28 Elemente, die Stahl beeinflussen: ihre Auswirkungen auf Eigenschaften und Leistung

I. EINLEITUNG: Warum bestimmen Elemente Stahleigenschaften?

Stahl ist ein Legierungsmaterial mit Eisen (Fe) als Matrix. Seine Eigenschaften hängen nicht nur von Eisen selbst ab, sondern werden auch von grundlegenden Elementen wie Kohlenstoff (c), Silizium (SI) und Mangan (MN) beeinflusst. Durch Hinzufügen von Legierungselementen wie Chrom (CR), Nickel (NI) und Molybdän (MO) kann Stahl spezielle Eigenschaften erwerben, einschließlich Korrosionsbeständigkeit, Verschleißresistenz und Hochtemperaturwiderstand. In der Zwischenzeit haben Verunreinigungselemente und Spurenelemente auch tiefgreifende Auswirkungen auf die umfassenden Eigenschaften von Stahl. Dieser Artikel führt systematisch die Funktionen verschiedener Elemente für Stahleigenschaften und deren typische Anwendungen ein.

Ii. Grundelemente: Grundlage für Stahleigenschaften

2.1 Kohlenstoff (C): Der Kernregler der Stahleigenschaften

Kohlenstoff ist das wichtigste Element in Stahl. Sein Inhalt bestimmt direkt die Härte, Stärke, Plastizität und Zähigkeit von Stahl. Mit kohlenstoffarmen Stahl mit kohlenstoffreichem (c <0,25%) verfügt über hervorragende Zähigkeit und gute Schweißbarkeit. Mit mittlerer Kohlenstoffstahl (0,25–0,6%) werden Stärke und Zähigkeit kombiniert, wodurch er für die Herstellung mechanischer Teile und Automobilachsen geeignet ist. Hochkohlenstoffstahl (> 0,6%) verbessert die Härte- und Verschleißfestigkeit signifikant, die in Werkzeugen, Federn und Schienen häufig verwendet wird.

2.2 Silizium (SI): Doppelte Rollen bei der Desoxidation und Immobilienverbesserung

Silizium dient hauptsächlich als Desoxidator in Stahl. Es kann auch die Festigkeit und Härte von Stahl verbessern und seine elastischen Eigenschaften verbessern und eine wichtige Rolle in elektrischem Stahl und Federstahl spielen. Wenn der Siliziumgehalt jedoch zu hoch ist, sinkt die Zähigkeit und Schweißbarkeit von Stahl.

2.3 Mangan (MN): Leistungsverbesserung und Unterdrückung schädlicher Effekte

Mangan kann die Stärke und Härte von Stahl erhöhen und seine Härtbarkeit erheblich verbessern. Es reagiert mit Schwefel, um MNS zu bilden, wodurch die schädlichen Wirkungen von Schwefel verringert werden. In hochmanganischer Stahl mit einem Mangangehalt von mehr als 10%weist der Stahl eine extrem hohe Verschleißfestigkeit und Aufprallzählung auf, die im Bergbaumaschinenfeld weit verbreitet ist.

III. Hauptlegierelemente: Stahl mit besonderen Eigenschaften ausgeben

3.1 Chrom (CR): Schlüssel zur Verbesserung der Härte und Korrosionsresistenz

Chrom kann die Härte, Festigkeit und Verschleißfestigkeit von Stahl verbessern. Wenn sein Gehalt über 12%erreicht, verbessert es den Korrosionswiderstand von Stahl, was ein wichtiges Merkmal von Edelstahl ist, signifikant.

3.2 Nickel (NI): Optimierung der Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit

Nickel kann die Zähigkeit, die Korrosionsbeständigkeit und die Niedrigtemperatureigenschaften von Stahl verbessern. Austenitische rostfreie Stähle (wie 304 und 316), die Nickel enthalten, treten hervorragend in chemischen und marinen Umgebungen ab.

3.3 Molybdän (MO): Verbesserung der Härtbarkeit und Hochtemperaturleistung

Molybdän kann die Härtbarkeit und Hochtemperaturfestigkeit von Stahl verbessern und die Temperaturmürchnu effektiv verhindern. Es wird üblicherweise in hitzebeständigem Stahl und hochfestem Stahl verwendet.

3.4 Vanadium (V): Getreideverfeinerung und Stärkeverstärkung

Vanadium kann die Körner von Stahl erheblich verfeinern und seine Festigkeit und Verschleißfestigkeit durch die Bildung von Karbonitriden verbessern. Es ist in Hochgeschwindigkeitsstahl und hochfestem Legierungsstahl unverzichtbar.

3,5 Wolfram (W): Stahl mit rot

Tungsten gibt Stahl mit guter rotes Härte und ermöglicht es ihm, die Härte bei hohen Temperaturen aufrechtzuerhalten. Es wird häufig bei der Herstellung von Hochgeschwindigkeits-Stahlschneidwerkzeugen verwendet.

3.6 Kobalt (CO): Verbesserung der Wärmewiderstand und magnetischen Eigenschaften

Kobalt kann die Wärmefestigkeit und die magnetischen Eigenschaften von Stahl verbessern, die üblicherweise in Hochgeschwindigkeitsstahl- und permanenten Magnetlegierungen enthalten sind.

3.7 Aluminium (AL): Desoxidation und Verbesserung der Hochtemperatur-Oxidationsresistenz

Aluminium ist ein häufiger Desoxidator. Es kann auch Körner verfeinern und die Hochtemperatur-Oxidationsbeständigkeit von Stahl verbessern, die in korrosionsresistenten Stahl- und hitzebeständigen Stahl weit verbreitet ist.

3.8 Kupfer (CU): Verbesserung der Atmosphärischen Korrosionsbeständigkeit

Kupfer kann die atmosphärische Korrosionsbeständigkeit von Stahl erheblich verbessern. Eine geeignete Menge Kupfer kann einen Schutzoxidfilm auf der Stahloberfläche bilden, der in Verwitterungstahl verwendet wird. Übermäßiger Kupfergehalt kann jedoch zu heißen Kürze in Stahl führen.

3.9 Titan (TI): Verhinderung einer intergranulären Korrosion in Edelstahl

Titan kann stabile Verbindungen mit Kohlenstoff und Stickstoff bilden, wodurch intergranuläre Korrosion in Edelstahl verhindert und die Verfeinerung der Getreide verbessert wird. Eine typische Anwendung ist Edelstahl 321.

3.10 NIOB (NB): Getreideverfeinerung und Festigkeitsverbesserung

Niob kann Körner verfeinern und die Festigkeit und Wärmebeständigkeit von Stahl verbessern. Es ist ein Schlüsselelement in hochfestem Stahl und Pipeline-Stahl mit niedrigem Allow (HSLA).

3.11 Spezielle hochtemperaturbeständige Elemente (ZR, HF, TA, RE)

Diese Elemente können die Hochtemperaturstärke und die Kriechfestigkeit von Stahl erheblich verbessern, die hauptsächlich in Luft- und Raumfahrtmotoren, Gasturbinen und Kernenergiegeräten angewendet werden.

Iv. Verunreinigungselemente: Doppelte Einflüsse auf Stahleigenschaften

4.1 Phosphor (P): Koexistenz von Leistungsverbesserung und Kaltkürzerisiko

Phosphor kann die Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit von Stahl erhöhen, verringert jedoch ihre Plastizität und Zähigkeit erheblich, was dazu neigt, kalte Kürze zu verursachen. Durch vernünftige Kontroll- und Elementkombination können seine positiven Effekte in bestimmten Bereichen verwendet werden.

4.2 Schwefel (en): Von schädlich zur Spezialtransformation

Schwefel ist normalerweise ein schädliches Element, das heiße Kürze und Risse im Stahl verursacht. Bei freien Stahl kann jedoch eine angemessene Menge Schwefel die Beachtbarkeit verbessern.

4.3 Stickstoff (N): in geringen Mengen vorteilhaft, schädlich im Übermaß

Kleine Stickstoffmengen können Körner verfeinern und die Stärke von Stahl verbessern, aber übermäßiger Stickstoff kann zu Altersfürst verursachen. In Nitridge -Stahl kann Stickstoff die Oberflächenhärte erheblich erhöhen.

4.4 Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H): schädliche Verunreinigungen in Stahl

Sauerstoff und Wasserstoff gelten allgemein als schädliche Verunreinigungen. Sauerstoff bildet Einschlüsse und verringert die Zähigkeit von Stahl. Wasserstoff kann zu Wasserstoffverspritzung führen, was unter Stress einen plötzlichen Stahlfraktur verursacht. Daher muss ihr Inhalt während des Stahlproduktionsprozesses streng gesteuert werden.

V. Trace und Sonderelemente: Kleine Inhalte, große Auswirkungen

5.1 Bor (B): Spurenelement verbessert die Härterbarkeit signifikant

Bor ist ein entscheidendes Spurenelement. Selbst ein Gehalt von nur wenigen Teilen pro Million kann die Härtbarkeit von Stahl erheblich verbessern, die üblicherweise in Automobilstahl- und niedrigem Alloy-hohem Stahl verwendet werden.

5.2 Zinn (SN), Blei (PB), Wismut (Bi), Antimon (SB)

Diese Elemente haben normalerweise nachteilige Auswirkungen auf Stahl und verursachen heiße Kürze. Bei freiem Schnittstahl kann eine angemessene Menge an Blei oder Wismut stattdessen die Bearbeitbarkeit verbessern und die Werkzeuglebensdauer verlängern.

Vi. Schlussfolgerung: Elemente formen die Stahleigenschaften gemeinsam

Aus diesen Effekten ist klar, dass Stahl nicht nur eine einfache Eisen -Kohlenstoff -Legierung ist, sondern ein sorgfältig ausgewogenes System mehrerer Elemente. Das Vorhandensein, die Menge und die Wechselwirkungen jedes Elements bestimmen die endgültigen Eigenschaften von Stahl. Durch Anpassung von Legierungselementen und Kontrolle von Verunreinigungen können Metallurger Stähle mit hochspezifischen Merkmalen entwerfen, um sicherzustellen, dass sie die unterschiedlichen Anforderungen moderner Branchen erfüllen, die von Bau- und Verkehr bis hin zu Energie und Luft- und Raumfahrt reichen.

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