Jako základní materiál moderního průmyslu je výkon oceli přímo regulován chemickým složením. Mezi nimi uhlík (C), mangan (Mn), křemík (Si), síra (S), fosfor (P) pět prvků změnou metalurgické organizace, krystalové struktury a distribuce nečistot, výrazně ovlivňujících pevnost, houževnatost, zpracovatelnost a korozní odolnost oceli.
Nejprve uhlíkové (C) prvky: pevnost a plasticita regulátoru jádra
Uhlík je nejdůležitější legující prvek v oceli a jeho obsah má rozhodující roli ve vlastnostech oceli. V sub-eutektické oceli (obsah uhlíku 0,02 % -0,77 %) se s nárůstem obsahu uhlíku lineárně zvyšoval počet nauhličených částic ve feritové matrici, pevnost v tahu a tvrdost, ale výrazně se snížila tažnost a rázová houževnatost. Když obsah uhlíku překročí eutektický bod (0,77 %) za vzniku peritektické oceli, zúžení mezery mezi perlitovými lamelami vede k trvalému zvyšování pevnosti, ale karbidové vychýlení na hranicích zrn spouští riziko křehkosti.
Typické případy ukazují, že obsah uhlíku 0,45 % středně uhlíkové oceli po popouštění, pevnost v tahu až 800 MPa, tažnost udržovaná na 15 %; a obsah uhlíku 1,2 % u oceli s vysokým obsahem uhlíku, ačkoli tvrdost HRC62, ale rázová houževnatost je menší než 10 J/cm². Svařovací výkon, obsah uhlíku při každém zvýšení o 0,1 %, index citlivosti na trhliny ve svaru se zvýšil o 20 %, je třeba použít nízko{9}}vodíkové elektrody a předehřát na 150 stupňů nebo více.
Za druhé, manganový (Mn) prvek: prokalitelnost a zpracovatelnost za tepla dvojitého regulátoru
Mangan jako slabý karbid-tvorný prvek díky zpevnění pevných roztoků a dvojitému mechanismu řízení organizace ke zvýšení výkonu oceli. Ve feritu atomy manganu nahrazují atomy železa, aby vyvolaly deformaci mřížky, mez kluzu se zvýšila asi o 30 MPa/%; v austenitu manganová expanze -oblasti fáze tak, že kritická teplota Ac3 vzrostla o 50-80 stupňů, což výrazně zlepšilo prokalitelnost. Experimentální data ukazují, že ocel 45 obsahující 1,2 % manganu může po kalení vodou dosáhnout tvrdosti HRC45, což je o 3 úrovně tvrdosti podle Rockwella vyšší než u oceli bez manganu.
In terms of hot working performance, manganese and sulfur form high melting point MnS (melting point 1610℃), which replaces low melting point FeS (melting point 988℃) to eliminate thermal embrittlement. However, excess manganese (>1,5%) vede k hrubnutí zrna během popouštění a 40% zvýšení indexu popouštěcí křehkosti a zbytkový austenit je třeba eliminovat udržováním na 700 stupních. V typických aplikacích je ocel 20MnSi s 0,8 % až 1,2 % manganu široce používána pro konstrukční armaturu a její mez kluzu je zvýšena o 25 % ve srovnání s ocelí Q235.
Za třetí, křemíkový (Si) prvek: synergický zesilovač zpevnění pevného roztoku a odolnost proti korozi
Křemík jako silný ferit-tvorný prvek zlepšuje vlastnosti oceli díky dvojímu mechanismu zpevnění tuhého roztoku a filmu povrchového oxidu. U feritu je poloměr atomů křemíku o 11 % větší než poloměr atomů železa, což spouští deformaci mřížky ke zvýšení meze kluzu asi o 50 MPa/%. Experimenty s povrchovou oxidací ukazují, že obsah křemíku 1,5 % oceli oxidované při 800 stupních po dobu 24 hodin, tloušťka oxidového filmu je o 60 % menší než u běžné oceli, a to díky vytvoření husté ochranné vrstvy SiO₂.
Pokud jde o obrobitelnost, obsah křemíku vyšší než 0,8 % zvyšuje odolnost proti deformaci za studena o 20 %, což vyžaduje více-průchodový proces s malými objemy deformace. Typické aplikace, obsah křemíku 0,2 % -0,5 % oceli 40SiMn používané při výrobě automobilových ojnic, její únavová životnost než u běžné uhlíkové oceli se zvýšila 1,5krát; obsah křemíku 15% -20% vysoce křemíkové litiny v kyselině sírové střední rychlost koroze<0.1mm / a, become the preferred material for corrosion-resistant parts of chemical equipment.
Za čtvrté, sirné (S) prvky: horký pracovní výkon neviditelného torpédoborce
Síra ve formě inkluzí FeS na hranicích ocelových zrn, její poškození se projevuje především při tepelném zpracování a svařování dvou scén. FeS a Fe vzniklé při teplotě tavení ko-krystalu pouze 988 stupňů, když je ocel zahřátá na 1150 stupňů, hranice zrn v kapalném FeS vedou k poklesu místní pevnosti, náchylné k tepelnému praskání. Experimentální data ukazují, že obsah síry 0,05 % oceli v procesu kontinuálního lití, výskyt tepelného praskání je 5krát vyšší než obsah síry 0,01 %.
Pokud jde o svařovací výkon, plyn SO₂ generovaný reakcí mezi sírou a kyslíkem vytváří póry ve svaru, čímž se zmenšuje efektivní plocha průřezu svarového kovu o 30 %. Typické případy ukazují, že obsah síry 0,08 % oceli Q235 při ručním obloukovém svařování, rázová houževnatost svarového kovu je menší než 8J/cm², pouze 1/3 základního materiálu. moderní proces výroby oceli přidáním prvků vzácných zemin za vzniku sulfidu s vysokým bodem tání, index rizika síry snížený o 70 %.
Pět prvků fosforu (P): houževnatost smrtelného zabijáka při nízkých-teplotách
Fosfor s rozpustností v pevném feritu 0,9 %, jeho atomový poloměr je o 14 % větší než atom železa, což způsobuje vážné narušení mřížky. Experimentální data ukazují, že obsah fosforu 0,1 % oceli při -20 stupních při rázové houževnatosti o 65 % nižší než je normální teplota, což pramení z atomů fosforu v {100} krystalické rovině formování shluků Kirchnerových plynů na dislokační pohyb kolíkového efektu. Nízkoteplotní experimenty křehnutí ukazují, že ocel s 0,15% obsahem fosforu podléhá dekonvolučnímu lomu při -40 stupních, přičemž lom je charakterizován typickými dvacetistěnnými rysy.
Pokud jde o obrobitelnost řezu, měl synergický účinek fosforu a síry za následek 20% snížení řezných sil a 1,5-násobné zvýšení životnosti nástroje. V typických aplikacích je automatová ocel 1215 s obsahem fosforu 0,08 %-0,15 % široce používána pro přesné obrábění součástí s drsností povrchu až Ra0,8 μm. Je však třeba poznamenat, že při obsahu fosforu vyšším než 0,12 % se rychlost koroze oceli v mořském prostředí zvyšuje o faktor 3, což je potřeba inhibovat přidáním měděných prvků, aby se vytvořil ochranný film.
