Wirkung chemischer Elemente auf die Eigenschaften von Stahlplatten
Eisen-Kohlenstoff-Legierungen mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 2,11 % werden als Stahl bezeichnet.Stahl enthält neben chemischen Bestandteilen wie Eisen (Fe) und Kohlenstoff (C) auch eine geringe Menge an Silizium (Si), Mangan (Mn), Phosphor (P), Schwefel (S), Sauerstoff (O), Stickstoff ( N), Niob (Nb) und Titan (Ti) Der Einfluss gängiger chemischer Elemente auf die Stahleigenschaften ist wie folgt:
1. Kohlenstoff (C): Mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt im Stahl nehmen Streckgrenze und Zugfestigkeit zu, aber Plastizität und Schlagzähigkeit nehmen ab;Wenn jedoch der Kohlenstoffgehalt 0,23 % übersteigt, verschlechtert sich die Schweißbarkeit von Stahl.Daher überschreitet der Kohlenstoffgehalt von niedrig legiertem Baustahl, der zum Schweißen verwendet wird, im Allgemeinen nicht 0,20 %.Die Erhöhung des Kohlenstoffgehalts verringert auch die atmosphärische Korrosionsbeständigkeit von Stahl, und Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt korrodiert leicht im Freien.Außerdem kann Kohlenstoff die Kältesprödigkeit und Alterungsempfindlichkeit von Stahl erhöhen.
2. Silizium (Si): Silizium ist ein starkes Desoxidationsmittel im Stahlherstellungsprozess, und der Gehalt an Silizium in beruhigtem Stahl beträgt im Allgemeinen 0,12 % bis 0,37 %.Wenn der Gehalt an Silizium im Stahl 0,50 % übersteigt, wird Silizium als Legierungselement bezeichnet.Silizium kann die Streckgrenze, Streckgrenze und Zugfestigkeit von Stahl erheblich verbessern und wird häufig als Federstahl verwendet.Die Zugabe von 1,0–1,2 % Silizium in den vergüteten Baustahl kann die Festigkeit um 15–20 % erhöhen.In Kombination mit Silizium, Molybdän, Wolfram und Chrom kann es die Korrosionsbeständigkeit 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 Elektroband 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“.Verglichen mit gewöhnlichem Stahl hat es nicht nur eine ausreichende Zähigkeit, sondern auch eine höhere Festigkeit und Härte, was die Härtbarkeit und Warmbearbeitbarkeit von Stahl verbessert.Stahl mit 11-14 % Mangan hat eine extrem hohe Verschleißfestigkeit und wird häufig in Baggerschaufeln, Kugelmühlenauskleidungen usw. verwendet. Mit zunehmendem Mangangehalt wird die Korrosionsbeständigkeit von Stahl 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 normalerweise erforderlich, dass der Phosphorgehalt in Stahl weniger als 0,045% beträgt, und die Anforderung an hochwertigen Stahl ist geringer.
5. Schwefel (S): Auch Schwefel ist unter normalen Umständen ein schädliches Element.Machen den Stahl heiß spröde, verringern die Duktilität und Zähigkeit des Stahls und verursachen Risse beim Schmieden und Walzen.Schwefel wirkt sich auch nachteilig auf die Schweißleistung aus und verringert die Korrosionsbeständigkeit.Daher liegt der Schwefelgehalt in der Regel unter 0,055 %, bei hochwertigem Stahl unter 0,040 %.Das Hinzufügen von 0,08–0,20 % Schwefel zu Stahl kann die maschinelle Unfähigkeit verbessern, die üblicherweise als Automatenstahl bezeichnet wird.
6. Aluminium (Al): Aluminium ist ein häufig verwendetes Desoxidationsmittel in Stahl.Das Hinzufügen einer kleinen Menge Aluminium zu Stahl kann die Korngröße verfeinern und die Schlagzähigkeit verbessern;Aluminium hat auch Oxidationsbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit.Die Kombination von Aluminium mit Chrom und Silizium kann die Hochtemperatur-Schälleistung und die Hochtemperatur-Korrosionsbeständigkeit von Stahl erheblich verbessern.Der Nachteil von Aluminium besteht darin, dass es die Warmumformbarkeit, 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 stärker als die von Schwefel.Stickstoff kann die Kältesprödigkeit von Stahl ähnlich der von Phosphor machen.Die Alterungswirkung von Stickstoff kann die Härte und Festigkeit von Stahl erhöhen, aber die Duktilität und Zähigkeit verringern, insbesondere bei Verformungsalterung.
8. Niob (Nb), Vanadium (V) und Titan (Ti): Niob, Vanadium und Titan sind allesamt kornverfeinernde Elemente.Die geeignete Zugabe dieser Elemente kann die Stahlstruktur verbessern, das Korn verfeinern und die Festigkeit und Zähigkeit von Stahl erheblich verbessern.