Влияние на химичните елементи върху свойствата на стоманената плоча
Желязо-въглеродна сплав със съдържание на въглерод по-малко от 2,11% се нарича стомана. Освен химични компоненти като желязо (Fe) и въглерод (C), стоманата съдържа също малко количество силиций (Si), манган (Mn), фосфор (P), сяра (S), кислород (O), азот (N), ниобий (Nb) и титан (Ti). Влиянието на често срещаните химични елементи върху свойствата на стоманата е следното:
1. Въглерод (C): С увеличаване на съдържанието на въглерод в стоманата, границата на провлачване и якостта на опън се увеличават, но пластичността и ударната якост намаляват; Когато обаче съдържанието на въглерод надвиши 0,23%, заваряемостта на стоманата се влошава. Следователно, съдържанието на въглерод в нисколегираната конструкционна стомана, използвана за заваряване, обикновено не надвишава 0,20%. Увеличаването на съдържанието на въглерод също ще намали устойчивостта на стоманата на атмосферна корозия, а високовъглеродната стомана е лесна за корозия на открито. Освен това, въглеродът може да увеличи студочупливостта и чувствителността на стоманата към стареене.
2. Силиций (Si): Силицият е силен дезоксидатор в процеса на производство на стомана, а съдържанието на силиций в спокойната стомана обикновено е 0,12%-0,37%. Ако съдържанието на силиций в стоманата надвишава 0,50%, силицийът се нарича легиращ елемент. Силицият може значително да подобри границата на еластичност, границата на провлачване и якостта на опън на стоманата и се използва широко като пружинна стомана. Добавянето на 1,0-1,2% силиций към закалена и темперирана конструкционна стомана може да увеличи якостта с 15-20%. В комбинация със силиций, молибден, волфрам и хром, той може да подобри устойчивостта на корозия и окисляване и може да се използва за производството на топлоустойчива стомана. Нисковъглеродната стомана, съдържаща 1,0-4,0% силиций, с изключително висока магнитна пропускливост, се използва като електротехническа стомана в електротехническата промишленост. Увеличаването на съдържанието на силиций ще намали заваряемостта на стоманата.
3. Манган (Mn): Манганът е добър дезоксидатор и десулфуратор. Обикновено стоманата съдържа 0,30-0,50% манган. Когато към въглеродната стомана се добави повече от 0,70% манган, тя се нарича „манганова стомана“. В сравнение с обикновената стомана, тя не само има достатъчна жилавост, но и по-висока якост и твърдост, което подобрява закаляемостта и горещата обработваемост на стоманата. Стоманата, съдържаща 11-14% манган, има изключително висока износоустойчивост и често се използва в кофи на багери, облицовки на топкови мелници и др. С увеличаване на съдържанието на манган, корозионната устойчивост на стоманата се отслабва и заваръчните характеристики се намаляват.
4. Фосфор (P): Най-общо казано, фосфорът е вреден елемент в стоманата. Той подобрява якостта на стоманата, но намалява пластичността и жилавостта ѝ, увеличава студеночупливостта на стоманата и влошава заваръчните характеристики и характеристиките на студено огъване. Поради това обикновено се изисква съдържанието на фосфор в стоманата да е по-малко от 0,045%, а изискванията за висококачествена стомана са по-ниски.
5. Сяра (S): Сярата е вреден елемент и при нормални обстоятелства. Прави стоманата чуплива на горещо, намалява пластичността и жилавостта на стоманата и причинява пукнатини по време на коване и валцуване. Сярата е вредна и за заваръчните характеристики и намалява устойчивостта на корозия. Следователно, съдържанието на сяра обикновено е по-малко от 0,055%, а това на висококачествената стомана е по-малко от 0,040%. Добавянето на 0,08-0,20% сяра към стоманата може да подобри обработваемостта ѝ, което обикновено се нарича автоматично рязане на стомана.
6. Алуминий (Al): Алуминият е често използван дезоксидатор в стоманата. Добавянето на малко количество алуминий към стоманата може да подобри размера на зърната и да подобри ударната жилавост; Алуминият също така има устойчивост на окисление и корозия. Комбинацията от алуминий с хром и силиций може значително да подобри устойчивостта на стоманата на лющене при висока температура и корозия. Недостатъкът на алуминия е, че той влияе върху производителността на гореща обработка, заваряването и рязането на стоманата.
7. Кислород (O) и азот (N): Кислородът и азотът са вредни елементи, които могат да попаднат от пещния газ, когато металът се топи. Кислородът може да направи стоманата крехка на горещо и ефектът му е по-силен от този на сярата. Азотът може да направи студенокрехкостта на стоманата подобна на тази на фосфора. Ефектът на стареене от азота може да увеличи твърдостта и якостта на стоманата, но да намали пластичността и жилавостта, особено в случай на деформационно стареене.
8. Ниобий (Nb), ванадий (V) и титан (Ti): Ниобий, ванадий и титан са елементи за рафиниране на зърното. Правилното добавяне на тези елементи може да подобри структурата на стоманата, да рафинира зърното и значително да подобри якостта и жилавостта на стоманата.