Einfluss chemischer Elemente auf die Eigenschaften von Stahlplatten
Als Stahl wird eine Eisen-Kohlenstoff-Legierung mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 2,11 % bezeichnet. Neben chemischen Bestandteilen wie Eisen (Fe) und Kohlenstoff (C) enthält Stahl auch eine geringe Menge Silizium (Si), Mangan (Mn), Phosphor (P), Schwefel (S), Sauerstoff (O), Stickstoff ( N), Niob (Nb) und Titan (Ti) Der Einfluss üblicher chemischer Elemente auf die Stahleigenschaften ist wie folgt:
1. Kohlenstoff (C): Mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt im Stahl nehmen die Streckgrenze und die Zugfestigkeit zu, aber die Plastizität und Schlagzähigkeit nehmen ab; Wenn der Kohlenstoffgehalt jedoch 0,23 % übersteigt, verschlechtert sich die Schweißbarkeit von Stahl. Daher überschreitet der Kohlenstoffgehalt von niedriglegiertem Baustahl, der zum Schweißen verwendet wird, im Allgemeinen nicht mehr als 0,20 %. Die Erhöhung des Kohlenstoffgehalts verringert auch die atmosphärische Korrosionsbeständigkeit von Stahl, und Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt korrodiert leicht an der Luft. Darüber hinaus kann Kohlenstoff die Kältesprödigkeit und Alterungsempfindlichkeit von Stahl erhöhen.
2. Silizium (Si): Silizium ist ein starkes Desoxidationsmittel im Stahlherstellungsprozess, und der Siliziumgehalt in beruhigtem Stahl beträgt im Allgemeinen 0,12 % bis 0,37 %. Wenn der Siliziumgehalt im Stahl 0,50 % übersteigt, wird Silizium als Legierungselement bezeichnet. Silizium kann die Elastizitätsgrenze, Streckgrenze und Zugfestigkeit von Stahl deutlich verbessern und wird häufig als Federstahl verwendet. Die Zugabe von 1,0–1,2 % Silizium zum vergüteten Baustahl kann die Festigkeit um 15–20 % erhöhen. In Kombination mit Silizium, Molybdän, Wolfram und Chrom kann es die Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit verbessern und zur Herstellung von hitzebeständigem Stahl verwendet werden. Kohlenstoffarmer Stahl mit 1,0–4,0 % Silizium und extrem hoher magnetischer Permeabilität wird als Elektrostahl in der Elektroindustrie verwendet. Die Erhöhung des Siliziumgehalts verringert die Schweißbarkeit von Stahl.
3. Mangan (Mn): Mangan ist ein gutes Desoxidationsmittel und Entschwefelungsmittel. Im Allgemeinen enthält Stahl 0,30–0,50 % Mangan. Wenn Kohlenstoffstahl mehr als 0,70 % Mangan zugesetzt wird, spricht man von „Manganstahl“. Im Vergleich zu gewöhnlichem Stahl verfügt er nicht nur über eine ausreichende Zähigkeit, sondern auch über eine höhere Festigkeit und Härte, was die Härtbarkeit und Warmumformbarkeit von Stahl verbessert. Stahl mit 11–14 % Mangan weist eine extrem hohe Verschleißfestigkeit auf und wird häufig in Baggerschaufeln, Kugelmühlenauskleidungen usw. verwendet. Mit zunehmendem Mangangehalt wird die Korrosionsbeständigkeit des Stahls geschwächt und die Schweißleistung verringert.
4. Phosphor (P): Im Allgemeinen ist Phosphor ein schädliches Element in Stahl, das die Festigkeit von Stahl verbessert, aber die Plastizität und Zähigkeit von Stahl verringert, die Kaltsprödigkeit von Stahl erhöht und die Schweißleistung und Kaltbiegeleistung verschlechtert . Daher ist es in der Regel erforderlich, dass der Phosphorgehalt im Stahl weniger als 0,045 % beträgt, und die Anforderungen an hochwertigen Stahl sind geringer.
5. Schwefel (S): Auch Schwefel ist unter normalen Umständen ein schädliches Element. Machen Sie den Stahl heiß spröde, verringern Sie die Duktilität und Zähigkeit des Stahls und verursachen Sie Risse beim Schmieden und Walzen. Schwefel beeinträchtigt außerdem die Schweißleistung und verringert die Korrosionsbeständigkeit. Daher liegt der Schwefelgehalt in der Regel unter 0,055 %, bei hochwertigem Stahl unter 0,040 %. Die Zugabe von 0,08–0,20 % Schwefel zu Stahl kann die Zerspanbarkeit verbessern, was üblicherweise als Automatenstahl bezeichnet wird.
6. Aluminium (Al): Aluminium ist ein häufig verwendetes Desoxidationsmittel in Stahl. Die Zugabe einer kleinen Menge Aluminium zu Stahl kann die Korngröße verfeinern und die Schlagzähigkeit verbessern; Aluminium weist außerdem Oxidationsbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit auf. Die Kombination von Aluminium mit Chrom und Silizium kann die Hochtemperatur-Schälleistung und die Hochtemperatur-Korrosionsbeständigkeit von Stahl deutlich verbessern. Der Nachteil von Aluminium besteht darin, dass es die Warmumformleistung, Schweißleistung und Schneidleistung von Stahl beeinträchtigt.
7. Sauerstoff (O) und Stickstoff (N): Sauerstoff und Stickstoff sind schädliche Elemente, die beim Schmelzen des Metalls aus dem Ofengas eindringen können. Sauerstoff kann heißen Stahl spröde machen und seine Wirkung ist schwerwiegender als die von Schwefel. Stickstoff kann die Kaltsprödigkeit von Stahl der von Phosphor ähneln. Die Alterungswirkung von Stickstoff kann die Härte und Festigkeit des Stahls erhöhen, jedoch die Duktilität und Zähigkeit verringern, insbesondere bei Verformungsalterung.
8. Niob (Nb), Vanadium (V) und Titan (Ti): Niob, Vanadium und Titan sind alle kornfeinende Elemente. Durch die entsprechende Zugabe dieser Elemente kann die Stahlstruktur verbessert, die Körnung verfeinert und die Festigkeit und Zähigkeit des Stahls erheblich verbessert werden.
