Essendo il materiale di base dell'industria moderna, le prestazioni dell'acciaio sono direttamente regolate dalla composizione chimica. Tra questi, carbonio (C), manganese (Mn), silicio (Si), zolfo (S), fosforo (P) sono cinque elementi che modificano l'organizzazione metallurgica, la struttura cristallina e la distribuzione delle impurità, influenzando significativamente la resistenza, la tenacità, la lavorabilità e la resistenza alla corrosione dell'acciaio.
Innanzitutto, gli elementi di carbonio (C): resistenza e plasticità del nucleo regolatore
Il carbonio è l'elemento di lega più importante nell'acciaio e il suo contenuto ha un ruolo decisivo nelle prestazioni dell'acciaio. Nell'intervallo dell'acciaio sub-eutettico (contenuto di carbonio pari a 0,02% -0,77%), con l'aumento del contenuto di carbonio, il numero di particelle cementate nella matrice di ferrite, la resistenza alla trazione e la durezza sono aumentate in modo lineare, ma l'allungamento e la resistenza all'urto sono diminuite in modo significativo. Quando il contenuto di carbonio supera il punto eutettico (0,77%) per formare un acciaio peritettico, il restringimento della spaziatura tra le lamelle di perlite porta ad un continuo aumento della resistenza, ma la polarizzazione del carburo ai bordi del grano innesca il rischio di fragilità.
Casi tipici mostrano che il contenuto di carbonio dello 0,45% dell'acciaio al carbonio medio dopo il trattamento di rinvenimento, resistenza alla trazione fino a 800 MPa, allungamento mantenuto al 15%; e un contenuto di carbonio pari all'1,2% dell'acciaio ad alto tenore di carbonio nonostante la durezza di HRC62, ma la resistenza all'urto è inferiore a 10J/cm². Prestazioni di saldatura, contenuto di carbonio di ciascun aumento dello 0,1%, indice di sensibilità alle crepe di saldatura aumentato del 20%, necessità di utilizzare elettrodi a basso-idrogeno e preriscaldare a 150 gradi o più.
Secondo, elemento manganese (Mn): temprabilità e lavorabilità a caldo del doppio regolatore
Il manganese come carburo debole-che forma elementi, attraverso il rafforzamento della soluzione solida e il doppio meccanismo di controllo dell'organizzazione per migliorare le prestazioni dell'acciaio. Nella ferrite, gli atomi di manganese sostituiscono gli atomi di ferro per innescare la distorsione del reticolo, la resistenza allo snervamento aumenta di circa 30 MPa/%; nell'austenite, espansione del manganese della regione della fase - in modo che la temperatura critica di Ac3 aumentasse di 50-80 gradi, migliorando significativamente la temprabilità. I dati sperimentali mostrano che l'acciaio 45 contenente l'1,2% di manganese può raggiungere la durezza HRC45 dopo la tempra in acqua, che è 3 livelli di durezza Rockwell superiore a quello dell'acciaio senza manganese.
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%) porta all'ingrossamento del grano durante il rinvenimento e ad un aumento del 40% dell'indice di fragilità del rinvenimento, e l'austenite residua deve essere eliminata mantenendola a 700 gradi. Nelle applicazioni tipiche, l'acciaio 20MnSi con 0,8%-1,2% di manganese è ampiamente utilizzato per le armature da costruzione e il suo limite di snervamento è aumentato del 25% rispetto all'acciaio Q235.
In terzo luogo, l'elemento silicio (Si): potenziatore sinergico del rafforzamento della soluzione solida e della resistenza alla corrosione
Essendo un forte elemento che forma ferrite-, il silicio migliora le proprietà dell'acciaio attraverso il doppio meccanismo di rafforzamento della soluzione solida e della pellicola di ossido superficiale. Nella ferrite, il raggio degli atomi di silicio è maggiore dell'11% rispetto a quello degli atomi di ferro, il che innesca la distorsione del reticolo per aumentare la resistenza allo snervamento di circa 50 MPa/%. Gli esperimenti di ossidazione superficiale mostrano che il contenuto di silicio pari all'1,5% dell'acciaio ossidato a 800 gradi per 24 ore, lo spessore della pellicola di ossido è inferiore del 60% rispetto all'acciaio normale, grazie alla formazione di uno strato protettivo denso di SiO₂.
In termini di lavorabilità, un contenuto di silicio superiore allo 0,8% aumenta la resistenza alla deformazione a freddo del 20%, richiedendo un processo multi-passaggio con piccoli volumi di deformazione. Applicazioni tipiche, contenuto di silicio pari allo 0,2% -0,5% dell'acciaio 40SiMn utilizzato nella produzione di bielle per autoveicoli, la sua durata alla fatica rispetto al normale acciaio al carbonio aumenta di 1,5 volte; contenuto di silicio del 15% -20% di ghisa ad alto contenuto di silicio in acido solforico tasso di corrosione medio<0.1mm / a, become the preferred material for corrosion-resistant parts of chemical equipment.
In quarto luogo, gli elementi di zolfo (S): prestazioni di funzionamento a caldo del distruttore invisibile
Zolfo sotto forma di inclusioni di FeS nei bordi dei grani di acciaio, il suo danno si riflette principalmente nel trattamento termico e nella saldatura di due scene. FeS e Fe formati dal punto di fusione del co-cristallo di soli 988 gradi, quando l'acciaio viene riscaldato a 1150 gradi, i bordi dei grani del FeS liquido portano a un calo della resistenza locale, soggetto a cracking termico. I dati sperimentali mostrano che il contenuto di zolfo dello 0,05% dell'acciaio nel processo di colata continua, l'incidenza del tasso di cracking termico è 5 volte superiore al contenuto di zolfo dello 0,01%.
In termini di prestazioni di saldatura, il gas SO₂ generato dalla reazione tra zolfo e ossigeno forma pori nella saldatura, riducendo l'effettiva area della sezione trasversale-del metallo saldato del 30%. Casi tipici mostrano che il contenuto di zolfo dello 0,08% dell'acciaio Q235 nella saldatura ad arco manuale, la resistenza all'urto del metallo saldato è inferiore a 8J/cm², solo 1/3 del materiale di base. moderno processo di produzione dell'acciaio aggiungendo elementi di terre rare per formare un alto punto di fusione del solfuro, l'indice di pericolo dello zolfo ridotto del 70%.
Cinque, elementi fosforo (P): resistenza alle basse-temperature del killer fatale
Il fosforo nella ferrite ha una solubilità solida dello 0,9%, il suo raggio atomico è del 14% più grande dell'atomo di ferro, innescando una grave distorsione del reticolo. I dati sperimentali mostrano che il contenuto di fosforo dello 0,1% dell'acciaio a -20 gradi quando la resistenza all'impatto è inferiore del 65% rispetto alla temperatura normale, che deriva dagli atomi di fosforo nel {100} piano cristallino che distorcono la formazione di cluster di gas di Kirchner sul movimento di dislocazione dell'effetto di blocco. Esperimenti di infragilimento a bassa temperatura mostrano che l'acciaio con un contenuto di fosforo dello 0,15% subisce una frattura deconvoluta a -40 gradi, con una frattura caratterizzata dalle tipiche caratteristiche icosaedriche.
In termini di lavorabilità al taglio, l'effetto sinergico di fosforo e zolfo ha comportato una riduzione del 20% delle forze di taglio e un aumento di 1,5-volte della durata dell'utensile. Nelle applicazioni tipiche, l'acciaio automatico 1215 con un contenuto di fosforo dello 0,08%-0,15% è ampiamente utilizzato per la lavorazione di pezzi di precisione, con una rugosità superficiale fino a Ra0,8 μm. Da notare però che con un contenuto di fosforo superiore allo 0,12% aumenta di un fattore 3 la velocità di corrosione dell'acciaio in ambiente marino, che necessita di essere inibita mediante l'aggiunta di elementi di rame per formare una pellicola protettiva.
