Die Rolle von Legierungselementen in Stahl (zwei)

(9) Kobalt

Kobalt wird hauptsächlich in Spezialstählen und Legierungen verwendet.Hochgeschwindigkeitsstahl, der Kobalt enthält, hat eine hohe Hochtemperaturhärte, und Molybdän kann gleichzeitig zu martensitischem Alterungsstahl hinzugefügt werden, um eine ultrahohe Härte und gute umfassende mechanische Eigenschaften zu erhalten.Darüber hinaus ist Kobalt ein wichtiges Legierungselement in warmfesten Stählen und Magnetwerkstoffen.

Kobalt verringert die Härtbarkeit von Stahl, sodass die Zugabe von Kohlenstoffstahl allein die mechanischen Gesamteigenschaften von gehärtetem Stahl verringert.Kobalt kann Ferrit verstärken, und wenn es zu Kohlenstoffstahl hinzugefügt wird, kann es die Härte, Streckgrenze und Zugfestigkeit von Stahl im geglühten oder normalisierten Zustand verbessern und hat eine nachteilige Wirkung auf die Dehnung und die Querschnittsschrumpfung.Die Schlagzähigkeit nimmt mit zunehmendem Kobaltgehalt ab.Kobalt wird wegen seiner Oxidationsbeständigkeit in hitzebeständigen Stählen und Legierungen verwendet.Gasturbinen aus Kobaltlegierungen zeigen ihre einzigartige Rolle.

(10) Silizium (Si)

Silizium kann in Ferrit und Austenit gelöst werden, um die Härte und Festigkeit von Stahl zu verbessern, seine Rolle ist nur von Phosphor übertroffen und stärker als Mangan, Nickel, Chrom, Wolfram, Molybdän, Vanadium und andere Elemente.Wenn der Siliziumgehalt jedoch 3 % übersteigt, werden die Duktilität und Zähigkeit des Stahls deutlich reduziert.Silizium kann die Elastizitätsgrenze, die Streckgrenze und das Streckgrenzenverhältnis (σs/σb) und die Ermüdungsfestigkeit und das Ermüdungsverhältnis (σ-1/σb) von Stahl verbessern.Aus diesem Grund kann als Federstahl Silizium- oder Silizium-Mangan-Stahl verwendet werden.

Silizium kann die Dichte, Wärmeleitfähigkeit und elektrische Leitfähigkeit von Stahl verringern.Kann die Vergröberung des Ferritkorns fördern und die Koerzitivfeldstärke verringern.Es hat die Tendenz, die Anisotropie des Kristalls zu verringern, so dass die Magnetisierung einfach ist, die Reluktanz verringert wird und es zur Herstellung von Elektrostahl verwendet werden kann, sodass der magnetische Blockverlust des Siliziumstahlblechs gering ist.Silizium kann die magnetische Leitfähigkeit von Ferrit verbessern, so dass das Stahlblech unter einem schwachen Magnetfeld eine höhere magnetische Empfindlichkeit aufweist.Silizium verringert jedoch die magnetische Empfindlichkeit von Stahl unter einem starken Magnetfeld.Silizium hat eine starke Desoxidation, die den magnetischen Alterungseffekt von Eisen reduziert.

Wenn der siliziumhaltige Stahl in der oxidierenden Atmosphäre erhitzt wird, bildet sich auf der Oberfläche eine SiO2-Schicht, wodurch die Oxidationsbeständigkeit des Stahls bei hohen Temperaturen verbessert wird.

Silizium kann das säulenförmige Kristallwachstum fördern und die Plastizität in Gussstahl verringern.Kühlt der Siliziumstahl beim Erhitzen schneller ab, ist der Temperaturunterschied zwischen Innen- und Außenseite des Stahls aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit groß und damit der Bruch.

Silizium kann die Schweißbarkeit von Stahl beeinträchtigen.Da Silizium bei der Verbindung mit Sauerstoff stärker als Eisen ist, ist es beim Schweißen leicht, Silikate mit niedrigem Schmelzpunkt zu erzeugen, was die Fließfähigkeit von geschmolzener Schlacke und geschmolzenem Metall erhöht, was zu Spritzerphänomenen führt und die Schweißqualität beeinträchtigt.Silizium ist ein gutes Desoxidationsmittel.Bei der Verwendung der Aluminium-Desoxidation wird eine gewisse Menge an Silizium hinzugefügt, was die Desoxidationsrate erheblich verbessern kann.Stahl enthält eine gewisse Menge Silizium, das als Rohstoff bei der Herstellung von Eisen und Stahl eingebracht wird.In siedendem Stahl ist Silizium auf <0,07 %, wenn die Zugabe beabsichtigt ist, Ferrosiliziumlegierung wird bei der Stahlherstellung zugesetzt.

(11) Mangan (Mn)

Mangan ist ein gutes Desoxidationsmittel und Entschwefelungsmittel.Stahl enthält im Allgemeinen eine gewisse Menge an Mangan, das die durch Schwefel verursachte Warmsprödigkeit von Stahl beseitigen oder schwächen kann, um die Warmumformbarkeit von Stahl zu verbessern.

Die aus Mangan und Eisen gebildete feste Lösung verbessert die Härte und Festigkeit von Ferrit und Austenit in Stahl.Gleichzeitig ist es ein aus Carbiden gebildetes Element und tritt in den Zementit ein, um einige Eisenatome zu ersetzen.Mangan spielt eine Rolle bei der Raffination von Perlit und verbessert indirekt die Festigkeit von Perlitstahl, indem es die kritische Übergangstemperatur im Stahl senkt.Mangan stabilisiert nach Nickel an zweiter Stelle austenitische Strukturen und erhöht zudem die Härtbarkeit von Stahl stark.Eine Vielzahl von legierten Stählen wurde mit Mangan hergestellt, das weniger als 2 % und andere Elemente enthält.

Mangan hat die Eigenschaften von reichen Ressourcen und vielfältiger Effizienz und ist weit verbreitet, wie z. B. Kohlenstoffbaustahl mit hohem Mangangehalt, Federstahl.

In verschleißfestem Stahl mit hohem Kohlenstoff- und Mangangehalt kann der Mangangehalt 10 % ~ 14 % erreichen.Nach der Festlösungsbehandlung hat es eine gute Zähigkeit.Wenn es durch Schlag verformt wird, wird die Oberflächenschicht aufgrund der Verformung verstärkt und hat eine hohe Verschleißfestigkeit.

Mangan und Schwefel bilden MnS mit höherem Schmelzpunkt, wodurch das durch FeS verursachte Phänomen der Heißsprödigkeit verhindert werden kann.Mangan hat die Tendenz, die Kornvergröberung und Anlassversprödungsempfindlichkeit von Stahl zu erhöhen.Wenn das Abkühlen nach dem Schmelzen und Schmieden nicht richtig ist, können leicht weiße Flecken entstehen.

(12) Aluminium (Al)

Aluminium wird hauptsächlich zum Desoxidieren und Verfeinern von Körnern verwendet.Förderung der Bildung einer harten, korrosionsbeständigen Nitrierschicht im Nitrierstahl.Aluminium kann die Alterung von kohlenstoffarmem Stahl hemmen und die Zähigkeit von Stahl bei niedriger Temperatur verbessern.Wenn der Gehalt hoch ist, können die Oxidationsbeständigkeit und die Korrosionsbeständigkeit in oxidierender Säure und H2S-Gas von Stahl verbessert werden, und die elektrischen und magnetischen Eigenschaften von Stahl können verbessert werden.Aluminium spielt eine große Rolle bei der Lösungsverfestigung in Stahl und verbessert die Verschleißfestigkeit, Ermüdungsfestigkeit und die mechanischen Kerneigenschaften von aufgekohltem Stahl.

In feuerfesten Legierungen bilden Aluminium und Nickel Verbindungen, um die Schmelzfestigkeit zu verbessern.Eine aluminiumhaltige Fe-Cr-Aluminiumlegierung hat die Eigenschaften eines nahezu konstanten Widerstands und einer ausgezeichneten Oxidationsbeständigkeit bei hoher Temperatur, die zur Verwendung als elektrometallurgische Legierungsmaterialien und als Chrom-Aluminium-Widerstandsdraht geeignet ist.

Wenn einige Stähle desoxidiert werden und die Menge an Aluminium zu groß ist, erzeugt dies eine anormale Mikrostruktur und fördert die Graphitisierungsneigung des Stahls.In ferritischen und perlitischen Stählen verringert ein hoher Aluminiumgehalt die Hochtemperaturfestigkeit und Zähigkeit und bringt einige Schwierigkeiten beim Schmelzen, Gießen und anderen Aspekten mit sich.

(13) Kupfer (Cu)

Die herausragende Rolle von Kupfer in Stahl besteht darin, die atmosphärische Korrosionsbeständigkeit von gewöhnlichem niedriglegiertem Stahl zu verbessern, insbesondere wenn es mit Phosphor verwendet wird. Die Zugabe von Kupfer kann auch die Festigkeit und das Streckgrenzenverhältnis von Stahl verbessern, hat jedoch keine nachteiligen Auswirkungen auf das Schweißen Leistung.Die Korrosionsbeständigkeitslebensdauer des Schienenstahls (U-Cu) mit 0,20 % ~ 0,50 % Kupfer beträgt zusätzlich zur Verschleißfestigkeit das 2- bis 5-fache der gewöhnlichen Kohlenstoffschiene.

Wenn der Kupfergehalt mehr als 0,75 % beträgt, kann nach der Lösungsbehandlung und dem Altern eine alterungsverstärkende Wirkung erzielt werden.Bei niedrigem Gehalt ist seine Wirkung ähnlich wie bei Nickel, aber schwächer.Wenn der Gehalt höher ist, ist dies ungünstig für die Heißverformungsverarbeitung und führt zu Kupfersprödigkeit während der Heißverformungsverarbeitung.Das 2%-3% Kupfer in austenitischem Edelstahl kann der Korrosion von Schwefelsäure, Phosphorsäure und Salzsäure und der Stabilität von Spannungskorrosion widerstehen.

(14) Bor (B)

Die Hauptfunktion von Bor in Stahl besteht darin, die Härtbarkeit von Stahl zu erhöhen und damit andere seltenere Metalle sowie Nickel, Chrom, Molybdän usw. einzusparen. Zu diesem Zweck wird sein Gehalt im Allgemeinen im Bereich von 0,001 % bis 0,005 % angegeben.Es kann 1,6 % Nickel, 0,3 % Chrom oder 0,2 % Molybdän ersetzen.Dabei ist zu beachten, dass Molybdän Anlassversprödung verhindern bzw. verringern kann, während Bor die Anlassversprödung leicht fördert, also nicht vollständig durch Bor ersetzt werden kann.

Kohlenstoffstahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt und Bor kann aufgrund der Verbesserung der Härtbarkeit die Dicke von mehr als 20 mm Stahl erreichen, nachdem die Anlassleistung stark verbessert wurde. Daher können 40B- und 40MnB-Stahl anstelle von 40Cr, 20Mn2TiB-Stahl verwendet werden 20CrMnTi aufgekohlter Stahl.Aber da die Rolle von Bor mit der Erhöhung des Kohlenstoffgehalts im Stahl schwächer wird oder sogar verschwindet, bei der Auswahl von boriertem Kohlenstoffstahl, müssen die Teile nach dem Aufkohlen berücksichtigt werden, die Härtbarkeit der Aufkohlungsschicht ist geringer als die des Kerns die Härtbarkeit dieser Funktion.

Federstahl muss im Allgemeinen vollständig abgeschreckt sein, normalerweise ist die Federfläche nicht groß, die Verwendung von borhaltigem Stahl ist vorteilhaft.Die Wirkung von Bor auf Federstahl mit hohem Siliziumgehalt schwankt stark, so dass es unbequem zu verwenden ist.

Bor hat eine starke Affinität zu Stickstoff und Sauerstoff.Die Zugabe von 0,007 % Bor zum siedenden Stahl kann das Alterungsphänomen des Stahls beseitigen.

(15) Seltene Erden (Re)

Im Allgemeinen beziehen sich Seltenerdelemente auf das Periodensystem der Elemente mit Ordnungszahlen von 57 bis 71 (15 Lanthanide) plus 21 Scandium und 39 Yttrium, insgesamt 17 Elemente.Sie sind nahe in der Natur und können nicht leicht getrennt werden.Die ungetrennten, sogenannten gemischten seltenen Erden, sind billiger und können die Plastizität und Schlagzähigkeit von geschmiedetem Walzstahl, insbesondere von Stahlguss, verbessern.Es kann die Kriechfestigkeit von hitzebeständigen elektrothermischen Stahllegierungen und Superlegierungen verbessern.

Seltenerdelemente können auch die Oxidationsbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit von Stahl verbessern.Die antioxidative Wirkung ist mehr als Silizium, Aluminium, Titan und andere Elemente.Es kann die Fließfähigkeit von Stahl verbessern, nichtmetallische Einschlüsse reduzieren und die Stahlstruktur kompakt und rein machen.

Gewöhnlicher niedriglegierter Stahl mit geeigneten Seltenerdelementen hat eine gute Desoxidations- und Schwefelentfernungswirkung, verbessert die Schlagzähigkeit (insbesondere Tieftemperaturzähigkeit) und verbessert die Anisotropieeigenschaften.

Seltenerdelemente in der Fe-Cr-Aluminiumlegierung erhöhen die antioxidative Kapazität der Legierung, erhalten die Feinkörnigkeit des Stahls bei hoher Temperatur aufrecht, verbessern die Hochtemperaturfestigkeit, so dass die Lebensdauer der elektrischen Heizlegierung erheblich verlängert wird.

(16) Stickstoff (N)

Stickstoffenergie wird teilweise in Eisen verwendet, was die Wirkung einer Mischkristallverfestigung und Verbesserung der Härtbarkeit hat, aber es ist nicht signifikant.Durch die Ausscheidung von Nitriden an Korngrenzen kann die Hochtemperaturfestigkeit von Korngrenzen erhöht und die Kriechfestigkeit von Stahl erhöht werden.Kombiniert mit anderen Elementen in Stahl, Ausscheidungshärtungseffekt.Die Korrosionsbeständigkeit von Stahl ist nicht signifikant, aber das Oberflächennitrieren von Stahl erhöht nicht nur die Härte und Verschleißfestigkeit, sondern verbessert auch die Korrosionsbeständigkeit erheblich.Reststickstoff in kohlenstoffarmem Stahl kann zu Alterungssprödigkeit führen.

(17) Schwefel (S)

Die Bearbeitbarkeit von Stahl kann durch Erhöhung des Schwefel- und Mangangehalts verbessert werden.Dem leicht zerspanbaren Stahl wird Schwefel als förderliches Element zugesetzt.Schwefel ist in Stahl stark entmischt.Die Verschlechterung der Stahlqualität bei hohen Temperaturen verringert die Plastizität des Stahls und ist ein schädliches Element, das in Form von FeS mit niedrigerem Schmelzpunkt vorliegt.FeS allein hat einen Schmelzpunkt von nur 1190℃, während die eutektische Temperatur des mit Eisen in Stahl gebildeten eutektischen Kristalls sogar noch niedriger ist, nämlich nur 988℃.Beim Erstarren des Stahls koalesziert das Eisensulfid an der Primärkorngrenze.Wenn der Stahl bei 1100 ~ 1200 ℃ gewalzt wird, schmilzt das FeS an der Korngrenze, was die Bindungskraft zwischen den Körnern stark schwächt und zum Heißsprödigkeitsphänomen des Stahls führt, daher sollte der Schwefel streng kontrolliert werden.Im Allgemeinen wird es zwischen 0,020 % und 0,050 % geregelt.Um eine durch Schwefel verursachte Versprödung zu verhindern, sollte genügend Mangan zugesetzt werden, um MnS mit einem höheren Schmelzpunkt zu bilden.Wenn der Stahl eine hohe Durchflussrate enthält, führt das Schweißen aufgrund der Erzeugung von SO2 zu Poren und losem Schweißmetall.

(18) Phosphor (P)

Phosphor hat eine starke Wirkung auf die Mischkristallverfestigung und die Kalthärtung von Stahl.Die Zugabe von niedrig legiertem Baustahl als Legierungselement kann seine Festigkeit und Beständigkeit gegen atmosphärische Korrosion verbessern, aber seine Kaltprägeleistung verringern.Phosphor in Kombination mit Schwefel und Mangan kann die Schneidleistung von Stahl erhöhen, die Oberflächenqualität des Werkstücks erhöhen, für leicht zu schneidenden Stahl, daher hat leicht zu schneidender Stahl auch einen relativ hohen Phosphorgehalt.Phosphor, der in Ferrit verwendet wird, obwohl er die Festigkeit und Härte von Stahl verbessern kann, besteht der größte Schaden darin, dass die Segregation schwerwiegend ist, die angelassene Sprödigkeit erhöht, die Plastizität und Zähigkeit von Stahl erheblich erhöht, was dazu führt, dass Stahl bei der Kaltverarbeitung leicht zu knacken ist , nämlich das Phänomen der sogenannten "Kältesprödigkeit".Phosphor wirkt sich auch nachteilig auf die Schweißbarkeit aus.Phosphor ist ein schädliches Element, sollte streng kontrolliert werden, der allgemeine Gehalt beträgt nicht mehr als 0,03% ~ 0,04%.