De rol van elementen in gietstukken en de volgorde van toevoeging

In het gietproces moeten we, om de chemische elementen binnen het gewenste bereik aan te passen, legeringselementen toevoegen. De hoeveelheid van elk element die aan het gietstuk wordt toegevoegd, het tijdstip van toevoeging en de volgorde van toevoeging beïnvloeden de kwaliteit van het gietstuk. We proberen een aantal veelgebruikte elementen te analyseren:

I. De rol van elk element en het beginsel van toevoeging

(1) Koolstof (C)

Functie:

Matrixversterking: C is het kern-element voor oplossingsversterking in staal en vormt cementiet (Fe₃C) met ijzer om de hardheid en sterkte te verbeteren.

Stollingscontrole: Een hoog C-gehalte vermindert de vloeibaarheid van gesmolten staal en verhoogt de neiging tot krimp.

Optellingsprincipe: De inhoud moet worden aangepast op basis van de gewenste prestatie (meestal gecontroleerd op 0,15% tot 0,3% in laaggelegeerd staal).

Te veel risico: Bij C > 0,5% neemt de taaiheid sterk af en verslechtert de lasbaarheid.

(2) Silicium (Si)

Functie:

Ontzuiveringsmiddel: Reageert bij voorkeur met O om SiO₂ te vormen, waardoor het gesmolten staal wordt gezuiverd.

Vastoplossingsversterking: Lost op in ferriet om de sterkte te verhogen (de treksterkte stijgt met ongeveer 4 MPa per 0,1% toename van Si).

Optellingsprincipe: Toevoegen in het laatste stadium van het smeltproces (reductieperiode) om oxidatieverlies te voorkomen (bijv. ferrosiliciumlegering).

Risico van te hoge inhoud: De inhoud wordt gecontroleerd op 0,2% tot 0,5%; te hoog vermindert de taaiheid.

(3) Mangaan (Mn)

Functie:

Ontzuivering en ontzwaveling: Vormt MnO (ontzuivering) met O en MnS (ontzwaveling) met S.

Verbetering van de hardbaarheid: Vertraagt de pearliettransformatie en verbetert de martensiet-hardbaarheid.

Optellingsprincipe: toevoegen in batches tijdens de oxidatieperiode (ontzuivering + ontzwaveling) en toevoegen tijdens de reductieperiode (indien verbrand).

Risico van te hoog gehalte: het gehalte wordt geregeld op 0,8–1,5 %; te hoog leidt gemakkelijk tot temperbrittleheid.

(4) Fosfor (P)

Functie:

Schadelijke elementen: lossen op in ferriet en verminderen de plastische eigenschappen en taaiheid (neiging tot koudbroosheid).

Vastoplossingsversterking: sporen fosfor kunnen de sterkte verbeteren, maar de hoeveelheid moet strikt worden gecontroleerd. Het is niet aanbevolen om fosfor toe te voegen bij productie in een middelfrequentie-oven.

Controleprincipe: probeer lage-fosfor-grondstoffen (zoals schrootstaal) te kiezen en voeg fosfor tijdens het smelten niet extra toe.

Risico van te hoog gehalte: het gehalte moet lager zijn dan 0,035 % (voor hoogwaardig staal lager dan 0,025 %).

(5) Zwavel (S)

Functie:

Schadelijke elementen: vormt FeS met ijzer, wat leidt tot heetbroosheid (barsten tijdens bewerking bij hoge temperatuur).

Insluitingscontrole: moet worden gecombineerd met Mn om MnS te vormen (om schade te verminderen).

Controleprincipe: ontzwaveling door toevoeging van Mn (aanbevolen Mn:S-verhouding is 2:1 tot 3:1).

Risico bij overdreven hoeveelheid: het gehalte moet minder dan 0,035 % bedragen (bij speciaal staal < 0,02 %).

(6) Chroom (Cr)

Functie:

Verbetering van de hardbaarheid: vertraging van de austenietontleding en verhoging van de martensiet-hardheid.

Corrosiebestendigheid: vorming van een dichte Cr₂O₃-oxidefilm (zoals bij roestvast staal).

Verfijning van korrels: remming van de groei van austenietkorrels.

Toevoegingsprincipe: toevoegen tijdens de smeltperiode (hoog smeltpunt, oplossing bij hoge temperatuur vereist). Het gehalte bedraagt meestal 0,5 % tot 2,0 % (aangepast aan de eisen voor corrosiebestendigheid of slijtvastheid). weerstandseisen).

(7) Molybdeen (Mo)

Functie:

Korrelverfijning: remming van de austenietkorrelvergroving en verbetering van de taaiheid.

Hoge-temperatuurstabiliteit: verbetering van de rode hardheid en kruipweerstand.

Vastoplossingsversterking: versterking van de matrixsterkte.

Toevoegingsprincipe: toevoegen tijdens de smeltperiode (vergelijkbaar met Cr) om verdamping bij hoge temperatuur te voorkomen. Het gehalte bedraagt meestal 0,1 tot 0,3 % (hogere waarden voor staalsoorten met hoog molybdeengehalte).

ⅱ. Wisselwerking tussen elementen

(1) Synergie-effect van C en Si/Mn

Ontzuiveringsbalans: Si ontzuivert eerst, Mn ondersteunt de ontzwaveling, maar te veel Si vermindert het ontzwavelingseffect van Mn.

Fasetransformatie-effect: Bij een hoog C-gehalte kan Mn de perliettransformatie vertragen, wat leidt tot een toename van het resterende austeniet.

(2) Complementair effect van Cr en Mo

Hardbaarheidsversterking: Cr en Mo verbeteren gezamenlijk de hardbaarheid, geschikt voor hoogsterktestaal (zoals HSLA).

Synergie bij corrosieweerstand: Cr vormt een passiverende film, en Mo verbetert de weerstand tegen putcorrosie (zoals de Cr-Mo-combinatie in roestvast staal).

(3) Synergetische schadelijke werking van P en S

Koudbritteling: P verergert koudbritteling, en S veroorzaakt heetbritteling. Het risico dient te worden verminderd via Mn en procescontrole.

ⅲ. Geschiktheid van het smeltproces in een middelfrequentie-oven

(1) Optimalisatie van de toevoegvolgorde

Smeltperiode: Voeg hoogsmeltende elementen zoals Cr en Mo toe om volledige oplossing te garanderen.

Oxidatieperiode: Voeg Mn in porties toe (ontzuivering + ontzwaveling). Voor producten met hoge eisen kan zuurstofblazingstechnologie worden gebruikt, maar de hoeveelheid geblazen zuurstof moet worden gecontroleerd om overmatige oxidatie te voorkomen.

Reductieperiode: Voeg Si toe (definitieve ontzuivering) en vul Mn aan (indien verbrand).