Som grundmaterialet i modern industri regleras stålets prestanda direkt av den kemiska sammansättningen. Bland dem, kol (C), mangan (Mn), kisel (Si), svavel (S), fosfor (P) fem element genom att förändra den metallurgiska organisationen, kristallstrukturen och fördelning av föroreningar, vilket avsevärt påverkar stålets styrka, seghet, bearbetningsförmåga och korrosionsbeständighet.
Först, kol (C) element: styrka och plasticitet av kärnregulatorn
Kol är det viktigaste legeringselementet i stål och dess innehåll har en avgörande roll för stålets prestanda. I det sub-etektiska stålet (kolinnehåll på 0,02 % -0,77 %), med ökningen av kolhalten, ökade antalet uppkolade partiklar i ferritmatrisen, draghållfasthet och hårdhet linjärt, men töjningen och slagsegheten minskade avsevärt. När kolhalten överstiger den eutektiska punkten (0,77%) för att bilda ett peritektiskt stål leder avträngningen av avståndet mellan perlitlamellerna till en fortsatt ökning av styrkan, men karbidförspänningen vid korngränserna utlöser risken för sprödhet.
Typiska fall visar att kolhalten i 0,45 % av medelkolstål efter anlöpningsbehandling, draghållfasthet på upp till 800 MPa, töjning bibehålls vid 15 %; och kolhalt på 1,2 % av stål med hög kolhalt även om hårdheten hos HRC62, men slagsegheten är mindre än 10J/cm². Svetsprestanda, kolhalten för varje ökning med 0,1 %, svetssprickkänslighetsindex ökade med 20 %, behöver använda elektroder med låg-väte och förvärma till 150 grader eller mer.
För det andra, mangan (Mn) element: härdbarhet och varmbearbetbarhet för dubbelregulatorn
Mangan som ett svagt karbid-bildande element, genom solid lösningsförstärkning och dubbla organiseringskontrollmekanismer för att förbättra stålets prestanda. I ferrit ersätter manganatomer järnatomer för att utlösa gitterdistorsion, sträckgränsen ökade med cirka 30 MPa/%; i austenit, mangan expansion av -fasområdet så att den kritiska temperaturen för Ac3 ökade med 50-80 grader, vilket avsevärt förbättrade härdbarheten. Experimentella data visar att 45-stål som innehåller 1,2 % mangan kan nå HRC45-hårdhet efter vattenkylning, vilket är 3 Rockwell-hårdhetsnivåer högre än för 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 %) leder till att kornen förgrovs under anlöpning och en 40 % ökning av tempereringssprödhetsindexet, och resterande austenit måste elimineras genom att hålla i 700 grader. I typiska applikationer används 20MnSi-stål med 0,8%-1,2% mangan i stor utsträckning för konstruktionsarmering, och dess sträckgräns ökar med 25% jämfört med Q235-stål.
För det tredje, Silicon (Si) element: synergistisk förstärkare av fast lösningsförstärkning och korrosionsbeständighet
Som ett starkt-ferritbildande element förbättrar kisel stålegenskaperna genom den dubbla mekanismen för förstärkning av fast lösning och ytoxidfilm. I ferrit är radien för kiselatomer 11 % större än den för järnatomer, vilket utlöser gitterdistorsion för att öka sträckgränsen med cirka 50 MPa/%. Ytoxidationsexperiment visar att kiselhalten i 1,5 % av stålet oxiderade vid 800 grader under 24 timmar, tjockleken på oxidfilmen är 60 % mindre än vanligt stål, tack vare bildandet av SiO₂ tätt skyddsskikt.
När det gäller bearbetbarhet ökar en kiselhalt på mer än 0,8 % kalldeformationsmotståndet med 20 %, vilket kräver en flergångsprocess med små deformationsvolymer. Typiska applikationer, kiselhalt på 0,2 % -0,5 % av 40SiMn-stål som används vid tillverkning av fordonsvevstakar, dess utmattningslivslängd än vanligt kolstål förstärks 1,5 gånger; kiselhalt på 15 % -20 % av gjutjärn med hög kiselhalt i svavelsyra medel korrosionshastighet<0.1mm / a, become the preferred material for corrosion-resistant parts of chemical equipment.
För det fjärde, svavel (S) element: varmarbetande prestanda för den osynliga förstöraren
Svavel i form av FeS inneslutningar i stålkorn gränser, dess skada återspeglas främst i termisk bearbetning och svetsning två scener. FeS och Fe som bildas av samkristallens smältpunkt på endast 988 grader, när stålet värms upp till 1150 grader leder korngränserna vid det flytande FeS till en minskning av den lokala hållfastheten, benägen för termisk sprickbildning. Experimentella data visar att svavelhalten på 0,05% av stålet i den kontinuerliga gjutningsprocessen, är förekomsten av termisk krackningshastighet 5 gånger högre än svavelhalten på 0,01%.
När det gäller svetsprestanda bildar SO₂-gas som genereras av reaktionen mellan svavel och syre porer i svetsen, vilket minskar svetsmetallens effektiva tvärsnittsarea med 30 %. Typiska fall visar att svavelhalten i 0,08% av Q235-stål vid manuell bågsvetsning, svetsmetallens slagseghet är mindre än 8J/cm², endast 1/3 av basmaterialet. modern ståltillverkningsprocess genom att tillsätta sällsynta jordartsmetaller för att bilda en hög smältpunkt av sulfid, sänkte svavelriskindexet med 70 %.
Fem, fosfor (P) element: låg-temperaturseghet hos den dödliga mördaren
Fosfor i ferrit fast löslighet på 0,9%, dess atomradie är 14% större än järnatomen, vilket utlöser allvarlig gitterförvrängning. Experimentella data visar att fosforhalten i 0,1% av stålet vid -20 grader när slagsegheten är 65% lägre än den normala temperaturen, som härrör från fosforatomerna i {100} kristallplanet förspänner bildandet av Kirchner-gaskluster på dislokationseffekten av stiftets rörelse. Lågtemperaturförsprödningsexperiment visar att stål med 0,15 % fosforinnehåll genomgår deconvoluted fraktur vid -40 grader, med en fraktur som kännetecknas av typiska icosaedriska egenskaper.
När det gäller skärande bearbetbarhet resulterade den synergistiska effekten av fosfor och svavel i en 20 % minskning av skärkrafterna och en 1,5 -faldig ökning av verktygslivslängden. I typiska applikationer används det friskärande stålet 1215 med en fosforhalt på 0,08%-0,15% i stor utsträckning för precisionsbearbetning av delar, med en ytråhet på upp till Ra0,8 μm. Det bör dock noteras att med en fosforhalt på mer än 0,12 % ökar korrosionshastigheten för stålet i den marina miljön med en faktor 3, vilket måste inhiberas genom att tillsätta kopparelement för att bilda en skyddande film.
