اصول اولیه فولاد

تعریف فولاد کربنی و پنج عنصر در فولاد
آلیاژهای آهن-کربن که کمتر از 2.11 درصد کربن دارند، فولاد نامیده می شوند. کسر جرمی کربن فولاد کربنی رایج معمولاً کمتر از 1.3٪ است و استحکام و چقرمگی آن نسبتاً خوب است.

ترکیب شیمیایی فولاد یکی از عوامل مهم مرتبط با کیفیت و عملکرد نهایی فولاد است. همچنین پایه اصلی برای تهیه فولاد و حتی سیستم عملیات حرارتی محصول نهایی است. بنابراین، در بخش الزامات فنی استاندارد فولاد، در اولین مورد اغلب نام تجاری قابل اجرا (گرید فولاد) و ترکیب شیمیایی آن از فولاد مشخص شده و به صورت جدول در استاندارد گنجانده شده است. پذیرش فولاد و ترکیب شیمیایی فولاد توسط سازنده و مشتری است. پایه مهم

این پنج عنصر به اجزای اصلی در ترکیب شیمیایی، یعنی C، Si، منگنز، S، P (کربن، سیلیکون، منگنز، گوگرد، فسفر) اشاره دارند. ثانیاً، گازهای حاوی {{0}}، H و N (اکسیژن، هیدروژن و نیتروژن) ناگزیر در طی فرآیند فولادسازی مخلوط می‌شوند. علاوه بر این، در فرآیند اکسید زدایی و آرام سازی آلومینیوم-سیلیکون، فولاد مذاب باید حاوی Al. هنگامی که Als (آلومینیوم محلول در اسید) بزرگتر یا مساوی 0.020٪ باشد، اثر پالایش دانه ها را نیز دارد.

تاثیر عناصر شیمیایی بر خواص فولاد:
1. کربن (C): با افزایش محتوای کربن در فولاد، نقطه تسلیم و استحکام کششی افزایش می یابد، اما انعطاف پذیری و مقاومت در برابر ضربه کاهش می یابد. هنگامی که محتوای کربن از 0.23% بیشتر شود، عملکرد جوش فولاد بدتر می شود، بنابراین برای جوشکاری استفاده می شود. فولاد ساختاری کم آلیاژ، محتوای کربن عموماً از 0 تجاوز نمی کند. 20 درصد محتوای کربن بالا همچنین مقاومت خوردگی اتمسفر فولاد را کاهش می دهد. فولاد با کربن بالا از کلاف های فولاد ضد زنگ نورد سرد در انبارهای فضای باز مستعد زنگ زدگی است. علاوه بر این، کربن می تواند شکنندگی سرد و حساسیت به پیری فولاد را افزایش دهد.

2. سیلیکون (Si): سیلیکون به عنوان یک عامل کاهنده و اکسید کننده در طول فرآیند فولادسازی اضافه می شود، بنابراین فولاد کشته شده حاوی 0.15-0.30٪ سیلیکون است. اگر مقدار سیلیکون در فولاد از 0.{5}}.60% بیشتر شود، سیلیسیم عنصر آلیاژی محسوب می شود. سیلیکون می تواند حد الاستیک، نقطه تسلیم و استحکام کششی فولاد را به میزان قابل توجهی افزایش دهد، بنابراین به طور گسترده در فولاد فنری استفاده می شود. افزودن 1.{8}}.2% سیلیکون به فولاد سازه‌ای خاموش شده و گرم شده می‌تواند استحکام را تا 15-20% افزایش دهد. سیلیکون و مولیبدن، تنگستن،
ترکیب کروم و غیره تاثیری در بهبود مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر اکسیداسیون دارد و می توان از آن برای ساخت فولاد مقاوم در برابر حرارت استفاده کرد. فولاد کم کربن حاوی 1-4% سیلیکون دارای نفوذپذیری مغناطیسی بسیار بالایی است و در صنعت برق برای ساخت استفاده می شود.فولاد سیلیکونیورق ها افزایش محتوای سیلیکون باعث کاهش عملکرد جوشکاری فولاد می شود.
3. منگنز (Mn): در فرآیند فولادسازی، منگنز اکسید زدا و گوگرد زدایی خوبی است. معمولاً فولاد حاوی 0.30-0.50% منگنز است. زمانی که بیش از 0.70 درصد به فولاد کربنی اضافه شود، به آن «فولاد منگنزی» می گویند. فولاد با مقدار فولاد بالاتر از فولاد معمولی نه تنها چقرمگی کافی دارد، بلکه دارای استحکام و سختی بالاتری است، سختی پذیری فولاد را بهبود می بخشد و عملکرد گرم فولاد را بهبود می بخشد. به عنوان مثال، نقطه تسلیم فولاد 16Mn 40٪ بالاتر از A3 است. فولاد حاوی 11-14% منگنز بسیار بالا است
مقاومت در برابر سایش، مورد استفاده در سطل های بیل مکانیکی، آسترهای آسیاب گلوله ای و غیره. افزایش محتوای منگنز مقاومت به خوردگی فولاد را ضعیف می کند و عملکرد جوشکاری را کاهش می دهد.
4. فسفر (P): در شرایط عادی، فسفر یک عنصر مضر در فولاد است. شکنندگی سرد فولاد را افزایش می دهد، عملکرد جوشکاری را بدتر می کند، انعطاف پذیری را کاهش می دهد و عملکرد خمش سرد را بدتر می کند. بنابراین، مقدار فسفر در فولاد معمولاً کمتر از 0.045٪ است و نیاز به فولاد با کیفیت بالا حتی کمتر است.
5. گوگرد (S): گوگرد نیز در شرایط عادی یک عنصر مضر است. باعث می شود فولاد گرم شکننده شود، شکل پذیری و چقرمگی آن را کاهش می دهد و باعث ایجاد ترک در هنگام آهنگری و نورد می شود.
گوگرد همچنین برای عملکرد جوش مضر است و مقاومت در برابر خوردگی را کاهش می دهد. بنابراین، مقدار گوگرد معمولاً کمتر از {{0}} است.055% و فولاد با کیفیت بالا کمتر از 0.040%. افزودن 0.{6}}.20% گوگرد به فولاد می تواند ماشین کاری را بهبود بخشد و معمولاً به آن فولاد آزاد برش می گویند.
6. کروم (Cr): در فولاد سازه ای و فولاد ابزار، کروم می تواند به طور قابل توجهی استحکام، سختی و مقاومت در برابر سایش را بهبود بخشد، اما در عین حال انعطاف پذیری و چقرمگی را کاهش می دهد. کروم همچنین می تواند مقاومت اکسیداسیون و مقاومت در برابر خوردگی فولاد را بهبود بخشد، بنابراین یک عنصر آلیاژی مهم فولاد ضد زنگ و فولاد مقاوم در برابر حرارت است.
7. نیکل (Ni): نیکل می تواند استحکام فولاد را افزایش دهد و در عین حال انعطاف پذیری و چقرمگی خوبی را حفظ کند. نیکل در برابر اسیدها و قلیاها مقاومت به خوردگی بالایی دارد و در دماهای بالا مقاومت در برابر زنگ زدگی و حرارت دارد. با این حال، از آنجایی که نیکل یک منبع کمیاب است، باید از عناصر آلیاژی دیگر به جای فولاد نیکل کروم استفاده شود.
8. مولیبدن (Mo): مولیبدن می تواند دانه های فولاد را تصفیه کند، خواص سختی و استحکام حرارتی را بهبود بخشد و استحکام کافی و مقاومت خزشی را در دماهای بالا حفظ کند (تنش طولانی مدت در دماهای بالا باعث تغییر شکل می شود که به آن خزش می گویند). افزودن مولیبدن به فولاد سازه ای می تواند خواص مکانیکی را بهبود بخشد. همچنین می تواند از شکنندگی فولاد آلیاژی ناشی از آتش جلوگیری کند. در فولاد ابزار، قرمزی را می توان بهبود بخشید.
9. تیتانیوم (Ti): تیتانیوم یک اکسید زدا قوی در فولاد است. این می تواند ساختار داخلی فولاد را متراکم کند و نیروی دانه را اصلاح کند. کاهش حساسیت به پیری و شکنندگی سرما. بهبود عملکرد جوش افزودن تیتانیوم مناسب به فولاد ضد زنگ کروم 18 نیکل 9 آستنیتی می تواند از خوردگی بین دانه ای جلوگیری کند.
10. وانادیم (V): وانادیوم یک اکسید کننده عالی برای فولاد است. افزودن 0.5 درصد وانادیوم به فولاد می تواند دانه های ساختار را اصلاح کند و استحکام و چقرمگی را بهبود بخشد. کاربید تشکیل شده توسط وانادیم و کربن می تواند مقاومت در برابر خوردگی هیدروژن را در دما و فشار بالا بهبود بخشد.
11. تنگستن (W): تنگستن نقطه ذوب بالا و وزن مخصوص زیادی دارد. این یک عنصر آلیاژی از زندگی شما است. تنگستن و کربن کاربید تنگستن را تشکیل می دهند که سختی و مقاومت در برابر سایش بالایی دارد.