Giới thiệu kiến ​​thức cơ bản về thép kết cấu hợp kim

Ngoài sắt và carbon, thép được gọi là thép hợp kim bằng cách thêm các nguyên tố hợp kim khác. Hợp kim sắt-cacbon được tạo thành bằng cách thêm một lượng thích hợp của một hoặc nhiều nguyên tố hợp kim trên cơ sở thép cacbon thông thường. Theo các yếu tố bổ sung khác nhau và áp dụng công nghệ xử lý thích hợp, các tính chất đặc biệt như độ bền cao, độ dẻo dai cao, hao mòn điện trở, sự ăn mòn điện trở, khả năng chịu nhiệt độ thấp, nhiệt độ cao điện trở, và các đặc tính phi từ tính có thể thu được.
Hiệu ứng của các yếu tố được thêm vào như sau:

1. Carbon (C): Hàm lượng cacbon trong thép tăng lên, điểm chảy và độ bền kéo tăng lên, nhưng độ dẻo và tính chất tác động giảm. Khi hàm lượng cacbon vượt quá 0.23%, hiệu suất hàn của thép giảm sút, vì vậy nó được sử dụng để hàn. Thép kết cấu hợp kim thấp thường không chứa nhiều hơn 0.20% Carbon. Hàm lượng cacbon cao cũng sẽ làm giảm khả năng chống ăn mòn trong khí quyển của thép, và thép cacbon cao ngoài trời cổ phần sân dễ rỉ sét; ngoài ra, cacbon có thể làm tăng độ giòn nguội và độ nhạy lão hóa của thép.

2. Silicon (Si): Silicon được thêm vào như một chất khử và chất khử oxy trong quá trình luyện thép, vì vậy thép bị giết có chứa 0.15-0.30% silicon. Nếu hàm lượng silic trong thép vượt quá 0.50-0.60%, silicon được coi là một nguyên tố hợp kim. Silicon có thể cải thiện đáng kể giới hạn đàn hồi, điểm chảy và độ bền kéo của thép, vì vậy nó được sử dụng rộng rãi làm thép lò xo. Bằng cách thêm 1.0-1.2% silicon để làm nguội và tôi luyện thép kết cấu, sức mạnh có thể được tăng lên bởi 15-20%. Sự kết hợp của silicon và molypden, vonfram, crom, Vân vân., có tác dụng cải thiện khả năng chống ăn mòn và chống oxy hóa, và có thể sản xuất thép chịu nhiệt. Thép cacbon thấp có chứa 1-4% silicon có tính từ thẩm cực cao và được sử dụng làm tấm thép silicon trong ngành điện. Sự gia tăng lượng silicon sẽ làm giảm hiệu suất hàn của thép.

3. Mangan (Mn): Trong quá trình luyện thép, mangan là một chất khử oxy và khử lưu huỳnh tốt. Thép nói chung chứa 0.30-0.50% mangan. Khi thêm nhiều hơn 0.70% thép carbon, nó được coi là “thép mangan”. So với thép thông thường, nó không chỉ có đủ độ dẻo dai, mà còn có độ bền và độ cứng cao hơn, cải thiện độ cứng của thép, và cải thiện khả năng gia công nóng của thép. Ví dụ, điểm chảy của 16 triệu thép là 40% cao hơn A3. Thép chứa 11-14% Mangan có khả năng chống mài mòn cực cao và được sử dụng trong gầu máy xúc, lót máy nghiền bi, vv. Sự gia tăng hàm lượng mangan làm suy yếu khả năng chống ăn mòn của thép và làm giảm hiệu suất hàn.

4. Phốt pho (P): Nói chung, phốt pho là một nguyên tố có hại trong thép, làm tăng độ giòn nguội của thép, làm giảm hiệu suất hàn, giảm độ dẻo, và làm giảm hiệu suất uốn nguội. vì thế, hàm lượng phốt pho trong thép thường được yêu cầu nhỏ hơn 0.045%, và yêu cầu thép thấp hơn.

5. lưu huỳnh (S): Lưu huỳnh cũng là một nguyên tố có hại trong những trường hợp bình thường. Nó làm cho thép tạo ra độ giòn nóng, làm giảm độ dẻo và độ dai của thép, và gây ra các vết nứt trong quá trình rèn và cán. Lưu huỳnh cũng có hại cho hiệu suất hàn, giảm khả năng chống ăn mòn. vì thế, hàm lượng lưu huỳnh thường được yêu cầu nhỏ hơn 0.055%, và hàm lượng thép được yêu cầu nhỏ hơn 0.040%. Thêm 0.08-0.20% lưu huỳnh đối với thép có thể cải thiện khả năng gia công và thường được gọi là thép cắt tự do.

6. cơ rôm (CR): Trong thép kết cấu và thép công cụ, crom có ​​thể cải thiện đáng kể sức mạnh, độ cứng và khả năng chống mài mòn, nhưng đồng thời giảm độ dẻo và dai. Crom có ​​thể cải thiện khả năng chống oxy hóa và chống ăn mòn của thép, vì vậy nó là một nguyên tố hợp kim quan trọng của thép không gỉ và thép chịu nhiệt.

7. kền (Ni): Niken có thể làm tăng độ bền của thép trong khi vẫn duy trì độ dẻo và độ dai tốt. Niken có khả năng chống ăn mòn cao đối với axit và kiềm, và có khả năng chống gỉ và chịu nhiệt ở nhiệt độ cao. Tuy nhiên, vì niken là một tài nguyên tương đối khan hiếm, các nguyên tố hợp kim khác nên được sử dụng càng nhiều càng tốt để thay thế thép niken-crom.

8. Cr-Mo (Mo): Molypden có thể tinh luyện hạt thép, cải thiện độ cứng và độ bền nhiệt, và duy trì đủ độ bền và khả năng chống rão ở nhiệt độ cao (ứng suất lâu dài và biến dạng ở nhiệt độ cao, nói Creep). Việc bổ sung molypden vào thép kết cấu có thể cải thiện các tính chất cơ học. Nó cũng có thể ngăn chặn tính giòn của thép hợp kim do tôi. Nó có thể cải thiện màu đỏ trong thép công cụ.

9. Titan (Ti): Titan là chất khử oxy mạnh trong thép. Nó có thể làm cho cấu trúc bên trong của thép nhỏ gọn, tinh chỉnh độ bền của hạt; giảm độ nhạy lão hóa và độ giòn lạnh. Cải thiện hiệu suất hàn. Thêm titan thích hợp vào crom 18 Niken 9 thép không gỉ Austenit có thể tránh ăn mòn giữa các hạt.

10. chất hóa học (V): Vanadi là chất khử oxy tuyệt vời cho thép. Thêm 0.5% vanadi vào thép có thể tinh chế các hạt cấu trúc và cải thiện độ bền và độ dẻo dai. Cacbua được tạo thành bởi vanadi và cacbon có thể cải thiện khả năng chống ăn mòn hydro dưới nhiệt độ cao và áp suất cao.

11. Vonfram (W): Vonfram có nhiệt độ nóng chảy cao và độ đặc trưng cao, và là một nguyên tố hợp kim đắt tiền. Vonfram và cacbon tạo thành cacbua vonfram, có độ cứng cao và chống mài mòn. Thêm vonfram vào thép công cụ có thể cải thiện đáng kể độ cứng đỏ và độ bền nhiệt, có thể được sử dụng làm công cụ cắt và khuôn rèn.

12. Niobium (NB): Niobi có thể tinh chế các loại ngũ cốc và làm giảm độ nhạy quá nhiệt và độ giòn của thép, và tăng sức mạnh, nhưng độ dẻo và độ dai bị giảm. Thêm niobi vào thép hợp kim thấp thông thường có thể cải thiện khả năng chống ăn mòn khí quyển và khả năng chống ăn mòn của hydro, nitơ và amoniac ở nhiệt độ cao. Niobi có thể cải thiện hiệu suất hàn. Thêm niobi vào thép không gỉ Austenit có thể ngăn chặn sự ăn mòn giữa các hạt.

13. Coban (Co): Coban là một kim loại quý hiếm và chủ yếu được sử dụng trong các loại thép và hợp kim đặc biệt, chẳng hạn như thép cường độ nóng và vật liệu từ tính.

14. Đồng (Cu): WISCO sử dụng quặng Daye để nấu chảy thép, thường chứa đồng. Đồng có thể cải thiện sức mạnh và độ dẻo dai, đặc biệt là hiệu suất ăn mòn khí quyển. Nhược điểm là dễ sinh ra tính giòn nóng khi làm việc nóng., và độ dẻo giảm đáng kể khi hàm lượng đồng vượt quá 0.5%. Khi hàm lượng đồng nhỏ hơn 0.50%, nó không ảnh hưởng đến khả năng hàn.

15. Nhôm (Ống / Ống thép hợp kim liền mạch): Nhôm là chất khử oxy thường được sử dụng trong thép. Thêm một lượng nhỏ nhôm vào thép có thể tinh chế các hạt và cải thiện độ dai va đập, chẳng hạn như thép 08Al cho tấm bản vẽ sâu. Nhôm cũng có khả năng chống oxy hóa và chống ăn mòn. Sự kết hợp của nhôm, crom và silicon có thể cải thiện đáng kể hiệu suất không mài mòn ở nhiệt độ cao và khả năng chống ăn mòn ở nhiệt độ cao của thép. Nhược điểm của nhôm là ảnh hưởng đến khả năng làm việc nóng, hiệu suất hàn và hiệu suất cắt thép.

16. Boron (B): Thêm một lượng nhỏ boron vào thép có thể cải thiện độ chặt và hiệu suất cán nóng của thép, và tăng sức mạnh của nó.

17. Nitơ (N): Nitơ có thể cải thiện sức mạnh, nhiệt độ thấp độ dẻo dai và khả năng hàn của thép, và tăng độ nhạy lão hóa.

18. Đât hiêm (Xt): Các nguyên tố đất hiếm đề cập đến 15 đèn lồng có số nguyên tử 57-71 trong bảng tuần hoàn. Các nguyên tố này đều là kim loại, nhưng oxit của chúng giống như “Trái đất”, vì vậy chúng thường được gọi là đất hiếm. Thêm đất hiếm vào thép có thể thay đổi thành phần, hình dáng, sự phân bố và tính chất của tạp chất trong thép, do đó cải thiện các tính chất khác nhau của thép, chẳng hạn như sự dẻo dai, tính, và khả năng làm việc lạnh. Thêm đất hiếm vào thép lưỡi cày có thể cải thiện khả năng chống mài mòn.
Thép kết cấu hợp kim dựa trên cấu trúc cacbon, với một hoặc nhiều phần tử nhỏ hơn 5% thêm. Việc bổ sung các nguyên tố hợp kim vào thép trước hết cải thiện độ cứng của thép, đảm bảo rằng thép có các tính chất cơ học toàn diện tốt sau khi xử lý nhiệt, và có độ bền cao và đủ độ dẻo dai.

1. Theo các quy trình xử lý nhiệt khác nhau, nó đại khái được chia thành:

(1) Thép kết cấu làm nguội và tôi luyện: Nhiều bộ phận quan trọng, chẳng hạn như trục, kết nối que, bu lông quan trọng, Vân vân., hầu hết làm việc dưới nhiều loại ứng suất phức tạp như ứng suất lớn xen kẽ và tải trọng va đập, vì vậy yêu cầu độ bền cao hơn Các đặc tính cơ học toàn diện của độ bền và độ dẻo dai. Để đáp ứng các yêu cầu trên, các bộ phận bằng thép phải trải qua quá trình tôi luyện và tôi luyện nhiệt độ cao (tức là xử lý dập tắt và ủ), xử lý dập tắt để có được cấu trúc mactenxit, và sau đó ủ nhiệt độ cao để thu được cấu trúc sorbite. Hàm lượng cacbon của thép tôi và thép tôi luyện nằm giữa 0.3-0.5%. Hàm lượng cacbon thấp không dễ đông cứng, và sức mạnh cần thiết không thể đạt được sau khi tôi luyện; hàm lượng cacbon cao dẫn đến độ dẻo dai thấp và dễ gãy xảy ra trong quá trình sử dụng.

(2) Thép cứng bề mặt: Các bộ phận đã hoàn thành có thể được xử lý bằng một loại tấm nóng nhất định để có được lớp bề mặt cứng và chống mài mòn và một trái tim linh hoạt và thích hợp. Ví dụ, để truyền mô-men xoắn, thiết bị phải có đủ sức mạnh, chịu tải trọng va đập trong quá trình làm ca, và yêu cầu sự dẻo dai. Trong quá trình chia lưới, bánh răng chịu mài mòn mạnh và có khả năng chống mài mòn. vì thế, thiết bị phải có độ bền tổng thể Cao và “cứng và dai” hiệu suất.

2. Theo quy trình xử lý nhiệt, chủ yếu là:

(1) Quá trình khử cacbon và làm nguội thép cacbon thấp đã qua sử dụng: Hàm lượng carbon nói chung là giữa 0.10-0.25% để đảm bảo độ dẻo dai tốt trong lõi của bộ phận. Sự bổ sung của <2% crom, <4.5% Niken, 2% mangan, và 0.001-0.004% boron đối với thép xi măng được sử dụng để thấm cacbon có thể cải thiện độ cứng của thép và cải thiện cấu trúc và hiệu suất của lõi của bộ phận. Độ bền và độ dẻo của lớp thấm cacbon; đôi khi một lượng nhỏ titan, vanadi và các nguyên tố khác được thêm vào để tinh chế các hạt và ngăn chặn tác động của quá nhiệt trong quá trình thấm cacbon.

(2) Xử lý thấm nitơ: thép chứa nhôm trong thép composite, chẳng hạn như 38CrMoAL, thuộc về thép thấm nitơ. Nhôm có thể được kết hợp với quá trình thấm nitơ để tạo thành nhôm nitrua, làm tăng độ cứng bề mặt và chống mài mòn.

(3) Gia nhiệt cảm ứng tần số cao của thép cacbon được sử dụng để làm nguội bề mặt: thép kết cấu hợp kim được chia thành thép chất lượng cao và thép chất lượng cao (với “A” sau số thép) theo chất lượng luyện kim; mục đích được chia thành xử lý áp suất (xử lý áp suất nóng hoặc áp suất lạnh) Chế biến) và cắt gia công thép; theo trạng thái cung cấp được chia thành xử lý không nhiệt, bình thường hóa, ủ hoặc ủ nhiệt độ cao.