כחומר הבסיסי של התעשייה המודרנית, ביצועי הפלדה מוסדרים ישירות על ידי ההרכב הכימי. ביניהם, פחמן (C), מנגן (Mn), סיליקון (Si), גופרית (S), זרחן (P) חמשת היסודות על ידי שינוי הארגון המתכתי, מבנה הגביש וההפצה של זיהומים, המשפיעים באופן משמעותי על החוזק, הקשיחות, יכולת העיבוד והעמידות בפני קורוזיה של פלדה.
ראשית, יסודות פחמן (C): חוזק וגמישות של ווסת הליבה
פחמן הוא אלמנט הסגסוג החשוב ביותר בפלדה, ולתכולתו יש תפקיד מכריע בביצועי הפלדה. בתחום הפלדה התת--אוטקית (תכולת פחמן של 0.02% -0.77%), עם העלייה בתכולת הפחמן, מספר החלקיקים המקרבים במטריצת הפריט, חוזק המתיחה והקשיות גדל באופן ליניארי, אך התארכות וקשיחות ההשפעה ירדו באופן משמעותי. כאשר תכולת הפחמן עולה על הנקודה האוטקטית (0.77%) ליצירת פלדה פריקטית, צמצום המרווח בין הלמלות הפרליט מוביל להמשך עלייה בחוזק, אך הטיית הקרביד בגבולות התבואה מעוררת את הסיכון לשבירות.
מקרים טיפוסיים מראים כי תכולת הפחמן של 0.45% מפלדת פחמן בינונית לאחר טיפול מזגן, חוזק מתיחה של עד 800MPa, התארכות נשמרת ב-15%; ותכולת פחמן של 1.2% מפלדת פחמן גבוהה למרות הקשיות של HRC62, אך קשיחות ההשפעה היא פחות מ-10J/cm². ביצועי ריתוך, תכולת הפחמן של כל עלייה של 0.1%, מדד הרגישות לסדק ריתוך עלה ב-20%, צריך להשתמש באלקטרודות מימן נמוכות- ולחמם מראש ל-150 מעלות או יותר.
שנית, אלמנט מנגן (Mn): יכולת התקשות ויכולת עבודה חמה של הרגולטור הכפול
מנגן כרכיבים חלשים-היוצרים קרביד, באמצעות חיזוק פתרונות מוצקים ומנגנון כפול שליטה בארגון כדי לשפר את הביצועים של פלדה. בפריט, אטומי מנגן מחליפים אטומי ברזל כדי לעורר עיוות סריג, חוזק התשואה גדל בכ-30MPa/%; באוסטניט, התפשטות מנגן של -אזור הפאזה כך שהטמפרטורה הקריטית של Ac3 עלתה ב-50-80 מעלות, מה שמשפר משמעותית את יכולת ההתקשות. נתונים ניסויים מראים שפלדה 45 המכילה 1.2% מנגן יכולה להגיע לקשיות HRC45 לאחר כיבוי מים, שהיא גבוהה ב-3 רמות קשיות של Rockwell מזו של פלדה נטולת מנגן.
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%) מוביל להתגבשות גרגירים במהלך הטמפרור ולעלייה של 40% במדד שבירות המזג, ויש לסלק שאריות אוסטניט על ידי החזקה ב-700 מעלות. ביישומים טיפוסיים, פלדת 20MnSi עם 0.8%-1.2% מנגן נמצאת בשימוש נרחב לברכות בנייה, וחוזק התפוקה שלה גדל ב-25% בהשוואה לפלדת Q235.
שלישית, אלמנט סיליקון (Si): משפר סינרגטי של חיזוק תמיסה מוצקה ועמידות בפני קורוזיה
כאלמנט חזק ליצירת פריט-, הסיליקון משפר את תכונות הפלדה באמצעות המנגנון הכפול של חיזוק תמיסה מוצקה וסרט תחמוצת פני השטח. בפריט, הרדיוס של אטומי סיליקון גדול ב-11% מזה של אטומי ברזל, מה שגורם לעיוות סריג כדי להגדיל את חוזק התפוקה בכ-50MPa/%. ניסויי חמצון פני השטח מראים שתכולת הסיליקון של 1.5% מהפלדה מחומצנת ב-800 מעלות למשך 24 שעות, עובי סרט התחמוצת קטן ב-60% מפלדה רגילה, הודות להיווצרות שכבת הגנה צפופה של SiO₂.
מבחינת יכולת עיבוד, תכולת סיליקון של יותר מ-0.8% מגדילה את ההתנגדות לדפורמציה קרה ב-20%, מה שמצריך תהליך רב-מעבר עם נפחי דפורמציה קטנים. יישומים אופייניים, תכולת סיליקון של 0.2% -0.5% מפלדת 40SiMn המשמשת לייצור מוטות חיבור לרכב, חיי העייפות שלה מפלדת פחמן רגילה כדי לשפר פי 1.5; תכולת סיליקון של 15% -20% מברזל יצוק עתיר סיליקון בחומצה גופרתית קצב קורוזיה בינוני<0.1mm / a, become the preferred material for corrosion-resistant parts of chemical equipment.
רביעית, יסודות גופרית (S): ביצועי עבודה חמים של המשחתת הבלתי נראית
גופרית בצורת תכלילים של FeS בגבולות גרגירי הפלדה, הנזק שלה בא לידי ביטוי בעיקר בעיבוד התרמי ובריתוך שתי סצנות. FeS ו-Fe הנוצרים על ידי נקודת ההיתוך של גבישים- של 988 מעלות בלבד, כאשר הפלדה מחוממת ל-1150 מעלות, גבולות התבואה ב-FeS הנוזלי מובילים לירידה בחוזק המקומי, הנוטה לפיצוח תרמי. נתונים ניסיוניים מראים שתכולת הגופרית של 0.05% מהפלדה בתהליך היציקה הרציפה, שכיחות קצב הפיצוח התרמי גבוה פי 5 מתכולת הגופרית של 0.01%.
מבחינת ביצועי הריתוך, גז SO₂ הנוצר מהתגובה בין גופרית לחמצן יוצר נקבוביות בריתוך, ומקטין את שטח החתך האפקטיבי של מתכת הריתוך ב-30%. מקרים טיפוסיים מראים שתכולת הגופרית של 0.08% מפלדת Q235 בריתוך ידני בקשת, קשיחות השפעת מתכת ריתוך היא פחות מ-8J/cm ², רק 1/3 מחומר הבסיס. תהליך ייצור פלדה מודרני על ידי הוספת יסודות אדמה נדירים ליצירת נקודת התכה גבוהה של גופרית, מדד סכנת הגופרית ירד ב-70%.
חמישה יסודות זרחן (P): קשיחות-בטמפרטורה נמוכה של הרוצח הקטלני
זרחן במסיסות מוצק פריט של 0.9%, הרדיוס האטומי שלו גדול ב-14% מאטום הברזל, מה שגורם לעיוות סריג רציני. נתוני ניסוי מראים שתכולת הזרחן של 0.1% מהפלדה ב--20 מעלות כאשר קשיחות ההשפעה נמוכה ב-65% מהטמפרטורה הרגילה, הנובעת מאטומי הזרחן ביצירת מישור הגבישי של {100} של צבירי גז קירשנר, מתבססת על תנועת ההשפעה של ההצמדה. ניסויי שבירות בטמפרטורה נמוכה מראים שפלדה עם תכולת זרחן של 0.15% עוברת שבר מפותל ב-40 מעלות, עם שבר המאופיין בתכונות איקוסהדרליות אופייניות.
מבחינת יכולת עיבוד חיתוך, ההשפעה הסינרגטית של זרחן וגופרית הביאה להפחתה של 20% בכוחות החיתוך ולגידול של פי 1.5- בחיי הכלי. ביישומים טיפוסיים, הפלדה החיתוך החופשי 1215 עם תכולת זרחן של 0.08%-0.15% נמצאת בשימוש נרחב עבור עיבוד חלקים מדויק, עם חספוס פני השטח של עד Ra0.8 מיקרומטר. יש לציין, עם זאת, כי עם תכולת זרחן של יותר מ-0.12%, שיעור הקורוזיה של הפלדה בסביבה הימית גדל בפקטור 3, אותו יש לעכב על ידי הוספת יסודות נחושת ליצירת סרט מגן.
