Роль 18 легирующих элементов в стали

Хром (Cr)
Хром увеличивает укрепление стали и обладает вторичным эффектом упрочнения. Это может улучшить твердость и устойчивость к износу углеродистой стали, не делая ее хрупкой. Когда содержание превышает 12%, он придает хорошую высокотемпературную устойчивость к окислению и устойчивость к окислению коррозии, а также увеличивает горячую прочность стали. Хром является основным легирующим элементом из стали из нержавеющей кислоты и термостойкой стали.
Хром увеличивает прочность и твердость углеродистой стали в стержнем состоянии, одновременно уменьшая удлинение и уменьшение площади. Когда содержание хрома превышает 15%, сила и твердость уменьшаются, в то время как удлинение и снижение площади соответственно увеличивается. Части, изготовленные из хромосодержащей стали, легко получить высокую поверхность за счет шлифования.
Основной ролью хрома в гашении и закаленных структурных сталях является повышение затвердеваемости, что позволяет стали достичь лучших комплексных механических свойств после гашения и отпуска. В сталеле, которые могут также образовывать хромовые карбиды, тем самым повышая износостойкость поверхности материала.
Песчаная сталь, содержащая хрома, менее склонна к декарбурке во время термообработки. Хром улучшает устойчивость к износу, твердость и красную твердость инструментальной стали и обеспечивает хорошую стабильность. В электрических нагревающих сплавах хром повышает устойчивость к окислению, электрическую устойчивость и прочность.

Никель (NI)
Никель укрепляет феррит и уточняет перлит в стали. Общий эффект - это увеличение прочности, что незначительно влияет на пластичность. Как правило, для низкоуглеродистого стали, используемых в роли, нормализованных или отжигающих условиях без утомительного и отпуска обработки, определенное содержание никеля может увеличить силу без значительного снижения прочности. Статистически каждое увеличение никеля на 1% может повысить силу примерно на 29,4 МПа. Когда содержание никеля увеличивается, производительность урожайности увеличивается быстрее, чем прочность на растяжение, поэтому соотношение урожайности никельсодержащей стали может быть выше, чем у обычной углеродистой стали. При увеличении силы никель менее вреден для прочности, пластичности и других свойств обработки по сравнению с другими легирующими элементами.
Для средних углеродных сталей никель понижает температуру перлит-трансформации, совершенствуя перлит-структуру. Он также снижает содержание углерода в эвтектоидной точке, что означает, что по сравнению с углеродистой сталью одного и того же содержания углерода, никельсодержащая сталь имеет больше перлит, что приводит к более высокой прочности. И наоборот, для достижения той же прочности содержание углерода в никель-содержащей стали может быть соответствующим образом уменьшено, тем самым улучшая вязкость и пластичность. Никель повышает сопротивление стали усталости и снижает ее чувствительность. Он снижает хрупкую температуру перехода стали, что чрезвычайно важно для низкотемпературных сталей. Сталь с 3,5% Ni может использоваться в -100°C, в то время как сталь с 9% Ni может работать при -196°C. Никель не увеличивает сопротивление к ползучести и, следовательно, обычно не используется в качестве укрепляющего элемента в термостойких сталях.
Железные сплавы с высоким содержанием никеля демонстрируют значительные изменения в коэффициенте линейного расширения с различным содержанием никеля. Это свойство используется для проектирования и производства точных сплавов и биметаллических материалов с очень низкими или определенными коэффициентами линейного расширения.
Кроме того, никель, добавленный в сталь, обеспечивает сопротивление не только кислотам, но и щелочим, и обеспечивает коррозионную устойчивость к атмосфере и соли. Никель является одним из важных элементов в стали из нержавеющей кислоты.

Молибдена (МО)
Молибден в стали увеличивает укрепление и горячую прочность, предотвращает хрупкость характера, увеличивает остаточную и принудительную силу и повышает коррозионную стойкость в определенных средах.
В уточенных и закаленных сталях молибден обеспечивает более глубокое отверждение более крупных поперечных частей, улучшает устойчивость к отпуска (стабильность отпуска), что позволяет приподняться детали при более высоких температурах. Это более эффективно устраняет (или уменьшает) остаточные напряжения и улучшает пластичность.
В сталеле, помимо вышеуказанных эффектов, молибден также снижает тенденцию карбидов с образованием непрерывной сети на границах зерна в изготовленном слое, уменьшается удержание аустенита в изготовленном слое и относительно увеличивает устойчивость к износу поверхности.
В сталях молибдена помогает поддерживать относительно стабильную твердость и повышает устойчивость к деформации, растрескиванию и износу.
У стали, устойчивых к нержавеющей кислоте, молибден дополнительно повышает устойчивость к коррозии органической кислотой (например, схемами, уксусной, оксальской кислотой), перекисью водорода, серной кислоты, серной кислоты, сульфатов, кислотных красителей, растворов отбеливающих порошка и т. Д. Важно отметить, что добавление молибдена предотвращает тенденцию к коррозии корзины, вызванную присутствием хлоридных ионов.
Высокоскоростная сталь W12CR4V4V4MO, содержащая около 1% М.

Вольфрам (w)
В стали вольфрам частично образует карбиды и частично растворяется в железе, образуя твердые растворы. Его эффект аналогичен молибденам, но, как правило, менее выражен на процентах веса. Основная цель вольфрама в стали - увеличить стабильность отпуска, красную твердость, горячую прочность и устойчивость к износу из -за формирования карбида. Следовательно, он в основном используется в инструментальных сталях, таких как высокоскоростные стали и горячие ковки.
В высококачественных весенних сталях вольфрам образует рефрактерные карбиды. Во время отпуска при более высоких температурах он замедляет агломерацию карбида, сохраняя более высокую высокую температуру прочность. Вольфрам также снижает чрезмерную чувствительность стали, повышает закаленность и повышает твердость. 65SIMNWA Spring Steel достигает высокой твердости после горячего проката и воздушного охлаждения. Разделы до 50 мм² может быть полностью закален в масле. Его можно использовать для важных пружин, подвергшихся тяжелым нагрузкам, тепло (& LE;350°В) и воздействие. Высокорезостойкость 30W4CR2VA с высокой устойчивой сталью имеет высокую укрепление. После угашения в 1050-1100°С и заката при 550-650°C, его прочность на растяжение достигает 1470-1666 МПа. Он используется в основном для пружин, работающих при высоких температурах (& LE;500°C).
Добавление вольфрама значительно улучшает устойчивость к износу и оборудованию стали, что делает его основным элементом в сплавных инструментах.

Ванадий (V)
Vanadium has a strong affinity for carbon, nitrogen, and oxygen, forming stable corresponding compounds. Он существует в основном как карбиды в стали. Его основная роль - уточнить стальную структуру и зерна, увеличивая прочность и прочность. При растворении в аустените при высоких температурах это увеличивает укрепление; И наоборот, когда он присутствует в виде карбидов, это уменьшает закаленность. Ванадий увеличивает стабильность отпуска уточенной стали и дает эффект вторичного упрочнения. Содержание ванадия в стали (кроме высокоскоростных инструментов), как правило, не превышает 0,5%.
В обычных низкопластных сталях ванадий уточняет зерна, улучшает прочность, коэффициент урожайности и низкотемпературные свойства после нормализации и повышает сварку.
В структурных сталях сплавов, поскольку ванадия обычно снижает окрашиваемость в условиях общей термообработки, он часто используется в сочетании с такими элементами, как марганцерий, хром, молибден и вольфрад. В уточенных и закаленных сталях ванадия в основном увеличивает соотношение прочности и урожайности, уточняет зерно и снижает чувствительность перегрева. В сталеле, потому что он уточняет зерно, сталь может погашена сразу после того, как я утолкнулся без второго утоления.
В пружине и подшипниках стали ванадия увеличивают прочность и коэффициент урожайности, в частности, пропорциональный предел и упругой предел. Это снижает чувствительность к декарбализации во время термической обработки, тем самым улучшая качество поверхности. Стали, содержащие ванадий (например, хромовые стали), имеют мелко рассеянные карбиды и хорошие результаты обслуживания.
В инструментальных сталях ванадий уточняет зерна, снижает перегрев чувствительность, повышает стабильность отпуска и устойчивость к износу, тем самым продлевая срок службы инструмента.

Титан (TI)
Титан имеет сильное сродство к азоту, кислороду и углероду, а также более сильное сродство к серной, чем железо. Следовательно, это эффективный оксидийзер и дегасер, а также эффективный элемент для фиксации азота и углерода. Хотя титан является сильным элементом карбида, он не образует сложные соединения с другими элементами. Карбид титана имеет сильную связь, стабилен и трудно разложить. В стали он медленно растворяется в твердом растворе только при нагревании выше 1000°C. Перед растворением частицы карбида титана ингибируют рост зерна. Поскольку аффинность между титаном и углеродом намного больше, чем между хромом и углеродом, титан часто используется в нержавеющей стали для фиксации углерода, устранения или снижения истощения хрома на границах зерна, тем самым смягчая межсраночную коррозию.
Титан также является сильным ферритом, который значительно повышает температуру стали A1 и A3. В обычных низкопластных сталях титан улучшает пластичность и прочность. При фиксации азота и серы и образуя карбид титана, он увеличивает прочность на сталь. Нормализация уточняет зерно, а карбид осадки значительно улучшает пластичность и воздействие на прочность. Сплановые конструкционные стали, содержащие титан, обладают хорошими механическими и обработанными свойствами; Их основным недостатком является немного более низкая устойчивость.
У нержавеющих сталей High-Chromium титан обычно добавляется в количестве примерно в 5 раз превышает содержание углерода. Это не только улучшает коррозионную устойчивость (главным образом против межцентральной коррозии) и прочности, но также предотвращает рост зерна при высоких температурах и улучшает сварку.

Ниобий/Колумбий (NB/CB)
Ниобий и тантал (TA) часто сосуществуют; Их последствия в стали похожи. Ниобий и тантал частично растворяются в твердом растворе, вызывая укрепление твердого раствора. При растворении в аустените они значительно увеличивают укрепление стали. Однако, когда они присутствуют в виде карбида и оксидных частиц, они уточняют зерна и снижают закаленность. Они увеличивают стабильность отпуска и имеют вторичный эффект упрочнения. Следы ниобия могут увеличить прочность на сталь без нарушения пластичности или вязкости. Из -за уточнения зерна они улучшают ударную жесткость и снижают хрупкую температуру перехода. Когда содержание превышает содержание углерода в 8 раз, они могут исправлять почти весь углерод в стали, придавая хорошую водородовую стойкость. В аустенитовых сталях они предотвращают межцентральную коррозию в окисляющей среде. Фиксируя углерод и упрочнения осадков, они улучшают высокотемпературные свойства термостойких сталей, таких как прочность на ползучести.
В обычном строительном уровне с низким сплавным стали, ниобий увеличивает прочность урожая и воздействие на вязкость, снижает хрупкую температуру перехода и выгодна сваркой. При карбинизировании и утоленном/закаленном сплавом структурных стали, он увеличивает жесткости при улучшении выносливости и низкотемпературных свойств. Это снижает укрепление воздуха низкоуглеродистого мартенситного теплостойкого теплостойкого нержавеющего стали, избегает охрупчивости и увеличивает силу ползучести.

Цирконий (ZR)
Цирконий является сильным элементом карбида. Его эффект в стали аналогичен ниобиуму, танталу и ванадиуму. Добавление небольших сумм действует как дегазатор, очиститель и зерновой нефтеперерабатывающий завод, что приносит пользу низкотемпературным свойствам и улучшая формируемость. Он часто используется в сталях с сверх высокой силой и на основе никеля для газовых турбинных двигателей и баллистических ракетных конструкций.

Кобальт (co)
Кобальт в основном используется в специальных сталях и сплавах. Кобальтосодержащие высокоскоростные стали имеют высокую горячую твердость. При добавлении к маризации стали вместе с молибденом могут быть достигнуты сверхвысокая твердость и хорошие комплексные механические свойства. Кроме того, кобальт является важным легирующим элементом в термостойких сталях и магнитных материалах.
Кобальт уменьшает закаленность стали. Следовательно, добавление его в одиночку в углеродистую сталь уменьшает комплексные механические свойства после гашения и отпуска. Кобальт укрепляет феррит. При добавлении в углеродистую сталь он увеличивает твердость, точку урожая и прочность на растяжение в отожженном или нормализованном состоянии, но отрицательно влияет на удлинение и снижение площади. Устойчивость воздействия также уменьшается с увеличением содержания кобальта. Из-за своей сопротивления окисления, кобальт находит применение в термостойких сталях и суперсплаве. Сплавы на основе кобальта демонстрируют свою уникальную роль в газовых турбинах.

Кремний (Si)
Кремний растворяется в феррите и аустените, увеличивая твердость и прочность стали. Его эффект уступает только фосфору и сильнее марганца, никеля, хрома, вольфрама, молибдена, ванадия и т. Д. Тем не менее, содержание кремния превышает 3% значительно снижает пластичность и вязкость стали. Кремний увеличивает упругий предел, прочность на выход, коэффициент урожайности (& Sigma; S/& Sigma; B), усталость прочность и отношение усталости (& Sigma; -1/& Sigma; B). Вот почему кремниевые или кремниевые мангунские стали используются в качестве весенних сталей.
Кремний уменьшает плотность, теплопроводность и электрическую проводимость стали. Это способствует корружению ферритовых зерен и уменьшает принудительные силы. Это уменьшает тенденцию к кристаллической анизотропии, что облегчает намагниченность и снижает магнитное нежелание. Это используется для производства электрических сталей, что приводит к низкому потерь в кремниевых стальных листах. Кремний увеличивает проницаемость феррита, обеспечивая более высокую магнитную индукцию в слабых магнитных полях. Однако в сильных магнитных полях кремний уменьшает магнитную индукцию. Благодаря сильной мощности, кремния уменьшает магнитное старение в железе.
Кремниевая сталь, содержащая сталь, образует пленку SIO2 на своей поверхности при нагревании в окислительной атмосфере, повышая устойчивость к окислению при высоких температурах.
Кремний способствует росту столбчатых кристаллов в литой стали, снижая пластичность. Если кремниевая сталь слишком быстро охлаждается после нагрева, низкая теплопроводность вызывает большие внутренние внешние различия температуры, что приводит к растрескиванию.
Кремний уменьшает сварку стали. Поскольку кремний имеет более сильное сродство к кислороду, чем железо, он легко образует силикаты с низкой точкой с низким содержанием сварки во время сварки, увеличивая текучесть шлака и расплавленную текучесть, вызывая Spatter и влияет на качество сварки. Кремний - хороший оксидийзер. Добавление соответствующего количества кремния наряду с алюминием значительно усиливает эффект оксида. Сталь по своей природе содержит остаточный кремний из сырья в железе и стали. В стали окуняемого кремний ограничен <0.07%. При преднамеренном добавлении Ferrosilicon сплав используется во время создания стали.

Марганец (MN)
Марганец - хороший дексидийзер и десульфуризатор. Сталь, как правило, содержит определенное количество марганца, которое устраняет или смягчает горячую шорту, вызванную серной, тем самым улучшая горячую работоспособность стали.
Марганец образует твердые растворы с железом, увеличивая твердость и прочность феррита и аустенита в стали. Это также элемент формирования карбида, заменяя некоторые атомы железа в цементите. Снижая температуру критической трансформации, марганцевые изделия усовершенствовают перлит, косвенно способствуя повышению прочности в перлитических стали. Способность марганца стабилизировать аустенит является второй только из -за никеля, и это также сильно увеличивает закаленность. Содержание марганца до 2% сочетается с другими элементами для производства различных сплавных сталей.
Марганец широко используется из-за его изобилия и универсальности, например, в более манганском углеродном структурном стале и весенних сталях.
В высокоуглеродных, высоких манганских устойчивых к износостойкой стали (Hadfield Steel) содержание марганца может достигать 10-14%. После лечения раствора это имеет хорошую прочность. При воздействии на деформацию воздействия на поверхностный слой работают, обеспечивая высокую устойчивость к износу.
Марганец образует относительно высокие MNS-точки с серной, предотвращая горячую краткость, вызванную FES. Марганец имеет тенденцию увеличивать зерновую скорлупу и чувствительность к характеру охрупчивания. Неправильное охлаждение после литья или ковки/катания может легко вызвать хлопья (водородные хлопья) в стали.

Алюминий (AL)
Алюминий в основном используется для окисления и уточнения зерна. В нитритивных сталях это способствует образованию жесткого, устойчивого к коррозии нитрируемого слоя. Алюминий ингибирует старение в низкоуглеродистых сталях и улучшает жесткость низкой температуры. При более высоком содержании он усиливает устойчивость к окислению и коррозионную устойчивость в окисляющих кислотах и газе H2S и улучшает электрические и магнитные свойства. Алюминий обладает сильным эффектом укрепления твердого раствора, повышением устойчивости к износу, усталости и основным механическим свойствам в стали с карбинизацией.
В суперплалеях алюминиевые формируют соединения с никелем (гамма-прайм), увеличивая высокую температуру. Железо-хромий-алюминиевые сплавы (FECRAL) имеют почти постоянную электрическую стойкость и превосходную устойчивость к окислению при высоких температурах, что делает их подходящими для электрических сплавов нагрева и сопротивления, таких как Кантталь.
Чрезмерный алюминий, используемый для окисления в некоторых сталях, может вызвать аномальные структуры и способствовать графитизации. У ферритных и жемчужных сталей более высокое содержание алюминия снижает высокую температуру прочность и прочность и создает трудности в плавках и литье.

Медь (CU)
Выдающаяся роль меди в стали заключается в улучшении атмосферной коррозионной устойчивости обычных низкопластных сталей, особенно при использовании в сочетании с фосфором. Добавление меди также увеличивает коэффициент силы и урожайности, не отрицательно влияя на сварку. Железнодорожная сталь (U-CU), содержащая 0,20-0,50% медь, не только устойчива к износу, но также имеет срок службы коррозии в 2-5 раз больше, чем у обычной углеродной стали.
Содержание меди, превышающее 0,75%после лечения раствора и старения, может привести к укреплению возраста. На более низких уровнях его эффект похож на никель, но слабее. Более высокое содержание меди наносит ущерб горячей работе, вызывая медную охлаждение во время горячей деформации. 2-3% медь в аустенитовых нержавеющих сталях может повысить коррозионную устойчивость к серной, фосфорной и соляной кислоте и улучшать устойчивость к трещину в коррозии.

Бор (б)
Основная роль бора в стали заключается в повышении укрепления, тем самым спасая другие живые металлы, такие как никель, хром и молибден. Для этой цели его содержание обычно указывается в диапазоне 0,001-0,005%. Он может заменить 1,6% Ni, 0,3% Cr или 0,2% мес. Следует заботиться при замене бора на молибден, потому что молибден предотвращает или уменьшает охрупцию характера, в то время как бор слегка продвигает его; Таким образом, бор не может полностью заменить молибден.
Добавление бора в среднюю углеродную сталь значительно улучшает свойства после гашения и отказа от срезов толще 20 мм из-за повышенной укрепления. Таким образом, стали 40b и 40mnb могут заменить 40cr, а 20mn2tib может заменить 20crmnti carburizing Steel. Однако, поскольку эффект бора уменьшается или исчезает по мере увеличения содержания углерода в стали, при выборе бора, содержащей сталь, необходимо считать, что затвердоваемость изготовленного корпуса будет ниже, чем в сердечнике после карбинизации.
Спринг -стали обычно требуют полной укрепления. Поскольку весенние секции обычно небольшие, борсодержащие стали выгодны. Для весенних сталей с высокой силиконом эффект бора более варьируется и менее удобен в использовании.
Бор имеет сильное сродство к азоту и кислороду. Добавление 0,007% бора в rimmed сталь устраняет старение.

Редко -земли (re)
Термин «редкоземельные элементы», как правило, относится к лантаноидам (15 элементов от атомного числа 57 до 71) плюс скандий (21) и иттрий (39), в общей сложности 17 элементов. Их свойства похожи и трудно разделить. Непомеренная смесь называется Machmetal, которая дешевле. Редко -земные элементы улучшают пластичность и вязкость кованых и свернутых сталей, особенно в литых сталях. Они увеличивают сопротивление ползучести устойчивых к теплостойким сталю, электрических сплавов нагрева и сверхсплав.
Редко -земные элементы также улучшают устойчивость к окислению и коррозии. Их влияние на устойчивость к окислению превосходит влияние кремния, алюминия и титана. Они улучшают текучесть расплавленной стали, уменьшают неметаллические включения и делают стальную конструкцию плотнее и чище.
Добавление соответствующих количества редкоземельных элементов в обычные низкопластные стали обеспечивает хорошее декисление и десульфуризацию, улучшает ударную прочность (особенно при низких температурах) и снижает анизотропию.
У железного хромия-алюминиевого сплава (FECRAL) редкоземельные Земли повышают устойчивость к окислению, поддерживают тонкую структуру зерна при высоких температурах и улучшают высокую температурную прочность, значительно продлевая срок службы электрических нагревающих сплавов.

Азот (n)
Азот частично растворяется в железе, обеспечивая твердое укрепление раствора и слегка увеличивающуюся затвердечивость. Поскольку нитриды осаждаются на границах зерна, они могут увеличить высокую температурную прочность на границы зерна и прочность ползучести. Объединяясь с другими элементами в стали, они вызывают упрочнение осадков. Азот существенно не влияет на коррозионную устойчивость, но аминотизм поверхности значительно улучшает твердость, устойчивость к износу и коррозионную устойчивость. Остаточный азот в низкоуглеродистой стали вызывает старение охлаждения.

Серная (а)
Увеличение содержания серы и марганца улучшает обработку стали. В свободных сталях сера добавляется в качестве полезного элемента. Сера вызывает тяжелую сегрегацию, разлагает качество стали. При высоких температурах это снижает пластичность и, как правило, является вредным элементом. Он существует в основном как FES с низкой точностью 1190°C). Eutectic FES-FE имеет еще более низкую температуру плавления (988°C). Во время затвердевания FES отделяется на первичных границах зерна. Когда сталь раскатывается в 1100-1200°C, FES в границах зерна растает, сильно ослабляя межранальную сплоченность, что приводит к горячей краткости. Следовательно, сера должна строго контролироваться, как правило, между 0,020-0,050%. Чтобы предотвратить индуцированную серной хрупкостью, необходимо добавить достаточное количество марганца, чтобы сформировать MNS с более высокой точки зрения. Если содержание серы высокое, SO2, генерируемое во время сварки, вызывает пористость и полости усадки в металле сварного шва.

Фосфор (P)
Фосфор обладает сильным укреплением твердого раствора и эффектом укрепления работы в стали. В качестве легирующего элемента к структурным стали с низким сплавом, он увеличивает прочность и атмосферную коррозионную стойкость, но снижает холодную формируемость. Используемый в сочетании с серной и марганцевой частью, он улучшает оборудованию и поверхностную отделку обработанных деталей, следовательно, его высокое содержание в свободных сталях. В то время как фосфор укрепляет феррит, увеличивая силу и твердость, его наибольшим вредом является тяжелый сегрегация, повышенная охрренность и значительную  снижаться  в пластичности и прочности. Это делает сталь склонным к хрупкому перелому во время холодной работы, известной как «холодная шествия». Фосфор также отрицательно влияет на сварку. Фосфор является вредным элементом и должен строго контролироваться, как правило, не превышать 0,03-0,04%.