Il ruolo degli elementi nei getti e l’ordine di aggiunta

Nel processo produttivo delle fusioni, per regolare gli elementi chimici nell’intervallo richiesto, è necessario aggiungere elementi leganti. La quantità di ciascun elemento aggiunto alla fusione, il momento dell’aggiunta e l’ordine in cui vengono aggiunti influenzano la qualità della fusione stessa. Cerchiamo di analizzare alcuni elementi comunemente utilizzati:

I. Ruolo di ciascun elemento e principio di aggiunta

(1) Carbonio (C)

Funzione:

Rafforzamento della matrice: il C è l’elemento fondamentale per il rinforzo per soluzione solida nell’acciaio, formando cementite (Fe₃C) con il ferro per migliorarne durezza e resistenza.

Controllo della solidificazione: un alto contenuto di C riduce la fluidità dell’acciaio fuso e aumenta la tendenza alla ritrazione.

Principio di aggiunta: il contenuto deve essere regolato in base alle prestazioni richieste (generalmente controllato tra lo 0,15% e lo 0,3% negli acciai bassolegati).

Rischio eccessivo: quando C > 0,5%, la tenacità diminuisce significativamente e la saldabilità peggiora.

(2) Silicio (Si)

Funzione:

Disossidante: reagisce preferenzialmente con l’ossigeno per formare SiO₂, purificando così l’acciaio fuso.

Rafforzamento per soluzione solida: si dissolve nella ferrite aumentandone la resistenza (la resistenza a trazione aumenta di circa 4 MPa per ogni incremento dello 0,1% di Si).

Principio di aggiunta: va aggiunto nella fase finale della fusione (periodo di riduzione) per evitare perdite per ossidazione (ad esempio mediante lega ferrosilicio).

Rischio di contenuto eccessivo: il contenuto è controllato tra lo 0,2% e lo 0,5%; valori troppo elevati riducono la tenacità.

(3) Manganese (Mn)

Funzione:

Disossidazione e desolforazione: forma MnO (disossidazione) con l’ossigeno e MnS (desolforazione) con lo zolfo.

Miglioramento della temprabilità: ritarda la trasformazione perlite e migliora la temprabilità della martensite.

Principio di aggiunta: aggiungere a lotti durante il periodo di ossidazione (disossidazione + desulfurazione) e aggiungere durante il periodo di riduzione (se bruciato).

Rischio di contenuto eccessivo: il contenuto è controllato tra lo 0,8% e l'1,5%; valori troppo elevati possono facilmente causare fragilità da rinvenimento.

(4) Fosforo (P)

Funzione:

Elementi nocivi: si sciolgono nel ferro α (ferrite), riducendo la plasticità e la tenacità (tendenza alla fragilità a freddo).

Indurimento per soluzione solida: tracce di P possono migliorare la resistenza, ma la quantità deve essere strettamente controllata. Non è consigliabile aggiungerlo nella produzione in forno a media frequenza.

Principio di controllo: cercare di scegliere materie prime a basso contenuto di fosforo (ad esempio acciaio di recupero) ed evitare aggiunte supplementari durante la fusione.

Rischio di quantità eccessiva: il contenuto deve essere inferiore allo 0,035% (per acciai di alta qualità deve essere inferiore allo 0,025%).

(5) Zolfo (S)

Funzione:

Elementi nocivi: forma FeS con il ferro, causando fragilità a caldo (criccature durante la lavorazione a temperature elevate).

Controllo dell'inclusione: deve essere combinato con Mn per generare MnS (ridurre i danni).

Principio di controllo: desolforazione mediante aggiunta di Mn (rapporto Mn:S consigliato 2:1~3:1).

Rischio di eccesso: il contenuto deve essere inferiore allo 0,035% (acciai speciali <0,02%).

(6) Cromo (Cr)

Funzione:

Migliora la temprabilità: ritarda la decomposizione dell’austenite e aumenta la durezza della martensite.

Resistenza alla corrosione: forma un film ossidico denso di Cr₂O₃ (ad esempio negli acciai inossidabili).

Affina i grani: inibisce la crescita dei grani di austenite.

Principio di aggiunta: aggiungere durante il periodo di fusione (richiede alto punto di fusione e dissoluzione ad alta temperatura). Il contenuto è solitamente compreso tra lo 0,5% e il 2,0% (regolato in base ai requisiti di resistenza alla corrosione o all'usura). resistenza).

(7) Molibdeno (Mo)

Funzione:

Raffinamento dei grani: inibire l'ingrossamento dei grani di austenite e migliorare la tenacità.

Stabilità a elevate temperature: migliorare la durezza rossa e la resistenza alla deformazione viscosa.

Indurimento per soluzione solida: potenziare la resistenza della matrice.

Principio di aggiunta: aggiungere durante il periodo di fusione (similmente al Cr) per evitare la volatilizzazione a elevata temperatura. Il contenuto è generalmente compreso tra lo 0,1% e lo 0,3% (più elevato per gli acciai ad alto contenuto di molibdeno).

ⅱ. Interazione tra elementi

(1) Effetto sinergico di C e Si/Mn

Bilancio della disossidazione: il Si disossida per primo, mentre il Mn contribuisce alla desolforazione; tuttavia, un eccesso di Si inibisce l’effetto desolforante del Mn.

Effetto sulla trasformazione di fase: con un alto contenuto di C, il Mn può ritardare la trasformazione in perlite, determinando un aumento dell’austenite residua.

(2) Effetto complementare di Cr e Mo

Sovrapposizione della temprabilità: Cr e Mo migliorano congiuntamente la temprabilità, risultando adatti per acciai ad alta resistenza (ad esempio HSLA).

Sinergia della resistenza alla corrosione: il Cr forma un film passivante, mentre il Mo migliora la resistenza alla corrosione da pitting (ad esempio, la combinazione Cr-Mo negli acciai inossidabili).

(3) Danno sinergico di P e S

Fragilità a bassa temperatura: il P accentua la fragilità a freddo, mentre lo S causa la fragilità a caldo. Il rischio deve essere ridotto mediante l’uso di Mn e il controllo del processo.

ⅲ. Adattabilità del processo di fusione nel forno a media frequenza

(1) Ottimizzazione della sequenza di aggiunta

Periodo di fusione: aggiungere elementi ad alto punto di fusione, come Cr e Mo, per garantirne una completa dissoluzione.

Periodo di ossidazione: aggiungere Mn a più riprese (per disossidazione + desolforazione). Per prodotti con requisiti elevati si può utilizzare la tecnologia di soffiaggio con ossigeno, ma la quantità di ossigeno soffiato deve essere controllata per evitare un’ossidazione eccessiva.

Periodo di riduzione: aggiungere Si (disossidazione finale) e integrare Mn (se parzialmente bruciato).