C (carbonio)
L'aggiunta di C al processo di colata dell'acciaio è una modalità comune di colata. Quando il contenuto di C è inferiore a 2%, lo chiamiamo acciaio fuso; quando è superiore a 2%, lo chiamiamo acciaio C. Tuttavia, il C di per sé non ha forza e durezza. Tuttavia, come Fe(3)C, il carburo di ferro nella soluzione solida, il C è l'elemento principale che controlla la resistenza e la durezza.
Il ruolo di protagonista di C:
Nella colata di acciaio inossidabile, l'aumento del contenuto di C aumenta la resistenza, la durezza e la temprabilità dell'acciaio. Tuttavia, riduce la plasticità, la tenacità e le proprietà magnetiche ed elettriche. La combinazione di C e di alcuni elementi di lega nell'acciaio forma vari carburi, che hanno effetti diversi sulle proprietà dell'acciaio.
Contenuto di C in alcune gamme di colate di acciaio: Acciaio C 0,03 ~ 1,04%, acciaio per utensili ad alta velocità 0,75 ~ 1,60%, acciaio per utensili per lavori a caldo 0,22 ~ 0,70%, acciaio per utensili per lavori a freddo 0,45 ~ 2,85%.
Mn
Il Mn è presente nell'acciaio fuso durante il processo di disossidazione e desalinizzazione, ma a questo punto rimane nell'acciaio in quantità inferiori a 1%. Quando la quantità di Mn nell'acciaio supera 1%, il Mn è un elemento di lega aggiunto intenzionalmente.
Il ruolo principale di Mn:
Migliora la resistenza alla trazione, la temprabilità, l'elevata tenacità e le proprietà di lavorazione dell'acciaio fuso. Negli acciai contenenti S, il Mn riduce al minimo l'infragilimento a caldo e a freddo causato da S. Gli acciai ad alto contenuto di Mn hanno un'elevata resistenza all'usura dopo un lavoro duro o un impatto. Tuttavia, tende a promuovere la crescita dei grani dell'acciaio e ad aumentare il secondo tipo di fragilità da rinvenimento. L'elemento Mn è utilizzato negli acciai strutturali, negli acciai di rinforzo e negli acciai per molle.
Mn in alcune colate di acciaio nell'intervallo di contenuto: Acciaio C 0,25 ~ 0,65%, acciaio Mn 1,6 ~ 1,9%, acciaio per utensili a freddo 0,30 ~ 2,50%, acciaio inossidabile Cr - Ni autentico 2,00 ~ 15,5%.
Si
Il Si è un elemento che forma ferrite. Aumenta le temperature A(1) e A(3). Poiché il Si ha un effetto grafitico, viene generalmente combinato con il Mn nell'acciaio come stabilizzatore dei carburi. È un disossidante comunemente usato.
Il ruolo principale di Si:
Negli acciai per lamiere elettriche, il Si aumenta la permeabilità e la resistività e consente perdite per isteresi poco profonde. Il Si rende alcuni acciai resistenti alle alte temperature resistenti all'ossidazione. La fusione dell'acciaio migliora la temprabilità, la resistenza e la tenacità agli urti grazie alla combinazione di Si e Mn. Soprattutto dopo la tempra e il rinvenimento, può migliorare il limite di snervamento e il limite elastico dell'acciaio. L'elevato contenuto di Si nella colata di acciaio ne aumenta significativamente le proprietà magnetiche e la resistenza. Tuttavia, il Si tende a promuovere la grafitizzazione e, quando l'acciaio contiene alti livelli di C, l'effetto è ancora maggiore.
Il contenuto di Si nell'acciaio ordinario varia da 0,17 a 0,37%.
Cr
Il ruolo principale di Cr:
La colata di acciaio inossidabile contiene abbastanza C quando il Cr migliora la durezza dell'acciaio. In genere, gli acciai a basso tenore di Cr contenenti 1% C sono molto duri. L'aggiunta di Cr all'acciaio a basso tenore di C può migliorare la resistenza ma ridurre la duttilità. Il Cr migliora la resistenza alle alte temperature e la temprabilità dell'acciaio; negli acciai ad alto C e la resistenza all'usura.
Se aggiunto in grandi quantità, fino a 25%, il Cr migliora la resistenza alla corrosione grazie alla formazione di uno strato di ossido protettivo sulla superficie dell'acciaio. In combinazione con elementi come il Ni, migliora la resistenza all'ossidazione e la resistenza termica dell'acciaio e migliora ulteriormente la resistenza alla corrosione. Il Cr favorisce la crescita dei grani, con conseguente aumento della fragilità dell'acciaio. Il Cr è un elemento ampiamente utilizzato negli acciai strutturali, per utensili, per cuscinetti, inossidabili e resistenti al calore.
W
Il W è un elemento solido che forma carburi. Forma i carburi W(2)C, WC e il carburo complesso Fe(4)W(2)C, molto duri e stabili. Questi carburi si dissolvono molto lentamente e solo a temperature molto elevate. Il W è un componente importante degli acciai per utensili, soprattutto di quelli ad alta velocità. In questi acciai, il W aumenta significativamente la durezza dopo la tempra secondaria. Come elemento che forma ferrite, il W abbassa la temperatura A(4) e aumenta la temperatura A(3).
Il ruolo di protagonista di W:
Il W inibisce la crescita dei grani e ha quindi un effetto di affinamento dei grani. Il W riduce la decarburazione durante la lavorazione a caldo e il trattamento termico. Aumenta la durezza ad alta temperatura degli acciai bonificati. In alcune leghe ad alta temperatura, il W aumenta la resistenza allo scorrimento. La colata di acciaio inossidabile contenente W viene riscaldata a 600~700℃ e il carburo non precipita, evitando così il rammollimento dell'acciaio. È uno degli elementi più utilizzati negli acciai per utensili ad alta velocità e negli acciai per utensili legati. Tuttavia, non è adatto alla resistenza all'ossidazione dell'acciaio fuso.
W in una certa gamma di contenuti di acciaio: Acciaio W-Cr 1,75%, acciaio per utensili ad alta velocità 1,15 ~ 21,0%, acciaio per utensili per lavori a caldo 0 ~ 19,0%, acciaio per utensili per lavori a freddo 0 ~ 2,0%, acciaio resistente agli urti 0 ~ 3,0%.
Mo
Il Mo è un elemento robusto che forma carburi. Forma il carburo rigido e stabile Mo(2)C, oltre ad altri carburi complessi come Fe(4)Mo(2)C e Fe(21)MoC(6).
Il ruolo di protagonista di Mo:
Una piccola quantità può ridurre efficacemente il tasso di trasformazione e migliorare la resistenza alle alte temperature e al creep dell'acciaio fuso. Può anche migliorare la resistenza alla corrosione dell'acciaio inossidabile, soprattutto in soluzioni di acido cloridrico. Il W ha un ruolo simile negli acciai per utensili ad alta velocità, spesso con Mo al posto del W. Questo riduce l'accumulo di carburo negli acciai contenenti W e migliora le proprietà meccaniche. Il Mo è uno dei componenti essenziali degli acciai al Mo, che hanno un'elevata resistenza alla trazione e una buona plasticità. Negli acciai al Cr, il Mo viene aggiunto per migliorare la lavorabilità e le proprietà meccaniche. Negli acciai Ni-Mo, il Mo aumenta la durezza superficiale dell'acciaio inossidabile fuso.
Mo in alcune gamme di contenuto di acciaio: Acciaio al Mo 0,15 ~ 0,60%, acciaio per utensili ad alta velocità 0 ~ 10,0%, acciaio per utensili per lavori a caldo 0 ~ 5,5%, acciaio per utensili per lavori a freddo 0 ~ 1,8%, acciaio inossidabile al Cr - Ni autentico 0,~ 4,0%, acciaio al Cr martensite 0 ~ 1,25%, acciaio al ferrocromo 0 ~ 1,25%.
V
V è un elemento solido che forma carburi. Forma carburi VC. Il V è presente nell'acciaio fuso sotto forma di carburi e nitruri a grana fine e diffusa. Non si decompongono alle temperature medie di trattamento termico e possono inibire la crescita dei grani. Una quantità sufficiente di carbonio e V solubile a temperature elevate provoca l'effetto di indurimento secondario più significativo che si possa osservare.
Il ruolo di protagonista di V:
Il V è un elemento essenziale per la raffinazione dei grani. Inibisce la crescita dell'austenite e anche solo 0,1% V inibisce efficacemente la crescita dei grani durante la tempra. Tuttavia, la crescita dei grani inizia immediatamente quando l'acciaio fuso viene riscaldato a una temperatura in cui la crescita dei grani inibisce la dissoluzione delle particelle di carburo e nitruro.
Un rapporto tra ferro e carbonio superiore a 5,7 può prevenire o ridurre la corrosione intergranulare dell'acciaio inossidabile. E migliorare significativamente la resistenza dell'acciaio inossidabile fuso alle alte temperature, alle alte pressioni e alla capacità di corrosione da idrogeno. Può affinare il grano e rallentare la velocità di trasferimento degli elementi di lega, ma la resistenza all'ossidazione ad alta temperatura dell'acciaio in ghisa non è buona.
V in alcuni acciai e leghe: acciaio al cromo V da 0,10 a 0,20%, acciaio per utensili ad alta velocità da 0,90 a 5,25%, acciaio per utensili a caldo da 0 a 2,20%, acciaio per utensili a freddo da 0 a 5,15%.
Co
Il co è un elemento che forma carburi. La sua tendenza a formare carburi è leggermente superiore a quella del ferro. Migliora le proprietà dell'acciaio alle alte temperature e la sua resistenza all'ossidazione e alla corrosione. Il Co è un componente fondamentale di alcuni acciai super duri per utensili ad alta velocità, di alcune leghe per magneti permanenti e di leghe per alte temperature.
Il ruolo di protagonista del Co:
Il Co aumenta sostanzialmente la resistenza e la tenacità promuovendo il processo di indurimento per precipitazione. Il co si dissolve in ferrite o austinite e inibisce il rammollimento durante l'aumento della temperatura.
La gamma del contenuto di Co in alcuni acciai e leghe: 0~13,0% per gli acciai per utensili ad alta velocità, 0~4,5% per gli acciai per utensili per lavori a caldo.
Ti
Il Ti è un elemento solido che forma carburi. Nello stato di soluzione solida, l'effetto di rafforzamento affidabile della soluzione è estremamente forte, ma riduce contemporaneamente la tenacità della soluzione solida.
Il ruolo di protagonista di Ti:
Negli acciai a medio tenore di cromo, il Ti trattiene il carbonio dalla soluzione solida e riduce la durezza e la temprabilità della martensite. Negli acciai ad alto tenore di cromo, il Ti impedisce la formazione di austenite. Negli acciai inossidabili austenitici, il Ti trattiene il carbonio dalla soluzione solida alle alte temperature, impedendo così la formazione di carburi di cromo ai bordi dei grani. Nelle leghe austenitiche ad alta temperatura, il Ti favorisce l'indurimento per precipitazione. Negli acciai sedimentari a bassa resistenza, il Ti migliora la tenacità dell'acciaio. Il Ti può affinare i grani e fissare il carbonio, a vantaggio della saldabilità degli acciai di ghisa.
Il contenuto di Ti negli acciai basso-legati ad alto limite di snervamento è compreso tra 0 e 0,10%.
Pb
Il piombo ha una solubilità limitata nell'acciaio fuso. Poiché ha una densità molto più elevata dell'acciaio, affonda nell'acciaio fuso e si separa dall'acciaio. È presente nell'acciaio sotto forma di inclusioni. Queste inclusioni sono morbide e fungono da lubrificanti interstiziali. Il suo contenuto di circa 0,20% e la presenza di particelle molto piccole possono migliorare la lavorabilità dell'acciaio senza influire significativamente sulle altre proprietà.
Ni
Il Ni non forma carburi. La presenza di Ni nell'acciaio di ghisa destabilizza i carburi di ferro e quindi favorisce la grafitizzazione. Il Ni agisce per rafforzare la ferrite sviluppando soluzioni solide di semplice sostituzione. Come elemento che forma austenite, il Ni stabilizza l'austenite aumentando la temperatura A(4) e abbassando la temperatura A(3). Se il ferro puro contiene più di 25% di Ni, la lega risultante è austenite pura anche se viene raffreddata lentamente a temperatura ambiente.
Il ruolo di protagonista di Ni:
Negli acciai legati contenenti fino a 5% Ni, il Ni migliora la resistenza e la tenacità. Il Ni consente la formazione di austenite con un elevato contenuto di cromo, dando vita ad acciai inossidabili austenitici al cromo-Ni. È ampiamente utilizzato, soprattutto negli acciai inossidabili e negli acciai resistenti al calore. Gli acciai ad alto tenore di Ni contenenti piccole quantità di carbonio aumentano significativamente l'isteresi termica della trasformazione eterocristallina isotropa. Questo porta al mantenimento della martensite negli acciai invecchiati martensitici quando vengono riscaldati a 600°C. Il Ni riduce il coefficiente di espansione termica e, nelle leghe ad alto contenuto di Ni, aumenta la permeabilità. Quando il contenuto di Ni nell'acciaio fuso è elevato, la combinazione con il cromo può migliorare significativamente la resistenza alla corrosione e al calore dell'acciaio.
Nb
Il Nb aumenta la resistenza attraverso l'indurimento per precipitazione e l'ulteriore affinamento dei grani di ferrite.
Il ruolo principale di Nb:
Piccole quantità di Nb (circa 0,02%) possono aumentare efficacemente la resistenza alla trazione e allo snervamento dell'acciaio al carbonio. Il Nb è un componente essenziale di alcuni acciai basso-legati ad alta resistenza.
Quando il contenuto supera 8 volte il contenuto di carbonio, può fissare quasi tutto il carbonio dell'acciaio fuso. Gli acciai autenticati prevengono la corrosione intergranulare dell'acciaio fuso da parte dei mezzi ossidanti. Grazie alla fissazione del carbonio nell'acciaio e all'effetto di indurimento per precipitazione, possono migliorare le proprietà ad alta temperatura degli acciai a caldo, come la resistenza allo scorrimento.
Cu
Il rame è un elemento che forma austinite. Poiché il rame tende a grafitizzare, viene aggiunto solo all'acciaio dolce e in quantità non superiori a 1,5%.
Il ruolo principale del rame è quello di migliorare la resistenza alla corrosione e aumentare la resistenza alla trazione della lega attraverso l'indurimento per precipitazione. Il rame può aumentare leggermente la resistenza allo snervamento negli acciai in cui non si verifica l'indurimento per precipitazione. Tuttavia, la plasticità e la tenacità dei getti in acciaio inossidabile si riducono. L'acciaio al carbonio aumenta la temprabilità e diminuisce la duttilità. Quando il contenuto di rame supera 0,4%-0,5%, la superficie delle parti in acciaio si incrina facilmente durante la lavorazione a caldo.
Al
L'Al ha una capacità di formazione di carburi inferiore a quella del ferro. L'Al favorisce la grafitizzazione nella colata di acciaio inossidabile.
Il ruolo di protagonista di Al:
Al e azoto o O per produrre dispersioni fini efficaci per inibire la crescita dei grani. Genera un efficace strato di indurimento superficiale attraverso la diffusione a bassa temperatura dell'azoto (nitrurazione). L'Al rende l'acciaio resistente alla corrosione sviluppando uno strato solido di ossido di Al sulla superficie dell'acciaio ghisa. L'Al affina i grani dell'acciaio inossidabile fuso, aumentandone la resistenza e la tenacità.
Il contenuto di Al in alcuni acciai e leghe varia da 0,01 a 0,03% negli acciai comuni, da 0 a 0,30% negli acciai inossidabili ferritici e da 0 a 1,5% negli acciai inossidabili indurenti per precipitazione.
B
B è un solido molto duro che fonde a 2300°C.
Il ruolo di protagonista di B:
L'aggiunta di tracce di B (da 0,0005 a 0,005%) nell'acciaio inossidabile fuso completamente disossidato può migliorare significativamente la temprabilità dell'acciaio. Ciò è dovuto alla riduzione del tasso di transizione di fase durante il raffreddamento, ma quando il contenuto di carbonio aumenta, la temprabilità diminuisce. Pertanto, l'aggiunta di B all'acciaio a basso o medio tenore di carbonio con un contenuto di carbonio <0,6% ha un effetto significativo. Se si aggiunge una piccola quantità di B, si riduce della metà la quantità di altri elementi di lega più costosi, continuando a fondere l'acciaio per mantenere lo stesso tasso di trasformazione. Il B migliora la duttilità e le proprietà meccaniche dell'acciaio inossidabile fuso.
S
L'S è l'elemento più dannoso per l'acciaio fuso. L'effetto più dannoso sull'acciaio è la formazione del solfuro fragile FeS. Il solfuro è presente nell'acciaio in quantità pari a 0,01% e può anche provocare la precipitazione di solfuro lungo i confini dei grani.
Il ruolo principale di S:
Quando all'acciaio fuso viene aggiunta una quantità sufficiente di manganese, l'S forma MnS, che è plastico alle temperature di lavoro a caldo. L'S può aumentare le inclusioni non metalliche nell'acciaio in modo da ridurre la resistenza dell'acciaio e ridurre significativamente le proprietà di saldatura dell'acciaio. Nel lavoro a caldo, è facile che si produca fragilità (fragilità a caldo), ma un contenuto di S leggermente più elevato può migliorare la lavorabilità dell'acciaio a basso tenore di carbonio.
Il contenuto di S nell'acciaio ordinario è ≤ 0,045%.
P
L'S è l'elemento più dannoso per l'acciaio fuso. L'S ha l'effetto più dannoso sull'acciaio formando il solfuro fragile FeS. Il solfuro è presente nell'acciaio in quantità pari a 0,01% e può anche provocare la precipitazione di solfuro lungo i confini dei grani.
Il ruolo principale di S:
Quando all'acciaio fuso viene aggiunta una quantità sufficiente di manganese, l'S forma MnS, che è plastico alle temperature di lavoro a caldo. L'S può aumentare le inclusioni non metalliche nell'acciaio in modo da ridurre la resistenza dell'acciaio e ridurre significativamente le proprietà di saldatura dell'acciaio. Nel lavoro a caldo, è facile che si produca fragilità (fragilità a caldo), ma un contenuto di S leggermente più elevato può migliorare la lavorabilità dell'acciaio a basso tenore di carbonio.
Il contenuto di S nell'acciaio ordinario è ≤ 0,045%.
N
L'N nell'acciaio può sia formare nitruri che dissolversi negli interstizi dopo la solidificazione. In entrambi i casi, l'N infragilisce l'acciaio e lo rende inadatto alla lavorazione a freddo. Pertanto, il contenuto di N deve essere inferiore a 0,002% per produrre acciai teneri con elevata plasticità. La riduzione del contenuto di N riduce anche l'invecchiamento da spegnimento. Negli acciai laminati o forgiati a caldo, il fosforo crea le cosiddette "zone anomale", che diventano punti deboli dell'acciaio.
H
L'idrogeno può diffondersi nell'acciaio a temperatura ambiente. Questa diffusione è più efficace durante un lento aumento di temperatura. Un contenuto di idrogeno superiore a circa 0,0005% porta a una riduzione della duttilità dell'acciaio. Un contenuto di idrogeno superiore a 0,0005% può causare la rottura interna dell'acciaio. Ciò si verifica generalmente durante il raffreddamento del metallo dopo la laminazione o la forgiatura.
Rende l'acciaio suscettibile a difetti inammissibili come i punti bianchi, che possono portare all'infragilimento da idrogeno ed è anche un fattore essenziale che porta alla cricca a freddo (cricca ritardata) nella zona termicamente interessata della saldatura.
O
Durante il processo di soffiatura dell'acciaio, una grande quantità di O viene soffiata nel bagno di fusione. Alla fine del processo di soffiaggio, l'acciaio contiene O in eccesso che, se non viene disossidato, influisce sulla successiva operazione di colata. Inoltre, nel processo di solidificazione dell'acciaio, l'O si presenta sotto forma di precipitazione di ossidi in grandi quantità. L'acciaio inossidabile fuso produrrà anche inclusioni non metalliche di ossido, riducendo la plasticità e la tenacità all'impatto dell'acciaio e rendendolo fragile.
Come
Poiché il contenuto non supera lo 0,20%, le proprietà meccaniche generali dell'acciaio inossidabile fuso non sono significative, ma aumentano la sensibilità della fragilità da rinvenimento.
Zr
Una piccola quantità di Zr ha degassato, purificato e affinato il ruolo dei grani. La tenacità a bassa temperatura dell'acciaio ne trae beneficio. Può anche eliminare il fenomeno dell'invecchiamento e migliorare le proprietà di stampaggio dell'acciaio.
