Como material básico de la industria moderna, el rendimiento del acero está directamente regulado por su composición química. Entre ellos, el carbono (C), el manganeso (Mn), el silicio (Si), el azufre (S) y el fósforo (P), cinco elementos que cambian la organización metalúrgica, la estructura cristalina y la distribución de impurezas, afectan significativamente la resistencia, tenacidad, procesabilidad y resistencia a la corrosión del acero.
Primero, elementos de carbono (C): resistencia y plasticidad del regulador central.
El carbono es el elemento de aleación más importante del acero y su contenido tiene un papel decisivo en el rendimiento del acero. En el rango de acero sub-eutéctico (contenido de carbono de 0,02 % a 0,77 %), con el aumento del contenido de carbono, el número de partículas carburadas en la matriz de ferrita, la resistencia a la tracción y la dureza aumentaron linealmente, pero el alargamiento y la tenacidad al impacto disminuyeron significativamente. Cuando el contenido de carbono excede el punto eutéctico (0,77%) para formar un acero peritectico, el estrechamiento del espacio entre las laminillas de perlita conduce a un aumento continuo de la resistencia, pero la tendencia del carburo en los límites de los granos desencadena el riesgo de fragilidad.
Los casos típicos muestran que el contenido de carbono del 0,45% del acero al carbono medio después del tratamiento de templado, la resistencia a la tracción de hasta 800 MPa y el alargamiento se mantienen en el 15%; y el contenido de carbono del 1,2% del acero con alto contenido de carbono aunque la dureza de HRC62, pero la tenacidad al impacto es inferior a 10J/cm². El rendimiento de la soldadura, el contenido de carbono de cada aumento del 0,1%, el índice de sensibilidad a las grietas de la soldadura aumentó un 20%, es necesario utilizar electrodos con bajo contenido de -hidrógeno y precalentarlos a 150 grados o más.
Segundo, elemento de manganeso (Mn): templabilidad y trabajabilidad en caliente del doble regulador.
Manganeso como elemento formador de carburo-débil, mediante un mecanismo dual de control de organización y fortalecimiento de solución sólida para mejorar el rendimiento del acero. En la ferrita, los átomos de manganeso reemplazan a los átomos de hierro para provocar la distorsión de la red, el límite elástico aumentó en aproximadamente 30 MPa/%; en austenita, la expansión del manganeso de la región de la fase - de modo que la temperatura crítica de Ac3 aumentó en 50-80 grados, mejorando significativamente la templabilidad. Los datos experimentales muestran que el acero 45 que contiene 1,2% de manganeso puede alcanzar una dureza HRC45 después del enfriamiento con agua, que es 3 niveles de dureza Rockwell más altos que los del acero sin manganeso.
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%) provoca un engrosamiento del grano durante el templado y un aumento del 40% en el índice de fragilidad del templado, y la austenita residual debe eliminarse manteniéndola a 700 grados. En aplicaciones típicas, el acero 20MnSi con 0,8%-1,2% de manganeso se usa ampliamente para barras de refuerzo de construcción y su límite elástico aumenta en un 25% en comparación con el acero Q235.
En tercer lugar, elemento de silicio (Si): potenciador sinérgico del fortalecimiento de la solución sólida y la resistencia a la corrosión.
Como fuerte elemento formador de ferrita-, el silicio mejora las propiedades del acero a través del mecanismo dual de fortalecimiento de la solución sólida y película de óxido superficial. En la ferrita, el radio de los átomos de silicio es un 11% mayor que el de los átomos de hierro, lo que provoca una distorsión de la red para aumentar el límite elástico en aproximadamente 50 MPa/%. Los experimentos de oxidación superficial muestran que el contenido de silicio del 1,5% del acero oxidado a 800 grados durante 24 horas, el espesor de la película de óxido es un 60% menor que el del acero ordinario, gracias a la formación de una densa capa protectora de SiO₂.
En términos de maquinabilidad, un contenido de silicio de más del 0,8 % aumenta la resistencia a la deformación en frío en un 20 %, lo que requiere un proceso de múltiples-pasadas con pequeños volúmenes de deformación. Aplicaciones típicas, contenido de silicio de 0,2% -0,5% del acero 40SiMn utilizado en la fabricación de bielas para automóviles, su vida útil a la fatiga es 1,5 veces mayor que la del acero al carbono ordinario; contenido de silicio del 15% -20% de hierro fundido con alto contenido de silicio en ácido sulfúrico tasa de corrosión media<0.1mm / a, become the preferred material for corrosion-resistant parts of chemical equipment.
Cuarto, elementos de azufre (S): rendimiento de trabajo en caliente del destructor invisible
El azufre en forma de inclusiones de FeS en los límites de los granos de acero, su daño se refleja principalmente en las dos escenas del procesamiento térmico y la soldadura. FeS y Fe formados por el punto de fusión del co-cristal de solo 988 grados, cuando el acero se calienta a 1150 grados, los límites de grano en el FeS líquido conducen a una disminución de la resistencia local, propensa al agrietamiento térmico. Los datos experimentales muestran que con un contenido de azufre del 0,05% del acero en el proceso de colada continua, la incidencia de la tasa de craqueo térmico es 5 veces mayor que con un contenido de azufre del 0,01%.
En términos de rendimiento de la soldadura, el gas SO₂ generado por la reacción entre el azufre y el oxígeno forma poros en la soldadura, lo que reduce el área de la sección transversal -efectiva del metal de soldadura en un 30 %. Los casos típicos muestran que el contenido de azufre del 0,08% del acero Q235 en la soldadura por arco manual, la tenacidad al impacto del metal de soldadura es inferior a 8J/cm², sólo 1/3 del material base. proceso moderno de fabricación de acero mediante la adición de elementos de tierras raras para formar un alto punto de fusión de sulfuro, el índice de peligro de azufre se redujo en un 70%.
Cinco, elementos fósforo (P): resistencia a las bajas-temperaturas del asesino mortal
El fósforo en ferrita tiene una solubilidad sólida del 0,9% y su radio atómico es un 14% mayor que el del átomo de hierro, lo que provoca una grave distorsión de la red. Los datos experimentales muestran que el contenido de fósforo del 0,1% del acero a -20 grados cuando la tenacidad al impacto es un 65% inferior a la temperatura normal, lo que se debe a la formación de polarización de los átomos de fósforo en el plano cristalino {100} de los grupos de gas Kirchner en el movimiento de dislocación del efecto de fijación. Los experimentos de fragilización a baja temperatura muestran que el acero con un contenido de fósforo del 0,15% sufre una fractura deconvolucionada a -40 grados, con una fractura caracterizada por características icosaédricas típicas.
En términos de maquinabilidad de corte, el efecto sinérgico del fósforo y el azufre dio como resultado una reducción del 20 % en las fuerzas de corte y un aumento de 1,5-veces en la vida útil de la herramienta. En aplicaciones típicas, el acero de fácil mecanización 1215 con un contenido de fósforo del 0,08% al 0,15% se utiliza ampliamente para el mecanizado de piezas de precisión, con una rugosidad superficial de hasta Ra0,8 μm. Sin embargo, cabe señalar que con un contenido de fósforo superior al 0,12%, la tasa de corrosión del acero en el medio marino aumenta en un factor de 3, lo que debe inhibirse añadiendo elementos de cobre para formar una película protectora.
