نقش عناصر آلیاژی در فولاد (دو)

(9) کبالت

کبالت بیشتر در فولادها و آلیاژهای خاص استفاده می شود.فولاد پرسرعت حاوی کبالت دارای سختی دمای بالا است و مولیبدن را می توان همزمان به فولاد پیر مارتنزیتی اضافه کرد تا سختی فوق العاده بالا و خواص مکانیکی جامع خوب به دست آید.علاوه بر این، کبالت یک عنصر آلیاژی مهم در فولادهای استحکام گرم و مواد مغناطیسی است.

کبالت سختی پذیری فولاد را کاهش می دهد، بنابراین افزودن فولاد کربن به تنهایی خواص مکانیکی کلی فولاد را کاهش می دهد.کبالت می تواند فریت را تقویت کند و هنگامی که به فولاد کربنی اضافه شود، می تواند سختی، نقطه تسلیم و استحکام کششی فولاد را در حالت آنیل شده یا نرمال شده بهبود بخشد و تأثیر نامطلوبی بر ازدیاد طول و انقباض بخش دارد.چقرمگی ضربه با افزایش محتوای کبالت کاهش می یابد.کبالت به دلیل مقاومت در برابر اکسیداسیون در فولادها و آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت استفاده می شود.توربین های گازی آلیاژی مبتنی بر کبالت نقش منحصر به فرد خود را نشان می دهند.

(10) سیلیکون (Si)

سیلیکون را می توان در فریت و آستنیت حل کرد تا سختی و استحکام فولاد را بهبود بخشد، نقش آن پس از فسفر در رتبه دوم قرار دارد و از منگنز، نیکل، کروم، تنگستن، مولیبدن، وانادیم و سایر عناصر قوی تر است.با این حال، زمانی که محتوای سیلیکون بیش از 3٪ باشد، شکل پذیری و چقرمگی فولاد به طور قابل توجهی کاهش می یابد.سیلیکون می تواند حد الاستیک، استحکام تسلیم و نسبت تسلیم (σs/σb) و استحکام خستگی و نسبت خستگی (σ-1/σb) فولاد را بهبود بخشد.به همین دلیل می توان از سیلیکون یا فولاد منگنز سیلیکونی به عنوان فولاد فنری استفاده کرد.

سیلیکون می تواند چگالی، هدایت حرارتی و هدایت الکتریکی فولاد را کاهش دهد.می تواند باعث درشت شدن دانه فریت شود، اجبار را کاهش دهد.این تمایل به کاهش ناهمسانگردی کریستال را دارد، به طوری که مغناطش آسان می شود، عدم تمایل کاهش می یابد و می توان از آن برای تولید فولاد الکتریکی استفاده کرد، بنابراین از دست دادن بلوک مغناطیسی ورق فولاد سیلیکونی کم است.سیلیکون می تواند هدایت مغناطیسی فریت را بهبود بخشد، به طوری که ورق فولادی تحت یک میدان مغناطیسی ضعیف حساسیت مغناطیسی بالاتری دارد.با این حال، سیلیکون حساسیت مغناطیسی فولاد را تحت میدان مغناطیسی قوی کاهش می دهد.سیلیکون دارای اکسید زدایی قوی است که اثر پیری مغناطیسی آهن را کاهش می دهد.

هنگامی که فولاد حاوی سیلیکون در اتمسفر اکسید کننده گرم می شود، لایه ای از فیلم SiO2 بر روی سطح تشکیل می شود، بنابراین مقاومت اکسیداسیون فولاد در دمای بالا بهبود می یابد.

سیلیکون می تواند رشد کریستال ستونی را تقویت کرده و انعطاف پذیری در فولاد ریخته گری را کاهش دهد.اگر فولاد سیلیکونی در هنگام گرم شدن سریعتر سرد شود، اختلاف دما بین داخل و خارج فولاد به دلیل رسانایی حرارتی کم و در نتیجه شکستگی زیاد است.

سیلیکون می تواند جوش پذیری فولاد را کاهش دهد.از آنجایی که سیلیکون در ترکیب با اکسیژن قوی تر از آهن است، تولید سیلیکات با نقطه ذوب پایین در جوشکاری آسان است، که سیالیت سرباره مذاب و فلز ذوب شده را افزایش می دهد و باعث ایجاد پدیده پاشش می شود و کیفیت جوش را تحت تاثیر قرار می دهد.سیلیکون یک اکسید کننده خوب است.هنگام استفاده از اکسید زدایی آلومینیوم، مقدار مشخصی سیلیکون اضافه می شود که می تواند به میزان قابل توجهی سرعت اکسیداسیون را بهبود بخشد.مقدار مشخصی سیلیکون در فولاد وجود دارد که به عنوان ماده اولیه در فرآیند ساخت آهن و فولاد معرفی می شود.در فولاد در حال جوش، سیلیکون به <0.07٪، زمانی که قرار است اضافه شود، آلیاژ فروسیلیکون در فولادسازی اضافه می شود.

(11) منگنز (Mn)

منگنز یک اکسید زدا و گوگرد زدای خوب است.فولاد به طور کلی حاوی مقدار معینی منگنز است که می تواند شکنندگی گرم فولاد ناشی از گوگرد را از بین ببرد یا تضعیف کند تا عملکرد گرم فولاد را بهبود بخشد.

محلول جامد تشکیل شده توسط منگنز و آهن باعث بهبود سختی و استحکام فریت و آستنیت در فولاد می شود.در عین حال، عنصری است که توسط کاربیدها تشکیل می شود و برای جایگزینی برخی اتم های آهن وارد سمنتیت می شود.منگنز در پالایش پرلیت و بهبود غیرمستقیم استحکام فولاد پرلیت با کاهش دمای انتقال بحرانی در فولاد نقش دارد.منگنز پس از نیکل در توانایی خود برای تثبیت ساختارهای آستنیتی در رتبه دوم قرار دارد و همچنین سختی پذیری فولاد را به شدت افزایش می دهد.انواع فولادهای آلیاژی با منگنز حاوی کمتر از 2 درصد و سایر عناصر ساخته شده است.

منگنز دارای ویژگی های منابع غنی و کارایی متنوع است و به طور گسترده ای مورد استفاده قرار گرفته است، مانند فولاد ساختاری کربنی با محتوای منگنز بالا، فولاد فنری.

در فولاد مقاوم در برابر سایش با کربن بالا و منگنز بالا، محتوای منگنز می تواند به 10٪ تا 14٪ برسد.پس از درمان محلول جامد، چقرمگی خوبی دارد.هنگامی که در اثر ضربه تغییر شکل می دهد، لایه سطحی به دلیل تغییر شکل تقویت می شود و مقاومت به سایش بالایی دارد.

منگنز و گوگرد MnS را با نقطه ذوب بالاتر تشکیل می دهند که می تواند از پدیده شکننده داغ ناشی از FeS جلوگیری کند.منگنز تمایل به افزایش درشت شدن دانه و حساسیت شکنندگی مزاج فولاد را دارد.اگر سرد شدن پس از ذوب و آهنگری مناسب نباشد، به راحتی می توان لکه های سفید ایجاد کرد.

(12) آلومینیوم (Al)

آلومینیوم عمدتاً برای اکسید زدایی و تصفیه غلات استفاده می شود.تشکیل یک لایه نیتریدینگ مقاوم در برابر خوردگی سخت در فولاد نیتروژن دهی را تقویت کنید.آلومینیوم می تواند از پیری فولاد کم کربن جلوگیری کند و چقرمگی فولاد را در دمای پایین بهبود بخشد.هنگامی که محتوای آن بالا باشد، مقاومت در برابر اکسیداسیون و مقاومت به خوردگی در اسید اکسید کننده و گاز H2S فولاد را می توان بهبود بخشید و خواص الکتریکی و مغناطیسی فولاد را می توان بهبود بخشید.آلومینیوم نقش مهمی در تقویت محلول در فولاد، بهبود مقاومت در برابر سایش، استحکام خستگی و خواص مکانیکی هسته فولاد کربن دار دارد.

در آلیاژهای نسوز، آلومینیوم و نیکل ترکیباتی را برای بهبود استحکام ذوب تشکیل می دهند.آلیاژ آلومینیوم Fe-cr حاوی آلومینیوم دارای ویژگی های مقاومت تقریبا ثابت و مقاومت عالی در برابر اکسیداسیون در دمای بالا است که برای استفاده به عنوان مواد آلیاژی الکترومتالورژی و سیم مقاومت آلومینیوم کروم مناسب است.

هنگامی که برخی از فولادها اکسید زدایی می شوند، اگر مقدار آلومینیوم بیش از حد باشد، ریزساختار غیرعادی ایجاد می کند و گرایش گرافیتی شدن فولاد را تقویت می کند.در فولادهای فریتی و پرلیت، محتوای آلومینیوم بالا، استحکام و چقرمگی در دمای بالا را کاهش می‌دهد و مشکلاتی را برای ذوب، ریختن و سایر جنبه‌ها به همراه خواهد داشت.

(13) مس (مس)

نقش برجسته مس در فولاد بهبود مقاومت به خوردگی اتمسفر فولاد کم آلیاژ معمولی است، به ویژه هنگامی که با فسفر استفاده می شود، افزودن مس نیز می تواند استحکام و نسبت تسلیم فولاد را بهبود بخشد، اما هیچ اثر نامطلوبی بر جوش ندارد. کارایی.عمر مقاومت در برابر خوردگی فولاد ریل (U-Cu) حاوی 0.20٪ تا 0.50٪ مس، علاوه بر مقاومت در برابر سایش، 2 تا 5 برابر بیشتر از ریل کربن معمولی است.

هنگامی که محتوای مس بیش از 0.75٪ باشد، می تواند اثر تقویت کننده پیری را پس از درمان محلول و پیری ایجاد کند.در محتوای کم، اثر آن شبیه به نیکل است، اما ضعیف تر است.هنگامی که محتوای بالاتر باشد، برای پردازش تغییر شکل داغ نامطلوب است و منجر به شکنندگی مس در طول پردازش تغییر شکل گرم می شود.مس 2 تا 3 درصد در فولاد زنگ نزن آستنیتی می تواند در برابر خوردگی اسید سولفوریک، اسید فسفریک و اسید هیدروکلریک و پایداری در برابر خوردگی استرس مقاومت کند.

(14) بور (B)

عملکرد اصلی بور در فولاد افزایش سختی پذیری فولاد و در نتیجه صرفه جویی در سایر فلزات کمیاب تر و نیکل، کروم، مولیبدن و غیره است. برای این منظور، محتوای آن به طور کلی در محدوده 0.001٪ تا 0.005٪ تعیین می شود.این می تواند جایگزین 1.6٪ نیکل، 0.3٪ کروم یا 0.2٪ مولیبدن شود.لازم به ذکر است که مولیبدن می تواند از شکنندگی معتدل جلوگیری کرده یا آن را کاهش دهد، در حالی که بور کمی تمایل به شکنندگی تلطیف را افزایش می دهد، بنابراین نمی توان آن را به طور کامل با بور جایگزین کرد.

فولاد کربن متوسط ​​​​کربن با بور، به دلیل بهبود سختی پذیری، می تواند ضخامت فولاد بیش از 20 میلی متر را پس از بهبود عملکرد حرارت دهی تا حد زیادی ایجاد کند، بنابراین، فولاد 40B و 40MnB را می توان به جای 40Cr، فولاد 20Mn2TiB را می توان به جای استفاده کرد. فولاد کربن دار 20CrMnTi.اما از آنجایی که نقش بور با افزایش محتوای کربن در فولاد و تضعیف و یا حتی از بین رفتن آن در انتخاب فولاد کربنی بورنیزه، باید قطعات پس از کربوره شدن را در نظر گرفت، سختی پذیری لایه کربنی کمتر از هسته آن خواهد بود. سختی این ویژگی

فولاد فنر معمولاً باید کاملاً خاموش شود، معمولاً منطقه فنر بزرگ نیست، استفاده از فولاد حاوی بور سودمند است.اثر بور بر روی فولاد فنر سیلیکونی بالا به شدت نوسان می کند، بنابراین استفاده از آن ناخوشایند است.

بور میل ترکیبی قوی با نیتروژن و اکسیژن دارد.افزودن 0.007% بور به فولاد در حال جوش می تواند پدیده پیری فولاد را از بین ببرد.

(15) Rare Earth (Re)

به طور کلی، عناصر خاکی کمیاب به جدول تناوبی عناصر با اعداد اتمی از 57 تا 71 (15 لانتانید) به اضافه 21 اسکاندیم و 39 ایتریم، در مجموع 17 عنصر اشاره دارد.آنها طبیعت نزدیکی دارند و به راحتی نمی توان آنها را از هم جدا کرد.آنهایی که جدا نشده، به نام خاکهای کمیاب مخلوط نامیده می شوند، ارزان تر هستند و می توانند انعطاف پذیری و چقرمگی ضربه فولاد نورد فورج شده، به ویژه در فولاد ریخته گری را بهبود بخشند.می تواند مقاومت خزشی آلیاژهای الکتروگرمایی فولاد مقاوم در برابر حرارت و سوپرآلیاژها را بهبود بخشد.

عناصر خاکی کمیاب همچنین می توانند مقاومت در برابر اکسیداسیون و مقاومت در برابر خوردگی فولاد را بهبود بخشند.اثر آنتی اکسیدانی بیشتر از سیلیکون، آلومینیوم، تیتانیوم و سایر عناصر است.این می تواند سیالیت فولاد را بهبود بخشد، اجزای غیر فلزی را کاهش دهد و ساختار فولادی را فشرده و خالص کند.

فولاد کم آلیاژ معمولی با عناصر خاکی کمیاب مناسب دارای اثر اکسید زدایی و حذف گوگرد خوب است، چقرمگی ضربه (به ویژه چقرمگی دمای پایین) را بهبود می بخشد و خواص ناهمسانگردی را بهبود می بخشد.

عناصر خاکی کمیاب در آلیاژ آلومینیوم Fe-Cr ظرفیت آنتی اکسیدانی آلیاژ را افزایش می دهند، دانه ریز فولاد را در دمای بالا حفظ می کنند، استحکام دمای بالا را بهبود می بخشند، به طوری که عمر آلیاژ گرمایش الکتریکی به طور قابل توجهی افزایش می یابد.

(16) نیتروژن (N)

انرژی نیتروژن تا حدی در آهن استفاده می شود که اثر تقویت محلول جامد و بهبود سختی پذیری دارد، اما قابل توجه نیست.با توجه به رسوب نیتریدها بر روی مرز دانه ها، می توان مقاومت دمایی بالای مرز دانه ها را افزایش داد و مقاومت خزشی فولاد را افزایش داد.ترکیب با عناصر دیگر در فولاد، اثر سخت شدن بارش.مقاومت به خوردگی فولاد قابل توجه نیست، اما نیتریدینگ سطحی فولاد نه تنها سختی و مقاومت در برابر سایش را افزایش می دهد، بلکه مقاومت به خوردگی را نیز به طور قابل توجهی بهبود می بخشد.نیتروژن باقیمانده در فولاد کم کربن می تواند منجر به شکنندگی پیری شود.

(17) گوگرد (S)

قابلیت ماشینکاری فولاد را می توان با افزایش محتوای گوگرد و منگنز بهبود بخشید.در فولاد قابل ماشینکاری آسان، گوگرد به عنوان یک عنصر مفید اضافه می شود.گوگرد در فولاد به شدت تفکیک می شود.بدتر شدن کیفیت فولاد در دماهای بالا باعث کاهش انعطاف پذیری فولاد می شود، عنصر مضری است که به صورت FeS با نقطه ذوب پایین تر وجود دارد.FeS به تنهایی دارای نقطه ذوب 1190 درجه است، در حالی که دمای یوتکتیک کریستال یوتکتیک تشکیل شده با آهن در فولاد حتی کمتر است، فقط 988 درجه سانتیگراد.هنگامی که فولاد جامد می شود، سولفید آهن در مرز دانه اولیه به هم می پیوندد.هنگامی که فولاد در دمای 1100 ~ 1200 درجه سانتیگراد نورد می شود، FeS در مرز دانه ذوب می شود، که به شدت نیروی اتصال بین دانه ها را ضعیف می کند و منجر به پدیده شکننده داغ فولاد می شود، بنابراین گوگرد باید به شدت کنترل شود.به طور کلی، بین 0.020٪ و 0.050٪ کنترل می شود.برای جلوگیری از شکنندگی ناشی از گوگرد، باید منگنز کافی برای تشکیل MnS با نقطه ذوب بالاتر اضافه شود.اگر فولاد دارای دبی بالا باشد، جوشکاری به دلیل تولید SO2، منافذ ایجاد می کند و در فلز جوش شل می شود.

(18) فسفر (P)

فسفر اثر قوی بر تقویت محلول جامد و سخت شدن سرد در فولاد دارد.افزودن فولاد ساختاری کم آلیاژ به عنوان عنصر آلیاژی می تواند استحکام و مقاومت در برابر خوردگی اتمسفر را بهبود بخشد، اما عملکرد مهر زنی سرد آن را کاهش می دهد.فسفر همراه با گوگرد و منگنز، می تواند عملکرد برش فولاد را افزایش دهد، کیفیت سطح قطعه کار را افزایش دهد، برای برش آسان فولاد، بنابراین برش آسان فولاد نیز محتوای فسفر نسبتا بالایی دارد.فسفر مورد استفاده در فریت، اگرچه می تواند استحکام و سختی فولاد را بهبود بخشد، بزرگترین آسیب این است که جداسازی جدی است، شکنندگی را افزایش می دهد، انعطاف پذیری و چقرمگی فولاد را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد، در نتیجه فولاد در پردازش سرد به راحتی شکسته می شود. ، یعنی به اصطلاح پدیده "شکنندگی سرد".فسفر همچنین اثر نامطلوبی بر جوش پذیری دارد.فسفر یک عنصر مضر است، باید به شدت کنترل شود، محتوای کلی آن بیش از 0.03٪ تا 0.04٪ نیست.