Kao osnovni materijal moderne industrije, učinak čelika izravno je reguliran kemijskim sastavom. Među njima, ugljik (C), mangan (Mn), silicij (Si), sumpor (S), fosfor (P) pet elemenata mijenjanjem metalurške organizacije, kristalne strukture i distribucije nečistoća, značajno utječu na čvrstoću, žilavost, sposobnost obrade i otpornost na koroziju čelika.
Prvo, elementi ugljika (C): čvrstoća i plastičnost regulatora jezgre
Ugljik je najvažniji legirajući element u čeliku, a njegov sadržaj ima odlučujuću ulogu u svojstvu čelika. U pod-području podeutektičkog čelika (sadržaj ugljika od 0,02% -0,77%), s povećanjem udjela ugljika, broj pougljeničenih čestica u feritnoj matrici, vlačna čvrstoća i tvrdoća linearno su se povećavali, ali su rastezljivost i udarna žilavost značajno smanjene. Kada sadržaj ugljika prijeđe eutektičku točku (0,77%) da bi se formirao peritektički čelik, sužavanje razmaka između lamela perlita dovodi do kontinuiranog povećanja čvrstoće, ali pomak karbida na granicama zrna izaziva rizik od krtosti.
Tipični slučajevi pokazuju da je sadržaj ugljika od 0,45% srednjeg ugljičnog čelika nakon tretmana kaljenja, vlačna čvrstoća do 800MPa, istezanje održavano na 15%; i sadržaj ugljika od 1,2% čelika s visokim udjelom ugljika iako je tvrdoća HRC62, ali udarna žilavost manja je od 10J/cm². Učinkovitost zavarivanja, sadržaj ugljika pri svakom porastu od 0,1%, indeks osjetljivosti na pukotine zavara povećan je za 20%, potrebno je koristiti elektrode s niskim -vodikom i prethodno zagrijati na 150 stupnjeva ili više.
Drugo, element mangana (Mn): prokaljivost i obradivost dvostrukog regulatora u vrućem stanju
Mangan kao slabi karbid-formirajući element, kroz ojačanje čvrste otopine i dvostruki mehanizam kontrole organizacije za poboljšanje performansi čelika. U feritu, atomi mangana zamjenjuju atome željeza kako bi izazvali izobličenje rešetke, granica razvlačenja povećana je za oko 30MPa/%; u austenitu, ekspanzija mangana -faznog područja tako da se kritična temperatura Ac3 povećala za 50-80 stupnjeva, značajno poboljšavajući kaljivost. Eksperimentalni podaci pokazuju da čelik 45 koji sadrži 1,2% mangana može doseći tvrdoću HRC45 nakon kaljenja u vodi, što je 3 razine tvrdoće po Rockwellu više od tvrdoće čelika bez mangana.
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%) dovodi do ogrubljivanja zrna tijekom kaljenja i 40% povećanja indeksa krtosti pri kaljenju, a zaostali austenit treba eliminirati držanjem na 700 stupnjeva. U tipičnim primjenama, čelik 20MnSi s 0,8%-1,2% mangana naširoko se koristi za konstrukcijsku armaturu, a njegova granica razvlačenja je povećana za 25% u usporedbi s čelikom Q235.
Treće, element silicij (Si): sinergistički pojačivač jačanja čvrste otopine i otpornosti na koroziju
Kao snažan feritni -element, silicij poboljšava svojstva čelika kroz dvostruki mehanizam ojačanja čvrste otopine i površinskog oksidnog filma. U feritu, radijus atoma silicija je 11% veći od polumjera atoma željeza, što izaziva izobličenje rešetke kako bi se povećala granica razvlačenja za oko 50MPa/%. Eksperimenti površinske oksidacije pokazuju da sadržaj silicija od 1,5% čelika oksidira na 800 stupnjeva tijekom 24 sata, debljina oksidnog filma je 60% manja od običnog čelika, zahvaljujući stvaranju gustog zaštitnog sloja SiO₂.
Što se tiče obradivosti, sadržaj silicija veći od 0,8% povećava otpornost na hladnu deformaciju za 20%, što zahtijeva više-proces s malim volumenima deformacije. Tipične primjene, sadržaj silicija od 0,2% -0,5% 40SiMn čelika koji se koristi u proizvodnji automobilskih klipnjača, njegov vijek trajanja od običnog ugljičnog čelika povećan je 1,5 puta; sadržaj silicija od 15% -20% lijevanog željeza s visokim sadržajem silicija u sumpornoj kiselini srednja brzina korozije<0.1mm / a, become the preferred material for corrosion-resistant parts of chemical equipment.
Četvrto, elementi sumpora (S): vruća radna izvedba nevidljivog razarača
Sumpor u obliku FeS inkluzija u granicama čeličnih zrna, njegova se šteta uglavnom ogleda u toplinskoj obradi i zavarivanju dvije scene. FeS i Fe nastali talištem ko-kristala od samo 988 stupnjeva, kada se čelik zagrije na 1150 stupnjeva, granice zrna na tekućem FeS dovode do pada lokalne čvrstoće, sklone toplinskom pucanju. Eksperimentalni podaci pokazuju da je sadržaj sumpora od 0,05% čelika u procesu kontinuiranog lijevanja, učestalost toplinskog pucanja stopa 5 puta veća od sadržaja sumpora od 0,01%.
Što se tiče performansi zavarivanja, plin SO₂ koji nastaje reakcijom između sumpora i kisika stvara pore u zavarivanju, smanjujući efektivnu površinu poprečnog-presjeka metala zavarivanja za 30%. Tipični slučajevi pokazuju da je sadržaj sumpora od 0,08% čelika Q235 u ručnom elektrolučnom zavarivanju, udarna žilavost metala zavara manja od 8J/cm², samo 1/3 osnovnog materijala. moderni proces proizvodnje čelika dodavanjem elemenata rijetke zemlje za stvaranje sulfida s visokom talištem, indeks opasnosti od sumpora smanjen je za 70%.
Pet, elementi fosfora (P): otpornost na niske-temperature smrtonosnog ubojice
Fosfor u feritnoj čvrstoj tvari ima topljivost od 0,9%, njegov atomski radijus je 14% veći od atoma željeza, što izaziva ozbiljno izobličenje rešetke. Eksperimentalni podaci pokazuju da je sadržaj fosfora od 0,1% u čeliku na -20 stupnjeva kada je udarna žilavost 65% niža od normalne temperature, što proizlazi iz atoma fosfora u {100} kristalnoj ravnini formiranja pristranosti Kirchnerovih klastera plina na dislokacijskom kretanju učinka pričvršćivanja. Eksperimenti krhkosti pri niskim temperaturama pokazuju da čelik s 0,15% sadržaja fosfora prolazi kroz dekonvolucijski lom na -40 stupnjeva, s lomom karakteriziranim tipičnim ikosaedarskim značajkama.
Što se tiče obradivosti rezanja, sinergistički učinak fosfora i sumpora rezultirao je smanjenjem sila rezanja za 20% i povećanjem vijeka trajanja alata za 1,5-puta. U tipičnim primjenama, čelik za slobodno rezanje 1215 s udjelom fosfora od 0,08%-0,15% naširoko se koristi za preciznu strojnu obradu dijelova, s hrapavošću površine do Ra0,8 μm. Međutim, treba napomenuti da se s udjelom fosfora većim od 0,12 % stopa korozije čelika u morskom okolišu povećava za faktor 3, što je potrebno inhibirati dodavanjem bakrenih elemenata kako bi se stvorio zaštitni film.
