Som det grunnleggende materialet i moderne industri, er ytelsen til stål direkte regulert av den kjemiske sammensetningen. Blant dem, karbon (C), mangan (Mn), silisium (Si), svovel (S), fosfor (P) fem elementer ved å endre den metallurgiske organisasjonen, krystallstrukturen og fordelingen av urenheter, som betydelig påvirker styrken, seigheten, bearbeidbarheten og korrosjonsbestandigheten til stål.
Først karbon (C) elementer: styrke og plastisitet til kjerneregulatoren
Karbon er det viktigste legeringselementet i stål, og innholdet har en avgjørende rolle for stålytelsen. I det sub-etektiske stålområdet (karboninnhold på 0,02 % -0,77 %), med økningen i karboninnhold, ble antall karburerte partikler i ferrittmatrisen, strekkstyrke og hardhet lineært økt, men forlengelsen og slagseigheten ble betydelig redusert. Når karboninnholdet overskrider det eutektiske punktet (0,77 %) for å danne et peritektisk stål, fører innsnevringen av avstanden mellom perlittlamellene til en fortsatt økning i styrke, men karbidforspenningen ved korngrensene utløser risikoen for sprøhet.
Typiske tilfeller viser at karboninnholdet på 0,45 % av middels karbonstål etter herdingsbehandling, strekkstyrke på opptil 800 MPa, forlengelse holdt på 15 %; og karboninnhold på 1,2% av høykarbonstål selv om hardheten til HRC62, men slagfastheten er mindre enn 10J/cm². Sveiseytelse, karboninnholdet for hver økning på 0,1 %, sveisesprekkefølsomhetsindeksen økte med 20 %, må bruke lav-hydrogenelektroder og forvarme til 150 grader eller mer.
For det andre, mangan (Mn) element: herdbarhet og varmbearbeidbarhet av dobbelregulatoren
Mangan som et svakt karbiddannende-element, gjennom solid løsningsforsterkning og dobbel organiseringskontroll for å forbedre ytelsen til stål. I ferritt erstatter manganatomer jernatomer for å utløse gitterforvrengning, flytestyrken økte med ca. 30MPa/%; i austenitt, utvidelse av mangan av -faseregionen slik at den kritiske temperaturen til Ac3 økte med 50-80 grader, noe som forbedret herdbarheten betydelig. Eksperimentelle data viser at 45-stål som inneholder 1,2 % mangan kan nå HRC45-hardhet etter vannkjøling, som er 3 Rockwell-hardhetsnivåer høyere enn for manganfritt stål.
In terms of hot working performance, manganese and sulfur form high melting point MnS (melting point 1610℃), which replaces low melting point FeS (melting point 988℃) to eliminate thermal embrittlement. However, excess manganese (>1,5 %) fører til forgrovning av korn under temperering og en 40 % økning i temperamentssprøhetsindeksen, og restaustenitt må elimineres ved å holde ved 700 grader. I typiske bruksområder er 20MnSi-stål med 0,8%-1,2% mangan mye brukt til konstruksjonsarmeringsjern, og dets flytestyrke økes med 25% sammenlignet med Q235-stål.
For det tredje, silisium (Si) element: synergistisk forsterker for styrking av fast løsning og korrosjonsbestandighet
Som et sterkt ferrittdannende-element forbedrer silisium stålegenskapene gjennom den doble mekanismen med forsterkning av fast løsning og overflateoksidfilm. I ferritt er radiusen til silisiumatomer 11 % større enn for jernatomer, noe som utløser gitterforvrengning for å øke flytegrensen med omtrent 50 MPa/%. Overflateoksidasjonseksperimenter viser at silisiuminnholdet i 1,5 % av stålet oksidert ved 800 grader i 24 timer, tykkelsen på oksidfilmen er 60 % mindre enn vanlig stål, takket være dannelsen av SiO₂ tett beskyttende lag.
Når det gjelder bearbeidbarhet, øker et silisiuminnhold på mer enn 0,8 % kalddeformasjonsmotstanden med 20 %, noe som krever en multi-prosess med små deformasjonsvolumer. Typiske bruksområder, silisiuminnhold på 0,2 % -0,5 % av 40SiMn-stål som brukes til fremstilling av koblingsstenger i biler, utmattelseslevetiden enn vanlig karbonstål øker 1,5 ganger; silisiuminnhold på 15 % -20 % av støpejern med høyt silisium i svovelsyre middels korrosjonshastighet<0.1mm / a, become the preferred material for corrosion-resistant parts of chemical equipment.
For det fjerde, svovel (S)-elementer: varmarbeidsytelsen til den usynlige ødeleggeren
Svovel i form av FeS inneslutninger i stål korn grenser, er dens skade hovedsakelig reflektert i termisk behandling og sveising to scener. FeS og Fe dannet av ko-smeltepunktet på bare 988 grader, når stålet varmes opp til 1150 grader, fører korngrensene ved flytende FeS til en nedgang i den lokale styrken, utsatt for termisk sprekkdannelse. Eksperimentelle data viser at svovelinnholdet på 0,05% av stålet i den kontinuerlige støpeprosessen, er forekomsten av termisk sprekkhastighet 5 ganger høyere enn svovelinnholdet på 0,01%.
Når det gjelder sveiseytelse, danner SO₂-gass generert av reaksjonen mellom svovel og oksygen porer i sveisen, noe som reduserer det effektive tverrsnittsarealet til sveisemetallet med 30 %. Typiske tilfeller viser at svovelinnholdet på 0,08% av Q235 stål i manuell buesveising, sveisemetall slagfasthet er mindre enn 8J/cm ², bare 1/3 av grunnmaterialet. moderne stålfremstillingsprosess ved å tilsette sjeldne jordartsmetaller for å danne et høyt smeltepunkt for sulfid, svovelfareindeksen redusert med 70 %.
Fem, fosfor (P)-elementer: lav-temperaturseighet til den dødelige morderen
Fosfor i ferritt fast løselighet på 0,9%, dens atomradius er 14% større enn jernatomet, noe som utløser alvorlig gitterforvrengning. Eksperimentelle data viser at fosforinnholdet på 0,1 % av stålet ved -20 grader når støtseigheten er 65 % lavere enn den normale temperaturen, som stammer fra fosforatomene i {100} krystallplanet forspenner dannelsen av Kirchner-gassklynger på forskyvningseffekten av pinning-bevegelsen. Eksperimenter med lavtemperatursprøhet viser at stål med 0,15 % fosforinnhold gjennomgår avviklet brudd ved -40 grader, med et brudd preget av typiske ikosaedriske egenskaper.
Når det gjelder skjærebearbeidbarhet, resulterte den synergistiske effekten av fosfor og svovel i en 20 % reduksjon i skjærekrefter og en 1,5- ganger økning i verktøyets levetid. I typiske bruksområder er det friskjærende stålet 1215 med et fosforinnhold på 0,08%-0,15% mye brukt til presisjonsmaskinbearbeiding, med en overflateruhet på opptil Ra0,8 μm. Det skal imidlertid bemerkes at med et fosforinnhold på mer enn 0,12 %, økes korrosjonshastigheten av stålet i det marine miljøet med en faktor 3, som må hemmes ved å tilsette kobberelementer for å danne en beskyttende film.
