Rollen til grunnstoffene i støp og rekkefølgen for tilsetning

I støpeprosessen må vi legge til legeringselementer for å justere de kjemiske elementene innenfor det ønskede området. Mengden av hvert element som tilsettes støpeproduktet, tidspunktet for tilsetning og rekkefølgen for tilsetning vil påvirke kvaliteten på støpeproduktet. Vi prøver å analysere flere vanlig brukte elementer:

I. Rollen til hvert element og prinsippet for tilsetning

(1) Karbon (C)

Funksjon:

Forsterkning av matrisen: C er det viktigste grunnstoffet for fastløsningsforsterkning av stål og danner sementitt (Fe₃C) med jern for å øke hardheten og styrken.

Styring av stivning: Høy C-innhold reduserer flytbarheten til smeltet stål og øker tendensen til krymping.

Addisjonsprinsipp: Innholdet må justeres i henhold til målytelsen (vanligvis kontrollert på 0,15 %–0,3 % i lavlegerstål).

For høy risiko: Når C > 0,5 %, reduseres tøgheten betydelig og svekeegenskapene forverres.

(2) Silisium (Si)

Funksjon:

Avoksidator: Reagerer foretrukket med O for å danne SiO₂ for å rense smeltet stål.

Fastløsningsforsterkning: Løser seg i ferritt og øker styrken (strekkstyrken øker med ca. 4 MPa for hver 0,1 % økning i Si).

Addisjonsprinsipp: Legg til i sluttfasen av smeltingen (reduksjonsperioden) for å unngå oksidasjonstap (f.eks. ferrosilisiumlegering).

Risiko ved for høyt innhold: Innholdet kontrolleres på 0,2 %–0,5 %; for høyt innhold reduserer tøgheten.

(3) Mangan (Mn)

Funksjon:

Avoksidasjon og desulfurering: Danner MnO (avoksidasjon) med O og MnS (desulfurering) med S.

Forbedrer herdbarhet: Forsinker perlitttransformasjonen og forbedrer martensittens herdbarhet.

Addisjonsprinsipp: Legg til i partier under oksidasjonsperioden (deoksidasjon + desulfurering) og legg til under reduksjonsperioden (hvis det brennes).

Risiko ved for høyt innhold: Innholdet kontrolleres på 0,8 %–1,5 %; for høyt innhold fører lett til herdbrytethet.

(4) Fosfor (P)

Funksjon:

Skadelige grunnstoffer: Løser seg fast i ferritt og reduserer plastisitet og tøyghet (kaldbrytethendens).

Fastløsningsforsterkning: Spor mengder P kan forbedre styrken, men mengden må strengt kontrolleres. Det anbefales ikke å tilsette det under produksjon i mediumfrekvensovn.

Kontrollprinsipp: Prøv å velge råmaterialer med lavt fosforinnhold (f.eks. skrapstål) og unngå tilsetning under smelting.

Risiko ved for høy mengde: Innholdet må være mindre enn 0,035 % (høykvalitetsstål krever mindre enn 0,025 %).

(5) Svovel (S)

Funksjon:

Skadelige grunnstoffer: Danner FeS sammen med Fe, noe som fører til varmbrytethet (sprøhet ved høytemperaturbehandling).

Inklusjonskontroll: må kombineres med Mn for å danne MnS (redusere skade).

Kontrollprinsipp: desulfurering ved tilsetning av Mn (anbefalt Mn:S-forhold 2:1–3:1).

Risiko ved overdreven mengde: innholdet må være mindre enn 0,035 % (spesialstål < 0,02 %).

(6) Krom (Cr)

Funksjon:

Forbedrer herdbarhet: utsetter austenittnedbrytning og øker martensithardheten.

Korrosjonsbestandighet: danner en tett Cr₂O₃-oksidfilm (f.eks. rustfritt stål).

Finer korn: hemmer austenittkornvekst.

Tilsetningsprinsipp: tilsettes under smelteperioden (høy smeltepunkt, krever oppløsning ved høy temperatur). Innholdet er vanligvis 0,5–2,0 % (justeres etter krav til korrosjonsbestandighet eller slitasje- bestandighet).

(7) Molybden (Mo)

Funksjon:

Forfine korn: hemme austenittkornets grovning og forbedre tøyevne.

Høytemperaturstabilitet: forbedre rødhardhet og krypfasthet.

Fastløsningsforsterkning: øke matrisestyrken.

Tilsetningsprinsipp: tilsett under smelteperioden (liknende Cr) for å unngå høytemperaturfordamping. Innholdet er vanligvis 0,1–0,3 % (høyere for stål med høyt molybdeninnhold).

ⅱ. Interaksjon mellom grunnstoffer

(1) Synergetisk effekt av C og Si/Mn

Avoksidasjonsbalanse: Si avoksidiserer først, Mn bidrar til desulfurering, men for mye Si vil hemme desulfureringsvirkningen av Mn.

Faseomdannelseseffekt: Når karboninnholdet er høyt, kan Mn forsinke perlittomdannelsen, noe som fører til økt mengde resterende austenitt.

(2) Komplementær effekt av Cr og Mo

Hardbarhetsoverlagring: Cr og Mo forbedrer felles hardbarhet, egnet for høyfest stål (f.eks. HSLA).

Synergi for korrosjonsmotstand: Cr gir en passiveringsfilm, og Mo forbedrer motstanden mot sprekker (for eksempel Cr-Mo-kombinasjonen i rustfritt stål).

(3) Synergetisk skadevirkning av P og S

Kaldskjørhet ved lave temperaturer: P forverrer kaldskjørhet, og S forårsaker varmeskjørhet. Risikoen må reduseres gjennom tilsetning av Mn og prosesskontroll.

ⅲ. Tilpasningsdyktighet til smelteprosessen i mediumfrekvensovn

(1) Optimalisering av tilsetningsrekkefølgen

Smelteperiode: Tilsett høytsmeltepunkt-elementer som Cr og Mo for å sikre full oppløsning.

Oksidasjonsperiode: Tilsett Mn i deler (deoksidasjon + desulfurering). Produkter med høye krav kan bruke oksygenblåseteknologi, men mengden oksygenblåsing må kontrolleres for å unngå overdriven oksidasjon.

Reduksjonsperiode: Tilsett Si (endelig deoksidasjon) og supplér Mn (hvis det er forbrent).