Introduktion till element i stål
Mangan (MN)
Mangan används för att deoxidera ferromanganeser i ståltillverkning och förblir i stål. Mangan kan ta bort FEO i stål, förbättra stålkvaliteten och minska sprödheten hos stål. Mangan och vulkanisering kombineras för att bilda MNS, eliminera den skadliga effekten av svavel och förbättra den heta arbetsprestanda för stål. Manganens innehåll i kolstål styrs vanligtvis mellan 0,25 och 0,80%. Mangan kan lösas i ferrit för att bilda manganferrit, som spelar rollen som stärkande ferrit. Mangan kan också lösas i Fe3C för att bilda legeringscementering, vilket förbättrar styrkan hos kolstål. Mangan är ett gynnsamt föroreningselement, och en liten mängd mangan har ingen signifikant effekt på prestandan av stål.
Kisel (SI)
Kisel tillsätts också till stålet som en deoxidator. Innehållet av kisel i kolstål styrs vanligtvis mellan 0,03-0,4%, och det mesta är upplöst i ferrit, och bildar kiselferrit, som spelar rollen som stärker ferrit och förbättrar stålens styrka och hårdhet. Men plastisitet och seghet har minskat. Bristen på kisel har ingen signifikant effekt på stålets egenskaper.
Svavel (er)
Sulfur is brought into steel by ore and fuel in steelmaking, sulfur is insoluble in iron, and the form of different FeS exists, FeS and Fe can form a melting point of 985℃ eutectic, and are distributed on the grain boundaries of austenite when the steel is rolled and forged at 1000-1200℃, will melt the eutectic crystal on the grain boundaries, is the steel brittle, this Fenomen kallas termisk sprödhet, svavel är en skadlig förorening, så kolinnehållet i stål måste kontrolleras strikt. Den skadliga effekten av svavel kan elimineras genom att öka MN -innehållet i stålet. Eftersom mangan och svavel kan bilda MN: er med en smältpunkt på 1620 ℃, har MNS en viss plasticitet vid höga temperaturer, så den termiska sprödheten hos stål kan undvikas.
Fosfor (P)
Fosfor införs i stål från malm, där det är helt upplöst i ferrit, vilket förbättrar ferritens styrka och hårdhet. Men samtidigt sjunker plasticiteten hos stål vid rumstemperatur kraftigt och blir spröd. Detta fenomen kallas kall sprödhet. Fosfor är också en skadlig förorening, och dess innehåll i stål måste kontrolleras strikt.
Metallografisk struktur i stål
Ferrit: Den interstitiella fasta lösningen av kol i a-FE kallas ferrit. Det representeras ofta av symbolen F (eller α). Ferrit har en kroppscentrerad kubisk struktur, och dess förmåga att lösa upp kol är dålig på grund av dess lilla gap. Vid 727 ℃ är det maximala upplösta kolinnehållet 0,0218%. Med minskningen av temperaturen minskar det upplösta kolinnehållet gradvis, och vid rumstemperatur är det upplösta kolhalten endast 0,0008%. Ferrit har låg styrka, Δσb är 180-280 mn/m2, Hb är cirka 80, men den har god duktilitet, 5 är 50%.
Austenitic: Den interstitiella fasta lösningen av kol som bildas i gamma-fe kallas dess. Det representeras ofta av symbolen A (eller y). Austenite har en ansiktscentrerad kubisk gitterstruktur. På grund av dess stora effektiva gittergap är dess kollöslighet relativt hög. Den maximala kollösligheten vid 1148 ℃ är 2,11%, vilket gradvis minskar med minskningen av temperaturen och når 0,77% vid 727 ℃. De mekaniska egenskaperna hos austenit beror på mängden upplöst kol och storleken på ett korn. Generellt sett är hårdheten hos austenit 170-220 hbs, förlängningen av 5 är 40-50%, och austenit finns i det fasta temperaturområdet över 727 ℃. Austenit är benägen att plastformning.
Cementit (cementit): C och Fe -förening (Fe3C) känd som cementit, kolinnehållet på 6,69%, smältpunkten för cementit är 1227 ℃, dess hårdhet är mycket hög, cirka 800HB, plast och påverkan är nästan noll, brittleness är stor, så det kan inte användas eftersom matrixfasen är den huvudsakliga styrkan. Cementit är en metastabil fas. Under vissa förhållanden kommer det att sönderdelas och bilda grafitfritt kol.
Martensit: Användningen av en snabb kylningsmetod, på grund av graden av underkylning, järn- och kolatomer kan inte spridas, kan austenit bara vara genom icke-diffuserad gitterskjuvning, det finns y-Fe ansiktscentrerat kubiskt gitter omskjutet till a-Fe-kroppscentrerad kubisk gitter. Denna austenit förvandlas direkt till en mättad alfasolid lösning som innehåller kol, kallad martensit.
Kornstorleken på austenit och dess påverkande faktorer
Den austenitiska kornstorleken på stål har ett stort inflytande på mikrostrukturen och egenskaperna efter kylning. Ju finare kornstorlek på austenit, desto finare struktur efter kylning, och desto bättre styrkan, plasticitet och seghet. Därför är det av stor betydelse att få fina austenitkorn genom värmebehandling för arbetsstyckets slutliga prestanda och kvalitet.
Ju högre temperatur på austenitisering, desto tydligare är kornstorlekstillväxten för stål. Vid en viss temperatur, ju längre hålltiden, desto gynnsammare är tillväxten av austenitkorn.
Korntillväxttendensen ökar med ökningen av kolinnehållet i stålet. Men när cementiten är i den austenitiska korngränsen kommer den att hindra austenitkorntillväxt.
Förutom Mn ökar P och andra element tendensen för austenitkorntillväxt, andra element som bildar karbidelement (Ti, NB, Zb, etc.), som bildar oxider och nitrider (såsom Al), när de bildar föreningar som är fördelade i austenitkorngränser, kommer att hindra austenitkorntillväxt till varierande deges.
Legeringselementen som vanligtvis tillsattes i legeringsstål är Mn, Si, Cr, MO, W, V, Ti, Nb, Ni, AL, och så vidare. Bland dem kan Ni, Si, AL och andra element inte bilda föreningar med kol. Element som NB, Ti, V, W, MO, CR och Mn kan bilda föreningar med kol. Legeringselement finns i olika former i stål. Därför är stålens huvudroll också annorlunda. Huvudrollen har följande aspekter:
När stålens styrka ökas upplöses elementen som inte kan bilda karbid huvudsakligen i ferrit för att bilda legeringsferrit, och den fasta lösningen stärks. Karbidbildande element bildar legering karbid med kol, som har högre hårdhet och större spridningsförstärkande effekt. Vilket element som tillsätts till stålet ökar dess styrka.
Förbättra härdbarhet Utöver CO, de flesta legeringselement som läggs till stål, bromsa nedbrytningen av superkyld austenit, så att C -kurvan till höger, minska den kritiska kylningshastigheten, förbättra hålbarheten för stål, (Ni, CR, CO) Detta är en av de viktigaste ändamålen för legeringselement som läggs till stål. Men det bör påpekas att denna effekt endast kan uppnås när de legeringselementen löses till austenit.
Förhindra tillväxt av austenitkorn Förutom Mn, är legeringens austenitkorntillväxt tendens liten, särskilt karbiden som genereras av de starka karbidbildande elementen (Ti, V, Zr, NB, etc.) kan starkt förhindra att austenitkorntillväxten och därmed spela rollen att förädla spannmål.
Öka stålens härdningsstabilitet. Stålens motstånd mot mjukningsprocessen under härdning kallas härdningsstabilitet. Många legeringselement kan öka och bromsa temperaturen på karbidutfällning och återstående austenitnedbrytning i martensit. Jämfört med kolstål har därför legeringsstål högre hårdhet och styrka när den härdas vid samma temperatur. Tvärtom, när man tempererar till samma hårdhet, är temperaturstemperaturen på legeringsstål hög, så dess inre stress eliminering är mer grundlig och plasticitet och seghet är högre. Karbidbildande element CR, MO, NB och V har starka effekter på härdningsstabiliteten.
Sekundär härdning När W, MO, CR, V-innehållet är högre, i 500-600 ℃ Tempereringstemperaturområdet minskar hårdheten inte utan ökar fenomenet som kallas sekundär härdning. Det finns två orsaker till detta: först, när man tempererar vid denna temperatur, kommer fina, spridda specialkarbider, såsom MO2C, W2C och VC, att fälla ut ur martensit, som spelar rollen som spridningshärdning; För det andra, vid härdning vid denna temperatur, utfälls en del av karbid i den återstående austeniten, vilket minskar kolinnehållet och ökar temperaturen på MS -punkten, så att den återstående austeniten kan omvandlas till martensit (sekundär kylning) vid en högre temperatur under kylningsprocessen för att öka stålens hårdhet.
Temperering av sprödhet uppstår när legeringsstålet är tempererat i ett visst temperaturområde efter släckning, vilket kallas härdning av sprödhet. Minskningen av segheten vid 350-400 ℃ kallas den första typen av temperament sprödhet. Denna sprödhet inträffar oavsett kolstål eller legeringsstål och är oberoende av kylningshastigheten. Denna typ av humör sprödhet kan inte elimineras efter produktion, även känd som irreversibelt humör sprödhet. För att undvika förekomsten av sådan härdning av sprödhet görs härdning i allmänhet inte inom detta temperaturområde.
Minskningen av seghet som inträffar efter långsam kylning efter 500-600 ℃ Temperering kallas typ II-härdning av sprödhet (högtemperaturtemperande sprödhet). Legeringsstålen som innehåller Cr, Mn och Ni är mest benägna att denna typ av humör sprödhet. Denna typ av härdande sprödhet kommer inte att inträffa om den svalnar snabbt efter temperering; Om långsam kylning efter temperering, sprödhet har inträffat, så länge som värms upp till härdningstemperatur och snabb kylning, kan temperering av sprödhet elimineras fullständigt, så det kallas också reversibelt temperering av sprödhet.
Värmebeständig stål
Värmemotståndet hos stål inkluderar hög temperaturoxidationsmotstånd och hög temperaturstyrka.
Oxidationsmotståndet hos en metall hänvisar vanligtvis till bildningen av en tät oxidfilm efter snabb oxidation vid höga temperaturer, som täcker metallytan, så att stålet inte fortsätter att oxidera. Den oxiderade ytan av kolstål vid höga temperaturer genererar lös porös Feo, vilket är lätt att flaga av, och syreatomer fortsätter att diffundera genom FEO så att stålet fortsätter att oxidera. Legeringselement såsom Cr, Si och AL tillsätts till stålet, så att när stålet är i kontakt med syre vid hög temperatur bildas täta oxidationsfilmer såsom CR2O3, SiO2 och Al2O3 med höga smältpunkter på ytan, vilket gör det svårt att fortsätta oxidationsprocessen för stål i högtemperaturgas.
Högtemperaturstyrkan (termisk styrka) av stål är motståndet mot kryp vid höga temperaturer. För att förbättra den termiska styrkan hos stål läggs vanligtvis till stålens termiska styrka, som vanligtvis tillsätts stålet, som kan upplösas i matrisen för att stärka den fasta lösningen och förbättra omkristallisationstemperaturen, vilket förbättrar stålens högtemperaturstyrka. Att lägga till NB, V, Ti och andra legeringselement kan också bilda karbider med hög hårdhet och god termisk stabilitet, som är fördelade på matrisen och spelar en roll i spridningsförstärkning. Dessutom har austenitstrukturen bättre krypmotstånd än ferrit och bättre spannmål än fint spannmål. Naturligtvis kan det inte vara för grovt, vilket kommer att påverka styrkan.
Martensitisk värmebeständig stål
CR och Si tillsattes för att förbättra oxidationsmotståndet vid höga temperaturer. Att lägga till MO kan stärka matrisen och undvika härdning av sprödhet. Tillägg av V kan bilda spridd karbid och förbättra hög temperaturstyrkan. Tillägg av W kan fälla ut stabil karbid och öka omkristallisationstemperaturen avsevärt. Driftstemperaturen för denna typ av stål överstiger inte 700 ℃.
Austenitisk värmebeständig stål
Austenitisk värmebeständig stål har högt CR-innehåll, vilket kan förbättra dess högtemperaturstyrka och oxidationsmotstånd. Ni -innehållet är också högt och kan bilda en stabil austenitstruktur. Värmemotståndet för denna typ av stål är bättre än den för martensitiskt värmebeständigt stål, och den kalla deformationen och svetsprestandan är mycket bra och arbetar i allmänhet på 600-700 ℃.