Kot osnovni material sodobne industrije je zmogljivost jekla neposredno regulirana s kemično sestavo. Med njimi je ogljik (C), mangan (Mn), silicij (Si), žveplo (S), fosfor (P) pet elementov s spreminjanjem metalurške organizacije, kristalne strukture in porazdelitve nečistoč, ki bistveno vplivajo na trdnost, žilavost, sposobnost obdelave in odpornost proti koroziji jekla.
Prvič, ogljikovi (C) elementi: trdnost in plastičnost jedrnega regulatorja
Ogljik je najpomembnejši legirni element v jeklu in njegova vsebnost ima odločilno vlogo pri lastnostih jekla. V pod-razponu podevtektičnega jekla (vsebnost ogljika 0,02 % -0,77 %) so se s povečanjem vsebnosti ogljika linearno povečali število naogljičenih delcev v feritni matrici, natezna trdnost in trdota, vendar sta se raztezek in udarna žilavost znatno zmanjšali. Ko vsebnost ogljika preseže evtektično točko (0,77 %), da nastane peritektično jeklo, zoženje razmika med perlitnimi lamelami vodi do nadaljnjega povečevanja trdnosti, vendar karbidna pristranskost na mejah zrn sproži tveganje krhkosti.
Tipični primeri kažejo, da je vsebnost ogljika 0,45% srednjega ogljikovega jekla po popuščanju, natezna trdnost do 800MPa, raztezek ohranjen pri 15%; in vsebnost ogljika 1,2 % visokoogljičnega jekla, čeprav trdota HRC62, vendar je udarna žilavost manjša od 10J/cm². Zmogljivost varjenja, vsebnost ogljika pri vsakem povečanju za 0,1 %, indeks občutljivosti na razpoke zvarov se poveča za 20 %, uporaba nizko-vodikovih elektrod in predgretje na 150 stopinj ali več.
Drugič, element mangan (Mn): kaljivost in vroča obdelava dvojnega regulatorja
Mangan kot šibek karbid{0}}tvorni element, s trdno raztopino in dvojnim mehanizmom za nadzor organizacije za izboljšanje učinkovitosti jekla. V feritu atomi mangana nadomestijo atome železa, da sprožijo popačenje mreže, meja tečenja se poveča za približno 30MPa/%; v avstenitu, manganova ekspanzija -faznega območja, tako da se kritična temperatura Ac3 poveča za 50-80 stopinj, kar znatno izboljša kaljivost. Eksperimentalni podatki kažejo, da lahko jeklo 45, ki vsebuje 1,2 % mangana, po kaljenju v vodi doseže trdoto HRC45, kar je 3 stopnje trdote po Rockwellu višje kot pri jeklu brez mangana.
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 %) vodi do grobljenja zrn med popuščanjem in 40-odstotnega povečanja indeksa krhkosti pri popuščanju, preostali avstenit pa je treba odstraniti z držanjem pri 700 stopinjah. V tipičnih aplikacijah se jeklo 20MnSi z 0,8 %-1,2 % mangana pogosto uporablja za konstrukcijsko armaturo, njegova meja tečenja pa se poveča za 25 % v primerjavi z jeklom Q235.
Tretjič, element silicij (Si): sinergistični ojačevalec trdne raztopine in odpornosti proti koroziji
Kot močan ferit{0}}tvorni element silicij izboljša lastnosti jekla z dvojnim mehanizmom utrjevanja trdne raztopine in površinskega oksidnega filma. V feritu je polmer atomov silicija 11 % večji od polmera atomov železa, kar sproži popačenje mreže, da se poveča meja tečenja za približno 50 MPa/%. Poskusi površinske oksidacije kažejo, da je vsebnost silicija 1,5 % v jeklu, oksidiranem pri 800 stopinjah 24 ur, debelina oksidnega filma je 60 % manjša od navadnega jekla, zahvaljujoč tvorbi gostega zaščitnega sloja SiO₂.
Kar zadeva obdelovalnost, vsebnost silicija več kot 0,8 % poveča odpornost proti hladni deformaciji za 20 %, kar zahteva več-postopek z majhnimi deformacijskimi volumni. Tipične aplikacije, vsebnost silicija 0,2 % -0,5 % jekla 40SiMn, ki se uporablja pri izdelavi avtomobilskih ojnic, njegova življenjska doba utrujenosti kot navadno ogljikovo jeklo se poveča za 1,5-krat; vsebnost silicija 15% -20% litega železa z visoko vsebnostjo silicija v žveplovi kislini srednja stopnja korozije<0.1mm / a, become the preferred material for corrosion-resistant parts of chemical equipment.
Četrtič, elementi žvepla (S): vroča delovna zmogljivost nevidnega uničevalca
Žveplo v obliki vključkov FeS v mejah jeklenih zrn se njegova škoda odraža predvsem pri termični obdelavi in varjenju dveh prizorov. FeS in Fe, ki nastaneta s tališčem ko-kristala samo 988 stopinj, ko se jeklo segreje na 1150 stopinj, meje zrn pri tekočem FeS povzročijo upad lokalne trdnosti, nagnjene k termičnemu razpokanju. Eksperimentalni podatki kažejo, da je vsebnost žvepla 0,05% jekla v procesu kontinuirnega litja, pojavnost stopnje termičnega krekinga 5-krat višja od vsebnosti žvepla 0,01%.
Kar zadeva učinkovitost varjenja, plin SO₂, ki nastane pri reakciji med žveplom in kisikom, tvori pore v zvaru, kar zmanjša efektivno površino prečnega-prereza zvara za 30 %. Tipični primeri kažejo, da je vsebnost žvepla 0,08% jekla Q235 pri ročnem obločnem varjenju, udarna žilavost zvara manjša od 8J/cm², le 1/3 osnovnega materiala. sodoben postopek izdelave jekla z dodajanjem redkih zemeljskih elementov, da nastane sulfid z visokim tališčem, se je indeks nevarnosti žvepla zmanjšal za 70 %.
Pet elementov fosforja (P): nizko{0}}temperaturna žilavost smrtonosnega morilca
Fosfor v trdnem feritu ima topnost 0,9 %, njegov atomski polmer je 14 % večji od atoma železa, kar povzroča resno popačenje mreže. Eksperimentalni podatki kažejo, da je vsebnost fosforja 0,1 % v jeklu pri -20 stopinjah, ko je udarna žilavost 65 % nižja od normalne temperature, ki izhaja iz fosforjevih atomov v {100} kristalni ravnini pristranskosti tvorbe Kirchnerjevih plinskih grozdov na dislokacijskem gibanju učinka zapenjanja. Poskusi nizkotemperaturne krhkosti kažejo, da je jeklo z 0,15 % vsebnostjo fosforja podvrženo dekonvoluiranemu lomu pri -40 stopinjah, pri čemer so za lom značilne tipične ikozaedrske značilnosti.
Kar zadeva obdelovalnost rezanja, je sinergistični učinek fosforja in žvepla povzročil 20-odstotno zmanjšanje rezalnih sil in 1,5--kratno povečanje življenjske dobe orodja. V tipičnih aplikacijah se prostorezno jeklo 1215 z vsebnostjo fosforja 0,08 %-0,15 % pogosto uporablja za natančno obdelavo delov s površinsko hrapavostjo do Ra0,8 μm. Treba pa je opozoriti, da se pri vsebnosti fosforja nad 0,12 % stopnja korozije jekla v morskem okolju poveča za faktor 3, kar je treba zavirati z dodajanjem bakrenih elementov za tvorbo zaščitnega filma.
