Ảnh hưởng của nguyên tố hợp kim đối với thép
Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim đối với thép
Thép được sản xuất bằng cách hợp kim hóa sắt với cacbon. Có thể sử dụng quặng sắt hoặc thép phế để luyện thép tùy vào công nghệ lựa chọn. Thép lỏng sau khi ra lò được tạo thành phôi thép bằng phương pháp đúc liên tục. Các nguyên tố hợp kim có vai trò rất quan trọng đối với tính chất thép. Chúng ta có thể xem xét quá trình hợp kim hóa này từ giản đồ cân bằng sắt – cacbon. Hợp kim sắt và cacbon có thể được phân loại thành thép và gang: %C < 2,14% là thép, 2,14% ≤ %C ≤ 6,7% là gang.
Carbon là nguyên tố hợp kim chính của thép. Một số tạp chất có thể được hình thành trong quá trình tạo hợp kim và nó có thể chứa một lượng nhỏ các nguyên tố khác do các yếu tố bên ngoài. Chúng ta có thể phân loại thép theo 3 cách khác nhau tùy theo thành phần của chúng:
- Thép cacbon;
- Thép cacbon thấp (C <0,25%)
- Thép cacbon trung bình (0,25%
- Thép cacbon cao (0,55% <C)
- Thép hợp kim;
- Thép hợp kim thấp
Thép hợp kim thấp chứa ít hơn 5% các nguyên tố hợp kim trong thành phần của chúng.
- Thép hợp kim cao
Thép hợp kim cao chứa hơn 5% nguyên tố hợp kim trong thành phần của chúng.
- Thép theo nguyên tố hợp kim trong thành phần của chúng;
- Thép không rỉ
- Thép mangan
- Thép Chrome-niken
Thép được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như thiết bị nhà bếp, đồ gia dụng, ô tô, công nghiệp dầu khí, công nghiệp da, công nghiệp hóa chất, phụ tùng máy bơm và máy nén, hàng không, công nghiệp hạt nhân. Một số thay đổi được thực hiện trong các tính năng tùy theo khu vực sử dụng. Các đặc tính của thép khác nhau tùy thuộc vào thành phần cacbon và các nguyên tố hợp kim mà nó chứa. Với tỷ lệ khác nhau của từng nguyên tố hợp kim, thép sẽ có các đặc tính khác nhau. Mặt khác, các nhà sản xuất sẽ điều chỉnh các thành phần nguyên tố hợp kim để sản xuất vật liệu đáp ứng yêu cầu sử dụng vật liệu thép.
Ví dụ, khi thiết kế vòi nước cho người dùng gia đình, vật liệu này sẽ thường xuyên tiếp xúc với nước. Vì lý do này, nguy cơ bị ăn mòn là cao. Khả năng chống ăn mòn của vật liệu nên được giữ ở mức cao. Vì lý do này, không yêu cầu cường độ nén lớn.
Các nguyên tố hợp kim và cách chúng ảnh hưởng đến thép
Carbon, nguyên tố hợp kim chính của thép. Tăng các đặc tính cơ học như độ bền, độ cứng và độ bền cơ học. Tuy nhiên độ dẻo, độ dai và tính bền dai giảm. Ngoài ra, độ bền kéo có thể tăng lên đến một điểm. Sự gia tăng hàm lượng cacbon trong thành phần thép làm giảm độ dẻo của vật liệu, tức là nó làm cho vật liệu có đặc tính giòn. Có nguy cơ nứt ở thép cacbon cao do Austenit dư sẽ sinh ra sau khi nhiệt luyện. Nó ảnh hưởng tiêu cực đến tính chất rèn và tính hàn của thép.
Crom là nguyên tố hợp kim được sử dụng phổ biến nhất trong thép. Đặc điểm quan trọng nhất của thép có chứa crom là nó tạo thêm tính năng không gỉ cho thép nhờ lớp oxit tạo thành trên bề mặt thép. Thép không gỉ có chứa 12%Cr. Chrome cũng làm tăng độ cứng nhờ các cacbua mà nó tạo ra trong thép. Trong khi crom làm tăng độ bền kéo và khả năng chịu nhiệt như carbon, nó cũng làm giảm độ dẻo.
Niken có thể có trong vật liệu thép đến 5%. Niken cải thiện tính chất độ cứng và độ bền của vật liệu mà không làm giảm độ dẻo và độ dai, không giống như crom và cacbon. Nó được sử dụng trong nhiều mác thép không gỉ.
Mangan cải thiện tính chất cơ học của thép. Nó làm tăng sức bền và giảm độ dẻo. Mangan làm tăng tính dễ uốn bằng cách phản ứng với lưu huỳnh có trong thành phần. Mangan làm tăng chiều sâu thấm tôi. Khả năng tăng độ cứng và độ bền của mangan cũng phụ thuộc vào thành phần cacbon của vật liệu. Nó cũng có thể làm tăng khả năng hàn của vật liệu.
Lưu huỳnh là một nguyên tố không mong muốn khác với thép dễ cắt (thép có tính công nghệ tốt). Lưu huỳnh làm cho thép bị giòn. Vì lý do này, ảnh hưởng được giảm thiểu khi phản ứng với mangan. Lưu huỳnh tạo điều kiện thuận lợi cho việc gia công thép dễ cắt.
Silic được sử dụng như một chất khử oxy và khử khí trong quá trình sản xuất. Silic làm tăng độ chảy loãng trong quá trình đúc. Nó cải thiện các tính chất từ tính của thép và tăng khả năng chịu nhiệt của nó. Mặc dù silic làm tăng độ cứng và khả năng chống mài mòn của thép, nhưng nó lại ảnh hưởng xấu đến chất lượng bề mặt.
Molypden: Nó được sử dụng để ngăn chặn tính giòn của thép có chứa molypden, crom thấp và niken. Nó làm tăng khả năng chịu nhiệt của thép. Molypden có tác dụng làm tăng tác dụng của các nguyên tố hợp kim khác. Vì lý do này, nó được sử dụng phổ biến không chỉ một mình mà còn với các nguyên tố hợp kim khác. Molypden kết hợp với cacbon để tạo thành cacbua. Vì cacbua làm tăng độ cứng, người ta thường sử dụng để chế tạo thép công cụ.
Vanadi: làm tăng độ bền, độ cứng và khả năng chống mài mòn của thép. Một lượng nhỏ vanadi được thêm vào có thể ngăn chặn sự thô của hạt. Quá trình ủ và làm mềm sau khi xử lý nhiệt không cho kết quả nào. Do đó, vanadi được sử dụng rộng rãi trong thép công cụ.
Vonfram: tăng khả năng chống mài mòn, độ cứng và độ dẻo dai của thép. Nó cung cấp hiệu quả làm việc của vật liệu ở môi trường nóng và cắt vật liệu ở nhiệt độ cao. Vì vậy, vonfram phổ biến trong thép công cụ và thép gió. Nó được ưu tiên sử dụng trong thành phần thép chịu nhiệt.
Coban làm chậm quá trình thô của hạt ở nhiệt độ cao. Tăng khả năng chịu nhiệt của vật liệu và độ bền ở nhiệt độ cao. Do đó, coban được ưu tiên trong thép công cụ.
Nhôm được dùng làm chất khử oxy. Nó có tính năng tinh chế hạt, do đó nó ngăn chặn sự phát triển của hạt austenit. Tăng khả năng chống lão hóa. Vì lý do này, các tấm kéo sâu có chứa nhôm trong thành phần của chúng.
Phốt pho: giống như lưu huỳnh, làm thép trở nên giòn. Vì lý do này, phốt pho cũng không được mong muốn có mặt trong thép. Nó làm tăng độ cứng của thép, nhưng làm giảm độ dẻo rất lớn. Sự giảm này được quan sát thấy nhiều hơn ở các loại thép cacbon cao.
Đồng mang lại đặc tính chống ăn mòn và độ cứng cho thép. Nhưng đồng thời, nó làm giảm độ dẻo rất nhiều. Vì lý do này, nó được giữ ở mức tối đa là 0,5% trong thành phần.
Nitơ làm tăng độ bền và đặc tính độ cứng của thép. Nó làm tăng độ cứng bằng cách hình thành nitrua trong cấu trúc của thép. Nit[ tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình gia công, làm tăng tính dễ vỡ.
Viện Luyện kim đen
Tài liệu tham khảo
https://fractory.com/iron-carbon-phase-diagram/
https://www.diehlsteel.com/technical-information/effects-of-common-alloy-elements-in-steel/
https: // www. hascelik.com/en/teknik-bilgiler.aspx
