Als basismateriaal van de moderne industrie worden de prestaties van staal rechtstreeks bepaald door de chemische samenstelling. Onder hen zijn koolstof (C), mangaan (Mn), silicium (Si), zwavel (S), fosfor (P) vijf elementen door de metallurgische organisatie, kristalstructuur en verdeling van onzuiverheden te veranderen, waardoor de sterkte, taaiheid, verwerkbaarheid en corrosieweerstand van staal aanzienlijk worden beïnvloed.
Ten eerste koolstof (C)-elementen: sterkte en plasticiteit van de kernregulator
Koolstof is het belangrijkste legeringselement in staal en de inhoud ervan speelt een beslissende rol in de staalprestaties. In het sub-eutectisch staal (koolstofgehalte van 0,02% -0,77%) namen met de toename van het koolstofgehalte het aantal gecarbureerde deeltjes in de ferrietmatrix, de treksterkte en de hardheid lineair toe, maar de rek- en slagvastheid namen aanzienlijk af. Wanneer het koolstofgehalte het eutectische punt (0,77%) overschrijdt om een peritectisch staal te vormen, leidt de vernauwing van de afstand tussen de perlietlamellen tot een voortdurende toename in sterkte, maar de carbide-afwijking aan de korrelgrenzen veroorzaakt het risico van brosheid.
Typische gevallen laten zien dat het koolstofgehalte van 0,45% van medium koolstofstaal na ontlaatbehandeling, treksterkte tot 800 MPa, rek gehandhaafd op 15%; en koolstofgehalte van 1,2% van koolstofstaal, hoewel de hardheid van HRC62, maar de slagvastheid minder is dan 10J/cm². Lasprestaties, het koolstofgehalte van elke toename van 0,1%, lasscheurgevoeligheidsindex verhoogd met 20%, moeten lage- waterstofelektroden gebruiken en voorverwarmen tot 150 graden of meer.
Ten tweede, mangaan (Mn) element: hardbaarheid en warme verwerkbaarheid van de dubbele regelaar
Mangaan als zwakke carbide-vormende elementen, door middel van een solide oplossingsversterking en een dubbel mechanisme voor organisatiecontrole om de prestaties van staal te verbeteren. In ferriet vervangen mangaanatomen ijzeratomen om roostervervorming te veroorzaken, waardoor de vloeigrens met ongeveer 30 MPa/% toeneemt; in austeniet expandeert mangaan in het -fasegebied zodat de kritische temperatuur van Ac3 met 50-80 graden stijgt, waardoor de hardbaarheid aanzienlijk wordt verbeterd. Experimentele gegevens tonen aan dat 45-staal dat 1,2% mangaan bevat, na afschrikken met water de HRC45-hardheid kan bereiken, wat 3 Rockwell-hardheidsniveaus hoger is dan die van mangaanvrij staal.
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%) leidt tot korrelvergroving tijdens het temperen en een toename van 40% in de temper brosheidsindex, en resterend austeniet moet worden geëlimineerd door het op 700 graden te houden. In typische toepassingen wordt 20MnSi-staal met 0,8% -1,2% mangaan veel gebruikt voor constructiewapening, en de vloeigrens is met 25% verhoogd vergeleken met Q235-staal.
Ten derde, silicium (Si)-element: synergetische versterker van versterking van vaste oplossingen en corrosieweerstand
Als sterk ferriet-vormend element verbetert silicium de staaleigenschappen via het dubbele mechanisme van versterking van de vaste oplossing en oppervlakte-oxidefilm. In ferriet is de straal van siliciumatomen 11% groter dan die van ijzeratomen, wat roostervervorming veroorzaakt waardoor de vloeigrens met ongeveer 50 MPa/% toeneemt. Experimenten met oppervlakteoxidatie tonen aan dat het siliciumgehalte van 1,5% van het staal dat 24 uur lang bij 800 graden is geoxideerd, de dikte van de oxidefilm 60% minder is dan bij gewoon staal, dankzij de vorming van een dichte beschermende laag SiO₂.
In termen van bewerkbaarheid verhoogt een siliciumgehalte van meer dan 0,8% de weerstand tegen koude vervorming met 20%, waardoor een meer-passageproces met kleine vervormingsvolumes vereist is. Typische toepassingen, een siliciumgehalte van 0,2% -0,5% van 40SiMn-staal dat wordt gebruikt bij de vervaardiging van drijfstangen voor auto's, waardoor de levensduur tegen vermoeiing 1,5 keer groter is dan bij gewoon koolstofstaal; siliciumgehalte van 15% -20% van hoog-silicium gietijzer in zwavelzuur gemiddelde corrosiesnelheid<0.1mm / a, become the preferred material for corrosion-resistant parts of chemical equipment.
Ten vierde, zwavel (S)-elementen: warme werkprestaties van de onzichtbare vernietiger
Zwavel in de vorm van FeS-insluitsels in de staalkorrelgrenzen, de schade ervan komt vooral tot uiting in de thermische verwerking en het lassen van twee scènes. FeS en Fe gevormd door het co{1}}smeltpunt van de co-kristallen van slechts 988 graden. Wanneer het staal wordt verwarmd tot 1150 graden, leiden de korrelgrenzen bij het vloeibare FeS tot een afname van de lokale sterkte, gevoelig voor thermisch scheuren. Experimentele gegevens tonen aan dat het zwavelgehalte van 0,05% van het staal in het continue gietproces, de incidentie van thermische kraaksnelheid 5 keer hoger is dan het zwavelgehalte van 0,01%.
Wat de lasprestaties betreft, vormt SO₂-gas dat wordt gegenereerd door de reactie tussen zwavel en zuurstof poriën in de las, waardoor het effectieve dwarsdoorsnedeoppervlak van het lasmetaal met 30% wordt verminderd. Typische gevallen tonen aan dat het zwavelgehalte van 0,08% van Q235-staal bij handmatig booglassen de slagvastheid van het lasmetaal minder is dan 8J/cm², slechts 1/3 van het basismateriaal. modern staalproductieproces door het toevoegen van zeldzame aardelementen om een hoog smeltpunt van sulfide te vormen, waardoor de zwavelrisico-index met 70% wordt verlaagd.
Vijf, fosfor (P)-elementen: lage- temperatuurbestendigheid van de dodelijke moordenaar
Fosfor in ferriet vaste oplosbaarheid van 0,9%, de atomaire straal is 14% groter dan die van het ijzeratoom, wat ernstige roostervervorming veroorzaakt. Uit experimentele gegevens blijkt dat het fosforgehalte van 0,1% van het staal bij -20 graden de slagvastheid 65% lager is dan de normale temperatuur, wat voortkomt uit de fosforatomen in het {100} kristalvlak, die de vorming van Kirchner-gasclusters beïnvloeden door de dislocatiebeweging van het pinning-effect. Experimenten met verbrossing bij lage temperaturen tonen aan dat staal met een fosforgehalte van 0,15% een gedeconvolueerde breuk ondergaat bij -40 graden, waarbij een breuk wordt gekenmerkt door typische icosahedrale kenmerken.
In termen van verspaanbaarheid resulteerde het synergetische effect van fosfor en zwavel in een vermindering van 20% van de snijkrachten en een 1,5-voudige toename van de standtijd. In typische toepassingen wordt het automaatstaal 1215 met een fosforgehalte van 0,08%-0,15% veel gebruikt voor de bewerking van precisieonderdelen, met een oppervlakteruwheid tot Ra0,8 μm. Er moet echter worden opgemerkt dat bij een fosforgehalte van meer dan 0,12% de corrosiesnelheid van het staal in het mariene milieu met een factor 3 wordt verhoogd, wat moet worden geremd door het toevoegen van koperelementen om een beschermende film te vormen.