Giới thiệu về các yếu tố bằng thép
Mangan (MN)
Mangan được sử dụng để khử oxy ferromangan trong sản xuất thép và vẫn còn trong thép. Mangan có thể loại bỏ FEO bằng thép, cải thiện chất lượng thép và giảm độ giòn của thép. Mangan và lưu hóa kết hợp với hình thành MNS, loại bỏ tác động có hại của lưu huỳnh và cải thiện hiệu suất làm việc nóng của thép. Hàm lượng mangan trong thép carbon thường được kiểm soát trong khoảng 0,25 đến 0,80%. Mangan có thể được hòa tan trong ferrite để tạo thành ferrite mangan, đóng vai trò củng cố ferrite. Mangan cũng có thể được hòa tan trong Fe3C để tạo thành xi măng hợp kim, do đó cải thiện sức mạnh của thép carbon. Mangan là một yếu tố tạp chất có lợi, và một lượng nhỏ mangan không có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất của thép.
Silicon (SI)
Silicon cũng được thêm vào thép như một chất khử oxy. Hàm lượng silicon trong thép carbon thường được kiểm soát trong khoảng 0,03-0,4%, và phần lớn được hòa tan trong ferrite, tạo thành silicon ferrite, đóng vai trò tăng cường ferrite và cải thiện sức mạnh và độ cứng của thép. Nhưng độ dẻo và độ dẻo dai đã giảm. Việc thiếu silicon không có ảnh hưởng đáng kể đến các tính chất của thép.
Lưu huỳnh
Lưu huỳnh được đưa vào thép bởi quặng và nhiên liệu trong sản xuất thép, lưu huỳnh không hòa tan trong sắt và dạng các FES khác nhau tồn tại, FES và FE có thể tạo thành một điểm nóng chảy của 985 ℃ eutectic, và được phân phối trên các ranh giới của austenite, được phân phối trên đường cao tốc, sẽ tạo ra các loại thép của nó Hiện tượng được gọi là độ giòn nhiệt, lưu huỳnh là một tạp chất có hại, vì vậy hàm lượng carbon trong thép phải được kiểm soát nghiêm ngặt. Tác dụng có hại của lưu huỳnh có thể được loại bỏ bằng cách tăng hàm lượng Mn trong thép. Bởi vì mangan và lưu huỳnh có thể hình thành MNS với điểm nóng chảy năm 1620, MNS có độ dẻo nhất định ở nhiệt độ cao, do đó có thể tránh được độ giòn nhiệt của thép.
Phốt pho (P)
Phốt pho được đưa vào thép từ quặng, nơi nó được hòa tan hoàn toàn trong ferrite, cải thiện sức mạnh và độ cứng của ferrite. Nhưng đồng thời, độ dẻo của thép ở nhiệt độ phòng giảm mạnh và trở nên giòn. Hiện tượng này được gọi là độ giòn lạnh. Phốt pho cũng là một tạp chất có hại, và hàm lượng của nó trong thép phải được kiểm soát nghiêm ngặt.
Cấu trúc kim loại bằng thép
Ferrite: Dung dịch rắn kẽ của carbon trong α-FE được gọi là ferrite. Nó thường được biểu thị bằng ký hiệu F (hoặc α). Ferrite có cấu trúc khối tập trung vào cơ thể, và khả năng hòa tan carbon của nó là kém vì khoảng cách nhỏ của nó. Tại 727, hàm lượng carbon hòa tan tối đa là 0,0218%. Với sự giảm nhiệt độ, hàm lượng carbon hòa tan giảm dần và ở nhiệt độ phòng, hàm lượng carbon hòa tan chỉ là 0,0008%. Ferrite có cường độ thấp, Δσb là 180-280Mn/m2, Hb là khoảng 80, nhưng nó có độ dẻo tốt, là 50%.
Austenitic: Dung dịch rắn kẽ của carbon được hình thành trong gamma-FE được gọi là của nó. Nó thường được đại diện bởi biểu tượng A (hoặc γ). Austenite có cấu trúc mạng tinh thể tập trung vào khuôn mặt. Do khoảng cách mạng tinh thể hiệu quả lớn, độ hòa tan carbon của nó tương đối cao. Độ hòa tan carbon tối đa ở mức 1148 là 2,11%, giảm dần khi giảm nhiệt độ và đạt 0,77% ở mức 727. Các tính chất cơ học của austenite phụ thuộc vào lượng carbon hòa tan và kích thước của một hạt. Nói chung, độ cứng của austenite là 170-220hbs, độ giãn dài của Δ là 40-50%và austenite tồn tại trong phạm vi nhiệt độ rắn trên 727. Austenite dễ bị hình thành nhựa.
Xi măng (Xi măng): Hợp chất C và Fe (FE3C) được gọi là xi măng, hàm lượng carbon 6,69%, điểm nóng chảy của xi măng là 1227, độ cứng của nó rất cao, khoảng 800hb, độ bền của nhựa và độ dẻo gần như không. Xi măng là một giai đoạn có thể di chuyển. Trong một số điều kiện nhất định, nó sẽ phân hủy và hình thành carbon không có graphit.
Martensite: Việc sử dụng một phương pháp làm mát nhanh chóng, do mức độ của các nguyên tử, sắt và carbon không thể khuếch tán, austenite chỉ có thể là bằng cách cắt mạng không khuếch đại, có mạng tinh thể tập trung vào khuôn mặt γ. Austenite này trực tiếp biến đổi thành dung dịch rắn alpha-san hô bão hòa có chứa carbon, được gọi là martensite.
Kích thước hạt của Austenite và các yếu tố ảnh hưởng của nó
Kích thước hạt austenit của thép có ảnh hưởng lớn đến cấu trúc vi mô và tính chất sau khi làm mát. Kích thước hạt của austenite càng mịn, cấu trúc càng tốt sau khi làm mát và độ bền, độ dẻo và độ dẻo dai càng tốt. Do đó, nó có ý nghĩa rất lớn để có được các hạt austenite tốt bằng cách xử lý nhiệt cho hiệu suất và chất lượng cuối cùng của phôi.
Nhiệt độ của austenitization càng cao, sự tăng trưởng kích thước hạt của thép càng rõ ràng. Ở một nhiệt độ nhất định, thời gian giữ càng dài, sự tăng trưởng của các hạt Austenite càng thuận lợi.
Xu hướng tăng trưởng hạt tăng lên khi tăng hàm lượng carbon trong thép. Nhưng khi xi măng nằm trong ranh giới hạt Austenite, nó sẽ cản trở sự phát triển của hạt Austenite.
Ngoài Mn, P và các yếu tố khác làm tăng xu hướng tăng trưởng hạt austenite, các yếu tố khác tạo thành các yếu tố cacbua (TI, NB, ZB, v.v.), hình thành oxit và nitrids (như Al), khi chúng tạo thành các hợp chất được phân phối trong phạm vi hạt austenite, sẽ cản trở sự tăng trưởng hạt.
Các yếu tố hợp kim thường được thêm vào trong thép hợp kim là Mn, SI, Cr, MO, W, V, Ti, NB, NI, AL, v.v. Trong số đó, NI, SI, AL và các yếu tố khác không thể tạo thành các hợp chất với carbon. Các yếu tố như NB, TI, V, W, MO, CR và Mn có thể tạo thành các hợp chất với carbon. Các yếu tố hợp kim tồn tại ở các dạng khác nhau trong thép. Do đó, vai trò chính của thép cũng khác nhau. Vai trò chính có các khía cạnh sau:
Khi cường độ của thép được tăng lên, các yếu tố không thể tạo thành cacbua chủ yếu được hòa tan vào ferrite để tạo thành ferrite hợp kim, và dung dịch rắn được tăng cường. Các yếu tố hình thành cacbua tạo thành cacbua hợp kim với carbon, có độ cứng cao hơn và hiệu ứng tăng cường phân tán lớn hơn. Bất cứ yếu tố nào được thêm vào thép làm tăng sức mạnh của nó.
Cải thiện độ cứng ngoài CO, hầu hết các yếu tố hợp kim được thêm vào thép, làm chậm sự phân hủy của austenite siêu lạnh, để đường cong C sang phải, giảm tốc độ làm mát tới hạn, cải thiện độ cứng của thép, (NI, CR, CO) Đây là một trong những mục đích chính của các yếu tố hợp kim được thêm vào. Nhưng cần chỉ ra rằng hiệu ứng này chỉ có thể đạt được khi các yếu tố hợp kim được hòa tan vào austenite.
Ngăn chặn sự phát triển của hạt austenite ngoại trừ Mn, xu hướng tăng trưởng hạt austenite hợp kim là nhỏ, đặc biệt là cacbua được tạo ra bởi các yếu tố hình thành cacbua mạnh (TI, V, ZR, NB, v.v.) có thể ngăn chặn sự phát triển của hạt austenite, và do đó đóng vai trò của hạt.
Tăng độ ổn định ủ của thép. Điện trở của thép đối với quá trình làm mềm trong quá trình ủ được gọi là độ ổn định ủ. Nhiều yếu tố hợp kim có thể tăng và làm chậm nhiệt độ của lượng mưa cacbua và sự phân hủy austenite còn lại trong martensite. Do đó, so với thép carbon, thép hợp kim có độ cứng và cường độ cao hơn khi được tăng cường ở cùng nhiệt độ. Ngược lại, khi ủ với cùng độ cứng, nhiệt độ ủ của thép hợp kim cao, do đó, việc loại bỏ ứng suất bên trong của nó là kỹ lưỡng hơn, và độ dẻo, và độ bền cao hơn. Các yếu tố hình thành cacbua Cr, MO, NB và V có tác động mạnh mẽ đến sự ổn định ủ.
Độ cứng thứ cấp khi hàm lượng W, MO, CR, V cao hơn, trong phạm vi nhiệt độ ủ 500-600, độ cứng không giảm, nhưng làm tăng hiện tượng được gọi là độ cứng nhiệt độ thứ cấp. Có hai lý do cho điều này: Thứ nhất, khi ủ ở nhiệt độ này, các cacbua đặc biệt phân tán, như MO2C, W2C và VC, sẽ kết tủa ra khỏi martensite, đóng vai trò làm cứng phân tán; Thứ hai, khi ủ ở nhiệt độ này, một phần của cacbua được kết tủa ở austenite còn lại, giúp giảm hàm lượng carbon và tăng nhiệt độ của điểm MS, do đó austenite còn lại có thể được chuyển thành martensite (làm nguội thứ cấp) ở nhiệt độ cao hơn trong quá trình làm mát để tăng độ cứng của thép.
Độ giòn ủ xảy ra khi thép hợp kim được tí trong một phạm vi nhiệt độ nhất định sau khi dập tắt, được gọi là độ giòn ủ. Sự giảm độ dẻo dai ở mức 350-400 ℃ được gọi là loại giòn ủ đầu tiên. Độ giòn này xảy ra bất kể thép carbon hoặc thép hợp kim và không phụ thuộc vào tốc độ làm mát. Loại giòn ôn hòa này không thể được loại bỏ sau khi sản xuất, còn được gọi là độ giòn ôn hòa không thể đảo ngược. Để tránh sự xuất hiện của độ giòn ủ như vậy, ủ thường không được thực hiện trong phạm vi nhiệt độ này.
Sự giảm độ dẻo dai xảy ra sau khi làm mát chậm sau 500-600 ℃ ủ được gọi là độ giòn ủ loại II (độ giòn ủ nhiệt độ cao). Các thép hợp kim có chứa CR, Mn và NI dễ bị loại này có thể bị ủ. Loại giòn ủ này sẽ không xảy ra nếu nó nguội đi nhanh chóng sau khi ủ; Nếu làm mát chậm sau khi ủ, sự giòn đã xảy ra, miễn là hâm nóng lại nhiệt độ ủ và làm mát nhanh, thì độ giòn ủ có thể được loại bỏ hoàn toàn, do đó, nó còn được gọi là độ giòn có thể đảo ngược.
Thép chịu nhiệt
Điện trở nhiệt của thép bao gồm điện trở oxy hóa nhiệt độ cao và cường độ nhiệt độ cao.
Điện trở oxy hóa của kim loại, thường đề cập đến sự hình thành màng oxit dày đặc sau khi oxy hóa nhanh ở nhiệt độ cao, bao phủ bề mặt kim loại, do đó thép sẽ không tiếp tục oxy hóa. Bề mặt oxy hóa của thép carbon ở nhiệt độ cao tạo ra FEO xốp lỏng lẻo, dễ bị vẩy và các nguyên tử oxy tiếp tục khuếch tán qua FEO để thép tiếp tục bị oxy hóa. Các yếu tố hợp kim như CR, SI và AL được thêm vào thép, do đó khi thép tiếp xúc với oxy ở nhiệt độ cao, các màng oxy hóa dày đặc như CR2O3, SiO2 và AL2O3 với các điểm nóng chảy cao được hình thành trên bề mặt, gây khó khăn cho quá trình oxy hóa trong quá trình oxy hóa trong khí nhiệt độ cao.
Độ bền nhiệt độ cao (cường độ nhiệt) của thép là khả năng chống leo ở nhiệt độ cao. Để cải thiện cường độ nhiệt của thép, CR, MO, V, NI và các yếu tố hợp kim khác thường được thêm vào thép, có thể hòa tan vào ma trận để tăng cường dung dịch rắn và cải thiện nhiệt độ kết tinh, do đó tăng cường cường độ cao của thép. Thêm NB, V, TI và các yếu tố hợp kim khác cũng có thể tạo thành các cacbua với độ cứng cao và độ ổn định nhiệt tốt, được phân phối trên ma trận và đóng vai trò tăng cường phân tán. Ngoài ra, cấu trúc Austenite có khả năng chống leo tốt hơn so với ferrite và kích thước hạt tốt hơn so với hạt mịn. Tất nhiên, nó không thể quá thô, điều này sẽ ảnh hưởng đến sức mạnh.
Thép chịu nhiệt Martensitic
CR và SI đã được thêm vào để cải thiện khả năng chống oxy hóa ở nhiệt độ cao. Thêm MO có thể tăng cường ma trận và tránh ủ ủ. Thêm V có thể hình thành cacbua phân tán và cải thiện cường độ nhiệt độ cao. Thêm W có thể kết tủa cacbua ổn định và tăng nhiệt độ kết tinh lại đáng kể. Nhiệt độ hoạt động của loại thép này không vượt quá 700.
Thép chịu nhiệt Austenitic
Thép chịu nhiệt Austenit có hàm lượng CR cao, có thể cải thiện cường độ nhiệt độ cao và khả năng chống oxy hóa. Nội dung NI cũng cao và có thể tạo thành một cấu trúc austenite ổn định. Điện trở nhiệt của loại thép này tốt hơn so với thép chịu nhiệt martensitic, và hiệu suất biến dạng và hàn lạnh rất tốt, thường hoạt động ở mức 600-700.