин-аминопептидазы, фосфомоноэстеразы и ацетат-эстеразы в почвах.

Громакова и соавт. [74] во время их работы сообщали, что увеличение содержания подвижных потенциально токсичных элементов в почве подавляло разложение целлюлозы и уреазу через 30 дней после ввода металла в почву. При ингибировании биологической активности изучаемых металлов образуются следующие серии: Cd> Pb> Zn> Cu.

Yu и Cheng [66] в ходе своих исследований обнаружили, что добавление Cu, Cd и Pb вначале усиливало уреазную активность, а затем снижалось, а при увеличении концентрации Zn активность уреазы снижалась.В дополнение к Cu ферментативная активность каталазы первоначально повышается, а затем снижается, активность каталазы непрерывно уменьшается с добавлением Cd, Pb и Zn. Добавление Cu, Cd, Pb и Zn в почву приводит к снижению содержания микробного биологического углерода.

Khan et al. [62] обнаружили, что в обработанных Cd и Pb почвах активность кислой фосфатазы и уреазы была минимальной после 2 недель инкубации.

Ферментативная активность кислой фосфатазы и β-гликозидазы была самой низкой в ​​образцах почвы, имеющих максимальную концентрацию потенциально токсичных элементов [75].Они также сообщили о том, что на активность кислой фосфатазы и β-гликозидазы значительное влияние оказывал рН и незначительное влияние органического вещества почвы.

Обзор литературы показывает, что чувствительность: дегидрогеназ [76, 77] составляет: Hg (2 мг)> Cu (35 мг)> Cr 6+ (71 мг)> Cr 3+ (75 мг) )> Cd 2+ (90 мг)> Ni 2+ (100 мг)> Zn 2+ (115 мг)> As3 + (168 мг)> Co 2+ (582 мг) > Pb 2+ (652 мг кг -1 ), Cu 2+ > Zn 2+ > Cr6 + > Hg 2+ > Ni 2+ > Cd 2+ > Cr 3+ : кислая фосфатаза: Cu 2+ > Al 3+ > Cd 2+ > Zn 2+ > Fe 3+ > Ni 2+ > Pb 2 + > Sn 2+ > Fe 2+ > Co 2+ и щелочной фосфатазы: Cd 2+ > Al 3+ > Zn 2+ > Fe 3+ > Cu 2+ > Pb 2+ > Ni 2+ > Fe 2+ > Se 2+ > Co 2+ .

7. Влияние потенциально токсичных элементов на физико-химические свойства почвы

Li et al. [78] в ходе своих исследований обнаружили, что водоудерживающая способность, насыпная плотность почвы, пористость, проницаемость, инфильтрация помимо других факторов также зависит от концентрации потенциально токсичных элементов. Химические свойства почвы зависят от рН почвы, который влияет на доступность почвенных питательных веществ и форму потенциально токсичных элементов. Количество доступного для растений органического вещества также зависит от концентрации потенциально токсичных элементов.

Dawaki et al. [79] в ходе своих исследований влияния тяжелых металлов на физико-химические свойства обнаружили, что содержание глины и рН почвы не имеют существенной отрицательной корреляции с концентрацией общего потенциально токсичного элемента в почве. Органический углерод, катионообменная емкость, общий азот, фосфор, кальций, калий, натрий положительно достоверно коррелировали с содержанием в почве хрома, цинка и свинца, при этом не было значимой корреляции с содержанием меди и никеля.Шарма и Раджу [80] сообщили, что рН почвы положительно коррелирует с содержанием потенциально токсичных элементов. Содержание влаги в почве положительно коррелирует с содержанием потенциально токсичных элементов, за исключением Cu и Cr. Они также сообщили, что не было конкретной корреляции между содержанием потенциально токсичных элементов и водоемкостью почвы. Была отрицательная корреляция среди потенциально токсичных элементов. Трипати и Мишра [81] в ходе своих исследований обнаружили, что содержание влаги в почве положительно значительно коррелирует с водоудерживающей способностью почвы, органическим веществом в почве, катионообменной способностью почвы, количеством железа и свинца; содержание хрома значительно коррелировало с содержанием свинца и никеля, в то время как между содержанием меди в почве и содержанием никеля и цинка существовала значительная положительная корреляция.Свинец и цинк в почвах значительно положительно коррелируют. Схожие результаты были получены Singare et al. [82] во время исследований по физико-химическим свойствам и содержанию тяжелых металлов в почвенных образцах из Thane Creek, Махараштра, Индия. Нваогу [83] сообщил, что в присутствии Hg, Pb и Cd (100 мкг / дм 3 ) физико-химические свойства почвы, а именно: влажность, фосфат, сульфат, хлорид, карбонат кальция, общий азот и органический углерод значительно изменились.

8.Заключение

Из-за стойкой, токсичной и не биоразлагаемой природы потенциально токсичных элементов проблема потенциально токсичных элементов в почве является поворотным моментом для почвоведов. Потенциально токсичные элементы, загрязненные почвами, как правило, испытывают дефицит питательных веществ и могут стать бесплодными в будущем. Почвенные микробы очень чувствительны к потенциально токсичным элементам. Микробная деятельность отражает изменения в почвенной среде и считается чувствительным индикатором в почве.Микроорганизмы и их ферменты оказывают благотворное влияние на качество почвы и рост растений, поскольку деятельность микробов увеличивает доступность питательных веществ и стимулирует деградацию загрязняющих веществ. Потенциально токсичный элемент в почве также влияет на физико-химические свойства почвы и зависит от формы и количества потенциально токсичных элементов.

Влияние легирующих элементов (Cr, Mn) на коррозионные свойства высокопрочной стали в 3,5% -ном растворе NaCl
Боми Ким, 1 Суодзин Ким, 2 и Хизан Ким 1

1 Департамент материаловедения и инженерии, Университет Хонгик, 2639 Седжон-ро, Йохивон-эуп, Седжонг 339-701, Республика Корея , США

Показать больше

Академический редактор: Мария В.Biezma

Получено 30 августа 2017 г.

Пересмотрено 23 октября 2017 г.

.
Олово (Sn) — Химические свойства, здоровье и окружающая среда


Олово

Олово — это мягкий, пластичный, серебристо-белый металл. Олово нелегко окисляется и устойчиво к коррозии, потому что оно защищено оксидной пленкой. Олово противостоит коррозии в дистиллированной морской и мягкой водопроводной воде и может быть подвержено воздействию сильных кислот, щелочей и кислых солей.

Применения

Олово используется для покрытия банок: луженые стальные контейнеры широко используются для консервирования пищевых продуктов.Оловянные сплавы используются многими способами: в качестве припоя для соединения труб или электрических цепей, оловянные, колокольные, баббитовые и зубные амальгамы. Сплав ниобия-олова используется для сверхпроводящих магнитов, оксид олова используется для керамики и газовых датчиков (поскольку он поглощает газ, его электропроводность увеличивается, и это можно контролировать). Оловянная фольга когда-то была обычным упаковочным материалом для пищевых продуктов и лекарств, а теперь ее заменяют алюминиевой фольгой.

Олово в окружающей среде

Оксид олова нерастворим и руда сильно сопротивляется выветриванию, поэтому количество олова в почвах и природных водах низкое.Концентрация в почвах обычно находится в диапазоне 1-4 ч / млн, но некоторые почвы имеют менее 0,1 ч / млн, тогда как торф может иметь до 300 ч / млн.
Есть несколько оловосодержащих минералов, но только один имеет коммерческое значение, и это касситерит. Основной район добычи находится в оловянной ленте , которая идет из Китая через Таиланд, Бриму и Малайзию на острова Индонезии. Малайзия производит 40% мирового олова. Другие важные области добычи олова — Боливия и Бразилия.Мировое производство превышает 140 000 тонн в год, а обрабатываемые запасы составляют более 4 миллионов тонн. Производство олова составляет около 130 000 тонн в год.

Олово в основном применяется в различных органических веществах. Органические связи олова являются наиболее опасными формами олова для человека. Несмотря на опасность, они применяются во многих отраслях промышленности, таких как лакокрасочная и пластмассовая промышленность, а также в сельском хозяйстве с использованием пестицидов.Количество применений органических оловянных веществ все еще увеличивается, несмотря на то, что нам известны последствия отравления оловом.
Воздействие органических оловянных веществ может варьироваться. Они зависят от вида вещества, которое присутствует, и организма, который подвергается его воздействию. Триэтилолово — самое опасное органическое оловянное вещество для человека. Он имеет относительно короткие водородные связи. Когда водородные связи растут дольше, оловянное вещество будет менее опасным для здоровья человека. Люди могут поглощать оловянные связки через пищу и дыхание, а также через кожу.
Поглощение оловянных связей может вызывать как острые, так и долгосрочные последствия.

Острые эффекты:
— раздражение глаз и кожи
— головные боли
— боли в животе
— тошнота и головокружение
— сильная потливость
— одышка
— проблемы с мочеиспусканием

долгосрочные последствия:
— депрессии
— повреждение печени
— повреждение печени
— Нарушение работы иммунной системы
— Хромосомное повреждение
— Нехватка красных кровяных клеток
— Повреждение мозга (вызывающее гнев, нарушения сна, забывчивость и головные боли)

Банки, как отдельные атомы или молекулы, не очень токсичны для любой вид организма, токсическая форма органическая форма.Органические оловянные компоненты могут сохраняться в окружающей среде в течение длительных периодов времени. Они очень стойкие и недостаточно биоразлагаемые. Микроорганизмы имеют большие проблемы с разрушением органических соединений олова, которые накапливались на водных почвах в течение многих лет. Концентрации органических банок все еще увеличиваются из-за этого.

Органические банки могут распространяться по водным системам при адсорбции на частицах осадка. Известно, что они наносят большой ущерб водным экосистемам, так как они очень токсичны для грибов, водорослей и фитопланктона.Фитопланктон является очень важным звеном в водной экосистеме, так как он обеспечивает кислородом другие водные организмы. Это также важная часть водной пищевой цепи.

Существует много различных типов органического олова, которые могут сильно различаться по токсичности. Трибутилтины являются наиболее токсичными компонентами олова для рыб и грибов, тогда как трифенилтин гораздо более токсичен для фитопланктона.
Органические банки, как известно, нарушают рост, размножение, ферментативные системы и режимы питания водных организмов.Воздействие в основном происходит в верхнем слое воды, поскольку именно там накапливаются органические соединения олова.

Источники периодической таблицы

Новая страница: олово в воде



Вернуться к Периодическая таблица элементов .


.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.