鋼に影響を与える28の要素：プロパティとパフォーマンスへの影響

I.はじめに：なぜ要素が鋼の特性を決定するのですか？

鋼は、マトリックスとして鉄（FE）を備えた合金材料です。その特性は、鉄自体だけでなく、炭素（C）、シリコン（SI）、マンガン（MN）などの基本要素の影響を受けます。クロム（CR）、ニッケル（NI）、モリブデン（MO）などの合金要素を追加することにより、鋼は耐食性、耐摩耗性、高温抵抗などの特別な特性を獲得できます。一方、不純物要素と微量元素は、鋼の包括的な特性にも大きな影響を与えます。この記事では、スチール特性とその典型的なアプリケーション上のさまざまな要素の機能を体系的に紹介します。

ii。基本的な要素：鋼の特​​性の基礎を築く

2.1炭素（c）：鋼特性のコアレギュレーター

炭素は、鋼の中で最も重要な要素です。その含有量は、鋼の硬度、強度、可塑性、靭性を直接決定します。低炭素鋼（C <0.25％）は、優れた靭性と優れた溶接性を備えています。中炭素鋼（0.25〜0.6％）は強度と靭性を組み合わせて、機械的部品と自動車車軸の製造に適しています。高炭素鋼（> 0.6％）は、ツール、スプリング、レールで広く使用されている硬度と耐摩耗性を大幅に向上させます。

2.2シリコン（SI）：脱酸化と特性の強化における二重の役割

シリコンは、主に鋼のデオキシジ剤として機能します。また、鋼の強度と硬度を高め、弾力性のある特性を改善し、電気鋼とスプリングスチールで重要な役割を果たします。ただし、シリコンの含有量が高すぎると、鋼の靭性と溶接性が低下します。

2.3マンガン（MN）：パフォーマンスの改善と有害な影響の抑制

マンガンは、鋼の強度と硬度を高め、その硬度性を大幅に改善できます。硫黄と反応してMNSを形成し、硫黄の有害な影響を減らします。マンガンの含有量が10％を超える高マンガン鋼では、鋼は非常に高い耐摩耗性と衝撃靭性を示し、鉱業機械畑に広く適用されます。

iii。主な合金要素：特別な特性を備えた鋼を吸着させる

3.1クロム（CR）：硬度と腐食抵抗を改善するための鍵

クロムは、鋼の硬度、強度、耐摩耗性を高めることができます。その含有量が12％以上に達すると、鋼の耐食性が大幅に改善されます。これは、ステンレス鋼の重要な特徴です。

3.2ニッケル（NI）：靭性と腐食抵抗の最適化

ニッケルは、鋼の靭性、腐食抵抗、および低温特性を改善できます。ニッケルを含むオーステナイトステンレス鋼（304や316など）は、化学環境と海洋環境で優れた性能を発揮します。

3.3モリブデン（MO）：硬化性と高温性能の向上

モリブデンは、鋼の硬化性と高温強度を改善し、気性の脆性を効果的に防ぐことができます。一般に、熱耐性鋼および高強度構造鋼で使用されます。

3.4バナジウム（V）：穀物の洗練と強度の向上

バナジウムは、鋼の粒を大幅に改良し、コルクリド化することにより強度と耐摩耗性を改善できます。高速鋼および高強度合金鋼で不可欠です。

3.5タングステン（W）：赤い硬度の鋼を吸着させる

タングステンは、鋼を優れた赤毛で延ばし、高温で硬度を維持できるようにします。高速スチール切削工具の製造に広く使用されています。

3.6コバルト（CO）：耐熱性と磁気特性の改善

コバルトは、高速鋼および永久磁気合金によく見られる鋼の耐熱性と磁気特性を高めることができます。

3.7アルミニウム（AL）：高温酸化耐性の脱酸化と増強

アルミニウムは一般的なデオキシ剤です。また、穀物を改良し、耐腐食性鋼および熱耐性鋼に広く適用される鋼の高温酸化抵抗を強化することもできます。

3.8銅（CU）：大気耐性耐性の強化

銅は、鋼の大気腐食抵抗を大幅に向上させることができます。適切な量​​の銅は、風化鋼で使用される鋼の表面に保護酸化膜を形成できます。しかし、過度の銅含有量は、鋼の高温の短さを引き起こす可能性があります。

3.9チタン（TI）：ステンレス鋼の顆粒間腐食の防止

チタンは、炭素と窒素を含む安定した化合物を形成し、ステンレス鋼の粒間腐食を防ぎ、穀物の洗練を改善することができます。典型的な用途は、ステンレス鋼321です。

3.10ニオビウム（NB）：穀物の洗練と強度の改善

ニオビウムは穀物を改良し、鋼の強度と耐熱性を高めることができます。これは、高強度の低合金（HSLA）鋼およびパイプライン鋼の重要な要素です。

3.11特別な高温耐性要素（ZR、HF、TA、RE）

これらの要素は、主に航空宇宙エンジン、ガスタービン、原子力エネルギー装置に適用される、鋼の高温強度とクリープ抵抗を大幅に改善できます。

IV。不純物の要素：鋼の特​​性に対する二重顔の影響

4.1リン（P）：パフォーマンスの改善と低温のリスクの共存

リンは、鋼の強度と腐食抵抗を増加させる可能性がありますが、その可塑性と靭性を大幅に減らし、冷静さを引き起こす傾向があります。合理的な制御と要素の組み合わせにより、そのプラスの効果は特定の分野で利用できます。

4.2硫黄：有害なものから特殊な目的の変換へ

硫黄は通常、有害な要素であり、高温の短さと鋼の亀裂を引き起こします。ただし、自由カット鋼では、適切な量の硫黄が加工性を改善できます。

4.3窒素（N）：少量で有益で、過剰に有害

少量の窒素は穀物を改良し、鋼の強度を高めることができますが、過度の窒素は年齢の脆性を引き起こす可能性があります。亜硝酸鋼では、窒素は表面の硬さを大幅に増加させる可能性があります。

4.4酸素（O）と水素（H）：鋼の有害な不純物

酸素と水素は一般に、有害な不純物と見なされています。酸素は包有物を形成し、鋼の靭性を減らします。水素は、水素包発を引き起こし、ストレス下で鋼の突然の骨折を引き起こす可能性があります。したがって、それらの内容は、鉄鋼生産プロセス中に厳密に制御する必要があります。

V.トレースと特別な要素：小さな内容、大きな影響

5.1ホウ素（b）：トレース要素は、硬化性を大幅に改善します

ボロンは重要な微量要素です。 100万分のわずか数部のコンテンツでさえ、自動車鋼や低合金の高強度鋼で一般的に使用される鋼の硬化性を大幅に改善できます。

5.2スズ（SN）、リード（PB）、ビスマス（BI）、アンチモン（SB）

これらの要素は通常、鋼に悪影響を及ぼし、高温の短さを引き起こします。しかし、フリーカットスチールでは、適切な量の鉛またはビスマスを追加すると、代わりに機械性を改善し、ツールの寿命を延ばすことができます。

vi。結論：鋼の特性を共同形成する要素

これらの効果から、鋼は単なる鉄 - 炭素合金ではなく、複数の要素の慎重にバランスの取れたシステムであることは明らかです。各要素の存在、量、および相互作用により、鋼の最終的な特性が決まります。合金の要素を調整し、不純物を制御することにより、冶金学者は非常に具体的な特性を備えた鋼を設計し、建設や輸送からエネルギーや航空宇宙に至るまでの現代産業の多様な要件を満たすことができます。

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