Fiind material de bază al industriei moderne, performanța oțelului este direct reglementată de compoziția chimică. Printre acestea, carbon (C), mangan (Mn), siliciu (Si), sulf (S), fosfor (P) cinci elemente prin modificarea organizării metalurgice, a structurii cristaline și a distribuției impurităților, afectând în mod semnificativ rezistența, tenacitatea, procesabilitatea și rezistența la coroziune a oțelului.
În primul rând, elementele de carbon (C): rezistența și plasticitatea miezului de reglare
Carbonul este cel mai important element de aliere din oțel, iar conținutul său are un rol decisiv în performanța oțelului. În domeniul oțelului sub-eutectic (conținut de carbon de 0,02% -0,77%), odată cu creșterea conținutului de carbon, numărul de particule carburate din matricea de ferită, rezistența la tracțiune și duritatea a fost crescut liniar, dar alungirea și duritatea la impact au scăzut semnificativ. Atunci când conținutul de carbon depășește punctul eutectic (0,77%) pentru a forma un oțel peritectic, îngustarea distanței dintre lamelele perlitei duce la o creștere continuă a rezistenței, dar înclinarea carburii la limitele granulelor declanșează riscul de fragilitate.
Cazurile tipice arată că conținutul de carbon de 0,45% din oțel carbon mediu după tratamentul de revenire, rezistența la tracțiune de până la 800MPa, alungirea menținută la 15%; și conținut de carbon de 1,2% din oțel cu conținut ridicat de carbon, deși duritatea HRC62, dar rezistența la impact este mai mică de 10J/cm². Performanța de sudare, conținutul de carbon al fiecărei creșteri de 0,1%, indicele de sensibilitate a fisurilor de sudură a crescut cu 20%, trebuie să utilizați electrozi cu hidrogen scăzut-și preîncălziți la 150 de grade sau mai mult.
În al doilea rând, elementul de mangan (Mn): întărirea și lucrabilitatea la cald a dublu regulator
Manganul ca o carbură slabă-element de formare, prin consolidarea soluției solide și mecanismul dublu de control al organizării pentru a îmbunătăți performanța oțelului. În ferită, atomii de mangan înlocuiesc atomii de fier pentru a declanșa distorsiunea rețelei, puterea de curgere a crescut cu aproximativ 30MPa/%; în austenită, extinderea cu mangan a -regiunii de fază, astfel încât temperatura critică a Ac3 a crescut cu 50-80 de grade, îmbunătățind semnificativ întăribilitatea. Datele experimentale arată că oțelul 45 care conține 1,2% mangan poate atinge duritatea HRC45 după stingerea cu apă, care este cu 3 niveluri de duritate Rockwell mai mare decât cea a oțelului fără mangan.
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%) duce la îngroșarea cerealelor în timpul călirii și la o creștere cu 40% a indicelui de fragilitate la temperare, iar austenita reziduală trebuie eliminată prin menținerea la 700 de grade. În aplicațiile tipice, oțelul 20MnSi cu 0,8%-1,2% mangan este utilizat pe scară largă pentru armatura de construcție, iar limita sa de curgere este crescută cu 25% în comparație cu oțelul Q235.
În al treilea rând, elementul Siliciu (Si): amplificator sinergic al întăririi soluției solide și al rezistenței la coroziune
Ca element puternic care formează ferită-, siliciul îmbunătățește proprietățile oțelului prin mecanismul dublu de întărire a soluției solide și a peliculei de oxid de suprafață. În ferită, raza atomilor de siliciu este cu 11% mai mare decât cea a atomilor de fier, ceea ce declanșează distorsiunea rețelei pentru a crește forța de curgere cu aproximativ 50MPa/%. Experimentele de oxidare la suprafață arată că conținutul de siliciu de 1,5% din oțel oxidat la 800 de grade timp de 24 de ore, grosimea filmului de oxid este cu 60% mai mică decât oțelul obișnuit, datorită formării stratului protector dens SiO₂.
În ceea ce privește prelucrabilitatea, un conținut de siliciu de peste 0,8% crește rezistența la deformare la rece cu 20%, necesitând un proces cu mai multe-pasi cu volume mici de deformare. Aplicații tipice, conținut de siliciu de 0,2% -0,5% din oțel 40SiMn utilizat la fabricarea de biele de automobile, durata de viață la oboseală decât oțelul carbon obișnuit pentru a îmbunătăți de 1,5 ori; conținut de siliciu de 15% -20% din fontă cu conținut ridicat de siliciu în acid sulfuric cu viteză medie de coroziune<0.1mm / a, become the preferred material for corrosion-resistant parts of chemical equipment.
În al patrulea rând, elementele cu sulf (S): performanța de lucru la cald a distrugătorului invizibil
Sulful sub formă de incluziuni de FeS în limitele granulelor de oțel, prejudiciul său se reflectă în principal în procesarea termică și sudarea a două scene. FeS și Fe formate prin punctul de topire al co-cristalului de numai 988 de grade , când oțelul este încălzit la 1150 de grade , limitele de granule la FeS lichid conduc la o scădere a rezistenței locale, predispusă la cracare termică. Datele experimentale arată că conținutul de sulf de 0,05% din oțel în procesul de turnare continuă, incidența ratei de cracare termică este de 5 ori mai mare decât conținutul de sulf de 0,01%.
În ceea ce privește performanța de sudare, gazul SO₂ generat de reacția dintre sulf și oxigen formează pori în sudare, reducând aria secțiunii transversale efective-a metalului de sudare cu 30%. Cazurile tipice arată că conținutul de sulf de 0,08% din oțel Q235 în sudarea manuală cu arc, rezistența la impact a metalului de sudare este mai mică de 8J/cm², doar 1 / 3 din materialul de bază. proces modern de fabricare a oțelului prin adăugarea de elemente de pământuri rare pentru a forma un punct de topire ridicat al sulfurei, indicele de pericol de sulf redus cu 70%.
Cinci elemente de fosfor (P): rezistența la temperatură scăzută a ucigașului mortal
Phosphorus in ferrite solid solubility of 0.9%, its atomic radius is 14% larger than the iron atom, triggering serious lattice distortion. Experimental data show that the phosphorus content of 0.1% of the steel at -20 ℃ when the impact toughness of 65% lower than the normal temperature, which stems from the phosphorus atoms in the {100} crystal plane bias formation of Kirchner gas clusters on the dislocation movement of the pinning effect. Low-temperature embrittlement experiments show that steel with 0.15% phosphorus content undergoes deconvoluted fracture at -40℃, with a fracture characterized by typical icosahedral features.
În ceea ce privește prelucrabilitatea de tăiere, efectul sinergic al fosforului și sulfului a dus la o reducere cu 20% a forțelor de așchiere și o creștere de 1,5-ori a duratei de viață a sculei. În aplicațiile tipice, oțelul cu tăiere liberă 1215 cu un conținut de fosfor de 0,08%-0,15% este utilizat pe scară largă pentru prelucrarea de precizie a pieselor, cu o rugozitate a suprafeței de până la Ra0,8 μm. Trebuie remarcat, totuși, că, cu un conținut de fosfor de peste 0,12%, rata de coroziune a oțelului în mediul marin este crescută cu un factor de 3, care trebuie să fie inhibată prin adăugarea de elemente de cupru pentru a forma o peliculă de protecție.
