Aby polepszyć i wzmocnić pewne właściwości stali i uzyskać pewne specjalne właściwości, elementy, które celowo dodaje się podczas procesu wytapiania, nazywa się pierwiastkami stopowymi. Powszechnie stosowane pierwiastki stopowe obejmują chrom, nikiel, molibden, wolfram, wanad, tytan, tantal, cyrkon, kobalt, krzem, mangan, glin, miedź, bor, ziem rzadkich i tym podobne. Fosfor, siarka, azot itp. Również odgrywają rolę stopu w niektórych przypadkach.
(1) Chrome (Cr)
Chrom może zwiększać hartowność stali i mieć efekt hartowania wtórnego, może poprawić twardość i odporność na zużycie stali węglowej, nie powodując kruszenia się stali. Gdy zawartość przekracza 12%, stal ma dobrą odporność na utlenianie w wysokich temperaturach i odporność na korozję na utlenianie, a także zwiększa wytrzymałość cieplną stali. Chrom jest głównym pierwiastkiem stopowym ze stali kwasoodpornej ze stali kwasoodpornej i stali żaroodpornej.
Chrom może zwiększać wytrzymałość i twardość stali węglowej w stanie tocznym, a także zmniejszać wydłużenie i redukcję powierzchni. Gdy zawartość chromu przekracza 15%, wytrzymałość i twardość ulegną zmniejszeniu, a wydłużenie i zmniejszenie powierzchni odpowiednio wzrosną. Części zawierające stal chromową są łatwo szlifowane w celu uzyskania wyższej jakości powierzchni.
Główną rolą chromu w hartowanej i hartowanej strukturze jest poprawa hartowności, tak aby stal po hartowaniu i odpuszczaniu miała lepsze właściwości mechaniczne, w stali nawęglanej może również tworzyć węgliki chromu, zwiększając w ten sposób powierzchnię materiału. .
Stal sprężynowa zawierająca chrom nie jest podatna na odwęglanie podczas obróbki cieplnej. Chrom może poprawić odporność na ścieranie, twardość i czerwoną twardość stali narzędziowej oraz dobrą stabilność odpuszczania. W stopach elektrotermicznych chrom może zwiększać odporność na utlenianie, oporność elektryczną i wytrzymałość stopu.
(2) Nikiel (Ni)
Nikiel wzmacnia ferryt i poprawia perlit w stali. Ogólnym efektem jest zwiększenie wytrzymałości i nie ma znaczącego wpływu na plastyczność. Ogólnie rzecz biorąc, w przypadku stali niskowęglowej, które są używane do walcowania stali, normalizowania lub wyżarzania bez potrzeby kondycjonowania, pewna ilość niklu może zwiększyć wytrzymałość stali bez znaczącego zmniejszenia jej wytrzymałości. Według statystyk każdy wzrost o 1% niklu może zwiększyć siłę o 29,4Pa. Wraz ze wzrostem zawartości niklu, wydajność stali wzrasta szybciej niż wytrzymałość na rozciąganie, więc stosunek stali zawierającej nikiel może być wyższy niż w przypadku zwykłej stali węglowej. Nikiel zwiększa wytrzymałość stali, natomiast ma mniejszy wpływ na twardość, plastyczność i wydajność innych procesów niż inne pierwiastki stopowe. Dla stali średniowęglowej, ponieważ nikiel obniża temperaturę przemiany perlitu, perlit staje się czysty; a ponieważ nikiel zmniejsza zawartość węgla w punkcie eutektoidalnym, ilość perlitu jest większa niż stali węglowej o tej samej zawartości węgla. Wytrzymałość perlitycznej stali ferrytycznej zawierającej nikiel jest wyższa niż stali węglowej o tej samej zawartości węgla. Odwrotnie, jeśli wytrzymałość stali jest taka sama, zawartość węgla w stali zawierającej nikiel może być odpowiednio zmniejszona, a wytrzymałość i plastyczność stali może zostać poprawiona. Nikiel może poprawić odporność stali na zmęczenie i zmniejszyć wrażliwość stali na szczelinę. Nikiel obniża temperaturę kruchego przejścia stali w niskich temperaturach, co ma duże znaczenie dla stali niskotemperaturowych. Nikiel zawierający 3,5% stali może być stosowany w temperaturze -100 ° C, a nikiel zawierający 9% stali może pracować przy -196 ° C. Nikiel nie zwiększa odporności stali na pełzanie i dlatego nie jest zwykle stosowany jako element wzmacniający dla stali o wysokiej wytrzymałości.
W stopach żelazowo-niklowych o wysokiej zawartości niklu współczynnik rozszerzalności liniowej zmienia się znacznie wraz ze wzrostem lub spadkiem zawartości niklu. Dzięki tej funkcji możliwe jest projektowanie i wytwarzanie stopów precyzyjnych, bimetali itp. O bardzo niskich lub pewnych współczynnikach rozszerzalności liniowej.
Ponadto nikiel jest nie tylko odporny na działanie kwasów, ale także odporny na działanie alkaliów i ma odporność na korozję w stosunku do atmosfery i soli. Nikiel jest jednym z ważnych elementów stali nierdzewnej ze stali kwasoodpornej.
(3) Molibden (Mo)
Molibden poprawia hartowność i wytrzymałość cieplną stali, zapobiega kruchości w temperaturze pokojowej, zwiększa remanencję i koercyjność, a także jest odporny na korozję w niektórych mediach.
W hartowanej i odpuszczanej stali molibden może ugasić i utwardzić części o większe sekcje, poprawić odporność na odpuszczanie lub odporność stali na odpuszczanie i umożliwić hartowanie części w wyższej temperaturze, tym samym skuteczniej eliminując (lub zmniejszając resztki stres i poprawa plastyczności.
Oprócz wyżej wymienionych funkcji, molibden w stalach nawęglanych może również zmniejszyć skłonność węglików do tworzenia ciągłej sieci na granicach ziaren w nawęglonej warstwie, zmniejszyć resztkowy austenit w nawęglonej warstwie i względnie zwiększyć warstwę powierzchniową. Odporność na zużycie.
W matrycy kucia molibden może również utrzymywać względnie stabilną twardość stali i zwiększać odkształcenie. Pękanie i odporność na zużycie.
W stalach nierdzewnych kwasoodpornych molibden może dalej zwiększać odporność na kwasy organiczne (kwas mrówkowy, kwas octowy, kwas szczawiowy itp.), Jak również nadtlenek wodoru, kwas siarkowy, kwas siarkawy, siarczany, barwniki kwasowe i ciecze wybielające. W szczególności, z powodu dodatku molibdenu, zapobiega się tendencji korozji wżerowej spowodowanej obecnością jonów chlorkowych.
Stal szybkotnąca W12Cr4V4Mo zawierająca około 1% molibdenu ma odporność na zużycie, twardość odpuszczającą i czerwoną twardość.
(4) wolfram (W)
Oprócz tworzenia węglików w stali, wolfram częściowo rozpuszcza się w żelazo, tworząc stały roztwór. Efekt jest podobny do efektu molibdenu, a ogólny efekt nie jest tak znaczący jak molibdenu w ujęciu masowym. Główną próbką wolframu w stali jest podwyższona stabilność temperatu- ry, czerwona twardość, wytrzymałość termiczna i zwiększona odporność na zużycie w wyniku tworzenia się węglików. Dlatego jest stosowany głównie do stali narzędziowych, takich jak stal szybkotnąca, kucie matrycowe na gorąco i tak dalej.
Wolfram tworzy ogniotrwałe węgliki w wysokiej jakości stalach sprężystych. Po hartowaniu w wyższych temperaturach może odciążyć proces agregacji węglików i utrzymać wysoką wytrzymałość w wysokiej temperaturze. Wolfram może również zmniejszyć wrażliwość stali na przegrzanie, zwiększyć hartowność i zwiększyć twardość. Stal sprężynowa 65SiMnWA charakteryzuje się bardzo wysoką twardością po walcowaniu na gorąco. Stal sprężynowa o przekroju 50 mm2 może być utwardzana w oleju i może być stosowana jako ważna sprężyna poddana dużemu obciążeniu, odporności na ciepło (poniżej 350 ° C) i uderzeniu. 30W4Cr2VA wysokiej wytrzymałości żaroodporna wysokiej jakości stal sprężynowa, o dużej hartowności, hartowanie 1050 ~ 1100 ° C, 550 ~ 650 ° C odpuszczone po wytrzymałości na rozciąganie 1470 ~ 1666Pa. Jest używany głównie do produkcji sprężyn używanych w wysokich temperaturach (do 500 ° C).
Dzięki dodaniu wolframu można znacznie poprawić odporność na zużycie i obrabialność stali. Dlatego wolfram jest głównym elementem stali stopowej.
(5) Wanad (V)
Wanad i węgiel, amoniak, tlen mają silne powinowactwo, z utworzeniem odpowiednich trwałych związków. Wanad występuje głównie w postaci węglików w stali. Jego główną rolą jest udoskonalenie mikrostruktury i ziaren stali oraz zwiększenie wytrzymałości i wytrzymałości stali. Gdy stały roztwór rozpuszcza się w wysokiej temperaturze, zwiększa się hartowność; i odwrotnie, gdy występuje w postaci węglika, zmniejsza się hartowalność. Wanad zwiększa stabilność hartowania stali hartowanej i powoduje efekt hartowania wtórnego. Zawartość wanadu w stali na ogół nie przekracza 0,5% z wyjątkiem szybkotnącej stali narzędziowej.
Wanad może udoskonalać ziarna w zwykłych stalach niskowęglowych, zwiększać wytrzymałość, stosunek plastyczności i właściwości niskotemperaturowe po normalizacji i polepszać parametry spawania stali.
Wanad w stali konstrukcyjnej stopowej zmniejszy hartowność w ogólnych warunkach obróbki cieplnej, dlatego często jest stosowany razem z takimi elementami jak mangan, chrom, molibden i wolfram w stali konstrukcyjnej. Wanad w hartowanej i hartowanej stali służy głównie zwiększeniu wytrzymałości i stosunku plastyczności stali oraz poprawie wrażliwości termicznej ziaren i niobu. Ze względu na możliwość uszlachetnienia ziaren w nawęglanej stali, stal można hartować bezpośrednio po nawęglaniu bez dodatkowego hartowania.
Wanad może zwiększać wytrzymałość i stosunek plastyczności stali sprężystej i stali łożyskowej, w szczególności podnieść granicę współczynnika i granicę sprężystości, zmniejszyć wrażliwość na dekarbonizację podczas obróbki cieplnej, a tym samym poprawić jakość powierzchni. Stal z łożyskiem z pięciu chromem wanadowym charakteryzuje się wysoką dyspersją zwęglania i dobrą wydajnością.
Wanad oczyszcza ziarna stali narzędziowej, zmniejsza wrażliwość na przegrzanie, zwiększa stabilność odpuszczania i odporność na zużycie oraz wydłuża żywotność narzędzia.
(6) Tytan (Ti)
Tytan ma silne powinowactwo z azotem, tlenem i węglem i ma silniejsze powinowactwo z siarką niż żelazo. Dlatego jest dobrym odtleniaczem i skutecznym elementem do wiązania azotu i węgla. Chociaż tytan jest silnym pierwiastkiem tworzącym węglik, nie łączy się z innymi pierwiastkami, aby utworzyć związek kompozytowy. Węglik tytanu ma silną siłę wiązania, jest stabilny i nie ulega łatwemu rozkładowi. Może on powoli rozpuszczać się w roztworze stałym dopiero po ogrzaniu do temperatury wyższej niż 1000 ° C w stali. Przed rozpuszczeniem cząstki węglika tytanu mają wpływ na zapobieganie wzrostowi ziarna. Ponieważ powinowactwo pomiędzy tytanem i węglem jest znacznie większe niż powinowactwo pomiędzy chromem i węglem, tytan jest często stosowany w stali nierdzewnej, aby utrwalić w nim węgiel, aby wyeliminować zubożenie chromu na granicach ziaren, eliminując w ten sposób lub zmniejszając korozję międzykrystaliczną stali.
Tytan jest również jednym z elementów tworzących ferryt i znacznie zwiększa temperaturę stali A1 i A3. Tytan poprawia plastyczność i wytrzymałość w zwykłych stalach niskostopowych. Ponieważ tytan utrwala azot i siarkę oraz tworzy węglik tytanu, zwiększa się wytrzymałość stali. Uszlachetnianie ziarna po normalizowaniu, strącaniu i tworzeniu węglików może znacznie poprawić plastyczność i wytrzymałość na uderzenia stali. Stopowa stal konstrukcyjna zawierająca tytan ma dobre właściwości mechaniczne i wydajność procesu. Główną wadą jest hartowalność.
W wysokochromowych stalach nierdzewnych zwykle konieczne jest dodanie około 5-krotnej zawartości węgla w tytanie, co nie tylko poprawia odporność na korozję (głównie odporność na korozję międzykrystaliczną) i wytrzymałość stali, ale także poprawia ziarno wzrost stali w wysokich temperaturach i poprawia mikrostrukturę. Spawanie stali.
(7) Nb / Cb
Symbioza 铌 i 钶 często jest podobna do of i,. Mają podobne efekty w stali. Lantan i cer rozpuszczają się w stałym roztworze i odgrywają rolę wzmocnienia roztworu stałego. Po rozpuszczeniu w austenicie znacznie zwiększa się hartowność stali. Jednakże, w obecności węglików i cząstek tlenku, ziarna są rafinowane i zmniejsza się hartowność stali. Może zwiększyć stabilność hartowania stali i ma efekt hartowania wtórnego. Trace niobium może zwiększyć wytrzymałość stali bez wpływu na plastyczność lub wytrzymałość stali. Ze względu na efekt udoskonalenia ziarna udarność stali może zostać poprawiona, a jej kruchość może ulec obniżeniu. Gdy zawartość jest ponad 8 razy większa niż węgla, prawie cały węgiel w stali może być utrwalony, tak że stal ma dobrą odporność na wodór. W stalach austenitycznych można zapobiegać korozji międzykrystalicznej stali przez czynnik utleniający. Ze względu na utrwalone działanie węgla i wytrącania wydzieleniowego można poprawić właściwości wysokotemperaturowe stali o wysokiej wytrzymałości, takie jak wytrzymałość na pełzanie.
铌 W zwykłej stali niskostopowej do budowy można poprawić wytrzymałość plastyczną i udarność, a kruchość temperatury przejścia może zmniejszyć korzystną charakterystykę spawania. W hartowanej i hartowanej stali konstrukcyjnej ze stopu w zwiększeniu hartowności w tym samym czasie. Popraw wytrzymałość i niską temperaturę stali. Może to zmniejszyć hartowanie w powietrzu niskoemisyjnej martenzytycznej żaroodpornej stali nierdzewnej, uniknąć twardnienia i kruchości, a także zwiększyć wytrzymałość na pełzanie.
(8) Cyrkon (Zr)
Cyrkon jest silnym pierwiastkiem tworzącym węglik i jego rola w stali jest podobna do niobu, tantalu, wanadu. Dodatek małej ilości cyrkonu ma wpływ na odgazowywanie, oczyszczanie i rafinowanie ziaren, co jest korzystne dla niskiej temperatury stali i poprawia wydajność tłoczenia. Jest powszechnie stosowany do produkcji superstopów o wysokiej wytrzymałości i superstopów na bazie niklu do silników gazowych i konstrukcji pocisków balistycznych.
(9) Cobalt (Co)
Kobalt jest stosowany w specjalnych stalach i stopach. Stale wysokoobrotowe zawierające kobalt mają wysoką twardość w wysokiej temperaturze. W połączeniu z molibdenem można stosować stale martenzytyczne w celu uzyskania ultra-wysokiej twardości i dobrych właściwości mechanicznych. Ponadto kobalt jest również ważnym pierwiastkiem stopowym w stalach o wysokiej wytrzymałości i materiałach magnetycznych.
Kobalt zmniejsza hartowność stali, więc samo dodanie stali węglowej obniży ogólne właściwości mechaniczne po hartowaniu i odpuszczaniu. Kobalt może wzmacniać ferryt i dodawać stal węglową. Może zwiększyć twardość, granicę plastyczności i wytrzymałość stali na rozciąganie podczas wyżarzania lub normalizacji. Ma niekorzystny wpływ na wydłużenie i zmniejszenie powierzchni, a także zwiększa wytrzymałość na uderzenia. Zmniejszenie zawartości kobaltu. Ponieważ kobalt ma właściwości przeciwutleniające, stosuje się go w żaroodpornych stalach i stopach żaroodpornych. Turbina ze stopu metali na bazie kobaltu wykazuje swoją wyjątkową rolę.
(10) Krzem (Si)
Krzem można rozpuszczać w ferrytach i austenitach, aby poprawić twardość i wytrzymałość stali, jego rola jest druga po fosforze, silniejsza niż mangan, nikiel, chrom, wolfram, molibden, wanad i inne pierwiastki. Jednakże, gdy zawartość krzemu przekracza 3%, plastyczność i wytrzymałość stali zostaną znacznie zmniejszone. Krzem może poprawić granicę elastyczności stali, granicę plastyczności i stosunek plastyczności (σs / σb), a także wytrzymałość zmęczeniową i współczynnik zmęczenia (σ-1 / σb). Wynika to z faktu, że jako stal sprężynowa można zastosować krzem lub stal manganową krzemową.
Krzem obniża gęstość, przewodnictwo cieplne i przewodność elektryczną stali. Może promować zgrubienie ziarna ferrytu i zmniejszyć koercyjność. Istnieje tendencja do zmniejszania anizotropii kryształu, tak że magnesowanie jest łatwe, opór magnetyczny jest zredukowany i może być stosowany do produkcji stali elektrotechnicznej, więc blacha ze stali magnetycznej ma mniejszą histerezę magnetyczną. Krzem może zwiększać przepuszczalność magnetyczną ferrytu, dzięki czemu blacha stalowa ma wyższą siłę indukcji magnetycznej pod słabszym polem magnetycznym. Jednak w silnym polu magnetycznym krzem zmniejsza magnetyczną siłę indukcyjną stali. Z powodu silnej deoksygenacji krzemu, krzem zmniejsza efekt starzenia magnetycznego żelaza.
Gdy stal zawierająca krzem zostanie podgrzana w atmosferze utleniającej, na powierzchni utworzy się warstwa SiO2, zwiększając tym samym odporność stali na utlenianie w wysokich temperaturach.
Krzem może promować wzrost kolumnowych kryształów w staliwa i zmniejszać plastyczność. Jeśli stal krzemowa szybko się ochładza, gdy jest podgrzewana, różnica temperatur między wnętrzem i zewnętrzem stali jest duża ze względu na niskie przewodnictwo cieplne, a zatem ulega ona pęknięciu.
Krzem może zmniejszyć spawanie stali. Ponieważ zdolność wiązania z tlenem jest silniejsza niż w przypadku żelaza, łatwo wytwarza się krzemian o niskiej temperaturze topnienia podczas spawania, co zwiększa płynność stopionego żużla i stopionego metalu, powodując ześlizgiwanie i wpływając na jakość spawania. Krzem jest dobrym odtleniaczem. Podczas odtleniania aluminium dodaje się odpowiednią ilość krzemu, co może znacznie zwiększyć szybkość odtleniania. Krzem początkowo ma pewną resztkę w stali, która jest wprowadzana jako surowiec podczas produkcji stali i stali. We wrzącej stali krzem jest ograniczony do <> Po celowym dodaniu stopy żelazokrzemu są dodawane podczas produkcji stali.
(11) Mangan (Mn)
Mangan jest dobrym odtleniaczem i odsiarczającym. Stal na ogół zawiera pewną ilość manganu, który może wyeliminować lub zmniejszyć gorącą kruchość stali z powodu siarki, poprawiając przez to gorącą obrabialność stali.
Stały roztwór utworzony przez mangan i żelazo zwiększa twardość i wytrzymałość ferrytu i austenitu w stali. Jednocześnie jest on elementem powstawania węglików i wchodzi w cementyt w celu zastąpienia części atomów żelaza. Mangan redukuje krytyczną temperaturę przejścia w stali. Odgrywa rolę w oczyszczaniu perlitu, a także pośrednio odgrywa ważną rolę w zwiększaniu wytrzymałości stali perlitycznej. Zdolność manganu do stabilizacji austenitu ustępuje tylko nikielowi, a także znacznie zwiększa hartowność stali. Zużyty mangan nie przekracza 2% w składzie z innymi pierwiastkami do produkcji różnych stopów stali.
Mangan cechuje się bogactwem zasobów i różnorodnymi funkcjami i jest szeroko stosowany, na przykład stali konstrukcyjnych węglowych i stali sprężynowych o wyższej zawartości manganu.
W stalach wysokoodpornych i manganowych odpornych na zużycie zawartość manganu może wynosić od 10% do 14%. Po obróbce roztworem ma dobrą wytrzymałość. Po otrzymaniu uderzenia i odkształceniu warstwa powierzchniowa zostanie wzmocniona w wyniku odkształcenia i wysokiej odporności. Szlifowanie.
Mangan i siarka tworzą MnS o wysokiej temperaturze topnienia, co zapobiega kruchości na gorąco z powodu FeS. Mangan ma tendencję do zwiększania szorstkości ziaren stali i wrażliwości na kruchość temperamentu. Jeśli wytapianie nie zostanie odpowiednio schłodzone po wylaniu i kuciu, może łatwo spowodować białe plamy w stali.
(12) Aluminium (Al)
Aluminium służy głównie do odtleniania i rafinacji ziaren. Powstawanie twardej, odpornej na korozję warstwy azotowanej w azotowanej stali. Aluminium może hamować starzenie się stali niskowęglowych i zwiększać ich wytrzymałość w niskich temperaturach. Gdy zawartość jest wysoka, można poprawić odporność na utlenianie stali i odporność na korozję w kwasie utleniającym i gazowym H2S, a także poprawić właściwości elektryczne i magnetyczne stali. Aluminium ma duże działanie wzmacniające w roztworze stałym w stali, poprawiające odporność na zużycie, wytrzymałość zmęczeniową i mechaniczne właściwości rdzeni nawęglanej.
W twardym stopie aluminium i nikiel tworzą związki, co poprawia wytrzymałość wytapiania. Zawierający aluminium stop żelazowo-chromowo-aluminiowy ma prawie stałą charakterystykę odporności i doskonałą odporność na utlenianie w wysokich temperaturach. Nadaje się do elektrometalurgicznych materiałów stopowych i chromowo-aluminiowych. Drut oporowy.