Là vật liệu cơ bản của ngành công nghiệp hiện đại, hiệu suất của thép được điều chỉnh trực tiếp bởi thành phần hóa học. Trong số đó, năm nguyên tố carbon (C), mangan (Mn), silicon (Si), lưu huỳnh (S), phốt pho (P) bằng cách thay đổi tổ chức luyện kim, cấu trúc tinh thể và phân bố tạp chất, ảnh hưởng đáng kể đến độ bền, độ dẻo dai, khả năng gia công và khả năng chống ăn mòn của thép.
Đầu tiên, các nguyên tố carbon (C): độ bền và độ dẻo của bộ điều chỉnh lõi
Carbon là nguyên tố hợp kim quan trọng nhất trong thép và hàm lượng của nó có vai trò quyết định đến hiệu suất của thép. Trong phạm vi-thép eutectic (hàm lượng carbon 0,02% -0,77%), với sự gia tăng hàm lượng carbon, số lượng hạt được cacbon hóa trong ma trận ferit, độ bền kéo và độ cứng tăng tuyến tính nhưng độ giãn dài và độ bền va đập giảm đáng kể. Khi hàm lượng carbon vượt quá điểm eutectic (0,77%) để tạo thành thép kiến trúc, việc thu hẹp khoảng cách giữa các tấm ngọc trai dẫn đến cường độ tiếp tục tăng, nhưng độ lệch cacbua ở ranh giới hạt gây ra nguy cơ giòn.
Trường hợp điển hình cho thấy hàm lượng carbon 0,45% của thép carbon trung bình sau khi xử lý tôi luyện, độ bền kéo lên tới 800MPa, độ giãn dài duy trì ở mức 15%; và hàm lượng carbon 1,2% của thép carbon cao mặc dù có độ cứng HRC62 nhưng độ bền va đập nhỏ hơn 10J/cm2. Hiệu suất hàn, hàm lượng carbon mỗi lần tăng 0,1%, chỉ số độ nhạy vết nứt mối hàn tăng 20%, cần sử dụng điện cực hydro-thấp và làm nóng trước đến 150 độ trở lên.
Thứ hai, nguyên tố mangan (Mn): độ cứng và khả năng làm việc nóng của bộ điều chỉnh kép
Mangan là nguyên tố tạo thành cacbua yếu{0}}, thông qua cơ chế kép kiểm soát và tăng cường dung dịch rắn để nâng cao hiệu suất của thép. Trong ferit, nguyên tử mangan thay thế nguyên tử sắt gây biến dạng mạng, cường độ chảy tăng khoảng 30MPa/%; trong austenite, mangan giãn nở vùng pha -để nhiệt độ tới hạn của Ac3 tăng thêm 50{11}}80 độ, cải thiện đáng kể độ cứng. Dữ liệu thực nghiệm cho thấy thép 45 chứa 1,2% mangan có thể đạt độ cứng HRC45 sau khi làm nguội bằng nước, cao hơn 3 mức độ cứng Rockwell so với thép không chứa mangan.
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%) dẫn đến hạt bị thô trong quá trình ủ và chỉ số độ giòn khi ủ tăng 40%, và austenit dư cần được loại bỏ bằng cách giữ ở 700 độ. Trong các ứng dụng điển hình, thép 20MnSi với 0,8% -1,2% mangan được sử dụng rộng rãi làm cốt thép xây dựng và cường độ năng suất của nó tăng 25% so với thép Q235.
Thứ ba, nguyên tố Silicon (Si): chất tăng cường tổng hợp giúp tăng cường dung dịch rắn và chống ăn mòn
Là một nguyên tố hình thành ferrite-mạnh, silicon tăng cường các đặc tính của thép thông qua cơ chế kép tăng cường dung dịch rắn và màng oxit bề mặt. Trong ferrite, bán kính của nguyên tử silicon lớn hơn 11% so với nguyên tử sắt, điều này gây ra sự biến dạng mạng để tăng cường độ năng suất lên khoảng 50MPa/%. Thí nghiệm oxy hóa bề mặt cho thấy hàm lượng silicon trong thép 1,5% bị oxy hóa ở 800 độ trong 24 giờ, độ dày của màng oxit kém hơn 60% so với thép thông thường nhờ hình thành lớp bảo vệ dày đặc SiO₂.
Về khả năng gia công, hàm lượng silicon trên 0,8% làm tăng khả năng chống biến dạng nguội lên 20%, đòi hỏi quá trình-đi qua nhiều bước với khối lượng biến dạng nhỏ. Các ứng dụng điển hình, hàm lượng silicon 0,2% -0,5% của thép 40SiMn được sử dụng trong sản xuất thanh nối ô tô, tuổi thọ mỏi của nó cao hơn thép cacbon thông thường gấp 1,5 lần; Hàm lượng silicon 15% -20% của gang có hàm lượng silicon cao trong môi trường axit sulfuric<0.1mm / a, become the preferred material for corrosion-resistant parts of chemical equipment.
Thứ tư, nguyên tố lưu huỳnh (S): hiệu suất làm việc nóng của tàu khu trục vô hình
Lưu huỳnh ở dạng tạp chất FeS trong ranh giới thớ thép, tác hại của nó chủ yếu thể hiện ở hai cảnh xử lý nhiệt và hàn. FeS và Fe được hình thành do đồng{1}}có nhiệt độ nóng chảy tinh thể chỉ 988 độ, khi thép được nung nóng đến 1150 độ, ranh giới hạt tại FeS lỏng dẫn đến giảm cường độ cục bộ, dễ bị nứt do nhiệt. Số liệu thực nghiệm cho thấy, hàm lượng lưu huỳnh 0,05% trong thép trong quá trình đúc liên tục thì tỷ lệ nứt nhiệt cao gấp 5 lần so với hàm lượng lưu huỳnh 0,01%.
Về hiệu suất hàn, khí SO₂ được tạo ra bởi phản ứng giữa lưu huỳnh và oxy tạo thành các lỗ rỗng trong mối hàn, làm giảm 30% diện tích mặt cắt ngang hiệu dụng của kim loại mối hàn. Trường hợp điển hình cho thấy hàm lượng lưu huỳnh 0,08% của thép Q235 khi hàn hồ quang thủ công, độ bền va đập của kim loại mối hàn nhỏ hơn 8J/cm2, chỉ bằng 1/3 vật liệu cơ bản. quy trình sản xuất thép hiện đại bằng cách thêm các nguyên tố đất hiếm để tạo thành điểm nóng chảy cao của sunfua, chỉ số nguy hiểm lưu huỳnh giảm 70%.
Năm nguyên tố phốt pho (P): độ bền-ở nhiệt độ thấp của kẻ giết người chí mạng
Phốt pho trong chất rắn ferit có độ hòa tan rắn 0,9%, bán kính nguyên tử của nó lớn hơn nguyên tử sắt 14%, gây ra sự biến dạng mạng tinh thể nghiêm trọng. Dữ liệu thực nghiệm cho thấy hàm lượng phốt pho trong 0,1% thép ở -20 độ khi độ bền va đập thấp hơn 65% so với nhiệt độ bình thường, xuất phát từ các nguyên tử phốt pho trong sự hình thành thiên vị mặt phẳng tinh thể {100} của cụm khí Kirchner đối với chuyển động lệch vị trí của hiệu ứng ghim. Các thí nghiệm về độ giòn ở nhiệt độ thấp cho thấy thép có hàm lượng phốt pho 0,15% trải qua quá trình đứt gãy phân hủy ở -40 độ, với vết nứt đặc trưng bởi các đặc điểm hình khối hai mươi mặt điển hình.
Về khả năng gia công cắt, tác dụng tổng hợp của phốt pho và lưu huỳnh giúp giảm 20% lực cắt và tăng tuổi thọ dụng cụ lên 1,5-gấp. Trong các ứng dụng điển hình, thép cắt tự do 1215 có hàm lượng phốt pho 0,08% -0,15% được sử dụng rộng rãi để gia công các bộ phận chính xác, với độ nhám bề mặt lên tới Ra0,8 μm. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng với hàm lượng phốt pho lớn hơn 0,12%, tốc độ ăn mòn của thép trong môi trường biển tăng lên gấp 3 lần, cần phải hạn chế bằng cách thêm các nguyên tố đồng để tạo thành màng bảo vệ.
