Alkuaineiden rooli valukappaleissa ja niiden lisäämisjärjestys

Valuvalmistuksessa kemiallisten alkuaineiden säätämiseksi vaadittuun alueeseen meidän on lisättävä seostusalkuaineita. Jokaisen alkuaineen lisäysmäärä valukappaleeseen, lisäysaika ja lisäämisjärjestys vaikuttavat valukappaleen laatuun. Yritämme analysoida useita yleisesti käytettyjä alkuaineita:

I. Jokaisen alkuaineen rooli ja lisäämisperiaate

(1) Hiili (C)

Toiminto:

Matriisin vahvistus: C on teräksen keskeinen kiinteän liuoksen vahvistusalkuaine, joka muodostaa sementiitin (Fe₃C) raudan kanssa parantaakseen kovuutta ja lujuutta.

Kovettumisen säätö: Korkea C-pitoisuus vähentää sulan teräksen virtauskykyä ja lisää kutistumisen taipumusta.

Lisäysperiaate: Sisältöä on säädettävä kohdesuorituksen mukaan (yleensä ohjataan 0,15–0,3 %:n välille aliseostetussa teräksessä).

Liiallinen riski: Kun C > 0,5 %, sitkeys heikkenee merkittävästi ja hitsattavuus huononee.

(2) Piili (Si)

Toiminto:

Deoksidointiaine: Reagoi etulyöntiasemassa hapen kanssa muodostaen SiO₂:n, jolloin sulan teräksen puhdistus tapahtuu.

Kiinteän liuoksen vahvistus: Liukenee ferriittiin ja lisää lujuutta (vetolujuus kasvaa noin 4 MPa:lla jokaista 0,1 %:n Si-kasvua kohden).

Lisäysperiaate: Lisätään sulatteen myöhäisessä vaiheessa (pelkistysvaiheessa), jotta hapettumishäviöitä voidaan välttää (esimerkiksi rauta-piiseos).

Liiallisen sisällön riski: Sisältöä ohjataan 0,2–0,5 %:n välille; liian korkea sisältö heikentää sitkeyttä.

(3) Mangaani (Mn)

Toiminto:

Deoksidointi ja desulfurointi: Muodostaa MnO:n (deoksidointi) hapen kanssa ja MnS:n (desulfurointi) rikin kanssa.

Parantaa karkaistuvuutta: Viivästää pearliitin muodostumista ja parantaa martensiitin karkaistuvuutta.

Lisäysperiaate: lisätään eräinä hapettumisvaiheessa (deoksidointi + desulfurointi) ja pelkistysvaiheessa (jos poltetaan).

Liiallisen pitoisuuden riski: pitoisuus säädellään 0,8–1,5 %:n välille; liian korkea pitoisuus johtaa helposti karkaistuvuuden heikkenemiseen.

(4) Fosfori (P)

Toiminto:

Haitallisiat alkuaineet: liukenevat kiinteässä liuoksessa ferritiin ja vähentävät muovisuutta ja sitkeyttä (kylmäsärkyvyystendenssi).

Kiinteän liuoksen luoma lujuus: jäljittävissä määrissä oleva fosfori voi parantaa lujuutta, mutta sen määrää on pidettävä tiukasti hallinnassa. Sen lisäämistä keskitaajuusuunissa ei suositella.

Säätöperiaate: pyritään valitsemaan alhaisen fosforipitoisuuden raaka-aineita (esimerkiksi romurautaa) ja vältetään lisäystä sulatuksen aikana.

Liiallisen määrän riski: pitoisuuden on oltava alle 0,035 % (korkealaatuisessa teräksessä alle 0,025 %).

(5) Rikki (S)

Toiminto:

Haitallisiat alkuaineet: muodostaa FeS-yhdisteen raudan kanssa, mikä aiheuttaa kuumasärkyvyyden (korkeassa lämpötilassa tapahtuva muokkausrikkoontuminen).

Sisällytyskontrolli: vaatii yhdistämistä mangaanin kanssa MnS:n muodostamiseksi (haitan vähentämiseksi).

Kontrolliperiaate: rikinpoisto lisäämällä mangaania (suositeltava Mn:S-suhde 2:1–3:1).

Liiallisen määrän riski: pitoisuuden on oltava alle 0,035 % (erityisteräkset < 0,02 %).

(6) Kromi (Cr)

Toiminto:

Parantaa karkaistuvuutta: viivästää austeniitin hajoamista ja lisää martensiitin kovuutta.

Korroosionkestävyys: muodostaa tiukka Cr₂O₃-oksidikalvo (esimerkiksi ruostumaton teräs).

Hienontaa jyviä: estää austeniittijyvien kasvua.

Lisäysperiaate: lisättävä sulatusvaiheessa (korkea sulamispiste, vaatii korkealämpöistä liuottamista). Pitoisuus on yleensä 0,5–2,0 % (säädettävissä korroosionkestävyyden tai kulumiskestävyyden vaatimusten mukaan). kestävyyden vaatimusten mukaan).

(7) Molyybdeen (Mo)

Toiminto:

Rakenteen hienontaminen: estää austeniittirakon karkeutumista ja parantaa sitkeyttä.

Korkean lämpötilan vakaus: parantaa punaista kovuutta ja kriipymisvastusta.

Kiinteän liuoksen vahvistus: tehostaa perusaineen lujuutta.

Lisäysperiaate: lisätään sulamisaikana (samalla tavoin kuin kromia) välttääkseen korkeassa lämpötilassa tapahtuvan haihtumisen. Pitoisuus on yleensä 0,1–0,3 % (korkeamman molybdeenipitoisuuden teräksissä korkeampi).

iI. Alkuaineiden välinen vuorovaikutus

(1) Hiilen ja piin/manganiisin synergistinen vaikutus

Deoksidointitasapaino: pii deoksidoi ensin, manganiisi auttaa rikkidisulfidin poistossa, mutta liiallinen pii estää manganiisin rikkidisulfidin poistoa.

Faasimuutoksen vaikutus: kun hiilipitoisuus on korkea, manganiisi saattaa viivästyttää pearliitin muodostumista, mikä johtaa jäännösausteniitin määrän kasvuun.

(2) Kromin ja molybdeenin täydentävä vaikutus

Kovettuvuuden yhteisvaikutus: kromi ja molybdeeni parantavat yhdessä kovettuvuutta, mikä tekee niistä soveltuvia korkealujuus-teräksiin (esim. HSLA).

Korroosionkestävyyden synergia: Cr muodostaa passivoivan kalvon, ja Mo parantaa pienten reikien (pitting) kestävyyttä (esimerkiksi ruostumattomassa teräksessä käytetty Cr-Mo-yhdistelmä).

(3) P:n ja S:n synergistinen haitta

Alhaisen lämpötilan murtumisherkkyys: P pahentaa kylmää murtumisherkkyyttä, ja S aiheuttaa kuumaa murtumisherkkyyttä. Riskiä on vähennettävä Mn:n ja prosessin säädön avulla.

iII. Keskitaajuuden uunin sulatusprosessin sopeutuvuus

(1) Lisäysjärjestyksen optimointi

Sulamisaika: Lisätään korkean sulamispisteen alkuaineita, kuten Cr:ta ja Mo:ta, jotta ne liukenevat täysin.

Oxidaatioaika: Lisätään Mn:ta erillisissä annoksissa (deoksidointi + rikkidesulfurointi). Korkeat vaatimukset täyttävissä tuotteissa voidaan käyttää hapenpuhallustekniikkaa, mutta hapenpuhalluksen määrää on säädettävä, jotta vältetään liiallinen hapettuminen.

Reduktioaika: Lisätään Si (loppudeoksidointi) ja täydennetään Mn:ta (jos se on poltettu).