Sendo material básico da indústria moderna, o desempenho do aço é diretamente regulado pela composição química. Entre eles, carbono (C), manganês (Mn), silício (Si), enxofre (S), fósforo (P) cinco elementos, alterando a organização metalúrgica, estrutura cristalina e distribuição de impurezas, afetando significativamente a resistência, tenacidade, processabilidade e resistência à corrosão do aço.
Primeiro, elementos de carbono (C): resistência e plasticidade do regulador central
O carbono é o elemento de liga mais importante do aço e seu conteúdo tem papel decisivo no desempenho do aço. Na faixa de aço sub-eutético (teor de carbono de 0,02% -0,77%), com o aumento do teor de carbono, o número de partículas carburizadas na matriz de ferrita, a resistência à tração e a dureza aumentaram linearmente, mas o alongamento e a resistência ao impacto diminuíram significativamente. Quando o teor de carbono excede o ponto eutético (0,77%) para formar um aço peritético, o estreitamento do espaçamento entre as lamelas de perlita leva a um aumento contínuo na resistência, mas a tendência do carboneto nos limites dos grãos desencadeia o risco de fragilidade.
Casos típicos mostram que o teor de carbono de 0,45% do aço de médio carbono após tratamento de revenido, resistência à tração de até 800MPa, alongamento mantido em 15%; e teor de carbono de 1,2% de aço de alto carbono, embora a dureza do HRC62, mas a resistência ao impacto seja inferior a 10J/cm². Desempenho de soldagem, o teor de carbono de cada aumento de 0,1%, índice de sensibilidade à trinca de solda aumentado em 20%, necessidade de usar eletrodos com baixo teor de hidrogênio e pré-aquecer a 150 graus ou mais.
Em segundo lugar, elemento manganês (Mn): temperabilidade e trabalhabilidade a quente do regulador duplo
O manganês é um elemento formador-de carboneto fraco, por meio de fortalecimento de soluções sólidas e mecanismo duplo de controle de organização para melhorar o desempenho do aço. Na ferrita, os átomos de manganês substituem os átomos de ferro para desencadear a distorção da rede, o limite de escoamento aumentou cerca de 30MPa/%; na austenita, a expansão do manganês da região da fase -de modo que a temperatura crítica do Ac3 aumentou em 50-80 graus, melhorando significativamente a temperabilidade. Dados experimentais mostram que o aço 45 contendo 1,2% de manganês pode atingir a dureza HRC45 após a têmpera em água, que é 3 níveis de dureza Rockwell superiores aos do aço sem manganês.
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%) leva ao engrossamento dos grãos durante o revenido e a um aumento de 40% no índice de fragilidade do revenimento, e a austenita residual precisa ser eliminada mantendo-se a 700 graus. Em aplicações típicas, o aço 20MnSi com 0,8%-1,2% de manganês é amplamente utilizado para vergalhões de construção e seu limite de escoamento é aumentado em 25% em comparação com o aço Q235.
Terceiro, elemento Silício (Si): intensificador sinérgico do fortalecimento da solução sólida e da resistência à corrosão
Como um forte elemento formador-de ferrita, o silício melhora as propriedades do aço por meio do mecanismo duplo de fortalecimento da solução sólida e filme de óxido superficial. Na ferrita, o raio dos átomos de silício é 11% maior que o dos átomos de ferro, o que desencadeia a distorção da rede para aumentar o limite de escoamento em cerca de 50MPa/%. Experimentos de oxidação de superfície mostram que o teor de silício de 1,5% do aço oxidado a 800 graus por 24 horas, a espessura do filme de óxido é 60% menor que o do aço comum, graças à formação de uma densa camada protetora de SiO₂.
Em termos de usinabilidade, um teor de silício superior a 0,8% aumenta a resistência à deformação a frio em 20%, exigindo um processo de múltiplas-passagens com pequenos volumes de deformação. Aplicações típicas, teor de silício de 0,2% -0,5% do aço 40SiMn usado na fabricação de bielas automotivas, sua vida à fadiga do que o aço carbono comum para aumentar 1,5 vezes; teor de silício de 15% -20% de ferro fundido com alto teor de silício em ácido sulfúrico, taxa de corrosão média<0.1mm / a, become the preferred material for corrosion-resistant parts of chemical equipment.
Quarto, elementos de enxofre (S): desempenho de trabalho a quente do destruidor invisível
Enxofre na forma de inclusões de FeS nos limites dos grãos de aço, seus danos se refletem principalmente no processamento térmico e na soldagem de duas cenas. FeS e Fe formados pelo ponto de fusão do co-cristal de apenas 988 graus, quando o aço é aquecido a 1150 graus, os limites dos grãos no FeS líquido levam a um declínio na resistência local, propenso a trincas térmicas. Dados experimentais mostram que o teor de enxofre de 0,05% do aço no processo de lingotamento contínuo, a incidência da taxa de craqueamento térmico é 5 vezes maior que o teor de enxofre de 0,01%.
Em termos de desempenho de soldagem, o gás SO₂ gerado pela reação entre o enxofre e o oxigênio forma poros na solda, reduzindo a área-secional transversal efetiva do metal de solda em 30%. Casos típicos mostram que o teor de enxofre de 0,08% do aço Q235 na soldagem a arco manual, a tenacidade ao impacto do metal de solda é inferior a 8J/cm², apenas 1/3 do material de base. processo moderno de fabricação de aço, adicionando elementos de terras raras para formar um alto ponto de fusão de sulfeto, o índice de risco de enxofre foi reduzido em 70%.
Cinco, elementos de fósforo (P): resistência a baixas-temperaturas do assassino fatal
Fósforo em solubilidade sólida de ferrita de 0,9%, seu raio atômico é 14% maior que o átomo de ferro, provocando graves distorções na rede. Dados experimentais mostram que o teor de fósforo de 0,1% do aço a -20 graus quando a tenacidade ao impacto é 65% menor que a temperatura normal, que decorre dos átomos de fósforo no plano de cristal {100} formação de polarização de aglomerados de gás de Kirchner no movimento de deslocamento do efeito de fixação. Experimentos de fragilização em baixa temperatura mostram que o aço com 0,15% de teor de fósforo sofre fratura desconvoluta a -40 graus, com uma fratura caracterizada por características icosaédricas típicas.
Em termos de usinabilidade de corte, o efeito sinérgico do fósforo e do enxofre resultou em uma redução de 20% nas forças de corte e em um aumento de 1,5- vezes na vida útil da ferramenta. Em aplicações típicas, o aço de corte livre 1215 com teor de fósforo de 0,08% a 0,15% é amplamente utilizado para usinagem de peças de precisão, com rugosidade superficial de até Ra0,8 μm. Deve-se notar, entretanto, que com um teor de fósforo superior a 0,12%, a taxa de corrosão do aço no ambiente marinho aumenta por um fator de 3, o que precisa ser inibido pela adição de elementos de cobre para formar uma película protetora.
