De rol van legeringselementen in staal (twee)

(9) Kobalt

Kobalt wordt vooral gebruikt in speciale staalsoorten en legeringen.Snelstaal dat kobalt bevat, heeft een hoge hardheid bij hoge temperaturen en molybdeen kan tegelijkertijd worden toegevoegd aan martensitisch verouderend staal om een ​​ultrahoge hardheid en goede uitgebreide mechanische eigenschappen te verkrijgen.Daarnaast is kobalt een belangrijk legeringselement in heetsterktestaal en magnetische materialen.

Kobalt vermindert de hardbaarheid van staal, dus het toevoegen van koolstofstaal alleen zal de algehele mechanische eigenschappen van gehard staal verminderen.Kobalt kan ferriet versterken en wanneer het aan koolstofstaal wordt toegevoegd, kan het de hardheid, vloeigrens en treksterkte van staal in gegloeide of genormaliseerde toestand verbeteren en heeft het een nadelig effect op rek en krimp van de doorsnede.De slagvastheid neemt af naarmate het kobaltgehalte toeneemt.Kobalt wordt gebruikt in hittebestendige staalsoorten en legeringen vanwege de oxidatieweerstand.Op kobalt gebaseerde gasturbines van legeringen tonen hun unieke rol.

(10) Silicium (Si)

Silicium kan worden opgelost in ferriet en austeniet om de hardheid en sterkte van staal te verbeteren, zijn rol is de tweede alleen voor fosfor en sterker dan mangaan, nikkel, chroom, wolfraam, molybdeen, vanadium en andere elementen.Wanneer het siliciumgehalte echter hoger is dan 3%, zullen de taaiheid en taaiheid van staal aanzienlijk worden verminderd.Silicium kan de elastische limiet, vloeigrens en vloeiverhouding (σs/σb) en vermoeiingssterkte en vermoeiingsverhouding (σ-1/σb) van staal verbeteren.Dit is de reden waarom silicium of siliciummangaanstaal als verenstaal kan worden gebruikt.

Silicium kan de dichtheid, thermische geleidbaarheid en elektrische geleidbaarheid van staal verminderen.Kan ferrietkorrelvergroving bevorderen, coërciviteit verminderen.Het heeft de neiging om de anisotropie van het kristal te verminderen, zodat de magnetisatie gemakkelijk is, de terughoudendheid wordt verminderd en het kan worden gebruikt om elektrisch staal te produceren, zodat het magnetische blokverlies van de siliciumstaalplaat laag is.Silicium kan de magnetische geleidbaarheid van ferriet verbeteren, zodat de staalplaat een hogere magnetische gevoeligheid heeft onder een zwak magnetisch veld.Silicium vermindert echter de magnetische gevoeligheid van staal onder een sterk magnetisch veld.Silicium heeft een sterke deoxidatie, waardoor het magnetische verouderingseffect van ijzer wordt verminderd.

Wanneer het staal dat silicium bevat wordt verwarmd in de oxiderende atmosfeer, zal een laag Si02-film op het oppervlak worden gevormd, waardoor de oxidatieweerstand van het staal bij hoge temperatuur wordt verbeterd.

Silicium kan de groei van zuilvormige kristallen bevorderen en de plasticiteit in gietstaal verminderen.Als het siliciumstaal bij verhitting sneller afkoelt, is het temperatuurverschil tussen de binnen- en buitenkant van het staal groot vanwege de lage thermische geleidbaarheid en dus de breuk.

Silicium kan de lasbaarheid van staal verminderen.Omdat silicium sterker is dan ijzer in combinatie met zuurstof, is het gemakkelijk om silicaat met een laag smeltpunt te genereren bij het lassen, wat de vloeibaarheid van gesmolten slak en gesmolten metaal verhoogt, waardoor spatverschijnselen ontstaan ​​en de laskwaliteit wordt beïnvloed.Silicium is een goede deoxidator.Bij aluminiumdeoxidatie wordt een bepaalde hoeveelheid silicium toegevoegd, wat de deoxidatiesnelheid aanzienlijk kan verbeteren.Er zit een bepaalde hoeveelheid silicium in staal, dat als grondstof wordt gebruikt bij het maken van ijzer en staal.In kokend staal is silicium beperkt tot <0,07%, wanneer het bedoeld is om te worden toegevoegd, wordt een ferrosiliciumlegering toegevoegd bij de staalproductie.

(11) Mangaan (Mn)

Mangaan is een goede deoxidator en ontzwavelingsmiddel.Staal bevat over het algemeen een bepaalde hoeveelheid mangaan, die de hete broosheid van staal veroorzaakt door zwavel kan elimineren of verzwakken, om de hete werkprestaties van staal te verbeteren.

De vaste oplossing gevormd door mangaan en ijzer verbetert de hardheid en sterkte van ferriet en austeniet in staal.Tegelijkertijd is het een element gevormd door carbiden en komt het in het cementiet om enkele ijzeratomen te vervangen.Mangaan speelt een rol bij de raffinage van perliet en verbetert indirect de sterkte van perlietstaal door de kritische overgangstemperatuur in staal te verlagen.Mangaan is de tweede alleen voor nikkel in zijn vermogen om austenitische structuren te stabiliseren en verhoogt ook de hardbaarheid van staal sterk.Er is een verscheidenheid aan gelegeerde staalsoorten gemaakt met mangaan dat minder dan 2% en andere elementen bevat.

Mangaan heeft de kenmerken van rijke hulpbronnen en diverse efficiëntie, en is op grote schaal gebruikt, zoals koolstofconstructiestaal met een hoog mangaangehalte, verenstaal.

In slijtvast staal met een hoog koolstofgehalte en een hoog mangaangehalte kan het mangaangehalte 10% ~ 14% bereiken.Na behandeling met een vaste oplossing heeft het een goede taaiheid.Wanneer het wordt vervormd door impact, wordt de oppervlaktelaag versterkt door vervorming en heeft het een hoge slijtvastheid.

Mangaan en zwavel vormen MnS met een hoger smeltpunt, wat het hete brosse fenomeen veroorzaakt door FeS kan voorkomen.Mangaan heeft de neiging om de korrelvergroving te verhogen en de gevoeligheid van staal voor broosheid te temperen.Als de koeling na het smelten en smeden niet goed is, is het gemakkelijk om witte vlekken te produceren.

(12) Aluminium (Al)

Aluminium wordt voornamelijk gebruikt om granen te deoxideren en te verfijnen.Bevorder de vorming van een harde corrosiebestendige nitreerlaag in nitreerstaal.Aluminium kan de veroudering van staal met een laag koolstofgehalte remmen en de taaiheid van staal bij lage temperaturen verbeteren.Wanneer het gehalte hoog is, kunnen de oxidatieweerstand en corrosieweerstand in oxiderend zuur en H2S-gas van staal worden verbeterd en kunnen de elektrische en magnetische eigenschappen van staal worden verbeterd.Aluminium speelt een grote rol bij het versterken van oplossingen in staal, waardoor de slijtvastheid, vermoeiingssterkte en mechanische kerneigenschappen van gecarboniseerd staal worden verbeterd.

In vuurvaste legeringen vormen aluminium en nikkel verbindingen om de sterkte van het smelten te verbeteren.Fe-cr aluminiumlegering die aluminium bevat, heeft de kenmerken van bijna constante weerstand en uitstekende oxidatieweerstand bij hoge temperatuur, die geschikt is om te worden gebruikt als elektrometallurgische legeringsmaterialen en chroomaluminiumweerstandsdraad.

Wanneer sommige staalsoorten gedeoxideerd zijn, als de hoeveelheid aluminium te veel is, zal dit een abnormale microstructuur produceren en de neiging tot grafitisering van het staal bevorderen.In ferritische en perlietstaalsoorten zal een hoog aluminiumgehalte de sterkte en taaiheid bij hoge temperaturen verminderen en problemen veroorzaken bij het smelten, gieten en andere aspecten.

(13) Koper (Cu)

De uitstekende rol van koper in staal is het verbeteren van de atmosferische corrosieweerstand van gewoon laaggelegeerd staal, vooral bij gebruik met fosfor, de toevoeging van koper kan ook de sterkte en opbrengstverhouding van staal verbeteren, maar heeft geen nadelig effect op het lassen prestatie.De corrosiebestendigheid van het railstaal (U-Cu) met 0,20% ~ 0,50% koper is 2-5 keer die van de gewone koolstofrail, naast slijtvastheid.

Wanneer het kopergehalte meer dan 0,75% is, kan het een verouderingsversterkend effect veroorzaken na oplossingsbehandeling en veroudering.Bij een laag gehalte is het effect vergelijkbaar met nikkel, maar zwakker.Wanneer het gehalte hoger is, is dit ongunstig voor de hete vervormingsverwerking en leidt tot de koperbrosheid tijdens de warme vervormingsverwerking.Het 2% -3% koper in austenitisch roestvrij staal is bestand tegen de corrosie van zwavelzuur, fosforzuur en zoutzuur en de stabiliteit van spanningscorrosie.

(14) Borium (B)

De belangrijkste functie van boor in staal is om de hardbaarheid van staal te vergroten, waardoor andere zeldzamere metalen en nikkel, chroom, molybdeen, enz. worden bespaard. Voor dit doel wordt het gehalte ervan over het algemeen gespecificeerd in het bereik van 0,001% tot 0,005%.Het kan 1,6% nikkel, 0,3% chroom of 0,2% molybdeen vervangen.Opgemerkt moet worden dat molybdeen broosheid bij het temperen kan voorkomen of verminderen, terwijl boor de neiging tot broosheid enigszins bevordert, zodat het niet volledig kan worden vervangen door boor.

Medium koolstofstaal met borium, als gevolg van de verbetering van de hardbaarheid, kan de dikte van meer dan 20 mm staal maken nadat de hardingsprestaties aanzienlijk zijn verbeterd, daarom kunnen 40B- en 40MnB-staal worden gebruikt in plaats van 40Cr, kan 20Mn2TiB-staal worden gebruikt in plaats van 20CrMnTi gecarboniseerd staal.Maar omdat de rol van borium met de toename van het koolstofgehalte in staal en verzwakken, of zelfs verdwijnen, bij de selectie van geboroniseerd koolstofstaal, rekening moet worden gehouden met de onderdelen na het carboneren, zal de hardbaarheid van de carburerende laag lager zijn dan de kern van de hardbaarheid van deze eigenschap.

Verenstaal moet over het algemeen volledig worden afgeschrikt, meestal is het veeroppervlak niet groot, het gebruik van boorhoudend staal is voordelig.Het effect van boor op verenstaal met een hoog siliciumgehalte fluctueert sterk, dus het is onhandig om te gebruiken.

Borium heeft een sterke affiniteit met stikstof en zuurstof.Het toevoegen van 0,007% boor aan het kokende staal kan het verouderingsverschijnsel van het staal elimineren.

(15) Zeldzame aarde (Her)

Over het algemeen verwijzen zeldzame aardelementen naar het periodiek systeem der elementen met atoomnummers van 57 tot 71 (15 lanthaniden) plus 21 scandium en 39 yttrium, in totaal 17 elementen.Ze zijn hecht van aard en kunnen niet gemakkelijk worden gescheiden.De niet-gescheiden, gemengde zeldzame aardmetalen genoemd, zijn goedkoper en kunnen de plasticiteit en slagvastheid van gesmeed gewalst staal verbeteren, vooral in gietstaal.Het kan de kruipweerstand van hittebestendige staalelektrothermische legeringen en superlegeringen verbeteren.

Zeldzame aarde-elementen kunnen ook de oxidatieweerstand en corrosieweerstand van staal verbeteren.Het antioxiderende effect is meer dan silicium, aluminium, titanium en andere elementen.Het kan de vloeibaarheid van staal verbeteren, niet-metalen insluitsels verminderen en de staalstructuur compact en zuiver maken.

Gewoon laaggelegeerd staal met de juiste zeldzame aardelementen heeft een goed desoxidatie- en zwavelverwijderingseffect, verbetert de slagvastheid (vooral taaiheid bij lage temperaturen) en verbetert de anisotropie-eigenschappen.

Zeldzame aarde-elementen in Fe-Cr-aluminiumlegering verhogen de antioxidantcapaciteit van de legering, houden de fijne korrel van staal op hoge temperatuur, verbeteren de sterkte bij hoge temperaturen, zodat de levensduur van de elektrische verwarmingslegering aanzienlijk wordt verlengd.

(16) Stikstof (N)

Stikstofenergie wordt gedeeltelijk gebruikt in ijzer, wat het effect heeft van versterking van de vaste oplossing en verbetering van de hardbaarheid, maar het is niet significant.Door de precipitatie van nitriden op korrelgrenzen kan de hoge temperatuursterkte van korrelgrenzen worden verhoogd en kan de kruipsterkte van staal worden verhoogd.Gecombineerd met andere elementen in staal, precipitatiehardend effect.De corrosieweerstand van staal is niet significant, maar het nitreren van het oppervlak van staal verhoogt niet alleen de hardheid en slijtvastheid, maar verbetert ook de corrosieweerstand aanzienlijk.Reststikstof in koolstofarm staal kan leiden tot broosheid door veroudering.

(17) Zwavel (S)

De bewerkbaarheid van staal kan worden verbeterd door het gehalte aan zwavel en mangaan te verhogen.In het gemakkelijk te bewerken staal wordt zwavel als heilzaam element toegevoegd.Zwavel is sterk gescheiden in staal.Verslechtering van de staalkwaliteit, bij hoge temperaturen, vermindert de plasticiteit van staal, is een schadelijk element, dat bestaat in de vorm van FeS met een lager smeltpunt.FeS alleen heeft een smeltpunt van slechts 1190℃, terwijl de eutectische temperatuur van het eutectische kristal gevormd met ijzer in staal nog lager is, slechts 988℃.Wanneer het staal stolt, vloeit het ijzersulfide samen bij de primaire korrelgrens.Wanneer het staal wordt gewalst bij 1100 ~ 1200 , zal de FeS op de korrelgrens smelten, wat de bindende kracht tussen de korrels aanzienlijk verzwakt en leidt tot het hete brosse fenomeen van het staal, dus de zwavel moet strikt worden gecontroleerd.Over het algemeen wordt het geregeld tussen 0,020% en 0,050%.Om broosheid door zwavel te voorkomen, moet voldoende mangaan worden toegevoegd om MnS met een hoger smeltpunt te vormen.Als het staal een hoge stroomsnelheid heeft, zal het lassen door de vorming van SO2 poriën vormen en loskomen in het lasmetaal.

(18) Fosfor (P)

Fosfor heeft een sterk effect op het versterken van vaste oplossingen en het koud harden van staal.De toevoeging van laaggelegeerd constructiestaal als legeringselement kan de sterkte en weerstand tegen atmosferische corrosie verbeteren, maar de koudstempelprestaties verminderen.Fosfor in combinatie met zwavel en mangaan kan de snijprestaties van staal verhogen, de oppervlaktekwaliteit van het werkstuk verhogen, voor gemakkelijk snijden van staal, dus gemakkelijk te snijden staal heeft ook een relatief hoog fosforgehalte.Fosfor gebruikt in ferriet, hoewel het de sterkte en hardheid van staal kan verbeteren, is de grootste schade dat de segregatie ernstig is, de geharde broosheid verhoogt, de plasticiteit en taaiheid van staal aanzienlijk verhoogt, wat resulteert in staal bij koude verwerking is gemakkelijk te kraken , namelijk het zogenaamde "koude brosheid" fenomeen.Fosfor heeft ook een nadelig effect op de lasbaarheid.Fosfor is een schadelijk element, moet strikt worden gecontroleerd, de algemene inhoud is niet meer dan 0,03% ~ 0,04%.