Ο ρόλος των στοιχείων στα χυτοσίδηρα και η σειρά προσθήκης τους

Κατά τη διαδικασία παραγωγής χυτών, για να ρυθμιστούν τα χημικά στοιχεία στο απαιτούμενο εύρος, πρέπει να προστεθούν στοιχεία κραμάτωσης. Η ποσότητα κάθε στοιχείου που προστίθεται στο χυτό, ο χρόνος προσθήκης και η σειρά προσθήκης επηρεάζουν την ποιότητα του χυτού. Προσπαθούμε να αναλύσουμε αρκετά από τα συνηθέστερα χρησιμοποιούμενα στοιχεία:

Ι. Ο ρόλος κάθε στοιχείου και η αρχή της προσθήκης του

(1) Άνθρακας (C)

Συνάρτηση:

Ενίσχυση της μήτρας: Ο C είναι το βασικό στοιχείο ενίσχυσης διαλύματος στο χάλυβα, σχηματίζοντας κεμεντίτη (Fe₃C) με το σίδηρο για να βελτιώσει τη σκληρότητα και την αντοχή.

Έλεγχος της στερέωσης: Υψηλή περιεκτικότητα σε C μειώνει τη ρευστότητα του λιωμένου χάλυβα και αυξάνει την τάση συστολής.

Αρχή της προσθήκης: Το περιεχόμενο πρέπει να ρυθμιστεί σύμφωνα με την επιθυμητή απόδοση (γενικά ελέγχεται στο 0,15 % – 0,3 % στο χάλυβα χαμηλής συγκέντρωσης κραμάτων).

Υπερβολικός κίνδυνος: Όταν το C > 0,5 %, η ταυτόχρονη αντοχή μειώνεται σημαντικά και η συγκολλησιμότητα επιδεινώνεται.

(2) Πυρίτιο (Si)

Συνάρτηση:

Αποξυγονωτικό: Αντιδρά προτιμησιακά με το O για να σχηματίσει SiO₂ και να καθαρίσει το λιωμένο χάλυβα.

Ενίσχυση με διαλυτοποίηση σε στερεά φάση: Διαλύεται στη φερρίτη και αυξάνει την αντοχή (η εφελκυστική αντοχή αυξάνεται κατά περίπου 4 MPa για κάθε αύξηση 0,1 % Si).

Αρχή της προσθήκης: Προστίθεται στο τελικό στάδιο της τήξεως (περίοδος αναγωγής), για να αποφευχθεί η απώλεια λόγω οξείδωσης (π.χ. κράμα σιδηροπυριτίου).

Κίνδυνος υπερβολικού περιεχομένου: Το περιεχόμενο ελέγχεται στο 0,2 % – 0,5 %· υψηλότερες τιμές μειώνουν την ταυτόχρονη αντοχή.

(3) Μαγγάνιο (Mn)

Συνάρτηση:

Αποξυγόνωση και αποθειώδεια: Σχηματίζει MnO (αποξυγόνωση) με το O και MnS (αποθειώδεια) με το S.

Βελτίωση της δυνατότητας σκλήρυνσης: Καθυστερεί τη μετασχηματιστική μετάβαση σε περλίτη και βελτιώνει τη δυνατότητα σκλήρυνσης της μαρτενσίτη.

Αρχή της πρόσθεσης: προστίθεται σε παρτίδες κατά τη διάρκεια της περιόδου οξείδωσης (αποξυγόνωση + αποθείωση) και κατά τη διάρκεια της περιόδου αναγωγής (εάν καίγεται).

Κίνδυνος υπερβολικής περιεκτικότητας: η περιεκτικότητα ελέγχεται στο εύρος 0,8 % – 1,5 %· υψηλότερες τιμές μπορούν εύκολα να οδηγήσουν σε ενδιάμεση εύθραυστη μορφή.

(4) Φώσφορος (P)

Συνάρτηση:

Επιβλαβή στοιχεία: διαλύονται στο φερρίτη, μειώνουν την πλαστικότητα και την ταυτόχρονη αντοχή (τάση για ψυχρή εύθραυστη μορφή).

Ενίσχυση μέσω διαλύματος στερεάς φάσης: ίχνη φωσφόρου μπορούν να βελτιώσουν την αντοχή, αλλά η ποσότητα πρέπει να ελέγχεται αυστηρά. Δεν συνιστάται η προσθήκη του κατά την παραγωγή σε μεσαία συχνότητα.

Αρχή ελέγχου: να επιλέγονται κατά προτίμηση πρώτες ύλες χαμηλής περιεκτικότητας σε φώσφορο (όπως ανακυκλωμένο χάλυβα) και να αποφεύγεται η επιπλέον προσθήκη κατά την τήξη.

Κίνδυνος υπερβολικής ποσότητας: η περιεκτικότητα πρέπει να είναι μικρότερη του 0,035 % (για υψηλής ποιότητας χάλυβα απαιτείται μικρότερη του 0,025 %).

(5) Θείο (S)

Συνάρτηση:

Επιβλαβή στοιχεία: σχηματίζει FeS με τον σίδηρο, προκαλώντας θερμή εύθραυστη μορφή (ρωγμές κατά την επεξεργασία σε υψηλές θερμοκρασίες).

Έλεγχος περιέλευσης: πρέπει να συνδυάζεται με Mn για τον σχηματισμό MnS (μείωση της βλάβης).

Αρχή ελέγχου: αποθείωση με προσθήκη Mn (συνιστώμενος λόγος Mn:S 2:1 έως 3:1).

Κίνδυνος υπερβολικής ποσότητας: το περιεχόμενο πρέπει να είναι μικρότερο του 0,035 % (ειδικά χάλυβα < 0,02 %).

(6) Χρώμιο (Cr)

Συνάρτηση:

Βελτίωση της δυνατότητας σκλήρυνσης: καθυστέρηση της αποσύνθεσης της αυστηνίτης και αύξηση της σκληρότητας της μαρτενσίτης.

Αντοχή στη διάβρωση: σχηματισμός πυκνού οξειδίου Cr₂O₃ (όπως στο ανοξείδωτο χάλυβα).

Λεπτοποίηση των κόκκων: καταστολή της ανάπτυξης των κόκκων αυστηνίτης.

Αρχή προσθήκης: προστίθεται κατά την περίοδο τήξης (απαιτείται υψηλό σημείο τήξεως και διάλυση σε υψηλή θερμοκρασία). Το περιεχόμενο είναι συνήθως 0,5 % έως 2,0 % (προσαρμόζεται σύμφωνα με τις απαιτήσεις αντοχής στη διάβρωση ή στη φθορά). αντοχής).

(7) Μολυβδένιο (Mo)

Συνάρτηση:

Λεπτοποίηση των κόκκων: καταστολή της εξάρθρωσης των κόκκων αυστηνίτη και βελτίωση της ταμπερατότητας.

Σταθερότητα σε υψηλές θερμοκρασίες: βελτίωση της κόκκινης σκληρότητας και της αντοχής στην πλαστική παραμόρφωση (creep).

Ενίσχυση μέσω διαλύματος στερεάς φάσης: αύξηση της αντοχής της μήτρας.

Αρχή προσθήκης: προστίθεται κατά τη διάρκεια της περιόδου τήξης (όμοια με το Cr), για να αποφευχθεί η εξάτμιση σε υψηλές θερμοκρασίες. Το περιεχόμενό του είναι συνήθως 0,1 % έως 0,3 % (υψηλότερο για χάλυβες με υψηλή περιεκτικότητα σε μολυβδένιο).

ιΙ. Αλληλεπίδραση μεταξύ στοιχείων

(1) Συνεργική επίδραση του C και του Si/Mn

Ισορροπία αποξυγόνωσης: το Si αποξυγονώνει πρώτο, ενώ το Mn συμβάλλει στην αποθειώση· ωστόσο, υπερβολική ποσότητα Si μπορεί να καταστείλει την αποθειώσιμη δράση του Mn.

Επίδραση στη μετατροπή φάσεων: όταν η περιεκτικότητα σε C είναι υψηλή, το Mn μπορεί να καθυστερήσει τη μετατροπή σε περλίτη, με αποτέλεσμα αύξηση της υπολειπόμενης αυστηνίτης.

(2) Συμπληρωματική επίδραση του Cr και του Mo

Υπέρθεση βελτίωσης της διατηκτικότητας: το Cr και το Mo βελτιώνουν από κοινού τη διατηκτικότητα, καθιστώντας τους κατάλληλους για υψηλής αντοχής χάλυβες (όπως οι HSLA).

Συνεργιστική αντοχή στη διάβρωση: Το Cr δημιουργεί παθητικό φιλμ, ενώ το Mo βελτιώνει την αντοχή σε τοπική διάβρωση (όπως η συνδυασμένη χρήση Cr-Mo σε ανοξείδωτο χάλυβα).

(3) Συνεργιστική βλάβη από το P και το S

Εύθραυστος χαρακτήρας σε χαμηλές θερμοκρασίες: Το P επιδεινώνει την εύθραυστη συμπεριφορά σε ψυχρές συνθήκες, ενώ το S προκαλεί εύθραυστη συμπεριφορά σε υψηλές θερμοκρασίες. Ο κίνδυνος πρέπει να μειωθεί μέσω ελέγχου του Mn και της διαδικασίας.

ιΙΙ. Προσαρμοστικότητα της διαδικασίας τήξεως σε μεσαία συχνότητα

(1) Βελτιστοποίηση της σειράς προσθήκης

Περίοδος τήξης: Προσθήκη στοιχείων με υψηλό σημείο τήξης, όπως Cr και Mo, για να διασφαλιστεί η πλήρης διάλυσή τους.

Περίοδος οξείδωσης: Προσθήκη Mn σε παρτίδες (αποξυγόνωση + αποθειώδευση). Σε προϊόντα με υψηλές απαιτήσεις μπορεί να χρησιμοποιηθεί η τεχνολογία φυσήματος οξυγόνου, αλλά η ποσότητα του φυσούμενου οξυγόνου πρέπει να ελέγχεται για να αποφευχθεί υπερβολική οξείδωση.

Περίοδος αναγωγής: Προσθήκη Si (τελική αποξυγόνωση) και συμπληρωματική προσθήκη Mn (εάν έχει καεί).