ترکیب عنصر فولاد

اجزای اصلی عناصر فولادی به شرح زیر است:

1. کربن (C): میزان کربن فولاد افزایش می یابد، نقطه تسلیم و استحکام کششی افزایش می یابد، اما انعطاف پذیری و ضربه کاهش می یابد. وقتی محتوای کربن از 0.23 درصد بیشتر شود، عملکرد جوش فولاد بدتر می‌شود، بنابراین محتوای کربن فولاد سازه‌ای کم آلیاژ برای جوشکاری معمولاً از 0.20 درصد تجاوز نمی‌کند. محتوای کربن بالا همچنین مقاومت در برابر خوردگی اتمسفر فولاد را کاهش می دهد، فولاد کربن بالا در زمین باز به راحتی زنگ می زند. علاوه بر این، کربن می تواند شکنندگی سرد و حساسیت به سن فولاد را افزایش دهد.

2. سیلیکون (Si): سیلیکون به عنوان یک عامل کاهنده و اکسید کننده در فرآیند فولادسازی اضافه می شود، بنابراین فولاد آرام بخش حاوی 0.15-0.30 درصد سیلیکون است. در صورتی که فولاد حاوی بیش از 50/0 تا 60/0 درصد سیلیکون باشد، سیلیکون عنصر آلیاژی محسوب می شود. سیلیکون می تواند حد الاستیک، نقطه تسلیم و استحکام کششی فولاد را به میزان قابل توجهی افزایش دهد، بنابراین به طور گسترده به عنوان فولاد فنری استفاده می شود. افزودن 1.0-1.2 درصد سیلیکون به فولاد سازه‌ای خاموش و گرم شده می‌تواند استحکام را تا 15-20 درصد افزایش دهد. ترکیب سیلیکون و مولیبدن، تنگستن، کروم و غیره، اثر بهبود مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر اکسیداسیون را دارد و می تواند فولاد مقاوم در برابر حرارت را بسازد. فولاد کم کربن حاوی 1-4 درصد سیلیکون، با رسانایی مغناطیسی بسیار بالا، در صنعت برق به عنوان ورق فولاد سیلیکونی استفاده می شود. افزایش سیلیکون باعث کاهش عملکرد جوشکاری فولاد می شود.

3. منگنز (Mn): در فرآیند فولادسازی، منگنز اکسید زدا و گوگرد زدایی خوبی است، فولاد عمومی حاوی منگنز 0.30-0.50 درصد است. هنگامی که فولاد کربنی بیش از 0.70 درصد اضافه شود، حتی اگر "فولاد منگنزی" باشد، فولاد مقدار کلی فولاد نه تنها چقرمگی کافی دارد، بلکه دارای استحکام و سختی بالاتری است، قابلیت خاموش شدن فولاد را بهبود می بخشد، گرما را بهبود می بخشد. عملکرد کاری فولاد، مانند فولاد 16Mn، 40 درصد بالاتر از نقطه تسلیم A3 است. منگنز 11-14 درصد فولاد با مقاومت سایشی بسیار بالا، برای سطل بیل مکانیکی، آستر گلوله ای و غیره استفاده می شود. افزایش منگنز باعث تضعیف مقاومت خوردگی فولاد و کاهش عملکرد جوش می شود.

4. فسفر (P): به طور کلی، فسفر یک عنصر مضر در فولاد است، افزایش شکنندگی سرد فولاد، عملکرد جوش بد، کاهش انعطاف پذیری، عملکرد خمش سرد بد است. بنابراین، مقدار فسفر در فولاد معمولاً کمتر از 0.045 درصد و فولاد با کیفیت بالا باید کمتر باشد.

5. گوگرد (S): گوگرد معمولا یک عنصر مضر است. فولاد را داغ و شکننده می کند، شکل پذیری و چقرمگی فولاد را کاهش می دهد و باعث ایجاد ترک در هنگام آهنگری و نورد می شود. گوگرد همچنین برای عملکرد جوش مضر است و مقاومت در برابر خوردگی را کاهش می دهد. بنابراین، مقدار گوگرد معمولاً کمتر از 0 است.055 درصد و فولاد با کیفیت بالا کمتر از 0.040 درصد است. افزودن 0.{6}}.20 درصد گوگرد به فولاد می‌تواند ماشین‌کاری را که معمولاً فولاد برش آزاد نامیده می‌شود، بهبود بخشد.

6. کروم (Cr): در فولادهای سازه ای و ابزار، کروم می تواند به طور قابل توجهی استحکام، سختی و مقاومت در برابر سایش را بهبود بخشد، اما در عین حال انعطاف پذیری و چقرمگی را کاهش می دهد. کروم می تواند مقاومت اکسیداسیون و مقاومت در برابر خوردگی فولاد را بهبود بخشد، بنابراین یک عنصر آلیاژی مهم فولاد ضد زنگ و فولاد مقاوم در برابر حرارت است.

7. نیکل (Ni): نیکل می تواند استحکام فولاد را بهبود بخشد و انعطاف پذیری و چقرمگی خوبی را حفظ کند. نیکل دارای مقاومت خوردگی بالا در برابر اسید و قلیایی، مقاومت در برابر زنگ زدگی و مقاومت در برابر حرارت در دمای بالا است. با این حال، از آنجایی که نیکل یک منبع کمیاب است، باید از عناصر آلیاژی دیگر به جای فولاد نیکل کروم استفاده شود.

8. مولیبدن (Mo): مولیبدن می تواند پالایش دانه فولاد، بهبود سختی و عملکرد مقاومت حرارتی، در دمای بالا برای حفظ استحکام کافی و توانایی ضد خزش (تنش طولانی مدت در دمای بالا، تغییر شکل، به نام خزش). خواص مکانیکی فولاد سازه ای را می توان با افزودن مولیبدن بهبود بخشید. همچنین می تواند از شکنندگی فولاد آلیاژی ناشی از آتش جلوگیری کند. قرمزی را می توان در فولاد ابزار بهبود بخشید.

9. تیتانیوم (Ti): تیتانیوم یک اکسید زدا قوی در فولاد است. این می تواند ساختار داخلی فولاد را فشرده کند و نیروی دانه را اصلاح کند. حساسیت زمانی و شکنندگی سرما را کاهش دهید. بهبود عملکرد جوش با افزودن تیتانیوم مناسب به فولاد زنگ نزن آستنیتی Cr 18 Ni 9 می توان از خوردگی بین دانه ای جلوگیری کرد.

10. وانادیم (V): وانادیوم یک اکسید کننده عالی فولاد است. افزودن 0.5 درصد وانادیم به فولاد می تواند دانه های ریزساختاری را اصلاح کند، استحکام و چقرمگی را بهبود بخشد. کاربیدهای تشکیل شده توسط وانادیم و کربن می توانند مقاومت در برابر خوردگی هیدروژن را تحت دما و فشار بالا بهبود بخشند.

11. تنگستن (W): تنگستن نقطه ذوب بالایی دارد و یک عنصر آلیاژی با ارزش است. کاربید تنگستن که از تنگستن و کربن تشکیل شده است سختی و مقاومت بالایی در برابر سایش دارد. افزودن تنگستن به فولاد ابزار می تواند به طور قابل توجهی سفتی قرمز و استحکام حرارتی را بهبود بخشد، که می تواند به عنوان ابزار برش و قالب های آهنگری استفاده شود.

12.نیوبیوم (Nb): نیوبیم می تواند دانه را تصفیه کند و حساسیت به گرمای بیش از حد و شکنندگی فولاد را کاهش دهد، استحکام را بهبود بخشد، اما انعطاف پذیری و چقرمگی کاهش یافت. افزودن نیوبیم به فولاد کم آلیاژ معمولی می تواند مقاومت در برابر خوردگی اتمسفر و خوردگی هیدروژن، نیتروژن و آمونیاک را در دمای بالا بهبود بخشد. نیوبیم می تواند عملکرد جوشکاری را بهبود بخشد. با افزودن نیوبیم به فولاد زنگ نزن آستنیتی می توان از خوردگی بین دانه ای جلوگیری کرد.

13. کبالت (Co): کبالت یک فلز گرانبهای کمیاب است که بیشتر در فولاد و آلیاژهای خاص مانند فولاد داغ و مواد مغناطیسی استفاده می شود.

14. مس (مس): فولاد تصفیه شده از سنگ معدن Daye در WisCO اغلب حاوی مس است. مس می تواند استحکام و چقرمگی را به ویژه برای خوردگی جوی بهبود بخشد. عیب آن این است که تولید شکنندگی داغ در حین ماشینکاری داغ آسان است و هنگامی که میزان مس از 0.5 درصد بیشتر شود، انعطاف پذیری به طور قابل توجهی کاهش می یابد. وقتی میزان مس کمتر از 0.50 درصد باشد، تأثیری بر جوش‌پذیری ندارد.

15. آلومینیوم (Al): آلومینیوم یک اکسیدزدای رایج در فولاد است. افزودن مقدار کمی آلومینیوم در فولاد می تواند دانه را تصفیه کند و چقرمگی ضربه را بهبود بخشد، مانند فولاد 08Al برای ورق کشش عمیق. آلومینیوم همچنین دارای مقاومت در برابر اکسیداسیون و مقاومت در برابر خوردگی است. آلومینیوم همراه با کروم و سیلیکون می تواند عملکرد ضد لایه برداری در دمای بالا و مقاومت در برابر خوردگی در دمای بالا را به طور قابل توجهی بهبود بخشد. عیب آلومینیوم این است که بر خواص گرم کاری، جوشکاری و برش فولاد تأثیر می گذارد.

16. بور (B): افزودن مقدار کمی بور به فولاد می تواند خواص تراکم و نورد گرم فولاد را بهبود بخشد و استحکام را بهبود بخشد.

17. نیتروژن (N): نیتروژن می تواند استحکام فولاد، چقرمگی دمای پایین و جوش پذیری را بهبود بخشد، حساسیت به پیری را افزایش دهد.

18. خاکی کمیاب (Xt): عناصر خاکی کمیاب به 15 لانتانید با اعداد اتمی 57-71 در جدول تناوبی عناصر اشاره دارند. این عناصر همگی فلز هستند، اما اکسیدهای آنها شبیه زمین هستند، بنابراین به آنها خاکی کمیاب می گویند. افزودن خاک کمیاب به فولاد می تواند ترکیب، مورفولوژی، توزیع و خواص آخال ها در فولاد را تغییر دهد، بنابراین خواص مختلف فولاد مانند چقرمگی، جوش پذیری و عملکرد سرد را بهبود می بخشد. مقاومت سایشی فولاد شخم زن را می توان با افزودن خاک کمیاب بهبود بخشید.