Кремний и сталь могут вступать в реакцию при определенных условиях. Обычно между чистым кремнием и обычной углеродистой сталью (т. е. сталью, содержащей небольшое количество углерода) прямой химической реакции не происходит.
Однако при высоких температурах и давлениях кремний может вступать в реакцию с некоторыми компонентами стали. Например, в некоторых высокотемпературных промышленных процессах кремний может вступать в реакцию с такими элементами, как железо и углерод в стали, с образованием некоторых соединений.
Кроме того, в определенных отраслях кремниевая сталь (также известная как электротехническая кремниевая сталь) представляет собой особый тип стали, в которую намеренно добавляют кремний для улучшения магнитных и электрических свойств стали. Этот тип кремнистой стали широко используется в производстве электрооборудования, такого как трансформаторы и двигатели.
Для многих материалов в углеродистой стали содержится менее 0,5% Si, который обычно вводится в результате процесса производства стали в качестве восстановителя и раскислителя.
Si может растворяться в феррите и аустените, улучшая твердость и прочность стали, а его роль уступает только фосфору, он сильнее марганца, никеля, хрома, вольфрама, молибдена, ванадия и других элементов. А вот содержание кремния более 3% существенно снизит пластичность и вязкость стали. Кремний может улучшить предел упругости, предел текучести и коэффициент текучести (σs/σb), а также усталостную прочность и коэффициент усталости (σ-1/σb) стали. По этой причине в качестве пружинной стали можно использовать кремниевую или силикомарганцевую сталь.
Влияние кремния на свойства стали:
Кремний снижает плотность, тепло- и электропроводность стали. Это вызывает укрупнение ферритного зерна и снижает коэрцитивную силу. Существует тенденция к уменьшению анизотропии кристаллов, благодаря чему намагничивание облегчается, магнитосопротивление снижается, и их можно использовать для производства электротехнической стали, поэтому потери на гистерезис листа из кремнистой стали ниже. Кремний может улучшить магнитную проницаемость феррита, так что стальной лист в более слабом магнитном поле имеет более высокую магнитную восприимчивость. Однако кремний снижает магнитную восприимчивость стали в сильных магнитных полях. Кремний снижает эффект магнитного старения железа благодаря своей сильной раскисляющей способности.
При нагревании стали, содержащей кремний, в окислительной атмосфере на поверхности образуется тонкая пленка SiO2, что повышает стойкость стали к окислению при высоких температурах.
Кремний вызывает рост столбчатых кристаллов в литой стали, снижая пластичность. Кремниевая сталь при нагревании при более быстром охлаждении из-за низкой теплопроводности разность внутренних и внешних температур стали велика и, следовательно, разрушается.
Кремний может снизить сварочные свойства стали. Из-за сочетания кислорода со способностью кремния сильнее, чем у железа, легко образовывать силикаты с низкой температурой плавления при сварке, увеличивая подвижность шлака и расплавленного металла, вызывая явление разбрызгивания, влияющее на качество сварки. Кремний является хорошим раскислителем. Деоксигенация алюминия при необходимости определенным количеством кремния может значительно улучшить скорость деоксигенации. Кремний в стали имел бы определенное количество остатков, что связано с выплавкой чугуна в качестве сырья. В кипящей стали количество кремния ограничивается<0.07%, and when intentionally added, ferrosilicon alloy is added during steelmaking.
