บทบาทของโลหะผสมในเหล็ก(สอง)

(9) โคบอลต์

โคบอลต์ส่วนใหญ่จะใช้ในเหล็กกล้าและโลหะผสมพิเศษเหล็กกล้าความเร็วสูงที่มีโคบอลต์มีความแข็งที่อุณหภูมิสูง และสามารถเพิ่มโมลิบดีนัมลงในเหล็กกล้าที่มีอายุมากของมาร์เทนซิติกได้ในเวลาเดียวกันเพื่อให้ได้ความแข็งสูงเป็นพิเศษและคุณสมบัติทางกลที่ครอบคลุมได้ดีนอกจากนี้ โคบอลต์ยังเป็นองค์ประกอบการผสมที่สำคัญในเหล็กกล้ากำลังร้อนและวัสดุแม่เหล็ก

โคบอลต์ลดความสามารถในการชุบแข็งของเหล็ก ดังนั้นการเพิ่มเหล็กกล้าคาร์บอนเพียงอย่างเดียวจะลดคุณสมบัติทางกลโดยรวมของเหล็กอบอ่อนโคบอลต์สามารถเสริมความแข็งแกร่งให้กับเฟอร์ไรท์ และเมื่อเติมลงในเหล็กกล้าคาร์บอน ก็สามารถปรับปรุงความแข็ง จุดคราก และความต้านทานแรงดึงของเหล็กในสภาวะอบอ่อนหรือทำให้เป็นมาตรฐาน และมีผลเสียต่อการยืดตัวและการหดตัวของส่วนความเหนียวของแรงกระแทกลดลงเมื่อปริมาณโคบอลต์เพิ่มขึ้นโคบอลต์ใช้ในเหล็กกล้าและโลหะผสมที่ทนความร้อนเนื่องจากทนต่อการเกิดออกซิเดชันกังหันก๊าซอัลลอยด์ที่ใช้โคบอลต์แสดงบทบาทที่เป็นเอกลักษณ์

(10) ซิลิคอน (ศรี)

ซิลิคอนสามารถละลายได้ในเฟอร์ไรท์และออสเทนไนต์เพื่อเพิ่มความแข็งและความแข็งแรงของเหล็ก โดยมีบทบาทเป็นอันดับสองรองจากฟอสฟอรัส และแข็งแกร่งกว่าแมงกานีส นิกเกิล โครเมียม ทังสเตน โมลิบดีนัม วานาเดียม และองค์ประกอบอื่นๆอย่างไรก็ตาม เมื่อปริมาณซิลิกอนเกิน 3% ความเหนียวและความเหนียวของเหล็กจะลดลงอย่างมากซิลิคอนสามารถปรับปรุงขีดจำกัดความยืดหยุ่น ความแข็งแรงของผลผลิตและอัตราส่วนผลผลิต (σs/σb) และอัตราส่วนความล้าและความล้า (σ-1/σb) ของเหล็กนี่คือเหตุผลที่ว่าทำไมเหล็กซิลิกอนหรือซิลิกอนแมงกานีสจึงสามารถใช้เป็นเหล็กสปริงได้

ซิลิคอนสามารถลดความหนาแน่น การนำความร้อน และการนำไฟฟ้าของเหล็กได้สามารถส่งเสริมการหยาบเกรนของเมล็ดเฟอร์ไรต์ ลดการบีบบังคับมีแนวโน้มที่จะลด anisotropy ของคริสตัล เพื่อให้การสะกดจิตเป็นเรื่องง่าย ลดความไม่เต็มใจ และสามารถใช้ในการผลิตเหล็กไฟฟ้า ดังนั้นการสูญเสียแม่เหล็กของแผ่นเหล็กซิลิกอนจึงต่ำซิลิคอนสามารถปรับปรุงการนำแม่เหล็กของเฟอร์ไรท์ เพื่อให้แผ่นเหล็กมีความไวแม่เหล็กที่สูงขึ้นภายใต้สนามแม่เหล็กที่อ่อนอย่างไรก็ตาม ซิลิกอนช่วยลดความไวแม่เหล็กของเหล็กภายใต้สนามแม่เหล็กแรงสูงซิลิคอนมีปฏิกิริยาออกซิเดชันที่รุนแรง ซึ่งช่วยลดผลกระทบจากการเสื่อมสภาพของธาตุเหล็ก

เมื่อเหล็กที่มีซิลิกอนถูกทำให้ร้อนในบรรยากาศออกซิไดซ์ ชั้นของฟิล์ม SiO2 จะก่อตัวขึ้นบนพื้นผิว ซึ่งจะเป็นการปรับปรุงความต้านทานการเกิดออกซิเดชันของเหล็กที่อุณหภูมิสูง

ซิลิคอนสามารถส่งเสริมการเจริญเติบโตของผลึกเรียงเป็นแนวและลดความเป็นพลาสติกในเหล็กหล่อหากเหล็กซิลิกอนเย็นตัวเร็วขึ้นเมื่อถูกความร้อน ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างด้านในและด้านนอกของเหล็กจะมีขนาดใหญ่เนื่องจากค่าการนำความร้อนต่ำ และทำให้เกิดการแตกหักได้

ซิลิคอนสามารถลดความสามารถในการเชื่อมของเหล็กได้เนื่องจากซิลิกอนมีความแข็งแรงกว่าเหล็กเมื่อรวมกับออกซิเจน จึงง่ายต่อการสร้างซิลิเกตที่มีจุดหลอมเหลวต่ำในการเชื่อม ซึ่งจะเพิ่มความลื่นไหลของตะกรันหลอมเหลวและโลหะหลอมเหลว ทำให้เกิดปรากฏการณ์โปรยลงมาและส่งผลต่อคุณภาพการเชื่อมซิลิคอนเป็นสารกำจัดออกซิไดซ์ที่ดีเมื่อใช้อะลูมิเนียมดีออกซิเดชัน จะมีการเติมซิลิกอนจำนวนหนึ่ง ซึ่งสามารถปรับปรุงอัตราการดีออกซิเดชันได้อย่างมากมีซิลิกอนในเหล็กจำนวนหนึ่งซึ่งถูกนำมาใช้เป็นวัตถุดิบในกระบวนการผลิตเหล็กและเหล็กกล้าในเหล็กเดือด ซิลิกอนถูกจำกัดที่ <0.07% เมื่อตั้งใจจะเติม โลหะผสมเฟอร์โรซิลิกอนจะถูกเพิ่มในการผลิตเหล็ก

(11) แมงกานีส (Mn)

แมงกานีสเป็นสารขจัดออกซิไดซ์และขจัดซัลเฟตที่ดีเหล็กกล้าโดยทั่วไปประกอบด้วยแมงกานีสจำนวนหนึ่ง ซึ่งสามารถขจัดหรือลดความเปราะบางของเหล็กที่เกิดจากกำมะถัน เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานที่ร้อนของเหล็ก

สารละลายที่เป็นของแข็งที่เกิดจากแมงกานีสและเหล็กช่วยเพิ่มความแข็งและความแข็งแรงของเฟอร์ไรท์และออสเทนไนต์ในเหล็กในเวลาเดียวกัน มันเป็นองค์ประกอบที่เกิดจากคาร์ไบด์และเข้าสู่ซีเมนต์เพื่อแทนที่อะตอมของเหล็กบางส่วนแมงกานีสมีบทบาทในการกลั่นมุกไลท์และปรับปรุงความแข็งแรงของเหล็กมุกไลท์โดยอ้อมโดยการลดอุณหภูมิการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในเหล็กแมงกานีสเป็นอันดับสองรองจากนิกเกิลในความสามารถในการทำให้โครงสร้างออสเทนนิติกมีเสถียรภาพและยังเพิ่มความสามารถในการชุบแข็งของเหล็กอย่างมากเหล็กกล้าอัลลอยด์หลายชนิดทำด้วยแมงกานีสที่มีองค์ประกอบน้อยกว่า 2% และองค์ประกอบอื่นๆ

แมงกานีสมีลักษณะของทรัพยากรที่อุดมสมบูรณ์และมีประสิทธิภาพที่หลากหลาย และมีการใช้กันอย่างแพร่หลาย เช่น เหล็กกล้าโครงสร้างคาร์บอนที่มีปริมาณแมงกานีสสูง เหล็กสปริง

ในเหล็กกล้าที่ทนต่อการสึกหรอของคาร์บอนสูงและแมงกานีสสูง ปริมาณแมงกานีสสามารถเข้าถึงได้ถึง 10% ~ 14%ภายหลังการชุบแข็งด้วยสารละลายแล้วมีความเหนียวที่ดีเมื่อเกิดการเสียรูปจากการกระแทก ชั้นผิวจะแข็งแรงขึ้นเนื่องจากการเสียรูปและมีความทนทานต่อการสึกหรอสูง

แมงกานีสและกำมะถันสร้าง MnS ที่มีจุดหลอมเหลวสูงขึ้น ซึ่งสามารถป้องกันปรากฏการณ์เปราะร้อนที่เกิดจาก FeS ได้แมงกานีสมีแนวโน้มที่จะเพิ่มความหยาบของเกรนและความเปราะบางของเหล็กหากการหล่อเย็นหลังจากการหลอมและการหลอมไม่เหมาะสม จะทำให้เกิดจุดขาวได้ง่าย

(12) อะลูมิเนียม (อัล)

อะลูมิเนียมส่วนใหญ่จะใช้เพื่อขจัดออกซิไดซ์และขัดเกลาธัญพืชส่งเสริมการก่อตัวของชั้นไนไตรดิ้งที่ทนทานต่อการกัดกร่อนอย่างแข็งในเหล็กไนไตรดิ้งอลูมิเนียมสามารถยับยั้งการเสื่อมสภาพของเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำและปรับปรุงความเหนียวของเหล็กที่อุณหภูมิต่ำเมื่อเนื้อหาสูง สามารถปรับปรุงความต้านทานการเกิดออกซิเดชันและความต้านทานการกัดกร่อนในกรดออกซิไดซ์และก๊าซ H2S ของเหล็ก และปรับปรุงคุณสมบัติทางไฟฟ้าและแม่เหล็กของเหล็กได้อลูมิเนียมมีบทบาทอย่างมากในการเสริมความแข็งแรงของสารละลายในเหล็ก ปรับปรุงความต้านทานการสึกหรอ ความแข็งแรงเมื่อยล้า และคุณสมบัติเชิงกลหลักของเหล็กกล้าคาร์บูไรซ์

ในโลหะผสมทนไฟ อะลูมิเนียม และสารประกอบรูปแบบนิกเกิล เพื่อปรับปรุงความแข็งแรงของการหลอมโลหะผสมอลูมิเนียม Fe-cr ที่ประกอบด้วยอลูมิเนียมมีลักษณะความต้านทานใกล้คงที่และทนต่อการเกิดออกซิเดชันที่ดีเยี่ยมที่อุณหภูมิสูง ซึ่งเหมาะที่จะใช้เป็นวัสดุโลหะผสมไฟฟ้าและลวดต้านทานโครเมียมอลูมิเนียม

เมื่อเหล็กบางชนิดถูกกำจัดออกซิไดซ์ หากปริมาณอลูมิเนียมมากเกินไป จะทำให้เกิดโครงสร้างจุลภาคที่ผิดปกติและส่งเสริมแนวโน้มการเกิดกราฟต์ของเหล็กในเหล็กกล้าเฟอริติกและเพิร์ลไลท์ ปริมาณอะลูมิเนียมที่สูงจะลดความแข็งแรงและความเหนียวของอุณหภูมิสูง และทำให้ยากต่อการถลุง การเท และด้านอื่นๆ

(13) ทองแดง (Cu)

บทบาทที่โดดเด่นของทองแดงในเหล็กคือการปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนในชั้นบรรยากาศของเหล็กโลหะผสมต่ำธรรมดา โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้กับฟอสฟอรัส การเติมทองแดงยังสามารถปรับปรุงอัตราส่วนความแข็งแรงและผลผลิตของเหล็กได้ แต่ไม่มีผลเสียต่อการเชื่อม ประสิทธิภาพ.อายุความต้านทานการกัดกร่อนของรางเหล็ก (U-Cu) ที่มีทองแดง 0.20% ~ 0.50% เป็น 2-5 เท่าของรางคาร์บอนธรรมดานอกเหนือจากความต้านทานการสึกหรอ

เมื่อปริมาณทองแดงมากกว่า 0.75% จะสามารถสร้างผลการเสริมสร้างความชราหลังการบำบัดด้วยสารละลายและริ้วรอยที่เนื้อหาต่ำ เอฟเฟกต์จะคล้ายกับนิกเกิล แต่อ่อนกว่าเมื่อเนื้อหาสูงขึ้น จะส่งผลเสียต่อการประมวลผลการเปลี่ยนรูปที่ร้อนและนำไปสู่ความเปราะของทองแดงในระหว่างการประมวลผลการเปลี่ยนรูปที่ร้อนทองแดง 2% -3% ในเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกสามารถต้านทานการกัดกร่อนของกรดซัลฟิวริก กรดฟอสฟอริก และกรดไฮโดรคลอริก และความเสถียรของการกัดกร่อนของความเค้น

(14) โบรอน (B)

หน้าที่หลักของโบรอนในเหล็กคือการเพิ่มความสามารถในการชุบแข็งของเหล็ก จึงช่วยประหยัดโลหะหายากอื่นๆ และนิกเกิล โครเมียม โมลิบดีนัม ฯลฯ เพื่อจุดประสงค์นี้ โดยทั่วไปปริมาณของโบรอนจะอยู่ในช่วง 0.001% ถึง 0.005%สามารถใช้แทนนิกเกิล 1.6% โครเมียม 0.3% หรือโมลิบดีนัม 0.2%ควรสังเกตว่าโมลิบดีนัมสามารถป้องกันหรือลดความเปราะบางของการแบ่งเบาบรรเทา ในขณะที่โบรอนส่งเสริมแนวโน้มของความเปราะบางของการแบ่งเบาบรรเทาเล็กน้อย ดังนั้นจึงไม่สามารถแทนที่โบรอนได้อย่างสมบูรณ์

เหล็กกล้าคาร์บอนปานกลางที่มีโบรอนเนื่องจากการปรับปรุงการชุบแข็ง สามารถทำให้เหล็กหนามากกว่า 20 มม. หลังจากประสิทธิภาพการแบ่งเบาบรรเทาดีขึ้นอย่างมาก ดังนั้น เหล็ก 40B และ 40MnB สามารถใช้แทน 40Cr ได้ จึงสามารถใช้เหล็ก 20Mn2TiB แทน 20CrMnTi เหล็กกล้าคาร์บูไรซ์แต่เนื่องจากบทบาทของโบรอนกับการเพิ่มขึ้นของปริมาณคาร์บอนในเหล็กและอ่อนตัวลงหรือแม้กระทั่งหายไปในการเลือกเหล็กกล้าคาร์บอนโบรอนจะต้องคำนึงถึงชิ้นส่วนหลังจากคาร์บูไรซิ่ง ความสามารถในการชุบแข็งของชั้นคาร์บูไรซิ่งจะต่ำกว่าแกนกลางของ ความแข็งของคุณสมบัตินี้

โดยทั่วไปแล้วเหล็กสปริงจะต้องผ่านการชุบแข็งเต็มที่ โดยปกติพื้นที่สปริงจะมีขนาดไม่ใหญ่นัก การใช้เหล็กที่มีโบรอนจะเป็นประโยชน์ผลกระทบของโบรอนต่อเหล็กสปริงซิลิกอนสูงจะผันผวนอย่างมาก จึงไม่สะดวกในการใช้งาน

โบรอนมีความสัมพันธ์ที่ดีกับไนโตรเจนและออกซิเจนการเติมโบรอน 0.007% ลงในเหล็กเดือดสามารถขจัดปรากฏการณ์การเสื่อมสภาพของเหล็กได้

(15) โลกที่หายาก (เรื่อง)

โดยทั่วไป ธาตุหายากหมายถึงตารางธาตุของธาตุที่มีเลขอะตอมตั้งแต่ 57 ถึง 71 (15 แลนทาไนด์) บวก 21 สแกนเดียมและอิตเทรียม 39 ธาตุ รวมเป็น 17 ธาตุมีความใกล้ชิดในธรรมชาติและไม่สามารถแยกออกได้ง่ายแร่ที่แยกจากกันเรียกว่าแร่หายากผสมมีราคาถูกกว่าและสามารถปรับปรุงความเป็นพลาสติกและความเหนียวของเหล็กแผ่นรีดขึ้นรูปโดยเฉพาะในเหล็กหล่อสามารถปรับปรุงความต้านทานการคืบของโลหะผสมอิเล็กโตรเทอร์มอลอัลลอยทนความร้อนและซูเปอร์อัลลอย

ธาตุแรร์เอิร์ธยังสามารถปรับปรุงความต้านทานการเกิดออกซิเดชันและความต้านทานการกัดกร่อนของเหล็กได้อีกด้วยฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระมีมากกว่าซิลิคอน อะลูมิเนียม ไททาเนียม และองค์ประกอบอื่นๆสามารถปรับปรุงความลื่นไหลของเหล็ก ลดการรวมตัวที่ไม่ใช่โลหะ และทำให้โครงสร้างเหล็กมีขนาดกะทัดรัดและบริสุทธิ์

เหล็กกล้าผสมต่ำธรรมดาที่มีธาตุแรร์เอิร์ธที่เหมาะสมมีผลดีออกซิไดซ์และการกำจัดกำมะถัน ปรับปรุงความทนทานต่อแรงกระแทก (โดยเฉพาะอย่างยิ่งความเหนียวที่อุณหภูมิต่ำ) และปรับปรุงคุณสมบัติแอนไอโซโทรปี

ธาตุหายากในโลหะผสมอลูมิเนียม Fe-Cr เพิ่มความสามารถในการต้านอนุมูลอิสระของโลหะผสม รักษาเม็ดเหล็กละเอียดที่อุณหภูมิสูง ปรับปรุงความแข็งแรงของอุณหภูมิสูง เพื่อให้อายุของโลหะผสมความร้อนไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างมาก

(16) ไนโตรเจน (N)

พลังงานไนโตรเจนส่วนหนึ่งถูกใช้ในเหล็ก ซึ่งมีผลจากการเสริมความแข็งแกร่งของสารละลายที่เป็นของแข็งและปรับปรุงความสามารถในการชุบแข็ง แต่ก็ไม่มีนัยสำคัญเนื่องจากการตกตะกอนของไนไตรด์บนขอบเกรน ความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงของขอบเกรนสามารถเพิ่มขึ้นและความแข็งแรงในการคืบของเหล็กเพิ่มขึ้นเมื่อรวมกับองค์ประกอบอื่นๆ ที่เป็นเหล็ก มีผลทำให้แข็งตัวจากการตกตะกอนความต้านทานการกัดกร่อนของเหล็กไม่สำคัญ แต่ไนไตรดิ้งที่พื้นผิวของเหล็กไม่เพียงเพิ่มความแข็งและความต้านทานการสึกหรอ แต่ยังช่วยเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนได้อย่างมากไนโตรเจนตกค้างในเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำสามารถนำไปสู่ความเปราะบางตามอายุได้

(17) กำมะถัน (S)

สามารถปรับปรุงความสามารถในการแปรรูปของเหล็กได้โดยการเพิ่มปริมาณกำมะถันและแมงกานีสในเหล็กกล้าที่แปรรูปได้ง่ายนั้นจะมีการเติมกำมะถันเป็นองค์ประกอบที่เป็นประโยชน์กำมะถันถูกแยกออกอย่างมากในเหล็กการเสื่อมสภาพของคุณภาพเหล็กที่อุณหภูมิสูงช่วยลดความเป็นพลาสติกของเหล็กเป็นองค์ประกอบที่เป็นอันตรายซึ่งมีอยู่ในรูปของ FeS ที่มีจุดหลอมเหลวต่ำกว่าFeS เพียงอย่างเดียวมีจุดหลอมเหลวเพียง 1190 ℃ ในขณะที่อุณหภูมิยูเทคติกของคริสตัลยูเทคติกที่เกิดขึ้นจากเหล็กในเหล็กนั้นต่ำกว่า เพียง 988 ℃เมื่อเหล็กแข็งตัว เหล็กซัลไฟด์จะรวมตัวกันที่ขอบเกรนขั้นต้นเมื่อรีดเหล็กที่ 1100 ~ 1200 ℃ FeS บนขอบเกรนจะละลาย ซึ่งทำให้แรงยึดเกาะระหว่างเมล็ดพืชอ่อนลงอย่างมาก และนำไปสู่ปรากฏการณ์การเปราะร้อนของเหล็ก ดังนั้นควรควบคุมกำมะถันอย่างเคร่งครัดโดยทั่วไปจะมีการควบคุมระหว่าง 0.020% ถึง 0.050%เพื่อป้องกันความเปราะบางที่เกิดจากกำมะถัน ควรเติมแมงกานีสให้เพียงพอเพื่อสร้าง MnS ที่มีจุดหลอมเหลวสูงขึ้นหากเหล็กมีอัตราการไหลสูง การเชื่อมเนื่องจากการสร้าง SO2 จะเกิดรูพรุนและหลวมในโลหะเชื่อม

(18) ฟอสฟอรัส (P)

ฟอสฟอรัสมีผลอย่างมากต่อการเสริมความแข็งแกร่งของสารละลายที่เป็นของแข็งและการชุบแข็งด้วยความเย็นในเหล็กการเพิ่มเหล็กโครงสร้างที่มีโลหะผสมต่ำเป็นองค์ประกอบการผสมสามารถปรับปรุงความแข็งแรงและความต้านทานการกัดกร่อนในบรรยากาศ แต่ลดประสิทธิภาพการปั๊มเย็นฟอสฟอรัสรวมกับกำมะถันและแมงกานีสสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการตัดของเหล็ก เพิ่มคุณภาพพื้นผิวของชิ้นงาน สำหรับเหล็กตัดง่าย เหล็กตัดง่ายจึงมีปริมาณฟอสฟอรัสค่อนข้างสูงฟอสฟอรัสที่ใช้ในเฟอร์ไรท์แม้ว่าจะสามารถปรับปรุงความแข็งแรงและความแข็งของเหล็กได้ แต่อันตรายที่ใหญ่ที่สุดคือการแยกออกจากกันอย่างรุนแรงเพิ่มความเปราะบางอารมณ์เพิ่มความเป็นพลาสติกและความเหนียวของเหล็กอย่างมากส่งผลให้เหล็กในการประมวลผลเย็นแตกง่าย คือปรากฏการณ์ที่เรียกว่า "ความเปราะบางเย็น"ฟอสฟอรัสยังส่งผลเสียต่อความสามารถในการเชื่อมฟอสฟอรัสเป็นองค์ประกอบที่เป็นอันตราย ควรควบคุมอย่างเข้มงวด เนื้อหาทั่วไปไม่เกิน 0.03% ~ 0.04%