Viden

Introduktion

Metalmaterialer er en disciplin fuld af mysterier. Uanset om det er de nødvendige materialer til selve værktøjsfremstillingen eller bearbejdning af dele, vil man støde på materialeproblemer. Hvis du er engageret i stålindustrien, har du nogensinde lagt mærke til, hvad de kemiske komponenter, der er anført i ståltestrapporten, rent faktisk betyder? Du ved måske kun, at forskellige stålkvaliteter har mange forskellige kemiske komponenter og forskelligt indhold af grundstoffer. I denne artikel har vi sorteret og listet 21 kemiske grundstoffer og deres indflydelse på stålets ydeevne.

#1 Kulstof (C)

Kulstof er det vigtigste element i stål. Det er afgørende for stål, der skal hærdes gennem bratkøling. Kulstofindholdet styrer materialets hårdhed og styrke, samt dets reaktion på varmebehandling (slukbarhed). Når kulstofindholdet stiger, falder stålets duktilitet, formbarhed og bearbejdelighed, og dets svejsbarhed falder også.

#2 Mangan (Mn)

Mangan kan være det næstvigtigste grundstof efter kulstof. Dens funktion ligner kulstof, og stålproducenter kombinerer disse to elementer for at opnå materialer med de ønskede egenskaber. Mangan er essentielt for varmvalseprocessen af ​​stål ved at binde sig til ilt og svovl.

Dens eksistens har følgende hovedfunktioner:

 

Det er et mildt deoxidationsmiddel og virker som et rensemiddel til at transportere svovl og ilt fra smelten ind i slaggen. Det forbedrer hærdbarheden og trækstyrken, men reducerer duktiliteten. Det kombineres med svovl og danner sfærisk mangansulfid, som er afgørende for den gode bearbejdelighed af fritskærende stål. Stål indeholder typisk mindst 0.30 % mangan, men i nogle kulstofstål kan man finde indhold helt op til 1.5 %.

Mangan har også en tendens til at øge kulstofpermeabiliteten under karbureringsprocessen og virker som et mildt deoxidationsmiddel. Men når både kulstof- og manganindholdet er for højt, opstår der skørhed. Mangan kan danne mangansulfid (MnS) med svovl, hvilket er gavnligt til mekanisk bearbejdning. Samtidig kan det modvirke den skørhed, som svovl medfører, og er befordrende for overfladefinishen af ​​kulstofstål.

Med hensyn til svejsning skal forholdet mellem mangan og svovl være mindst 10:1. Et manganindhold på under 0.30 % kan forårsage porøsitet og revner inde i svejsesømmen, og et indhold på over 0.80 % kan også føre til revner. Stål med lavt mangan-svovlforhold kan indeholde svovl i form af jernsulfid (FeS), som kan få svejsesømmen til at revne.

#3 Fosfor (P)

Selvom det kan forbedre stålets trækstyrke og forbedre dets bearbejdelighed, betragtes det generelt som en uønsket urenhed på grund af dets skørhed.

Fosfors indflydelse på stål varierer med dets koncentration. På grund af dets skadelighed er det maksimale fosforindhold i højkvalitetsstål mellem 0.03 % og 0.05 %. I lavlegeret højstyrkestål kan op til 0.10 % fosfor øge styrken og forbedre stålets korrosionsbestandighed. Når indholdet er for højt i hærdet stål, øges muligheden for skørhed. Selvom styrke og hårdhed er forbedret, falder duktiliteten og sejheden.

Fosfor forbedrer bearbejdeligheden af ​​fritskærende stål, men hvis fosforindholdet overstiger 0.04 %, kan der opstå svejseskørhed og/eller svejserevner under svejsning. Fosfor påvirker også tykkelsen af ​​zinkbelægningen under galvanisering.

#4 Svovl (S)

Svovl betragtes generelt som en urenhed. Når svovlindholdet i stål er højt, og manganindholdet er lavt, vil det have en negativ effekt på slagydelsen. Svovl forbedrer bearbejdeligheden, men reducerer tværgående duktilitet og kærvslagsejhed med en relativt lille indvirkning på de langsgående mekaniske egenskaber. Svovlindholdet i stål er begrænset til 0.05 %, men i fritskærende stål kan tilsætningen nå op til 0.35 %, samtidig med at manganindholdet øges for at modvirke eventuelle negative effekter, da svovllegeringstilsætninger på 0.10 % til 0.30 % kan forbedre stålets bearbejdelighed. Sådanne stål kan kaldes "resulfurized" eller "free-cutting" stål. Friskærende stål tilsætter svovl for at forbedre bearbejdeligheden, typisk op til 0.35%.

Selvom svovl har en negativ indvirkning på stål på visse stadier, har svovlindhold under 0.05 % en positiv effekt på stålkvaliteten.

#5 Silicium (Si)

Silicium er en af ​​de vigtigste deoxidationsmidler til stål. Det hjælper med at fjerne iltbobler i smeltet stål. Det er det mest almindeligt anvendte element i produktionen af ​​semi-deoxideret og fuldt deoxideret stål, normalt med et indhold på mindre end 0.40%. Når det bruges som deoxideringsmiddel, indeholder det typisk kun en lille mængde (0.20%) i valset stål. Men i stålstøbegods indeholder det normalt 0.35% til 1.00%.

Silicium opløses i jern og har en tendens til at styrke det. Nogle fyldmetaller kan indeholde op til 1 % silicium for at give bedre rengørings- og deoxidationseffekter ved svejsning på forurenede overflader. Når disse tilsætningsmetaller anvendes til svejsning på rene overflader, vil styrken af ​​det resulterende svejsemetal blive væsentligt forbedret. Silicium øger styrke og hårdhed, men i mindre grad end mangan. Det resulterende fald i duktilitet kan forårsage revneproblemer.

Når det kommer til galvanisering, vil stål med et siliciumindhold på over 0.04% påvirke tykkelsen og udseendet af den galvaniserede belægning væsentligt. Dette vil resultere i en tyk belægning hovedsageligt sammensat af zink-jern legeringer, med en mat og utiltrækkende overflade. Det giver dog den samme korrosionsbeskyttelse som den blankgalvaniserede belægning med et ydre lag af rent zink.

#6 Chrom (Cr)

Chrom er et kraftigt legeringselement i stål. En lille mængde Cr findes i nogle konstruktionsstål. Det bruges hovedsageligt til at øge stålets hærdbarhed, øge korrosionsbestandigheden og stålets flydespænding. Derfor kombineres det ofte med nikkel og kobber. Rustfrit stål kan indeholde mere end 12 % krom. Det velkendte "18-8" rustfrit stål indeholder 8% nikkel og 18% krom.

Når kromindholdet i stål overstiger 1.1 %, dannes et overfladelag, der hjælper med at beskytte stålet mod oxidation.

#7 Vanadium (V)

Vanadiums rolle som et kemisk grundstof svarer til mangan, molybdæn og niobium. Når det bruges i kombination med andre legeringselementer, begrænser det kornvækst, forfiner kornstørrelsen, forbedrer hærdelighed, brudsejhed og modstandsdygtighed over for stødbelastninger. Det forbedrer også blødgøring ved høje temperaturer, træthedsbelastning og slidstyrke. Når indholdet overstiger 0.05 %, kan der være en tendens til at blive skørt under behandling med varmestress.

Vanadium anvendes i nitrerings-, varmebestandige, værktøjs- og fjederstål sammen med andre legeringselementer.

#8 Tungsten (W)

Det bruges sammen med krom, vanadium, molybdæn eller mangan til fremstilling af højhastighedsstål til skærende værktøjer. Wolframstål er kendt som "rødt hårdt", hvilket betyder, at det forbliver hårdt nok til at skære selv efter at være blevet opvarmet til rødglødende. Efter varmebehandling bevarer stålet sin hårdhed ved høje temperaturer, hvilket gør det særligt velegnet til skærende værktøjer.

Wolfram i form af wolframcarbid:

Det kan give høj hårdhed til stål selv ved rødglødende temperaturer. Fremmer finkornet dannelse, forbedrer termisk modstand og øger højtemperaturstyrke.

#9 Molybdæn (Mo)

Molybdæns rolle ligner den for mangan og vanadium, og det bruges ofte i kombination med en eller begge af dem. Dette element er en stærk karbiddanner, og dets indhold i legeret stål er normalt mindre end 1%. Det forbedrer hærdbarheden og højtemperaturstyrken, samtidig med at den forbedrer korrosionsbestandigheden og øger krybestyrken. Det er tilføjet til rustfrit stål for at øge dets korrosionsbestandighed og bruges også i højhastighedsværktøjsstål.

#10 Cobalt (Co)

Kobolt forbedrer højtemperaturstyrke og magnetisk permeabilitet. Det øger hårdheden, mens det giver mulighed for højere bratkølingstemperaturer (under varmebehandling). I mere komplekse stål forstærker det de individuelle effekter af andre elementer. Cobalt er ikke en carbiddanner, men tilsætning af kobolt til legeringer kan opnå højere opnåelig hårdhed og højere rød hårdhed.

#11 Nikkel (Ni)

Ud over at være gavnlig for stålets korrosionsbestandighed, kan tilsætning af nikkel også øge hærdbarheden. Nikkel forbedrer materialets ydeevne ved lav temperatur ved at forbedre brudsejheden. Tilstedeværelsen af ​​dette element reducerer ikke svejsbarheden af ​​stål. Nikkel øger stålets haksejhed markant.

Nikkel kombineres ofte med andre legeringselementer, især chrom og molybdæn. Det er en nøglekomponent i rustfrit stål, men dets indhold i kulstofstål er relativt lavt. Rustfrit stål indeholder 8% til 14% nikkel.

En anden grund til at tilføje nikkel til legeringen er, at den kan skabe lysere dele i Damaskus-stål.

#12 Kobber (Cu)

Kobber er et andet vigtigt korrosionsbestandigt element. Det har også en mindre effekt på hærdbarheden. Normalt er dens indhold ikke mindre end 0.20%, og det er den vigtigste anti-korrosionskomponent i stålkvaliteter som A242 og A441.

Det mest almindelige i stål er restmiddel, og kobber tilsættes også for at frembringe udfældningshærdende egenskaber og forbedre korrosionsbestandigheden.

#13 Aluminium (Al)

Aluminium er et af de vigtigste deoxidationsmidler i materialer, med et meget lavt indhold. Det hjælper med at danne en finere kornstruktur og øger sejheden af ​​stålkvaliteter. Det bruges normalt sammen med silicium for at opnå semi-deoxideret eller fuldt deoxideret stål.

#14 Titanium (Ti)

Titanium bruges til at kontrollere kornvækst, hvilket øger sejheden. Det omdanner også sulfidindeslutninger fra aflange til sfæriske former, hvilket forbedrer styrke, korrosionsbestandighed samt sejhed og duktilitet.

Titanium er et meget stærkt og meget let metal, der kan bruges alene eller legeret med stål. Det tilsættes stål for at give det høj styrke ved høje temperaturer. Moderne jetmotorer bruger titanium stål.

Forhindrer udtømning af krom i lokale områder af rustfrit stål under langvarig opvarmning, forhindrer dannelsen af ​​austenit i højkromstål, og reducer den martensitiske hårdhed og slukbarhed af mellemkromstål.

#15 Niobium (Nb)

Niobium er et centralt kornraffinerende element og også et styrkeforstærkende element i stålproduktion. Det er en stærk karbiddanner, der danner meget hårde og meget små simple karbider. Det forbedrer duktilitet, hårdhed, slidstyrke og korrosionsbestandighed. Samtidig forfiner det kornstrukturen. Tidligere kendt som columbium.

#16 Bor (B)

Den vigtigste rolle og formål med bor i stål er at forbedre hærdbarheden markant.

Den største fordel ved bor er, at der kun skal en lille mængde til for at opnå den samme hærdningseffekt, som andre grundstoffer kræver en stor mængde for at nå. Det typiske interval i stållegeringer er 0.0005% til 0.003%.

Under varmebehandlingsprocessen tilsættes bor som en erstatning for andre elementer for at øge hærdbarheden af ​​medium kulstofstål. Skæreydelsen af ​​højhastighedsstål er forbedret, men på bekostning af smedningskvaliteten. For højt borindhold kan også reducere hærdbarheden, sejheden og forårsage skørhed. Procentdelen af ​​kulstof i stål spiller også en rolle for borets hærdningseffekt. Efterhånden som bors indflydelse på hærdbarheden øges, bør kulstofindholdet reduceres tilsvarende.

Når bor tilsættes stål, skal der tages forholdsregler for at sikre, at det ikke reagerer med oxygen eller nitrogen, da kombinationen af ​​bor med et af disse elementer vil gøre det ineffektivt.

#17 Lead (Pb)

En lille mængde bly, op til 0.30 %, tilsættes for at forbedre bearbejdeligheden. Så længe det er jævnt fordelt, har det ringe indflydelse på stålets fysiske egenskaber. I modsætning til den almindelige opfattelse påvirker det ikke svejsbarheden.

#18 Zirconium (Zr)

Zirkonium tilsættes stål for at ændre formen på indeslutninger. Det tilsættes normalt til lavlegerede og kulstoffattige stål. Når formen ændres fra aflang til sfærisk, forbedres sejheden og duktiliteten.

#19 Tantal (Ta)

Det minder meget om niobium (Nb) i kemiske egenskaber og har dermed en lignende effekt på legeringer - danner meget hårde og meget små simple karbider. Det forbedrer duktilitet, hårdhed, slidstyrke og korrosionsbestandighed. Samtidig forfiner det kornet.

#20 Nitrogen (N)

Rollen af ​​nitrogen i legeringer ligner meget kulstof. Nitrogen kan erstatte kulstof i små mængder (eller endda store mængder i moderne teknologi) for at øge hårdheden. Det er klart, at nitrogen danner nitrider i stedet for carbider. INFI indeholder nitrogen, ligesom nogle andre, blandt hvilke Sandvik er mesteren, med 3% nitrogen i legeringen, der fuldstændig erstatter kulstof. Desværre kan værktøjsproducenter ikke få det. Fordi nitrogen har en mindre tendens til at danne chromnitrider end carbon til at danne chromcarbider, forbedrer dets tilstedeværelse korrosionsbestandighed og bevarer mere frit chrom i legeringen. På grund af den lavere reaktivitet af nitrogen ved dannelse af nitrider, kan den bruges til at øge hårdheden uden at øge karbidstørrelsen og -volumen, såsom i Sandvik 14C28N stål.

#21 Selen (Se)

Det foretrækkes normalt ikke i værktøjsstål. Det er tilføjet for at forbedre bearbejdeligheden. I lighed med svovl tilhører det den samme kalkogengruppe.

Vigor har det professionelle team og rig erfaring med metalsmeltning og metalprodukter. Hvis du har spørgsmål og behov for produktudvikling eller forbedre din forsyningskæde, er du velkommen til at kontakte os på info@castings-forging.com