ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับองค์ประกอบในเหล็กกล้า
แมงกานีส (MN)
แมงกานีสใช้เพื่อกำจัดเฟอร์รมาแมนในการทำเหล็กและยังคงอยู่ในเหล็ก แมงกานีสสามารถกำจัด FEO ในเหล็กปรับปรุงคุณภาพเหล็กและลดความเปราะบางของเหล็ก แมงกานีสและวัลคานีรวมกันเพื่อสร้าง MNs กำจัดผลกระทบที่เป็นอันตรายของซัลเฟอร์และปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานที่ร้อนแรงของเหล็ก เนื้อหาของแมงกานีสในเหล็กกล้าคาร์บอนถูกควบคุมโดยทั่วไประหว่าง 0.25 ถึง 0.80% แมงกานีสสามารถละลายในเฟอร์ไรต์เพื่อสร้างเฟอร์ไรต์แมงกานีสซึ่งมีบทบาทในการเสริมสร้างเฟอร์ไรต์ แมงกานีสยังสามารถละลายใน Fe3c เพื่อสร้างการประสานโลหะผสมซึ่งจะช่วยเพิ่มความแข็งแรงของเหล็กกล้าคาร์บอน แมงกานีสเป็นองค์ประกอบที่ไม่เป็นประโยชน์และแมงกานีสจำนวนเล็กน้อยไม่มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อประสิทธิภาพของเหล็ก
ซิลิกอน (SI)
ซิลิคอนจะถูกเพิ่มเข้าไปในเหล็กเป็น deoxidizer เนื้อหาของซิลิกอนในเหล็กกล้าคาร์บอนมักจะถูกควบคุมระหว่าง 0.03-0.4%และส่วนใหญ่จะละลายในเฟอร์ไรต์ก่อตัวเป็นซิลิคอนเฟอร์ไรต์ซึ่งมีบทบาทในการเสริมสร้างเฟอร์ไรต์และปรับปรุงความแข็งแรงและความแข็งของเหล็ก แต่ความเป็นพลาสติกและความเหนียวลดลง การขาดซิลิกอนไม่มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อคุณสมบัติของเหล็ก
ซัลเฟอร์
ซัลเฟอร์ถูกนำเข้าสู่เหล็กโดยแร่และเชื้อเพลิงในการทำเหล็กกำมะถันไม่ละลายในเหล็กและรูปแบบของ FES ที่แตกต่างกัน FES และ FE สามารถสร้างจุดหลอมละลายของ 985 ℃ยูเทคติกและกระจายอยู่บนเส้นขอบของเม็ดเล็ก ๆ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าความร้อนด้วยความร้อนซัลเฟอร์เป็นสิ่งเจือปนที่เป็นอันตรายดังนั้นปริมาณคาร์บอนในเหล็กจะต้องถูกควบคุมอย่างเคร่งครัด ผลกระทบที่เป็นอันตรายของซัลเฟอร์สามารถกำจัดได้โดยการเพิ่มปริมาณ MN ในเหล็ก เนื่องจากแมงกานีสและซัลเฟอร์สามารถสร้าง MNS ด้วยจุดหลอมเหลวของปี 1620 ℃ MNS จึงมีพลาสติกบางอย่างที่อุณหภูมิสูงดังนั้นจึงสามารถหลีกเลี่ยงความร้อนจากความร้อนของเหล็กได้
ฟอสฟอรัส (P)
ฟอสฟอรัสได้รับการแนะนำให้รู้จักกับเหล็กจากแร่ซึ่งมันละลายอย่างสมบูรณ์ในเฟอร์ไรต์ปรับปรุงความแข็งแรงและความแข็งของเฟอร์ไรต์ แต่ในเวลาเดียวกันความเป็นพลาสติกของเหล็กที่อุณหภูมิห้องลดลงอย่างรวดเร็วและเปราะ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าความเปราะบาง ฟอสฟอรัสยังเป็นสิ่งเจือปนที่เป็นอันตรายและเนื้อหาในเหล็กต้องถูกควบคุมอย่างเคร่งครัด
โครงสร้างโลหะในเหล็กกล้า
เฟอร์ไรต์: สารละลายที่เป็นของแข็งคั่นระหว่างคาร์บอนในα-Fe เรียกว่าเฟอร์ไรต์ มันมักจะแสดงด้วยสัญลักษณ์ F (หรือα) เฟอร์ไรต์มีโครงสร้างลูกบาศก์ที่เน้นร่างกายเป็นศูนย์กลางและความสามารถในการละลายคาร์บอนนั้นไม่ดีเนื่องจากมีช่องว่างเล็ก ๆ ที่ 727 ℃ปริมาณคาร์บอนที่ละลายสูงสุดคือ 0.0218% ด้วยการลดลงของอุณหภูมิปริมาณคาร์บอนที่ละลายจะค่อยๆลดลงและที่อุณหภูมิห้องปริมาณคาร์บอนที่ละลายอยู่เพียง 0.0008% เฟอร์ไรต์มีความแข็งแรงต่ำΔσbคือ 180-280mn/m2, Hb อยู่ที่ประมาณ 80 แต่มีความเหนียวที่ดีΔคือ 50%
ออสเทนนิติก: สารละลายที่เป็นของแข็งคั่นระหว่างคาร์บอนที่เกิดขึ้นในแกมม่า-เอ็นฟ์เรียกว่ามัน มันมักจะแสดงด้วยสัญลักษณ์ A (หรือγ) ออสเทนไนต์มีโครงสร้างลูกบาศก์ตาข่ายที่มีศูนย์กลางอยู่ที่ เนื่องจากช่องว่างตาข่ายที่มีประสิทธิภาพขนาดใหญ่ความสามารถในการละลายคาร์บอนค่อนข้างสูง ความสามารถในการละลายคาร์บอนสูงสุดที่ 1148 ℃คือ 2.11% ซึ่งค่อยๆลดลงเมื่ออุณหภูมิลดลงและถึง 0.77% ที่ 727 ℃ คุณสมบัติเชิงกลของออสเทนไนต์ขึ้นอยู่กับปริมาณของคาร์บอนที่ละลายและขนาดของเมล็ดข้าว โดยทั่วไปความแข็งของออสเทนไนต์คือ 170-220HBs การยืดตัวของΔคือ 40-50%และออสเทนไนต์มีอยู่ในช่วงอุณหภูมิที่เป็นของแข็งสูงกว่า 727 ℃ ออสเทนไนต์มีแนวโน้มที่จะขึ้นรูปพลาสติก
ซีเมนต์ (ซีเมนต์): สารประกอบ C และ FE (FE3C) ที่รู้จักกันในชื่อซีเมนต์, ปริมาณคาร์บอนที่ 6.69%, จุดหลอมเหลวของซีเมนต์คือ 1227 ℃ความแข็งของมันสูงมากประมาณ 800HB พลาสติกและความเหนียวกระแทกเกือบจะเป็นศูนย์ ซีเมนต์เป็นเฟสที่แพร่กระจายได้ ภายใต้เงื่อนไขบางประการมันจะย่อยสลายและสร้างคาร์บอนที่ปราศจากกราฟิก
Martensite: การใช้วิธีการระบายความร้อนอย่างรวดเร็วเนื่องจากระดับของ undercooling, เหล็กและอะตอมคาร์บอนไม่สามารถกระจายได้ออสเทนไนต์สามารถทำได้โดยการเฉือนตาข่ายที่ไม่ได้ใช้ ออสเทนไนต์นี้เปลี่ยนเป็นสารละลายอัลฟ่า-โซลที่มีคาร์บอนที่เรียกว่ามาร์เทนไซต์โดยตรง
ขนาดเกรนของออสเทนไนต์และปัจจัยที่มีอิทธิพล
ขนาดเกรนออสเทนนิติกของเหล็กมีอิทธิพลอย่างมากต่อโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติหลังจากการระบายความร้อน ยิ่งขนาดเกรนของออสเทนไนต์ดีขึ้นโครงสร้างที่ดีขึ้นหลังจากการระบายความร้อนและความแข็งแรงพลาสติกและความเหนียวก็จะดีขึ้น ดังนั้นจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งที่จะได้รับธัญพืชออสเทนไนต์ที่ดีโดยการรักษาความร้อนเพื่อประสิทธิภาพขั้นสุดท้ายและคุณภาพของชิ้นงาน
ยิ่งอุณหภูมิของออสเทนไนซ์สูงขึ้นเท่าใดการเจริญเติบโตของขนาดเกรนก็จะยิ่งชัดเจนยิ่งขึ้น ที่อุณหภูมิที่แน่นอนยิ่งใช้เวลานานเท่าใดก็ยิ่งเติบโตได้ดีขึ้น
แนวโน้มการเติบโตของเมล็ดข้าวเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มปริมาณคาร์บอนในเหล็ก แต่เมื่อซีเมนต์อยู่ในเขตแดนออสเทนไนต์มันจะขัดขวางการเติบโตของเมล็ดออสเทนไนต์
นอกเหนือจาก Mn, P และองค์ประกอบอื่น ๆ ยังเพิ่มแนวโน้มของการเจริญเติบโตของเมล็ดออสเทนไนต์องค์ประกอบอื่น ๆ ที่สร้างองค์ประกอบของคาร์ไบด์ (Ti, Nb, Zb ฯลฯ ) สร้างออกไซด์และไนไตรด์ (เช่นอัล)
องค์ประกอบอัลลอยที่เพิ่มเข้ามาในเหล็กโลหะผสมคือ Mn, Si, Cr, Mo, W, V, Ti, Nb, Ni, Al และอื่น ๆ ในหมู่พวกเขา Ni, Si, Al และองค์ประกอบอื่น ๆ ไม่สามารถสร้างสารประกอบด้วยคาร์บอนได้ องค์ประกอบเช่น NB, TI, V, W, MO, CR และ MN สามารถสร้างสารประกอบด้วยคาร์บอน องค์ประกอบการผสมมีอยู่ในรูปแบบที่แตกต่างกันในเหล็ก ดังนั้นบทบาทหลักของเหล็กก็แตกต่างกันเช่นกัน บทบาทหลักมีแง่มุมดังต่อไปนี้:
เมื่อความแข็งแรงของเหล็กเพิ่มขึ้นองค์ประกอบที่ไม่สามารถสร้างคาร์ไบด์ส่วนใหญ่จะถูกละลายลงในเฟอร์ไรต์เพื่อสร้างเฟอร์ไรต์โลหะผสมและสารละลายที่เป็นของแข็งจะเพิ่มความแข็งแกร่ง องค์ประกอบการขึ้นรูปของคาร์ไบด์ก่อตัวเป็นโลหะผสมคาร์ไบด์ด้วยคาร์บอนซึ่งมีความแข็งสูงกว่าและผลการเสริมสร้างการกระจายตัวที่มากขึ้น ไม่ว่าองค์ประกอบใดจะถูกเพิ่มเข้าไปในเหล็กจะเพิ่มความแข็งแรง
ปรับปรุงการแข็งตัวนอกเหนือจาก CO องค์ประกอบโลหะผสมส่วนใหญ่ที่เพิ่มเข้ามาในเหล็กชะลอการสลายตัวของออสเทนไนต์ที่เป็นซูเปอร์คูลด์เพื่อให้โค้ง C ไปทางขวาลดอัตราการระบายความร้อนที่สำคัญปรับปรุงความทนทานของเหล็ก (Ni, Cr, CO) นี่เป็นหนึ่งในวัตถุประสงค์หลัก แต่ควรชี้ให้เห็นว่าเอฟเฟกต์นี้สามารถทำได้ก็ต่อเมื่อองค์ประกอบการผสมถูกละลายในออสเทนไนท์
ป้องกันการเจริญเติบโตของเมล็ดออสเทนไนต์ยกเว้น MN แนวโน้มการเจริญเติบโตของเมล็ดอัลลอยด์ออสเทนไนต์มีขนาดเล็กโดยเฉพาะคาร์ไบด์ที่เกิดจากองค์ประกอบที่สร้างคาร์ไบด์ที่แข็งแกร่ง (Ti, V, Zr, NB ฯลฯ ) สามารถป้องกันการเติบโตของธัญพืชออสเทนไนท์
เพิ่มเสถียรภาพของเหล็ก ความต้านทานของเหล็กต่อกระบวนการทำให้อ่อนตัวในระหว่างการแบ่งเบาชายเรียกว่าความเสถียรของการแบ่งเบากราง องค์ประกอบการผสมหลายอย่างสามารถเพิ่มและชะลออุณหภูมิของการตกตะกอนของคาร์ไบด์และการสลายตัวของออสเทนไนต์ที่เหลือในมาร์เทนไซต์ ดังนั้นเมื่อเปรียบเทียบกับเหล็กกล้าคาร์บอนเหล็กอัลลอยด์มีความแข็งและความแข็งแรงสูงกว่าเมื่ออุณหภูมิที่อุณหภูมิเดียวกัน ในทางตรงกันข้ามเมื่อมีการแบ่งเบาความแข็งเหมือนกันอุณหภูมิการแบ่งเบาของเหล็กอัลลอยนั้นสูงดังนั้นการกำจัดความเครียดภายในจึงมีความละเอียดมากขึ้นและความเป็นพลาสติกและความเหนียวจะสูงขึ้น องค์ประกอบการขึ้นรูปของคาร์ไบด์ Cr, Mo, NB และ V มีผลกระทบอย่างมากต่อความมั่นคงในการแบ่งเบากราง
การชุบแข็งทุติยภูมิเมื่อ W, MO, CR, V เนื้อหาสูงกว่าในช่วงอุณหภูมิ 500-600 ℃ความแข็งไม่ได้ลดลง แต่เพิ่มปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการชุบแข็งระดับรอง มีสองเหตุผลสำหรับสิ่งนี้: ประการแรกเมื่อมีการแบ่งเบาอุณหภูมินี้, ดี, แยกออกจากคาร์ไบด์พิเศษเช่น MO2C, W2C และ VC จะตกตะกอนจาก Martensite ซึ่งมีบทบาทของการชุบแข็ง ประการที่สองเมื่อมีการแบ่งแยกที่อุณหภูมินี้ส่วนหนึ่งของคาร์ไบด์จะตกตะกอนในออสเทนไนต์ที่เหลือซึ่งจะช่วยลดปริมาณคาร์บอนและเพิ่มอุณหภูมิของจุด MS เพื่อให้สามารถเปลี่ยนออสเทนไนท์ที่เหลือเป็น Martensite
ความเปราะบางของการแบ่งเบาอารมณ์เกิดขึ้นเมื่อเหล็กกล้าโลหะผสมอยู่ในช่วงอุณหภูมิที่กำหนดหลังจากดับซึ่งเรียกว่าการรักษาความอ่อนไหว การลดลงของความเหนียวที่ 350-400 ℃เรียกว่าความไม่แน่นอนประเภทแรกของอารมณ์ ความเปราะบางนี้เกิดขึ้นโดยไม่คำนึงถึงเหล็กกล้าคาร์บอนหรือเหล็กโลหะผสมและเป็นอิสระจากอัตราการระบายความร้อน ความอ่อนไหวของอารมณ์แบบนี้ไม่สามารถกำจัดได้หลังจากการผลิตหรือที่เรียกว่าอารมณ์อ่อนไหวที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดขึ้นของความเปราะบางการแบ่งเบาอารมณ์โดยทั่วไปจะไม่ทำในช่วงอุณหภูมินี้
การลดลงของความเหนียวที่เกิดขึ้นหลังจากการเย็นลงอย่างช้าๆหลังจาก 500-600 ℃การแบ่งเบาเบาเรียกว่า Type II Tempering Brittleness (ความเปราะบางของอุณหภูมิสูง) เหล็กกล้าอัลลอยด์ที่มี CR, MN และ NI มีแนวโน้มที่จะเกิดความไม่พอใจในอารมณ์เช่นนี้ ความเปราะบางแบบนี้จะไม่เกิดขึ้นถ้ามันเย็นลงอย่างรวดเร็วหลังจากการแบ่งเบาอารมณ์ หากการระบายความร้อนช้าหลังจากการแบ่งเบาบรรเทาความเปราะบางเกิดขึ้นตราบใดที่การอุ่นขึ้นกับอุณหภูมิการแบ่งเบาบรรเทาและการระบายความร้อนอย่างรวดเร็วดังนั้นการทำให้อ่อนไหวต่อการทำให้อ่อนไหวสามารถกำจัดได้อย่างสมบูรณ์ดังนั้นจึงเรียกว่า
เหล็กทนความร้อน
ความต้านทานความร้อนของเหล็กรวมถึงความต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูงและความแข็งแรงอุณหภูมิสูง
ความต้านทานออกซิเดชันของโลหะมักหมายถึงการก่อตัวของฟิล์มออกไซด์หนาแน่นหลังจากออกซิเดชั่นอย่างรวดเร็วที่อุณหภูมิสูงครอบคลุมพื้นผิวโลหะเพื่อให้เหล็กจะไม่ออกซิไดซ์ต่อไป พื้นผิวออกซิไดซ์ของเหล็กกล้าคาร์บอนที่อุณหภูมิสูงจะสร้าง FEO ที่มีรูพรุนหลวมซึ่งง่ายต่อการหลุดออกและอะตอมของออกซิเจนยังคงกระจายผ่าน FEO เพื่อให้เหล็กยังคงออกซิไดซ์ต่อไป องค์ประกอบอัลลอยด์เช่น CR, SI และ AL ถูกเพิ่มเข้าไปในเหล็กดังนั้นเมื่อเหล็กสัมผัสกับออกซิเจนที่อุณหภูมิสูงฟิล์มออกซิเดชั่นหนาแน่นเช่น CR2O3, SiO2 และ Al2O3 ที่มีจุดหลอมเหลวสูงเกิดขึ้นบนพื้นผิว
ความแข็งแรงของอุณหภูมิสูง (ความแข็งแรงความร้อน) ของเหล็กคือความต้านทานต่อการคืบที่อุณหภูมิสูง เพื่อปรับปรุงความแข็งแรงของความร้อนของเหล็ก, CR, MO, V, NI และองค์ประกอบการผสมอื่น ๆ มักจะถูกเพิ่มเข้าไปในเหล็กซึ่งสามารถละลายลงในเมทริกซ์เพื่อเสริมความแข็งแกร่งของสารละลายที่เป็นของแข็งและปรับปรุงอุณหภูมิการตกผลึกใหม่ซึ่งจะช่วยเพิ่มความแข็งแรงของเหล็กอุณหภูมิสูง การเพิ่ม NB, V, TI และองค์ประกอบการผสมอื่น ๆ ยังสามารถสร้างคาร์ไบด์ด้วยความแข็งสูงและความมั่นคงทางความร้อนที่ดีซึ่งกระจายอยู่บนเมทริกซ์และมีบทบาทในการเสริมสร้างการกระจายตัว นอกจากนี้โครงสร้างออสเทนไนต์มีความต้านทานการคืบได้ดีกว่าเฟอร์ไรต์และขนาดเกรนที่ดีกว่าเมล็ดข้าวละเอียด แน่นอนว่ามันไม่สามารถหยาบเกินไปซึ่งจะส่งผลกระทบต่อความแข็งแกร่ง
เหล็กที่ทนความร้อนของ Martensitic
CR และ SI ถูกเพิ่มเข้ามาเพื่อปรับปรุงความต้านทานออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูง การเพิ่ม MO สามารถเสริมสร้างเมทริกซ์และหลีกเลี่ยงการทำให้เปราะบาง การเพิ่ม V สามารถสร้างคาร์ไบด์กระจายตัวและปรับปรุงความแข็งแรงอุณหภูมิสูง การเพิ่ม W สามารถตกตะกอนคาร์ไบด์ที่เสถียรและเพิ่มอุณหภูมิการตกผลึกใหม่อย่างมีนัยสำคัญ อุณหภูมิการทำงานของเหล็กประเภทนี้ไม่เกิน 700 ℃
เหล็กที่ทนความร้อนของออสเทนนิติก
เหล็กที่ทนความร้อนของออสเทนนิติกมีปริมาณ CR สูงซึ่งสามารถปรับปรุงความแข็งแรงของอุณหภูมิสูงและความต้านทานออกซิเดชัน เนื้อหา NI ยังสูงและสามารถสร้างโครงสร้างออสเทนไนท์ที่มั่นคง ความต้านทานความร้อนของเหล็กประเภทนี้ดีกว่าเหล็กทนความร้อนของ Martensitic และการเสียรูปเย็นและประสิทธิภาพการเชื่อมนั้นดีมากโดยทั่วไปทำงานที่ 600-700 ℃