El papel de los elementos de aleación en el acero (dos)

(9) Cobalto

El cobalto se usa principalmente en aceros especiales y aleaciones.El acero de alta velocidad que contiene cobalto tiene una dureza a alta temperatura y se puede agregar molibdeno al acero envejecido martensítico al mismo tiempo para obtener una dureza ultra alta y buenas propiedades mecánicas integrales.Además, el cobalto es un elemento de aleación importante en aceros de resistencia en caliente y materiales magnéticos.

El cobalto reduce la templabilidad del acero, por lo que agregar solo acero al carbono reducirá las propiedades mecánicas generales del acero templado.El cobalto puede fortalecer la ferrita y, cuando se agrega al acero al carbono, puede mejorar la dureza, el límite elástico y la resistencia a la tracción del acero en estado recocido o normalizado, y tiene un efecto adverso sobre el alargamiento y la contracción de la sección.La tenacidad al impacto disminuye con el aumento del contenido de cobalto.El cobalto se utiliza en aceros y aleaciones resistentes al calor debido a su resistencia a la oxidación.Las turbinas de gas de aleación a base de cobalto muestran su papel único.

(10) Silicio (Si)

El silicio se puede disolver en ferrita y austenita para mejorar la dureza y la resistencia del acero, su papel es superado solo por el fósforo y más fuerte que el manganeso, el níquel, el cromo, el tungsteno, el molibdeno, el vanadio y otros elementos.Sin embargo, cuando el contenido de silicio supera el 3%, la ductilidad y tenacidad del acero se reducen significativamente.El silicio puede mejorar el límite elástico, el límite elástico y la relación de rendimiento (σs/σb), y la resistencia a la fatiga y la relación de fatiga (σ-1/σb) del acero.Esta es la razón por la cual el acero al silicio o al manganeso de silicio se puede utilizar como acero para muelles.

El silicio puede reducir la densidad, la conductividad térmica y la conductividad eléctrica del acero.Puede promover el engrosamiento del grano de ferrita, reducir la coercitividad.Tiene la tendencia a reducir la anisotropía del cristal, por lo que la magnetización es fácil, la reluctancia se reduce y se puede utilizar para producir acero eléctrico, por lo que la pérdida de bloque magnético de la lámina de acero al silicio es baja.El silicio puede mejorar la conductividad magnética de la ferrita, de modo que la lámina de acero tenga una mayor sensibilidad magnética bajo un campo magnético débil.Sin embargo, el silicio reduce la sensibilidad magnética del acero bajo un fuerte campo magnético.El silicio tiene una fuerte desoxidación, lo que reduce el efecto de envejecimiento magnético del hierro.

Cuando el acero que contiene silicio se calienta en la atmósfera oxidante, se formará una capa de película de SiO2 en la superficie, mejorando así la resistencia a la oxidación del acero a alta temperatura.

El silicio puede promover el crecimiento de cristales columnares y reducir la plasticidad en el acero fundido.Si el acero al silicio se enfría más rápido cuando se calienta, la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior del acero es grande debido a la baja conductividad térmica y, por lo tanto, a la fractura.

El silicio puede reducir la soldabilidad del acero.Debido a que el silicio es más fuerte que el hierro al combinarse con el oxígeno, es fácil generar silicato de bajo punto de fusión en la soldadura, lo que aumenta la fluidez de la escoria fundida y el metal fundido, provocando fenómenos de salpicaduras y afectando la calidad de la soldadura.El silicio es un buen desoxidante.Cuando se usa la desoxidación de aluminio, se agrega una cierta cantidad de silicio, lo que puede mejorar significativamente la tasa de desoxidación.Hay una cierta cantidad de silicio en el acero, que se introduce como materia prima en el proceso de fabricación de hierro y acero.En el acero en ebullición, el silicio está limitado a <0.07%, cuando se pretende agregar, la aleación de ferrosilicio se agrega en la fabricación de acero.

(11) Manganeso (Mn)

El manganeso es un buen desoxidante y desulfurante.El acero generalmente contiene una cierta cantidad de manganeso, que puede eliminar o debilitar la fragilidad del acero en caliente causada por el azufre, a fin de mejorar el rendimiento de trabajo en caliente del acero.

La solución sólida formada por manganeso y hierro mejora la dureza y resistencia de la ferrita y la austenita en el acero.A su vez, es un elemento formado por carburos y entra en la cementita para sustituir algunos átomos de hierro.El manganeso desempeña un papel en la refinación de la perlita e indirectamente mejora la resistencia del acero de perlita al reducir la temperatura de transición crítica en el acero.El manganeso es superado solo por el níquel en su capacidad para estabilizar estructuras austeníticas y también aumenta fuertemente la templabilidad del acero.Se ha fabricado una variedad de aceros aleados con manganeso que contiene menos del 2% y otros elementos.

El manganeso tiene las características de recursos ricos y eficiencia diversa, y ha sido ampliamente utilizado, como acero estructural al carbono con alto contenido de manganeso, acero para muelles.

En acero resistente al desgaste con alto contenido de carbono y manganeso, el contenido de manganeso puede alcanzar el 10% ~ 14%.Después del tratamiento de solución sólida, tiene buena tenacidad.Cuando se deforma por impacto, la capa superficial se fortalecerá debido a la deformación y tiene una alta resistencia al desgaste.

El manganeso y el azufre forman MnS con un punto de fusión más alto, lo que puede prevenir el fenómeno de fragilidad en caliente causado por el FeS.El manganeso tiene la tendencia de aumentar el engrosamiento del grano y la sensibilidad a la fragilidad del templado del acero.Si el enfriamiento después de la fundición y el forjado no es el adecuado, es fácil que se produzcan manchas blancas.

(12) Aluminio (Al)

El aluminio se utiliza principalmente para desoxidar y refinar granos.Promover la formación de una capa de nitruración dura resistente a la corrosión en el acero de nitruración.El aluminio puede inhibir el envejecimiento del acero con bajo contenido de carbono y mejorar la tenacidad del acero a baja temperatura.Cuando el contenido es alto, se puede mejorar la resistencia a la oxidación y la resistencia a la corrosión en el ácido oxidante y el gas H2S del acero, y se pueden mejorar las propiedades eléctricas y magnéticas del acero.El aluminio juega un papel importante en el fortalecimiento de la solución en el acero, mejorando la resistencia al desgaste, la resistencia a la fatiga y las propiedades mecánicas del núcleo del acero cementado.

En las aleaciones refractarias, el aluminio y el níquel forman compuestos para mejorar la resistencia de la fundición.La aleación de aluminio Fe-cr que contiene aluminio tiene las características de una resistencia casi constante y una excelente resistencia a la oxidación a alta temperatura, que es adecuada para usarse como materiales de aleación electrometalúrgica y alambre de resistencia de cromo y aluminio.

Cuando algunos aceros se desoxidan, si la cantidad de aluminio es demasiado, producirá una microestructura anormal y promoverá la tendencia a la grafitización del acero.En los aceros ferríticos y de perlita, el alto contenido de aluminio reducirá la resistencia y tenacidad a altas temperaturas y traerá algunas dificultades para la fundición, el vertido y otros aspectos.

(13) Cobre (Cu)

El papel destacado del cobre en el acero es mejorar la resistencia a la corrosión atmosférica del acero ordinario de baja aleación, especialmente cuando se usa con fósforo. La adición de cobre también puede mejorar la resistencia y la relación de rendimiento del acero, pero no tiene efectos adversos en la soldadura. actuación.La vida útil de la resistencia a la corrosión del acero del riel (U-Cu) que contiene 0,20 % ~ 0,50 % de cobre es de 2 a 5 veces mayor que la del riel de carbono ordinario, además de la resistencia al desgaste.

Cuando el contenido de cobre es superior al 0,75%, puede producir un efecto de fortalecimiento del envejecimiento después del tratamiento con solución y el envejecimiento.A bajo contenido, su efecto es similar al del níquel, pero más débil.Cuando el contenido es más alto, es desfavorable para el procesamiento de deformación en caliente y conduce a la fragilidad del cobre durante el procesamiento de deformación en caliente.El 2%-3% de cobre en acero inoxidable austenítico puede resistir la corrosión del ácido sulfúrico, el ácido fosfórico y el ácido clorhídrico y la estabilidad de la corrosión bajo tensión.

(14) Boro (B)

La función principal del boro en el acero es aumentar la templabilidad del acero, ahorrando así otros metales más raros, como el níquel, el cromo, el molibdeno, etc. Para este propósito, su contenido generalmente se especifica en el rango de 0,001% a 0,005%.Puede reemplazar 1,6% de níquel, 0,3% de cromo o 0,2% de molibdeno.Cabe señalar que el molibdeno puede prevenir o reducir la fragilidad del templado, mientras que el boro promueve ligeramente la tendencia a la fragilidad del templado, por lo que no se puede reemplazar por completo con boro.

El acero al carbono de carbono medio con boro, debido a la mejora de la templabilidad, puede hacer que el espesor de acero sea de más de 20 mm después de que el rendimiento del templado mejora considerablemente, por lo tanto, se puede usar acero 40B y 40MnB en lugar de 40Cr, acero 20Mn2TiB se puede usar en lugar de Acero cementado 20CrMnTi.Pero debido a que el papel del boro con el aumento del contenido de carbono en el acero y se debilita, o incluso desaparece, en la selección de acero al carbono borizado, se deben tener en cuenta las piezas después de cementar, la templabilidad de la capa de cementación será menor que el núcleo de la templabilidad de esta característica.

Por lo general, se requiere que el acero para resortes se enfríe por completo, por lo general, el área del resorte no es grande, el uso de acero que contiene boro es ventajoso.El efecto del boro en el acero para resortes con alto contenido de silicio fluctúa mucho, por lo que su uso es inconveniente.

El boro tiene una fuerte afinidad con el nitrógeno y el oxígeno.Agregar 0.007% de boro al acero hirviendo puede eliminar el fenómeno de envejecimiento del acero.

(15) Tierra rara (Re)

En términos generales, los elementos de tierras raras se refieren a la tabla periódica de elementos con números atómicos del 57 al 71 (15 lantánidos) más 21 escandio y 39 itrio, un total de 17 elementos.Son de naturaleza cercana y no se pueden separar fácilmente.Los no separados, llamados tierras raras mixtas, son más baratos y pueden mejorar la plasticidad y la resistencia al impacto del acero laminado forjado, especialmente en el acero fundido.Puede mejorar la resistencia a la fluencia de aleaciones y superaleaciones electrotérmicas de acero resistentes al calor.

Los elementos de tierras raras también pueden mejorar la resistencia a la oxidación y la resistencia a la corrosión del acero.El efecto antioxidante es más que el silicio, el aluminio, el titanio y otros elementos.Puede mejorar la fluidez del acero, reducir las inclusiones no metálicas y hacer que la estructura de acero sea compacta y pura.

El acero ordinario de baja aleación con elementos de tierras raras adecuados tiene un buen efecto de desoxidación y eliminación de azufre, mejora la tenacidad al impacto (especialmente la tenacidad a baja temperatura) y mejora las propiedades de anisotropía.

Los elementos de tierras raras en la aleación de aluminio Fe-Cr aumentan la capacidad antioxidante de la aleación, mantienen el grano fino del acero a alta temperatura, mejoran la resistencia a alta temperatura, por lo que la vida útil de la aleación de calentamiento eléctrico aumenta significativamente.

(16) Nitrógeno (N)

La energía del nitrógeno se usa en parte en el hierro, lo que tiene el efecto de fortalecer la solución sólida y mejorar la templabilidad, pero no es significativo.Debido a la precipitación de nitruros en los límites de grano, se puede aumentar la resistencia a altas temperaturas de los límites de grano y la resistencia a la fluencia del acero.Combinado con otros elementos en acero, efecto endurecimiento por precipitación.La resistencia a la corrosión del acero no es significativa, pero la nitruración de la superficie del acero no solo aumenta la dureza y la resistencia al desgaste, sino que también mejora significativamente la resistencia a la corrosión.El nitrógeno residual en el acero con bajo contenido de carbono puede causar fragilidad por envejecimiento.

(17) Azufre (S)

La maquinabilidad del acero se puede mejorar aumentando el contenido de azufre y manganeso.En el acero fácilmente mecanizable, se añade azufre como elemento beneficioso.El azufre está altamente segregado en el acero.El deterioro de la calidad del acero, a altas temperaturas, reduce la plasticidad del acero, es un elemento nocivo, que existe en forma de FeS con un punto de fusión más bajo.FeS solo tiene un punto de fusión de solo 1190 ℃, mientras que la temperatura eutéctica del cristal eutéctico formado con hierro en acero es aún más baja, solo 988 ℃.Cuando el acero se solidifica, el sulfuro de hierro se fusiona en el límite de grano primario.Cuando el acero se lamina a 1100 ~ 1200 ℃, el FeS en el límite del grano se derretirá, lo que debilita en gran medida la fuerza de unión entre los granos y conduce al fenómeno de fragilidad en caliente del acero, por lo que el azufre debe controlarse estrictamente.Generalmente, se controla entre 0,020% y 0,050%.Para evitar la fragilidad causada por el azufre, se debe agregar suficiente manganeso para formar MnS con un punto de fusión más alto.Si el acero contiene una tasa de flujo alta, la soldadura debido a la generación de SO2 formará poros y se aflojará en el metal de soldadura.

(18) Fósforo (P)

El fósforo tiene un fuerte efecto sobre el fortalecimiento de la solución sólida y el endurecimiento en frío del acero.La adición de acero estructural de baja aleación como elemento de aleación puede mejorar su fuerza y ​​resistencia a la corrosión atmosférica, pero reduce su rendimiento de estampación en frío.El fósforo combinado con azufre y manganeso puede aumentar el rendimiento de corte del acero, aumentar la calidad de la superficie de la pieza de trabajo, para facilitar el corte del acero, por lo que el acero de corte fácil también tiene un contenido de fósforo relativamente alto.El fósforo utilizado en la ferrita, aunque puede mejorar la resistencia y la dureza del acero, el mayor daño es que la segregación es grave, aumenta la fragilidad templada, aumenta significativamente la plasticidad y la dureza del acero, lo que hace que el acero procesado en frío sea fácil de romper. , a saber, el llamado fenómeno de "fragilidad en frío".El fósforo también tiene un efecto adverso sobre la soldabilidad.El fósforo es un elemento nocivo, debe controlarse estrictamente, el contenido general no supera el 0,03% ~ 0,04%.