November 3, 2022
(9) kobalt
Kobalt jest stosowany głównie w specjalnych stalach i stopach.Stal szybkotnąca zawierająca kobalt ma wysoką twardość w wysokich temperaturach, a molibden można jednocześnie dodawać do stali martenzytycznej w celu uzyskania ultra wysokiej twardości i dobrych wszechstronnych właściwości mechanicznych.Ponadto kobalt jest ważnym pierwiastkiem stopowym w stalach wytrzymałościowych na gorąco i materiałach magnetycznych.
Kobalt zmniejsza hartowność stali, więc dodanie samej stali węglowej zmniejszy ogólne właściwości mechaniczne stali hartowanej.Kobalt może wzmacniać ferryt, a dodany do stali węglowej może poprawić twardość, granicę plastyczności i wytrzymałość na rozciąganie stali w stanie wyżarzonym lub znormalizowanym, a także niekorzystnie wpływać na wydłużenie i skurcz przekroju.Udarność spada wraz ze wzrostem zawartości kobaltu.Kobalt jest stosowany w stalach i stopach żaroodpornych ze względu na jego odporność na utlenianie.Turbiny gazowe na bazie kobaltu pokazują swoją wyjątkową rolę.
(10) Krzem (Si)
Krzem można rozpuszczać w ferrycie i austenicie w celu poprawy twardości i wytrzymałości stali, jego rola ustępuje tylko fosforowi i jest silniejsza niż mangan, nikiel, chrom, wolfram, molibden, wanad i inne pierwiastki.Jednak gdy zawartość krzemu przekroczy 3%, ciągliwość i wiązkość stali ulegną znacznemu zmniejszeniu.Krzem może poprawić granicę sprężystości, granicę plastyczności i współczynnik plastyczności (σs/σb) oraz wytrzymałość zmęczeniową i współczynnik zmęczenia (σ-1/σb) stali.Z tego powodu jako stal sprężynową można stosować stal krzemową lub krzemowo-manganową.
Krzem może zmniejszyć gęstość, przewodność cieplną i przewodność elektryczną stali.Może promować grubienie ziaren ferrytu, zmniejszać koercję.Ma tendencję do zmniejszania anizotropii kryształu, dzięki czemu magnetyzacja jest łatwa, niechęć jest zmniejszona i może być stosowany do produkcji stali elektrycznej, dzięki czemu utrata bloku magnetycznego blachy ze stali krzemowej jest niska.Krzem może poprawić przewodność magnetyczną ferrytu, dzięki czemu blacha stalowa ma wyższą czułość magnetyczną w słabym polu magnetycznym.Jednak krzem zmniejsza czułość magnetyczną stali w silnym polu magnetycznym.Krzem ma silne właściwości odtleniające, co zmniejsza magnetyczny efekt starzenia żelaza.
Gdy stal zawierająca krzem jest podgrzewana w utleniającej atmosferze, na powierzchni utworzy się warstwa filmu SiO2, poprawiając w ten sposób odporność stali na utlenianie w wysokiej temperaturze.
Krzem może promować wzrost kryształów kolumnowych i zmniejszać plastyczność staliwa.Jeśli stal krzemowa ochładza się szybciej po podgrzaniu, różnica temperatur między wewnętrzną i zewnętrzną powierzchnią stali jest duża ze względu na niską przewodność cieplną, a tym samym pękanie.
Krzem może zmniejszyć spawalność stali.Ponieważ krzem jest silniejszy niż żelazo w połączeniu z tlenem, łatwo jest wytworzyć podczas spawania krzemian o niskiej temperaturze topnienia, który zwiększa płynność roztopionego żużla i stopionego metalu, powodując zjawisko rozprysków i wpływając na jakość spawania.Krzem jest dobrym odtleniaczem.Przy stosowaniu odtleniania aluminium dodaje się pewną ilość krzemu, co może znacznie poprawić szybkość odtleniania.W stali znajduje się pewna ilość krzemu, który jest wprowadzany jako surowiec w procesie produkcji żelaza i stali.We wrzącej stali zawartość krzemu jest ograniczona do <0,07%, jeśli ma być dodany, stop żelazokrzemu jest dodawany przy produkcji stali.
(11) Mangan (Mn)
Mangan jest dobrym środkiem odtleniającym i odsiarczającym.Stal na ogół zawiera pewną ilość manganu, który może wyeliminować lub osłabić kruchość stali na gorąco powodowaną przez siarkę, aby poprawić wydajność obróbki na gorąco stali.
Stały roztwór utworzony przez mangan i żelazo poprawia twardość i wytrzymałość ferrytu i austenitu w stali.Jednocześnie jest pierwiastkiem utworzonym z węglików i wchodzi do cementytu, aby zastąpić niektóre atomy żelaza.Mangan odgrywa rolę w rafinacji perlitu i pośrednio poprawia wytrzymałość stali perlitowej poprzez obniżenie krytycznej temperatury przejścia w stali.Mangan ustępuje jedynie niklowi pod względem zdolności do stabilizacji struktur austenitycznych, a także silnie zwiększa hartowność stali.Wytworzono różnorodne stale stopowe z manganem zawierającym mniej niż 2% i innymi pierwiastkami.
Mangan charakteryzuje się bogatymi zasobami i różnorodną wydajnością i jest szeroko stosowany, np. Stal konstrukcyjna węglowa o wysokiej zawartości manganu, stal sprężynowa.
W wysokowęglowej i wysokomanganowej stali odpornej na zużycie zawartość manganu może osiągnąć 10% ~ 14%.Po obróbce roztworem stałym ma dobrą wytrzymałość.Gdy zostanie odkształcony przez uderzenie, warstwa powierzchniowa zostanie wzmocniona z powodu odkształcenia i ma wysoką odporność na zużycie.
Mangan i siarka tworzą MnS o wyższej temperaturze topnienia, co może zapobiegać zjawisku kruchości na gorąco powodowanej przez FeS.Mangan ma tendencję do zwiększania grubości ziarna i wrażliwości stali na kruchość odpuszczania.Jeśli chłodzenie po wytopieniu i kuciu nie jest odpowiednie, łatwo powstają białe plamy.
(12) Aluminium (Al)
Aluminium jest używane głównie do odtleniania i rafinacji ziaren.Sprzyjają tworzeniu się twardej, odpornej na korozję warstwy azotującej w stali do azotowania.Aluminium może hamować starzenie stali niskowęglowej i poprawiać wytrzymałość stali w niskiej temperaturze.Gdy zawartość jest wysoka, można poprawić odporność na utlenianie i korozję w kwasie utleniającym i gazowym H2S stali, a także można poprawić właściwości elektryczne i magnetyczne stali.Aluminium odgrywa ogromną rolę we wzmacnianiu roztworu w stali, poprawiając odporność na zużycie, wytrzymałość zmęczeniową i właściwości mechaniczne rdzenia stali nawęglonej.
W stopach ogniotrwałych aluminium i nikiel tworzą związki poprawiające wytrzymałość wytopu.Stop aluminium Fe-cr zawierający aluminium ma właściwości prawie stałej odporności i doskonałej odporności na utlenianie w wysokiej temperaturze, co nadaje się do stosowania jako materiały stopowe elektrometalurgiczne i drut oporowy chromowo-aluminiowy.
Gdy niektóre stale są odtleniane, jeśli ilość aluminium jest zbyt duża, spowoduje to nieprawidłową mikrostrukturę i sprzyja skłonności stali do grafityzacji.W stalach ferrytycznych i perlitowych wysoka zawartość aluminium zmniejszy wytrzymałość i wiązkość w wysokiej temperaturze oraz spowoduje pewne trudności w wytapianiu, odlewaniu i innych aspektach.
(13) Miedź (Cu)
Wyjątkową rolą miedzi w stali jest poprawa odporności na korozję atmosferyczną zwykłej stali niskostopowej, zwłaszcza w przypadku stosowania z fosforem, dodatek miedzi może również poprawić stosunek wytrzymałości i plastyczności stali, ale nie ma negatywnego wpływu na spawanie wydajność.Odporność na korozję stali szynowej (U-Cu) zawierającej 0,20% ~ 0,50% miedzi jest 2-5 razy większa niż w przypadku zwykłej szyny węglowej, oprócz odporności na zużycie.
Gdy zawartość miedzi jest większa niż 0,75%, może wytworzyć efekt starzenia się wzmacniający po obróbce roztworem i starzeniu.Przy niskiej zawartości jego działanie jest podobne do niklu, ale słabsze.Większa zawartość jest niekorzystna dla obróbki odkształcania na gorąco i prowadzi do kruchości miedzi podczas obróbki odkształcania na gorąco.Miedź 2%-3% w austenitycznej stali nierdzewnej może wytrzymać korozję kwasu siarkowego, kwasu fosforowego i kwasu solnego oraz stabilność korozji naprężeniowej.
(14) Bor (B)
Główną funkcją boru w stali jest zwiększanie hartowności stali, a tym samym oszczędzanie innych rzadszych metali, a także niklu, chromu, molibdenu itp. W tym celu jego zawartość określa się na ogół w zakresie od 0,001% do 0,005%.Może zastąpić 1,6% niklu, 0,3% chromu lub 0,2% molibdenu.Należy zauważyć, że molibden może zapobiegać lub zmniejszać kruchość odpuszczania, natomiast bor nieznacznie sprzyja tendencji do kruchości odpuszczania, dlatego nie można go całkowicie zastąpić borem.
Stal średniowęglowa z dodatkiem boru, dzięki poprawie hartowności, może znacznie zwiększyć grubość stali po odpuszczaniu o grubości ponad 20 mm, dlatego zamiast 40Cr można zastosować stal 40B i 40MnB, zamiast stali 20Mn2TiB Stal nawęglana 20CrMnTi.Ponieważ jednak rola boru wraz ze wzrostem zawartości węgla w stali i osłabieniem, a nawet zanikiem, przy doborze stali węglowej borowanej należy brać pod uwagę części po nawęglaniu, hartowność warstwy nawęglającej będzie mniejsza niż rdzenia hartowność tej cechy.
Stal sprężynowa jest generalnie wymagana do pełnego hartowania, zwykle powierzchnia sprężyny nie jest duża, korzystne jest zastosowanie stali zawierającej bor.Wpływ boru na stal sprężynową o wysokiej zawartości krzemu podlega znacznym wahaniom, dlatego jest niewygodny w użyciu.
Bor ma silne powinowactwo do azotu i tlenu.Dodanie 0,007% boru do wrzącej stali może wyeliminować zjawisko starzenia stali.
(15) Ziemia rzadka (Re)
Ogólnie rzecz biorąc, pierwiastki ziem rzadkich odnoszą się do układu okresowego pierwiastków o liczbie atomowej od 57 do 71 (15 lantanowców) plus 21 skandu i 39 itru, w sumie 17 pierwiastków.Mają zbliżony charakter i nie da się ich łatwo oddzielić.Nieodseparowane, zwane mieszanymi pierwiastkami ziem rzadkich, są tańsze i mogą poprawić plastyczność i udarność stali kutej walcowanej, zwłaszcza staliwa.Może poprawić odporność na pełzanie stali żaroodpornych elektrotermicznych stopów i nadstopów.
Pierwiastki ziem rzadkich mogą również poprawić odporność stali na utlenianie i korozję.Efekt przeciwutleniający jest czymś więcej niż krzemem, aluminium, tytanem i innymi pierwiastkami.Może poprawić płynność stali, zmniejszyć wtrącenia niemetaliczne i sprawić, że konstrukcja stalowa będzie zwarta i czysta.
Zwykła stal niskostopowa z odpowiednimi pierwiastkami ziem rzadkich ma dobry efekt odtleniania i usuwania siarki, poprawia udarność (zwłaszcza w niskich temperaturach) oraz poprawia właściwości anizotropii.
Pierwiastki ziem rzadkich w stopie aluminium Fe-Cr zwiększają zdolność antyoksydacyjną stopu, utrzymują drobne ziarno stali w wysokiej temperaturze, poprawiają wytrzymałość na wysoką temperaturę, dzięki czemu żywotność stopu do ogrzewania elektrycznego jest znacznie zwiększona.
(16) Azot (N)
Energia azotu jest częściowo wykorzystywana w żelazie, co powoduje wzmocnienie roztworu stałego i poprawę hartowności, ale nie jest to istotne.Ze względu na wytrącanie azotków na granicach ziaren można zwiększyć wytrzymałość granic ziaren w wysokiej temperaturze oraz wytrzymałość na pełzanie stali.W połączeniu z innymi elementami ze stali daje efekt utwardzania wydzieleniowego.Odporność na korozję stali nie jest znacząca, ale azotowanie powierzchni stali nie tylko zwiększa twardość i odporność na zużycie, ale także znacznie poprawia odporność na korozję.Azot resztkowy w stali niskowęglowej może prowadzić do kruchości starzenia.
(17) Siarka (S)
Skrawalność stali można poprawić poprzez zwiększenie zawartości siarki i manganu.W łatwo obrabialnej stali siarka jest dodawana jako korzystny pierwiastek.Siarka jest silnie segregowana w stali.Pogorszenie jakości stali, w wysokich temperaturach, zmniejsza plastyczność stali, jest szkodliwym pierwiastkiem występującym w postaci FeS o niższej temperaturze topnienia.Sam FeS ma temperaturę topnienia tylko 1190 ℃, podczas gdy temperatura eutektyczna kryształu eutektycznego utworzonego z żelazem w stali jest jeszcze niższa, tylko 988 ℃.Gdy stal krzepnie, siarczek żelaza łączy się na granicy ziarna pierwotnego.Gdy stal jest walcowana w temperaturze 1100 ~ 1200 ℃, FeS na granicy ziaren stopi się, co znacznie osłabia siłę wiązania między ziarnami i prowadzi do zjawiska kruchości stali na gorąco, dlatego siarka powinna być ściśle kontrolowana.Ogólnie jest kontrolowany między 0,020% a 0,050%.Aby zapobiec kruchości powodowanej przez siarkę, należy dodać wystarczającą ilość manganu, aby utworzyć MnS o wyższej temperaturze topnienia.Jeśli stal ma duże natężenie przepływu, spawanie spowodowane generowaniem SO2 spowoduje powstawanie porów i rozluźnienie metalu spawanego.
(18) Fosfor (P)
Fosfor ma silny wpływ na wzmocnienie roztworów stałych i hartowanie na zimno stali.Dodanie niskostopowej stali konstrukcyjnej jako pierwiastka stopowego może poprawić jej wytrzymałość i odporność na korozję atmosferyczną, ale zmniejszyć jej wydajność tłoczenia na zimno.Fosfor w połączeniu z siarką i manganem może zwiększyć wydajność cięcia stali, zwiększyć jakość powierzchni przedmiotu obrabianego, ułatwiając cięcie stali, dzięki czemu stal łatwa do cięcia ma również stosunkowo wysoką zawartość fosforu.Fosfor stosowany w ferrycie, chociaż może poprawić wytrzymałość i twardość stali, największą szkodą jest to, że segregacja jest poważna, zwiększa kruchość po odpuszczaniu, znacznie zwiększa plastyczność i twardość stali, co powoduje, że stal w obróbce na zimno jest łatwa do pękania , czyli zjawisko tzw. „zimnej kruchości”.Fosfor ma również niekorzystny wpływ na spawalność.Fosfor jest pierwiastkiem szkodliwym, powinien być ściśle kontrolowany, ogólna zawartość nie przekracza 0,03% ~ 0,04%.
