Effetto degli elementi chimici sulle proprietà della lamiera d'acciaio
La lega ferro-carbonio con un contenuto di carbonio inferiore al 2,11% è chiamata acciaio.Oltre ai componenti chimici come ferro (Fe) e carbonio (C), l'acciaio contiene anche una piccola quantità di silicio (Si), manganese (Mn), fosforo (P), zolfo (S), ossigeno (O), azoto ( N), niobio (Nb) e titanio (Ti) L'influenza degli elementi chimici comuni sulle proprietà dell'acciaio è la seguente:
1. Carbonio (C): con l'aumento del contenuto di carbonio nell'acciaio, aumentano il carico di snervamento e la resistenza alla trazione, ma diminuiscono la plasticità e la resistenza agli urti;Tuttavia, quando il contenuto di carbonio supera lo 0,23%, la capacità di saldatura dell'acciaio si deteriora.Pertanto, il contenuto di carbonio dell'acciaio strutturale bassolegato utilizzato per la saldatura generalmente non supera lo 0,20%.L'aumento del contenuto di carbonio ridurrà anche la resistenza alla corrosione atmosferica dell'acciaio, e l'acciaio ad alto tenore di carbonio è facile da corrodere all'aria aperta.Inoltre, il carbonio può aumentare la fragilità a freddo e la sensibilità all’invecchiamento dell’acciaio.
2. Silicio (Si): il silicio è un forte disossidante nel processo di produzione dell'acciaio e il contenuto di silicio nell'acciaio calmato è generalmente compreso tra 0,12% e 0,37%.Se il contenuto di silicio nell'acciaio supera lo 0,50%, il silicio viene chiamato elemento di lega.Il silicio può migliorare significativamente il limite elastico, il carico di snervamento e la resistenza alla trazione dell'acciaio ed è ampiamente utilizzato come acciaio per molle.L'aggiunta dell'1,0-1,2% di silicio nell'acciaio strutturale bonificato può aumentare la resistenza del 15-20%.Combinato con silicio, molibdeno, tungsteno e cromo, può migliorare la resistenza alla corrosione e all'ossidazione e può essere utilizzato per produrre acciaio resistente al calore.L'acciaio a basso tenore di carbonio contenente 1,0-4,0% di silicio, con permeabilità magnetica estremamente elevata, viene utilizzato come acciaio elettrico nell'industria elettrica.L'aumento del contenuto di silicio ridurrà la capacità saldabile dell'acciaio.
3. Manganese (Mn): il manganese è un buon disossidante e desolforante.Generalmente l'acciaio contiene lo 0,30-0,50% di manganese.Quando più dello 0,70% di manganese viene aggiunto all'acciaio al carbonio, viene chiamato "acciaio al manganese".Rispetto all'acciaio ordinario, non solo ha sufficiente tenacità, ma ha anche resistenza e durezza più elevate, che migliorano la capacità di indurimento e la lavorabilità a caldo dell'acciaio.L'acciaio contenente l'11-14% di manganese ha una resistenza all'usura estremamente elevata e viene spesso utilizzato nelle benne degli escavatori, nei rivestimenti dei mulini a palle, ecc. Con l'aumento del contenuto di manganese, la resistenza alla corrosione dell'acciaio si indebolisce e le prestazioni di saldatura si riducono.
4. Fosforo (P): in generale, il fosforo è un elemento dannoso nell'acciaio, che migliora la resistenza dell'acciaio, ma riduce la plasticità e la tenacità dell'acciaio, aumenta la fragilità a freddo dell'acciaio e deteriora le prestazioni di saldatura e le prestazioni di piegatura a freddo .Pertanto, di solito è richiesto che il contenuto di fosforo nell'acciaio sia inferiore allo 0,045% e il requisito di acciaio di alta qualità sia inferiore.
5. Zolfo (S): anche lo zolfo è un elemento dannoso in circostanze normali.Rende l'acciaio fragile a caldo, riduce la duttilità e la tenacità dell'acciaio e provoca crepe durante la forgiatura e la laminazione.Lo zolfo è inoltre dannoso per le prestazioni di saldatura e riduce la resistenza alla corrosione.Pertanto, il contenuto di zolfo è solitamente inferiore allo 0,055% e quello dell'acciaio di alta qualità è inferiore allo 0,040%.L'aggiunta dello 0,08-0,20% di zolfo all'acciaio può migliorare la lavorabilità, che di solito viene chiamata acciaio automatico.
6. Alluminio (Al): l'alluminio è un disossidante comunemente utilizzato nell'acciaio.L'aggiunta di una piccola quantità di alluminio all'acciaio può affinare la dimensione del grano e migliorare la resistenza agli urti;L'alluminio ha anche resistenza all'ossidazione e resistenza alla corrosione.La combinazione di alluminio con cromo e silicio può migliorare significativamente le prestazioni di pelatura ad alta temperatura e la resistenza alla corrosione ad alta temperatura dell'acciaio.Lo svantaggio dell'alluminio è che influisce sulle prestazioni di lavorazione a caldo, di saldatura e di taglio dell'acciaio.
7. Ossigeno (O) e azoto (N): l'ossigeno e l'azoto sono elementi nocivi che possono entrare dal gas del forno quando il metallo viene fuso.L'ossigeno può rendere fragile l'acciaio a caldo e il suo effetto è più grave di quello dello zolfo.L'azoto può rendere la fragilità a freddo dell'acciaio simile a quella del fosforo.L'effetto di invecchiamento dell'azoto può aumentare la durezza e la resistenza dell'acciaio, ma diminuirne la duttilità e la tenacità, soprattutto in caso di invecchiamento per deformazione.
8. Niobio (Nb), vanadio (V) e titanio (Ti): niobio, vanadio e titanio sono tutti elementi affinanti il grano.L'aggiunta opportuna di questi elementi può migliorare la struttura dell'acciaio, affinare la grana e migliorare significativamente la resistenza e la tenacità dell'acciaio.