Sebagai bahan asas industri moden, prestasi keluli dikawal secara langsung oleh komposisi kimia. Antaranya, karbon (C), mangan (Mn), silikon (Si), sulfur (S), fosforus (P) lima unsur dengan mengubah organisasi metalurgi, struktur kristal dan pengedaran kekotoran, dengan ketara menjejaskan kekuatan, keliatan, kebolehprosesan dan rintangan kakisan keluli.
Pertama, unsur karbon (C): kekuatan dan keplastikan pengawal selia teras
Karbon adalah unsur pengaloian yang paling penting dalam keluli, dan kandungannya mempunyai peranan yang menentukan dalam prestasi keluli. Dalam julat-keluli eutektik (kandungan karbon 0.02% -0.77%), dengan peningkatan kandungan karbon, bilangan zarah terkarbur dalam matriks ferit, kekuatan tegangan dan kekerasan meningkat secara linear, tetapi pemanjangan dan keliatan hentaman menurun dengan ketara. Apabila kandungan karbon melebihi titik eutektik (0.77%) untuk membentuk keluli peritektik, penyempitan jarak antara lamella pearlit membawa kepada peningkatan kekuatan yang berterusan, tetapi pincang karbida pada sempadan butiran mencetuskan risiko kerapuhan.
Kes biasa menunjukkan bahawa kandungan karbon 0.45% keluli karbon sederhana selepas rawatan pembajaan, kekuatan tegangan sehingga 800MPa, pemanjangan dikekalkan pada 15%; dan kandungan karbon 1.2% keluli karbon tinggi walaupun kekerasan HRC62, tetapi keliatan hentaman kurang daripada 10J/cm². Prestasi kimpalan, kandungan karbon setiap peningkatan sebanyak 0.1%, indeks kepekaan retak kimpalan meningkat sebanyak 20%, perlu menggunakan-elektrod hidrogen rendah dan panaskan hingga 150 darjah atau lebih.
Kedua, unsur mangan (Mn): kebolehkerasan dan kebolehkerjaan panas pengatur berganda
Mangan sebagai unsur pembentuk-karbida lemah, melalui pengukuhan larutan pepejal dan mekanisme dwi kawalan organisasi untuk meningkatkan prestasi keluli. Dalam ferit, atom mangan menggantikan atom besi untuk mencetuskan herotan kekisi, kekuatan hasil meningkat kira-kira 30MPa/%; dalam austenit, pengembangan mangan bagi -rantau fasa supaya suhu kritikal Ac3 meningkat sebanyak 50-80 darjah , meningkatkan kebolehkerasan dengan ketara. Data eksperimen menunjukkan bahawa 45 keluli yang mengandungi 1.2% mangan boleh mencapai kekerasan HRC45 selepas pelindapkejutan air, iaitu 3 tahap kekerasan Rockwell lebih tinggi daripada keluli tanpa mangan.
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%) membawa kepada kekasaran bijirin semasa pembajaan dan peningkatan 40% dalam indeks kerapuhan marah, dan sisa austenit perlu dihapuskan dengan memegang pada 700 darjah . Dalam aplikasi biasa, keluli 20MnSi dengan 0.8%-1.2% mangan digunakan secara meluas untuk rebar pembinaan, dan kekuatan hasilnya meningkat sebanyak 25% berbanding dengan keluli Q235.
Ketiga, unsur Silikon (Si): penambah sinergistik pengukuhan larutan pepejal dan rintangan kakisan
Sebagai unsur pembentuk ferit-yang kuat, silikon meningkatkan sifat keluli melalui mekanisme dwi pengukuhan larutan pepejal dan filem oksida permukaan. Dalam ferit, jejari atom silikon adalah 11% lebih besar daripada atom besi, yang mencetuskan herotan kekisi untuk meningkatkan kekuatan hasil sebanyak kira-kira 50MPa/%. Eksperimen pengoksidaan permukaan menunjukkan bahawa kandungan silikon sebanyak 1.5% daripada keluli teroksida pada 800 darjah selama 24 jam, ketebalan filem oksida adalah 60% kurang daripada keluli biasa, terima kasih kepada pembentukan lapisan pelindung padat SiO₂.
Dari segi kebolehmesinan, kandungan silikon lebih daripada 0.8% meningkatkan rintangan ubah bentuk sejuk sebanyak 20%, memerlukan proses berbilang-laluan dengan volum ubah bentuk yang kecil. Aplikasi biasa, kandungan silikon sebanyak 0.2% -0.5% daripada keluli 40SiMn yang digunakan dalam pembuatan rod penyambung automotif, hayat keletihannya daripada keluli karbon biasa untuk meningkatkan 1.5 kali ganda; kandungan silikon 15% -20% besi tuang silikon tinggi dalam asid sulfurik kadar kakisan sederhana<0.1mm / a, become the preferred material for corrosion-resistant parts of chemical equipment.
Keempat, unsur sulfur (S): prestasi kerja panas pemusnah yang tidak kelihatan
Sulfur dalam bentuk kemasukan FeS dalam sempadan bijian keluli, bahayanya terutamanya dicerminkan dalam pemprosesan haba dan kimpalan dua adegan. FeS dan Fe dibentuk oleh takat lebur kokristal-hanya 988 darjah , apabila keluli dipanaskan hingga 1150 darjah , sempadan butiran pada cecair FeS membawa kepada penurunan kekuatan setempat, terdedah kepada keretakan haba. Data eksperimen menunjukkan bahawa kandungan sulfur 0.05% daripada keluli dalam proses penuangan berterusan, kejadian kadar keretakan haba adalah 5 kali lebih tinggi daripada kandungan sulfur sebanyak 0.01%.
Dari segi prestasi kimpalan, gas SO₂ yang dihasilkan oleh tindak balas antara sulfur dan oksigen membentuk liang dalam kimpalan, mengurangkan luas-keratan rentas berkesan logam kimpalan sebanyak 30%. Kes biasa menunjukkan bahawa kandungan sulfur sebanyak 0.08% daripada keluli Q235 dalam kimpalan arka manual, keliatan hentaman logam kimpalan adalah kurang daripada 8J/cm ², hanya 1/3 daripada bahan asas. proses pembuatan keluli moden dengan menambahkan unsur nadir bumi untuk membentuk takat lebur sulfida yang tinggi, indeks bahaya sulfur dikurangkan sebanyak 70%.
Lima, unsur fosforus (P): -keliatan suhu rendah pembunuh maut
Fosforus dalam ferit keterlarutan pepejal sebanyak 0.9%, jejari atomnya adalah 14% lebih besar daripada atom besi, mencetuskan herotan kekisi yang serius. Data eksperimen menunjukkan bahawa kandungan fosforus 0.1% daripada keluli pada -20 darjah apabila kekerasan hentaman 65% lebih rendah daripada suhu biasa, yang berpunca daripada atom fosforus dalam {100} pembentukan pincang satah kristal gugusan gas Kirchner pada pergerakan kehelan kesan penyepitan. Eksperimen kemerosotan suhu rendah menunjukkan bahawa keluli dengan kandungan fosforus 0.15% mengalami keretakan nyahbelit pada -40 darjah, dengan patah yang dicirikan oleh ciri ikosahedral tipikal.
Dari segi kebolehmesinan pemotongan, kesan sinergistik fosforus dan sulfur menghasilkan pengurangan 20% dalam daya pemotongan dan peningkatan 1.5-kali ganda dalam hayat alat. Dalam aplikasi biasa, keluli pemotongan bebas 1215 dengan kandungan fosforus 0.08% -0.15% digunakan secara meluas untuk pemesinan bahagian ketepatan, dengan kekasaran permukaan sehingga Ra0.8 μm. Walau bagaimanapun, perlu diingatkan bahawa dengan kandungan fosforus lebih daripada 0.12%, kadar kakisan keluli dalam persekitaran marin meningkat dengan faktor 3, yang perlu dihalang dengan menambah unsur tembaga untuk membentuk filem pelindung.
