Ο ρόλος των στοιχείων κράματος στον χάλυβα (δύο)

(9) Κοβάλτιο

Το κοβάλτιο χρησιμοποιείται κυρίως σε ειδικούς χάλυβες και κράματα.Ο χάλυβας υψηλής ταχύτητας που περιέχει κοβάλτιο έχει σκληρότητα υψηλής θερμοκρασίας και το μολυβδαίνιο μπορεί να προστεθεί στον μαρτενσιτικό χάλυβα γήρανσης ταυτόχρονα για να αποκτήσει εξαιρετικά υψηλή σκληρότητα και καλές ολοκληρωμένες μηχανικές ιδιότητες.Επιπλέον, το κοβάλτιο είναι ένα σημαντικό στοιχείο κράματος σε χάλυβες θερμής αντοχής και μαγνητικά υλικά.

Το κοβάλτιο μειώνει τη σκληρυνσιμότητα του χάλυβα, επομένως η προσθήκη ανθρακούχου χάλυβα από μόνη της θα μειώσει τις συνολικές μηχανικές ιδιότητες του σκληρυμένου χάλυβα.Το κοβάλτιο μπορεί να ενισχύσει τον φερρίτη και όταν προστίθεται στον ανθρακούχο χάλυβα, μπορεί να βελτιώσει τη σκληρότητα, το σημείο διαρροής και την αντοχή σε εφελκυσμό του χάλυβα σε ανόπτηση ή κανονικοποιημένη κατάσταση και έχει δυσμενή επίδραση στην επιμήκυνση και τη συρρίκνωση του τμήματος.Η αντοχή στην κρούση μειώνεται με την αύξηση της περιεκτικότητας σε κοβάλτιο.Το κοβάλτιο χρησιμοποιείται σε ανθεκτικούς στη θερμότητα χάλυβες και κράματα λόγω της αντοχής του στην οξείδωση.Οι αεριοστρόβιλοι κραμάτων με βάση το κοβάλτιο δείχνουν τον μοναδικό τους ρόλο.

(10) Πυρίτιο (Si)

Το πυρίτιο μπορεί να διαλυθεί σε φερρίτη και ωστενίτη για να βελτιώσει τη σκληρότητα και την αντοχή του χάλυβα, ο ρόλος του είναι δεύτερος μόνο μετά τον φώσφορο και ισχυρότερο από το μαγγάνιο, το νικέλιο, το χρώμιο, το βολφράμιο, το μολυβδαίνιο, το βανάδιο και άλλα στοιχεία.Ωστόσο, όταν η περιεκτικότητα σε πυρίτιο υπερβαίνει το 3%, η ολκιμότητα και η σκληρότητα του χάλυβα θα μειωθούν σημαντικά.Το πυρίτιο μπορεί να βελτιώσει το όριο ελαστικότητας, την αντοχή διαρροής και τον λόγο διαρροής (σs/σb) και την αντοχή κόπωσης και τον λόγο κόπωσης (σ-1/σb) του χάλυβα.Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ο χάλυβας πυριτίου ή πυριτίου μαγγανίου μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως χάλυβας ελατηρίου.

Το πυρίτιο μπορεί να μειώσει την πυκνότητα, τη θερμική αγωγιμότητα και την ηλεκτρική αγωγιμότητα του χάλυβα.Μπορεί να προωθήσει τη χονδροποίηση των κόκκων φερρίτη, να μειώσει την καταναγκασμό.Έχει την τάση να μειώνει την ανισοτροπία του κρυστάλλου, έτσι ώστε η μαγνήτιση να είναι εύκολη, η απροθυμία να μειώνεται και να μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ηλεκτρικού χάλυβα, επομένως η απώλεια μαγνητικού μπλοκ του φύλλου χάλυβα πυριτίου είναι χαμηλή.Το πυρίτιο μπορεί να βελτιώσει τη μαγνητική αγωγιμότητα του φερρίτη, έτσι ώστε το φύλλο χάλυβα να έχει υψηλότερη μαγνητική ευαισθησία κάτω από ένα ασθενές μαγνητικό πεδίο.Ωστόσο, το πυρίτιο μειώνει τη μαγνητική ευαισθησία του χάλυβα κάτω από ισχυρό μαγνητικό πεδίο.Το πυρίτιο έχει ισχυρή αποξείδωση, η οποία μειώνει τη μαγνητική επίδραση της γήρανσης του σιδήρου.

Όταν ο χάλυβας που περιέχει πυρίτιο θερμαίνεται στην οξειδωτική ατμόσφαιρα, θα σχηματιστεί ένα στρώμα φιλμ SiO2 στην επιφάνεια, βελτιώνοντας έτσι την αντίσταση στην οξείδωση του χάλυβα σε υψηλή θερμοκρασία.

Το πυρίτιο μπορεί να προάγει την ανάπτυξη των στηλών κρυστάλλων και να μειώσει την πλαστικότητα στο χυτό χάλυβα.Εάν ο χάλυβας πυριτίου ψύχεται γρηγορότερα όταν θερμαίνεται, η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του εσωτερικού και του εξωτερικού του χάλυβα είναι μεγάλη λόγω της χαμηλής θερμικής αγωγιμότητας, και επομένως της θραύσης.

Το πυρίτιο μπορεί να μειώσει τη συγκολλησιμότητα του χάλυβα.Επειδή το πυρίτιο είναι ισχυρότερο από το σίδηρο σε συνδυασμό με το οξυγόνο, είναι εύκολο να δημιουργηθεί πυριτικό χαμηλού σημείου τήξης στη συγκόλληση, το οποίο αυξάνει τη ρευστότητα της λιωμένης σκωρίας και του λιωμένου μετάλλου, προκαλώντας φαινόμενο πιτσιλίσματος και επηρεάζοντας την ποιότητα της συγκόλλησης.Το πυρίτιο είναι καλός αποοξειδωτικός παράγοντας.Όταν χρησιμοποιείται αποξείδωση αλουμινίου, προστίθεται μια ορισμένη ποσότητα πυριτίου, η οποία μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τον ρυθμό αποξείδωσης.Υπάρχει μια ορισμένη ποσότητα πυριτίου στον χάλυβα, το οποίο εισάγεται ως πρώτη ύλη στη διαδικασία παραγωγής σιδήρου και χάλυβα.Στον βραστό χάλυβα, το πυρίτιο περιορίζεται σε <0,07%, όταν πρόκειται να προστεθεί, προστίθεται κράμα σιδηροπυριτίου στη χαλυβουργία.

(11) Μαγγάνιο (Mn)

Το μαγγάνιο είναι καλός αποοξειδωτής και αποθείωσης.Ο χάλυβας περιέχει γενικά μια ορισμένη ποσότητα μαγγανίου, το οποίο μπορεί να εξαλείψει ή να αποδυναμώσει την καυτή ευθραυστότητα του χάλυβα που προκαλείται από το θείο, έτσι ώστε να βελτιωθεί η απόδοση του χάλυβα εν θερμώ.

Το στερεό διάλυμα που σχηματίζεται από μαγγάνιο και σίδηρο βελτιώνει τη σκληρότητα και την αντοχή του φερρίτη και του ωστενίτη στον χάλυβα.Ταυτόχρονα, είναι ένα στοιχείο που σχηματίζεται από καρβίδια και εισέρχεται στον τσιμεντίτη για να αντικαταστήσει ορισμένα άτομα σιδήρου.Το μαγγάνιο παίζει ρόλο στον καθαρισμό του περλίτη και βελτιώνει έμμεσα την αντοχή του χάλυβα περλίτη μειώνοντας την κρίσιμη θερμοκρασία μετάβασης στον χάλυβα.Το μαγγάνιο είναι δεύτερο μόνο μετά το νικέλιο στην ικανότητά του να σταθεροποιεί τις ωστενιτικές δομές και επίσης αυξάνει σημαντικά τη σκληρυνσιμότητα του χάλυβα.Μια ποικιλία κραματοποιημένων χάλυβων έχει κατασκευαστεί με μαγγάνιο που περιέχει λιγότερο από 2% και άλλα στοιχεία.

Το μαγγάνιο έχει τα χαρακτηριστικά των πλούσιων πόρων και της διαφορετικής απόδοσης και έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως, όπως ο ανθρακούχο δομικός χάλυβας με υψηλή περιεκτικότητα σε μαγγάνιο, ο χάλυβας ελατηρίου.

Στον χάλυβα υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα και υψηλής περιεκτικότητας σε μαγγάνιο, η περιεκτικότητα σε μαγγάνιο μπορεί να φτάσει το 10% ~ 14%.Μετά την επεξεργασία στερεού διαλύματος, έχει καλή σκληρότητα.Όταν παραμορφωθεί από κρούση, το επιφανειακό στρώμα θα ενισχυθεί λόγω παραμόρφωσης και έχει υψηλή αντοχή στη φθορά.

Το μαγγάνιο και το θείο σχηματίζουν MnS με υψηλότερο σημείο τήξης, το οποίο μπορεί να αποτρέψει το θερμό εύθραυστο φαινόμενο που προκαλείται από το FeS.Το μαγγάνιο έχει την τάση να αυξάνει την τραχύτητα των κόκκων και την ευαισθησία στην ευθραυστότητα του χάλυβα.Εάν η ψύξη μετά την τήξη και τη σφυρηλάτηση δεν είναι σωστή, είναι εύκολο να δημιουργηθούν λευκές κηλίδες.

(12) Αλουμίνιο (Al)

Το αλουμίνιο χρησιμοποιείται κυρίως για την αποξείδωση και τον εξευγενισμό κόκκων.Προωθήστε το σχηματισμό ενός σκληρού, ανθεκτικού στη διάβρωση στρώματος νιτρίωσης σε χάλυβα εναζώτου.Το αλουμίνιο μπορεί να εμποδίσει τη γήρανση του χάλυβα χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα και να βελτιώσει την σκληρότητα του χάλυβα σε χαμηλή θερμοκρασία.Όταν η περιεκτικότητα είναι υψηλή, η αντίσταση στην οξείδωση και η αντίσταση στη διάβρωση στο οξειδωτικό οξύ και το αέριο H2S του χάλυβα μπορούν να βελτιωθούν και οι ηλεκτρικές και μαγνητικές ιδιότητες του χάλυβα μπορούν να βελτιωθούν.Το αλουμίνιο παίζει μεγάλο ρόλο στην ενίσχυση του διαλύματος στον χάλυβα, βελτιώνοντας την αντοχή στη φθορά, την αντοχή στην κόπωση και τις μηχανικές ιδιότητες του πυρήνα του ενανθρακωμένου χάλυβα.

Στα πυρίμαχα κράματα, το αλουμίνιο και το νικέλιο σχηματίζουν ενώσεις για τη βελτίωση της αντοχής της τήξης.Το κράμα αλουμινίου Fe-cr που περιέχει αλουμίνιο έχει τα χαρακτηριστικά σχεδόν σταθερής αντίστασης και εξαιρετικής αντοχής στην οξείδωση σε υψηλή θερμοκρασία, το οποίο είναι κατάλληλο για χρήση ως υλικά ηλεκτρομεταλλουργικού κράματος και σύρμα αντίστασης αλουμινίου χρωμίου.

Όταν ορισμένοι χάλυβες αποοξειδωθούν, εάν η ποσότητα του αλουμινίου είναι πολύ μεγάλη, θα δημιουργήσει ανώμαλη μικροδομή και θα προωθήσει την τάση γραφιτοποίησης του χάλυβα.Στους χάλυβες φερριτικού και περλίτη, η υψηλή περιεκτικότητα σε αλουμίνιο θα μειώσει την αντοχή και τη σκληρότητα σε υψηλή θερμοκρασία και θα δημιουργήσει ορισμένες δυσκολίες στην τήξη, την έκχυση και άλλες πτυχές.

(13) Χαλκός (Cu)

Ο εξαιρετικός ρόλος του χαλκού στον χάλυβα είναι να βελτιώσει την ατμοσφαιρική αντίσταση στη διάβρωση του συνηθισμένου χάλυβα χαμηλού κράματος, ειδικά όταν χρησιμοποιείται με φώσφορο, η προσθήκη χαλκού μπορεί επίσης να βελτιώσει την αντοχή και την αναλογία απόδοσης του χάλυβα, αλλά δεν έχει αρνητικές επιπτώσεις στη συγκόλληση εκτέλεση.Η διάρκεια ζωής αντοχής στη διάβρωση του χάλυβα σιδηροτροχιάς (U-Cu) που περιέχει 0,20% ~ 0,50% χαλκό είναι 2-5 φορές μεγαλύτερη από αυτή της συνηθισμένης ράγας άνθρακα εκτός από την αντοχή στη φθορά.

Όταν η περιεκτικότητα σε χαλκό είναι μεγαλύτερη από 0,75%, μπορεί να παράγει αποτέλεσμα ενίσχυσης της γήρανσης μετά από επεξεργασία διαλύματος και γήρανση.Σε χαμηλή περιεκτικότητα, η επίδρασή του είναι παρόμοια με το νικέλιο, αλλά πιο αδύναμη.Όταν το περιεχόμενο είναι υψηλότερο, είναι δυσμενές για την επεξεργασία θερμής παραμόρφωσης και οδηγεί στην ευθραυστότητα του χαλκού κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας θερμής παραμόρφωσης.Ο χαλκός 2%-3% στον ωστενιτικό ανοξείδωτο χάλυβα μπορεί να αντισταθεί στη διάβρωση του θειικού οξέος, του φωσφορικού οξέος και του υδροχλωρικού οξέος και στη σταθερότητα της διάβρωσης λόγω καταπόνησης.

(14) Βόριο (Β)

Η κύρια λειτουργία του βορίου στον χάλυβα είναι η αύξηση της σκληρυνσιμότητας του χάλυβα, εξοικονομώντας έτσι άλλα σπανιότερα μέταλλα και νικέλιο, χρώμιο, μολυβδαίνιο κ.λπ. Για το σκοπό αυτό, η περιεκτικότητά του γενικά καθορίζεται στην περιοχή από 0,001% έως 0,005%.Μπορεί να αντικαταστήσει 1,6% νικέλιο, 0,3% χρώμιο ή 0,2% μολυβδαίνιο.Θα πρέπει να σημειωθεί ότι το μολυβδαίνιο μπορεί να αποτρέψει ή να μειώσει την ευθραυστότητα του μετριασμού, ενώ το βόριο προάγει ελαφρώς την τάση σκληρυντικής ευθραυστότητας, επομένως δεν μπορεί να αντικατασταθεί πλήρως από το βόριο.

Ο ανθρακούχος χάλυβας μεσαίου άνθρακα με βόριο, λόγω της βελτίωσης της σκληρυνσιμότητας, μπορεί να κάνει το πάχος χάλυβα μεγαλύτερο από 20 mm μετά τη βελτίωση της απόδοσης σκλήρυνσης, επομένως, μπορεί να χρησιμοποιηθεί χάλυβας 40B και 40MnB αντί για 40Cr, μπορεί να χρησιμοποιηθεί χάλυβας 20Mn2TiB αντί για 20CrMnTi ανθρακούχο χάλυβα.Επειδή όμως ο ρόλος του βορίου με την αύξηση της περιεκτικότητας σε άνθρακα στον χάλυβα και εξασθενεί, ή ακόμα και εξαφανίζεται, στην επιλογή του βοριωμένου ανθρακούχου χάλυβα, πρέπει να λαμβάνει υπόψη τα μέρη μετά την ενανθράκωση, η σκληρυνσιμότητα του στρώματος ενανθράκωσης θα είναι χαμηλότερη από τον πυρήνα του τη σκληρυνσιμότητα αυτού του χαρακτηριστικού.

Ο χάλυβας ελατηρίου απαιτείται γενικά να σβήσει πλήρως, συνήθως η περιοχή του ελατηρίου δεν είναι μεγάλη, η χρήση χάλυβα που περιέχει βόριο είναι πλεονεκτική.Η επίδραση του βορίου στον χάλυβα ελατηρίου υψηλής περιεκτικότητας σε πυρίτιο παρουσιάζει μεγάλες διακυμάνσεις, επομένως είναι άβολο στη χρήση του.

Το βόριο έχει ισχυρή συγγένεια με το άζωτο και το οξυγόνο.Η προσθήκη 0,007% βορίου στον βρασμένο χάλυβα μπορεί να εξαλείψει το φαινόμενο γήρανσης του χάλυβα.

(15) Rare Earth (Re)

Γενικά, τα στοιχεία σπανίων γαιών αναφέρονται στον περιοδικό πίνακα των στοιχείων με ατομικούς αριθμούς από 57 έως 71 (15 λανθανίδες) συν 21 σκάνδιο και 39 ύττριο, συνολικά 17 στοιχεία.Είναι κοντά στη φύση και δεν μπορούν εύκολα να διαχωριστούν.Τα μη διαχωρισμένα, που ονομάζονται μικτές σπάνιες γαίες, είναι φθηνότερα και μπορούν να βελτιώσουν την πλαστικότητα και την αντοχή σε κρούση του σφυρηλατημένου χάλυβα έλασης, ειδικά σε χυτό χάλυβα.Μπορεί να βελτιώσει την αντίσταση ερπυσμού των ηλεκτροθερμικών κραμάτων και των υπερκραμάτων από ανθεκτικό στη θερμότητα χάλυβα.

Τα στοιχεία σπανίων γαιών μπορούν επίσης να βελτιώσουν την αντίσταση στην οξείδωση και τη διάβρωση του χάλυβα.Η αντιοξειδωτική δράση είναι περισσότερο από το πυρίτιο, το αλουμίνιο, το τιτάνιο και άλλα στοιχεία.Μπορεί να βελτιώσει τη ρευστότητα του χάλυβα, να μειώσει τα μη μεταλλικά εγκλείσματα και να κάνει τη χαλύβδινη δομή συμπαγή και καθαρή.

Ο συνηθισμένος χάλυβας χαμηλού κράματος με κατάλληλα στοιχεία σπάνιων γαιών έχει καλό αποτέλεσμα αποξείδωσης και αφαίρεσης θείου, βελτιώνει την αντοχή στην κρούση (ειδικά τη σκληρότητα σε χαμηλή θερμοκρασία) και βελτιώνει τις ιδιότητες ανισοτροπίας.

Τα στοιχεία σπάνιων γαιών στο κράμα αλουμινίου Fe-Cr αυξάνουν την αντιοξειδωτική ικανότητα του κράματος, διατηρούν τον λεπτό κόκκο του χάλυβα σε υψηλή θερμοκρασία, βελτιώνουν την αντοχή σε υψηλή θερμοκρασία, έτσι ώστε η διάρκεια ζωής του ηλεκτρικού κράματος θέρμανσης να αυξάνεται σημαντικά.

(16) Άζωτο (N)

Η ενέργεια του αζώτου χρησιμοποιείται εν μέρει στο σίδηρο, το οποίο έχει ως αποτέλεσμα την ενίσχυση του στερεού διαλύματος και τη βελτίωση της σκληρυνσιμότητας, αλλά δεν είναι σημαντική.Λόγω της καθίζησης των νιτριδίων στα όρια των κόκκων, η αντοχή σε υψηλή θερμοκρασία των ορίων κόκκων μπορεί να αυξηθεί και η αντοχή ερπυσμού του χάλυβα μπορεί να αυξηθεί.Σε συνδυασμό με άλλα στοιχεία από χάλυβα, σκληρυντικό αποτέλεσμα καθίζησης.Η αντίσταση στη διάβρωση του χάλυβα δεν είναι σημαντική, αλλά η επιφανειακή νιτρίωση του χάλυβα όχι μόνο αυξάνει τη σκληρότητα και την αντοχή στη φθορά, αλλά βελτιώνει επίσης σημαντικά την αντίσταση στη διάβρωση.Το υπολειμματικό άζωτο σε χάλυβα χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα μπορεί να οδηγήσει σε γήρανση ευθραυστότητας.

(17) Θείο (S)

Η μηχανική ικανότητα του χάλυβα μπορεί να βελτιωθεί με την αύξηση της περιεκτικότητας σε θείο και μαγγάνιο.Στον εύκολα επεξεργάσιμο χάλυβα, προστίθεται θείο ως ευεργετικό στοιχείο.Το θείο διαχωρίζεται σε μεγάλο βαθμό στον χάλυβα.Η υποβάθμιση της ποιότητας του χάλυβα, σε υψηλές θερμοκρασίες, μειώνει την πλαστικότητα του χάλυβα, είναι ένα επιβλαβές στοιχείο, το οποίο υπάρχει σε μορφή FeS με χαμηλότερο σημείο τήξης.Το FeS μόνο έχει σημείο τήξης μόνο 1190℃, ενώ η ευτηκτική θερμοκρασία του ευτηκτικού κρυστάλλου που σχηματίζεται με σίδηρο σε χάλυβα είναι ακόμη χαμηλότερη, μόνο 988℃.Όταν ο χάλυβας στερεοποιείται, το θειούχο σίδηρο συνενώνεται στο όριο του πρωτεύοντος κόκκου.Όταν ο χάλυβας τυλίγεται στους 1100 ~ 1200℃, το FeS στο όριο των κόκκων θα λιώσει, γεγονός που εξασθενεί σημαντικά τη δεσμευτική δύναμη μεταξύ των κόκκων και οδηγεί στο θερμό εύθραυστο φαινόμενο του χάλυβα, επομένως το θείο πρέπει να ελέγχεται αυστηρά.Γενικά, ελέγχεται μεταξύ 0,020% και 0,050%.Για να αποφευχθεί η ευθραυστότητα που προκαλείται από το θείο, θα πρέπει να προστεθεί αρκετό μαγγάνιο για να σχηματιστεί MnS με υψηλότερο σημείο τήξης.Εάν ο χάλυβας περιέχει υψηλή ταχύτητα ροής, η συγκόλληση λόγω της παραγωγής SO2, θα σχηματίσει πόρους και θα χαλαρώσει στο μέταλλο συγκόλλησης.

(18) Φώσφορος (P)

Ο φώσφορος έχει ισχυρή επίδραση στην ενίσχυση του στερεού διαλύματος και στην ψυχρή σκλήρυνση του χάλυβα.Η προσθήκη δομικού χάλυβα χαμηλού κράματος ως στοιχείου κράματος μπορεί να βελτιώσει την αντοχή του και την ατμοσφαιρική αντοχή στη διάβρωση, αλλά να μειώσει την απόδοσή του στην ψυχρή σφράγιση.Ο φώσφορος σε συνδυασμό με θείο και μαγγάνιο, μπορεί να αυξήσει την απόδοση κοπής του χάλυβα, να αυξήσει την ποιότητα της επιφάνειας του τεμαχίου εργασίας, για εύκολη κοπή χάλυβα, έτσι ο χάλυβας εύκολης κοπής έχει επίσης σχετικά υψηλή περιεκτικότητα σε φώσφορο.Ο φώσφορος που χρησιμοποιείται στον φερρίτη, αν και μπορεί να βελτιώσει την αντοχή και τη σκληρότητα του χάλυβα, το μεγαλύτερο κακό είναι ότι ο διαχωρισμός είναι σοβαρός, αυξάνει την εύθραυστη μετριασμένη ευθραυστότητα, αυξάνει σημαντικά την πλαστικότητα και τη σκληρότητα του χάλυβα, με αποτέλεσμα ο χάλυβας σε ψυχρή επεξεργασία να είναι εύκολος να σπάσει , δηλαδή το λεγόμενο φαινόμενο «ψυχρή ευθραυστότητα».Ο φώσφορος έχει επίσης αρνητική επίδραση στη συγκολλησιμότητα.Ο φώσφορος είναι ένα επιβλαβές στοιχείο, θα πρέπει να ελέγχεται αυστηρά, η γενική περιεκτικότητα δεν είναι μεγαλύτερη από 0,03% ~ 0,04%.