November 3, 2022
(9) Coban
Coban chủ yếu được sử dụng trong thép và hợp kim đặc biệt.Thép tốc độ cao có chứa coban có độ cứng ở nhiệt độ cao, và molypden có thể được thêm vào thép lão hóa mactenxit đồng thời để có được độ cứng cực cao và các tính chất cơ học toàn diện tốt.Ngoài ra, coban là một nguyên tố hợp kim quan trọng trong thép cường độ nóng và vật liệu từ tính.
Coban làm giảm độ cứng của thép, vì vậy việc thêm riêng thép cacbon sẽ làm giảm tính chất cơ học tổng thể của thép tôi luyện.Coban có thể tăng cường ferit, và khi được thêm vào thép cacbon, nó có thể cải thiện độ cứng, điểm chảy và độ bền kéo của thép ở trạng thái ủ hoặc thường hóa, và có tác động bất lợi đến độ giãn dài và co ngót.Độ dai va đập giảm khi hàm lượng coban tăng lên.Coban được sử dụng trong thép và hợp kim chịu nhiệt vì khả năng chống oxy hóa của nó.Tua bin khí hợp kim dựa trên coban thể hiện vai trò độc đáo của nó.
(10) Silicon (Si)
Silicon có thể được hòa tan trong ferit và austenit để cải thiện độ cứng và độ bền của thép, vai trò của nó chỉ đứng sau phốt pho và mạnh hơn mangan, niken, crom, vonfram, molypden, vanadi và các nguyên tố khác.Tuy nhiên, khi hàm lượng silic vượt quá 3% thì độ dẻo và độ dai của thép sẽ giảm đi đáng kể.Silicon có thể cải thiện giới hạn đàn hồi, độ bền chảy và tỷ lệ chảy (σs / σb), độ bền mỏi và tỷ lệ mỏi (σ-1 / σb) của thép.Đây là lý do tại sao thép silic hoặc silic mangan có thể được sử dụng làm thép lò xo.
Silicon có thể làm giảm tỷ trọng, độ dẫn nhiệt và độ dẫn điện của thép.Có thể thúc đẩy quá trình thô hóa hạt ferit, giảm lực kháng từ.Nó có xu hướng làm giảm tính dị hướng của tinh thể, do đó dễ từ hóa, giảm điện từ và có thể dùng để sản xuất thép điện, do đó tổn hao khối từ của tấm thép silic thấp.Silicon có thể cải thiện tính dẫn từ của ferit, do đó, tấm thép có độ nhạy từ cao hơn trong điều kiện từ trường yếu.Tuy nhiên, silicon làm giảm độ nhạy từ của thép dưới từ trường mạnh.Silicon có tính khử oxy mạnh, làm giảm tác dụng lão hóa từ tính của sắt.
Khi thép có chứa silic được nung nóng trong môi trường oxy hóa, một lớp màng SiO2 sẽ được hình thành trên bề mặt, do đó cải thiện khả năng chống oxy hóa của thép ở nhiệt độ cao.
Silicon có thể thúc đẩy sự phát triển tinh thể dạng cột và giảm độ dẻo trong thép đúc.Nếu thép silic nguội nhanh hơn khi nung nóng, chênh lệch nhiệt độ giữa bên trong và bên ngoài của thép là lớn vì độ dẫn nhiệt thấp và do đó dễ bị đứt gãy.
Silicon có thể làm giảm khả năng hàn của thép.Do silic kết hợp với oxi mạnh hơn sắt nên dễ sinh ra silicat có nhiệt độ nóng chảy thấp trong quá trình hàn, làm tăng tính lỏng của xỉ nóng chảy và kim loại nóng chảy, gây ra hiện tượng bắn tung tóe và ảnh hưởng đến chất lượng hàn.Silicon là một chất khử oxy tốt.Khi sử dụng phương pháp khử oxy bằng nhôm, một lượng silicon nhất định được thêm vào, có thể cải thiện đáng kể tốc độ khử oxy.Trong thép có một lượng silic nhất định, được đưa vào làm nguyên liệu thô trong quá trình luyện gang và thép.Trong thép sôi, silic được giới hạn ở & lt;0,07%, khi nó được dự định bổ sung, hợp kim ferrosilicon được thêm vào trong quá trình luyện thép.
(11) Mangan (Mn)
Mangan là một chất khử oxy và khử lưu huỳnh tốt.Thép thường chứa một lượng mangan nhất định, có thể loại bỏ hoặc làm suy yếu tính giòn nóng của thép do lưu huỳnh gây ra, để cải thiện hiệu suất làm việc nóng của thép.
Dung dịch rắn được tạo thành bởi mangan và sắt giúp cải thiện độ cứng và độ bền của ferit và austenit trong thép.Đồng thời, nó là một nguyên tố được tạo thành bởi cacbua và đi vào ximăng để thay thế một số nguyên tử sắt.Mangan đóng một vai trò trong việc tinh luyện ngọc trai và gián tiếp cải thiện độ bền của thép ngọc trai bằng cách giảm nhiệt độ chuyển tiếp tới hạn trong thép.Mangan chỉ đứng sau niken về khả năng ổn định cấu trúc Austenit và cũng làm tăng mạnh độ cứng của thép.Nhiều loại thép hợp kim đã được sản xuất với mangan chứa ít hơn 2% và các nguyên tố khác.
Mangan có đặc điểm là nguồn tài nguyên phong phú và hiệu quả đa dạng, đã được sử dụng rộng rãi, chẳng hạn như thép kết cấu cacbon có hàm lượng mangan cao, thép lò xo.
Trong thép chịu mài mòn cacbon cao và mangan cao, hàm lượng mangan có thể đạt 10% ~ 14%.Sau khi xử lý dung dịch rắn có độ dẻo dai tốt.Khi nó bị biến dạng do va đập, lớp bề mặt sẽ được tăng cường do biến dạng và có khả năng chống mài mòn cao.
Mangan và lưu huỳnh tạo thành MnS có nhiệt độ nóng chảy cao hơn, có thể ngăn chặn hiện tượng giòn nóng do FeS gây ra.Mangan có xu hướng làm tăng độ thô của hạt và tăng tính nhạy cảm của thép.Nếu việc làm nguội sau khi luyện và rèn không đúng cách sẽ dễ tạo ra các đốm trắng.
(12) Nhôm (Al)
Nhôm chủ yếu được sử dụng để khử oxy và tinh chế ngũ cốc.Thúc đẩy sự hình thành lớp thấm nitơ cứng chống ăn mòn trong thép thấm nitơ.Nhôm có thể ức chế sự lão hóa của thép cacbon thấp và cải thiện độ dẻo dai của thép ở nhiệt độ thấp.Khi hàm lượng cao, khả năng chống oxy hóa và chống ăn mòn trong axit oxy hóa và khí H2S của thép có thể được cải thiện, đồng thời cải thiện tính chất điện và từ của thép.Nhôm đóng một vai trò lớn trong giải pháp gia cường thép, cải thiện khả năng chống mài mòn, độ bền mỏi và các đặc tính cơ học cốt lõi của thép cacbon.
Trong hợp kim chịu lửa, nhôm và niken tạo thành các hợp chất để cải thiện độ bền của quá trình nấu chảy.Hợp kim nhôm Fe-cr có chứa nhôm có đặc điểm là điện trở gần như không đổi và khả năng chống oxy hóa tuyệt vời ở nhiệt độ cao, rất thích hợp để làm vật liệu hợp kim luyện kim điện và dây điện trở nhôm crom.
Khi một số loại thép bị khử oxy, nếu lượng nhôm quá nhiều, nó sẽ tạo ra cấu trúc vi mô bất thường và thúc đẩy xu hướng graphit hóa của thép.Trong thép ferritic và ngọc trai, hàm lượng nhôm cao sẽ làm giảm độ bền và độ dẻo dai ở nhiệt độ cao, đồng thời gây ra một số khó khăn cho quá trình nấu chảy, rót và các khía cạnh khác.
(13) Đồng (Cu)
Vai trò nổi bật của đồng trong thép là cải thiện khả năng chống ăn mòn trong khí quyển của thép hợp kim thấp thông thường, đặc biệt khi được sử dụng với phốt pho, việc bổ sung đồng cũng có thể cải thiện độ bền và tỷ lệ chảy của thép, nhưng không có ảnh hưởng xấu đến quá trình hàn. màn biểu diễn.Tuổi thọ chống ăn mòn của thép đường sắt (U-Cu) chứa 0,20% ~ 0,50% đồng gấp 2-5 lần so với đường sắt carbon thông thường ngoài khả năng chống mài mòn.
Khi hàm lượng đồng lớn hơn 0,75%, nó có thể tạo ra tác dụng tăng cường lão hóa sau khi xử lý bằng dung dịch và quá trình lão hóa.Ở hàm lượng thấp, tác dụng của nó tương tự như niken, nhưng yếu hơn.Khi hàm lượng cao hơn, nó không thuận lợi cho quá trình gia công biến dạng nóng và dẫn đến độ giòn của đồng trong quá trình gia công biến dạng nóng.Đồng 2% -3% trong thép không gỉ Austenit có thể chống lại sự ăn mòn của axit sulfuric, axit photphoric và axit clohydric và sự ổn định của sự ăn mòn do ứng suất.
(14) Boron (B)
Chức năng chính của boron trong thép là làm tăng độ cứng của thép, do đó tiết kiệm các kim loại hiếm hơn khác, và niken, crom, molypden, v.v. Vì mục đích này, hàm lượng của nó thường được quy định trong khoảng từ 0,001% đến 0,005%.Nó có thể thay thế 1,6% niken, 0,3% crom hoặc 0,2% molypden.Cần lưu ý rằng molypden có thể ngăn chặn hoặc làm giảm độ giòn khi ủ, trong khi bo hơi thúc đẩy xu hướng ủ giòn nên không thể thay thế hoàn toàn bằng bo.
Thép cacbon trung bình với bo, do cải thiện độ cứng, có thể làm cho độ dày của thép hơn 20mm sau khi tôi luyện hiệu suất được cải thiện đáng kể, do đó, thép 40B và 40MnB có thể được sử dụng thay vì 40Cr, thép 20Mn2TiB có thể được sử dụng thay thế Thép thấm cacbon 20CrMnTi.Nhưng vì vai trò của bo với sự gia tăng hàm lượng cacbon trong thép và làm suy yếu, hoặc thậm chí biến mất, trong việc lựa chọn thép cacbon đã được cacbon hóa, phải tính đến các bộ phận sau khi thấm cacbon, độ cứng của lớp cacbon sẽ thấp hơn lõi của độ cứng của tính năng này.
Thép lò xo nói chung bắt buộc phải được tôi luyện hoàn toàn, thường thì diện tích lò xo không lớn, việc sử dụng thép có chứa bo là có lợi.Tác dụng của bo trên thép lò xo silicon cao dao động rất lớn, do đó rất bất tiện khi sử dụng.
Boron có ái lực mạnh với nitơ và oxy.Thêm 0,007% boron vào thép đang sôi có thể loại bỏ hiện tượng lão hóa của thép.
(15) Đất hiếm (Re)
Nói chung, các nguyên tố đất hiếm dùng để chỉ bảng tuần hoàn các nguyên tố có số hiệu nguyên tử từ 57 đến 71 (15 lantan) cộng với 21 scandium và 39 yttrium, tổng cộng có 17 nguyên tố.Chúng gần gũi trong tự nhiên và không thể dễ dàng tách rời.Các loại chưa tách biệt, được gọi là đất hiếm hỗn hợp, rẻ hơn và có thể cải thiện độ dẻo và độ dai va đập của thép cuộn rèn, đặc biệt là thép đúc.Nó có thể cải thiện khả năng chống rão của hợp kim điện nhiệt thép chịu nhiệt và siêu hợp kim.
Các nguyên tố đất hiếm cũng có thể cải thiện khả năng chống oxy hóa và chống ăn mòn của thép.Tác dụng chống oxy hóa nhiều hơn silicon, nhôm, titan và các nguyên tố khác.Nó có thể cải thiện tính linh hoạt của thép, giảm tạp chất phi kim loại, và làm cho kết cấu thép trở nên nhỏ gọn và tinh khiết.
Thép hợp kim thấp thông thường với các nguyên tố đất hiếm thích hợp có tác dụng khử oxy và khử lưu huỳnh tốt, cải thiện độ dẻo dai khi va đập (đặc biệt là độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp) và cải thiện tính chất dị hướng.
Nguyên tố đất hiếm trong hợp kim nhôm Fe-Cr làm tăng khả năng chống oxy hóa của hợp kim, duy trì độ thớ mịn của thép ở nhiệt độ cao, cải thiện độ bền nhiệt độ cao, do đó tuổi thọ của hợp kim nung điện tăng lên đáng kể.
(16) Nitơ (N)
Năng lượng nitơ được sử dụng một phần trong sắt, có tác dụng tăng cường dung dịch rắn và cải thiện độ cứng, nhưng không đáng kể.Do sự kết tủa của nitrua trên ranh giới hạt, độ bền nhiệt độ cao của ranh giới hạt có thể được tăng lên và độ bền rão của thép có thể được tăng lên.Kết hợp với các nguyên tố khác trong thép, tác dụng làm cứng kết tủa.Khả năng chống ăn mòn của thép không đáng kể, nhưng thấm nitơ bề mặt của thép không chỉ làm tăng độ cứng và chống mài mòn mà còn cải thiện đáng kể khả năng chống ăn mòn.Nitơ dư trong thép cacbon thấp có thể dẫn đến độ giòn lão hóa.
(17) Lưu huỳnh (S)
Khả năng gia công của thép có thể được cải thiện bằng cách tăng hàm lượng lưu huỳnh và mangan.Trong thép dễ gia công, lưu huỳnh được thêm vào như một nguyên tố có lợi.Lưu huỳnh được tách biệt nhiều trong thép.Chất lượng thép suy giảm, ở nhiệt độ cao làm giảm độ dẻo của thép, là nguyên tố có hại, tồn tại ở dạng FeS có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn.Riêng FeS có nhiệt độ nóng chảy chỉ 1190 ℃, trong khi nhiệt độ eutectic của tinh thể eutectic tạo thành với sắt trong thép thậm chí còn thấp hơn, chỉ 988 ℃.Khi thép đông đặc, sắt sunfua kết hợp lại ở ranh giới hạt sơ cấp.Khi cán thép ở nhiệt độ 1100 ~ 1200 ℃, FeS trên ranh giới hạt sẽ nóng chảy làm lực liên kết giữa các hạt yếu đi rất nhiều và dẫn đến hiện tượng giòn nóng của thép, vì vậy cần kiểm soát chặt chẽ lưu huỳnh.Nói chung, nó được kiểm soát từ 0,020% đến 0,050%.Để ngăn ngừa độ giòn do lưu huỳnh, cần bổ sung đủ mangan để tạo thành MnS có nhiệt độ nóng chảy cao hơn.Nếu thép chứa tốc độ chảy cao, quá trình hàn do sinh ra SO2, sẽ hình thành các lỗ rỗng và lỏng lẻo trong kim loại hàn.
(18) Phốt pho (P)
Phốt pho có tác dụng mạnh trong việc tăng cường dung dịch rắn và làm cứng nguội thép.Việc bổ sung thép kết cấu hợp kim thấp làm nguyên tố hợp kim có thể cải thiện độ bền và khả năng chống ăn mòn trong khí quyển, nhưng làm giảm hiệu suất dập nguội của nó.Phốt pho kết hợp với lưu huỳnh và mangan, có thể tăng hiệu suất cắt của thép, tăng chất lượng bề mặt của phôi, đối với thép dễ cắt, vì vậy thép dễ cắt cũng là hàm lượng phốt pho tương đối cao.Phốt pho dùng trong ferit tuy có thể cải thiện độ bền và độ cứng của thép nhưng tác hại lớn nhất là sự phân ly nghiêm trọng, làm tăng độ giòn khi tôi luyện, làm tăng đáng kể độ dẻo và dai của thép, dẫn đến thép khi gia công nguội dễ bị nứt. , cụ thể là hiện tượng được gọi là "tính giòn lạnh".Phốt pho cũng có ảnh hưởng xấu đến tính hàn.Phốt pho là nguyên tố có hại, cần được kiểm soát chặt chẽ, hàm lượng chung không quá 0,03% ~ 0,04%.
