Elemento 1: H（Hidrogênio）
O hidrogênio é o elemento mais prejudicial do aço, e a solução de hidrogênio no aço pode causar fragilização por hidrogênio e manchas brancas no aço.
Semelhante ao oxigênio e ao nitrogênio, a solubilidade do hidrogênio no aço sólido é muito baixa. Quando o hidrogênio é misturado ao aço líquido em altas temperaturas, ele não consegue escapar a tempo antes do resfriamento e se acumula na organização, formando poros finos de alta pressão. Isso pode fazer com que a plasticidade, a tenacidade e a resistência à fadiga do aço reduzam drasticamente ou até mesmo levem a rachaduras graves e fraturas frágeis.
A fragilização por hidrogênio ocorre principalmente no aço martensítico, mas não é muito proeminente no aço ferrita. Geralmente aumenta junto com a dureza e o teor de carbono.
Por outro lado, o hidrogénio pode melhorar a condutividade magnética do aço, mas também aumenta a coercividade e a perda de ferro. A coercividade pode ser aumentada em 0,5 a 2 vezes após a adição de hidrogênio.
Elemento 2:(Boro)
A principal função do boro no aço é aumentar a temperabilidade do aço, economizando assim outros metais relativamente raros como níquel, cromo, molibdênio, etc. Para tanto, seu teor é geralmente estipulado na faixa de 0,001% a 0,005%. Pode substituir 1,6% de níquel, 0,3% de cromo ou 0,2% de molibdênio.
Quando o boro é usado para substituir o molibdênio, deve-se notar que, embora o molibdênio possa prevenir ou reduzir a fragilidade da têmpera, o boro tem uma ligeira tendência a promovê-la. Como tal, o molibdênio não pode ser completamente substituído pelo boro.
Adicionar boro ao aço carbono pode melhorar a temperabilidade, o que pode melhorar muito o desempenho do aço com espessura superior a 20 mm. Portanto, o aço 40B e 40MnB pode substituir o 40Cr, e o aço 20Mn2TiB pode substituir o aço de cementação 20CrMnTi.
Porém, devido ao efeito enfraquecido ou desaparecido do boro com o aumento do teor de carbono no aço, ao escolher o aço para cementação com boro, deve-se observar que após a cementação das peças, a temperabilidade da camada cementada será menor que a do núcleo.
Geralmente, é necessário que o aço para molas seja totalmente temperado, e o aço ao boro seria uma boa escolha devido à sua pequena área de mola. No entanto, o efeito do boro no aço para molas com alto teor de silício é volátil, portanto não deve ser usado.
Boro, nitrogênio e oxigênio têm uma forte afinidade. A adição de 0,007% de boro no aço de borda pode eliminar o envelhecimento do aço.
Elemento 3: C （Carbono）
O carbono é o principal elemento depois do ferro e afeta diretamente a resistência, a plasticidade, a tenacidade e as propriedades de soldagem do aço.
Quando o teor de carbono no aço está abaixo de 0,8%, a resistência e a dureza do aço aumentam com a adição do teor de carbono, enquanto a plasticidade e a tenacidade diminuem.
Contudo, quando o teor de carbono está acima de 1,0%, a resistência do aço diminui à medida que o teor de carbono aumenta.
À medida que o teor de carbono aumenta, o desempenho de soldagem do aço diminui (quando o teor de carbono no aço é superior a 0,3%, sua soldabilidade diminui significativamente). Além disso, a fragilidade ao frio e a sensibilidade ao envelhecimento aumentam e a resistência à corrosão atmosférica diminui.
Elemento 4: N（Nitrogênio）
O efeito do nitrogênio (N) no desempenho do aço é semelhante ao do carbono e do fósforo. Com um aumento no teor de nitrogênio, pode melhorar significativamente a resistência do aço, reduzindo sua plasticidade, especialmente tenacidade e soldabilidade, e aumentando sua fragilidade a frio.
Além disso, a tendência ao envelhecimento, a fragilidade a frio e a fragilidade a quente aumentam, e as propriedades de soldagem e de flexão a frio do aço são danificadas. Portanto, o teor de nitrogênio no aço deve ser minimizado e restringido.
O teor de nitrogênio não deve ser superior a 0,018%. Quando combinado com alumínio, nióbio, vanádio e outros elementos, o nitrogênio pode reduzir seus efeitos adversos e melhorar o desempenho do aço. O nitrogênio também pode ser usado como elemento de liga para aços de baixa liga.
Em alguns aços inoxidáveis, um teor adequado de nitrogênio pode reduzir o uso de Cr e reduzir efetivamente os custos.
Elemento 5: O (Oxigênio)
O oxigênio é um elemento prejudicial ao aço. Está naturalmente presente no aço durante o processo de fabricação do aço, sendo impossível removê-lo completamente, mesmo com a adição de manganês, silício, ferro e alumínio ao final do processo.
Durante a solidificação do aço fundido, as reações de oxigênio e carbono na solução produzem monóxido de carbono, que pode causar bolhas.
No aço, o oxigênio existe principalmente na forma de FeO, MnO, SiO2 e Al2O3, o que reduz a resistência e a plasticidade do aço. Em particular, a resistência à fadiga e a tenacidade serão seriamente afetadas.
O oxigênio aumentará a perda de ferro no aço silício, enfraquecerá a condutividade magnética e a intensidade da indução magnética e aumentará o efeito do envelhecimento magnético.
Elemento 6: Mg（Magnésio）
O magnésio (Mg) pode reduzir o número de inclusões no aço, diminuir o seu tamanho, criar uma distribuição uniforme e melhorar a sua forma.
No aço para rolamentos, vestígios de magnésio podem melhorar o tamanho e a distribuição dos carbonetos.
Quando o teor de magnésio está entre 0,002% e 0,003%, a resistência à tração e o limite de escoamento do aço aumentam em mais de 5%, enquanto a plasticidade permanece essencialmente inalterada.
Elemento 7: Al （Alumínio）
O alumínio, adicionado ao aço como desoxidante ou elemento de liga, é muito mais forte que o silício e o manganês em termos de desoxidação.
A função principal do alumínio no aço é refinar os grãos e estabilizar o nitrogênio, o que melhora significativamente a resistência ao impacto do aço e reduz as tendências à fragilidade pelo frio e ao envelhecimento.
Para aço estrutural de carbono grau D, o teor de alumínio solúvel em ácido no aço não deve ser inferior a 0,015%. Para estampagem profunda com chapa laminada a frio 08AL, o teor de alumínio solúvel em ácido no aço deve ser de 0,015% a 0,065%.
O alumínio também pode melhorar a resistência à corrosão do aço, especialmente quando combinado com molibdênio, cobre, silício, cromo e outros elementos.
O alumínio é adicionado ao aço cromo molibdênio e ao aço cromo para aumentar sua resistência ao desgaste.
A presença de alumínio no aço para ferramentas com alto teor de carbono pode tornar o processo de têmpera frágil.
A desvantagem do alumínio é que ele pode afetar as propriedades de processamento térmico, o desempenho de soldagem e o desempenho de corte do aço.
Elemento 8: Si （Silício）
O Si é um agente redutor e desoxidante essencial no processo de fabricação do aço.
Muitos materiais em carbono contêm menos de 0,5% de Si, e este Si é normalmente introduzido durante o processo de fabricação do aço como agente redutor e desoxidante.
O silício pode ser dissolvido em ferrita e austenita para aumentar a dureza e a resistência do aço, que perde apenas para o fósforo e é mais forte que o manganês, o níquel, o cromo, o tungstênio, o molibdênio e o vanádio.
No entanto, quando o teor de silício excede 3%, a plasticidade e a tenacidade do aço serão significativamente reduzidas.
O silício pode melhorar o limite elástico, a resistência ao escoamento, a taxa de escoamento do aço (Os/Ob), bem como a resistência à fadiga e a taxa de fadiga (σ-1/σb), razão pela qual o silício ou o aço silício-manganês podem ser usados como mola aço.
O silício pode reduzir a densidade, a condutividade térmica e a condutividade do aço. Pode promover o engrossamento dos grãos de ferrite e reduzir a força coercitiva.
O silício também pode reduzir a anisotropia do cristal, facilitando a magnetização e reduzindo a resistência magnética, que pode ser usada para produzir aço elétrico, de modo que a perda do bloco magnético da chapa de aço silício é baixa.
O silício pode melhorar a permeabilidade magnética da ferrita, de modo que a chapa de aço tenha uma intensidade magnética mais alta sob um campo magnético mais fraco. Mas num campo magnético forte, o silício reduz a intensidade magnética do aço. O silício tem uma forte força desoxidante que reduz o efeito de envelhecimento magnético do ferro.
Quando aquecido em uma atmosfera oxidante, o aço silício forma uma camada de filme de SiO2 que melhora a resistência à oxidação do aço em altas temperaturas.
O silício pode promover o crescimento de cristais colunares em aço fundido e reduzir a plasticidade.
Se o aço silício esfria rapidamente quando aquecido, devido à baixa condutividade térmica, a diferença de temperatura interna e externa do aço é grande, o que pode facilmente causar a quebra do aço.
O silício pode reduzir o desempenho de soldagem do aço porque é mais fácil de oxidar do que o ferro. É fácil gerar silicato com baixo ponto de fusão durante a soldagem, o que pode aumentar a fluidez da escória e do metal fundido, causar respingos e afetar a qualidade da soldagem.
O silício é um bom desoxidante. Quando o alumínio é desoxidado, uma certa quantidade de silício pode ser adicionada para melhorar significativamente a taxa de desoxidação.
O silício possui um certo resíduo no aço, que é introduzido no aço como matéria-prima. No aço de aro, o silício é limitado a < 0,07% e, quando necessário, a liga silício-ferro é adicionada à produção do aço.
Elemento 9: （Fósforo）
O P é introduzido no aço pelo minério, que geralmente é considerado um elemento prejudicial. Embora o fósforo possa aumentar a resistência e a dureza do aço, diminui significativamente a plasticidade e a resistência ao impacto.
Especialmente em baixas temperaturas, torna o aço significativamente quebradiço, o que é chamado de “fragilidade a frio”.
A fragilidade a frio enfraquece o processamento a frio e a soldabilidade do aço.
Quanto maior o teor de fósforo, maior será a fragilidade a frio, portanto o teor de fósforo no aço é rigorosamente controlado.
Aço de alta qualidade: P < 0,025%; Aço de qualidade: P < 0,04%; Aço comum: P < 0,085%.
P é forte no fortalecimento de soluções sólidas e no endurecimento por resfriamento.
Quando combinado com cobre, pode melhorar a resistência à corrosão atmosférica do aço de alta resistência e baixa liga, ao mesmo tempo que reduz seu desempenho de estampagem a frio;
Quando combinado com enxofre e manganês, o P pode melhorar a usinabilidade do aço, a fragilidade do revenido e a sensibilidade à fragilidade a frio.
O fósforo pode melhorar a resistência à relação e pode reduzir a força coercitiva e a perda de correntes parasitas devido ao grão grosso.
Para a indução magnética, a indução magnética do aço com maior teor de P será melhorada no campo magnético fraco.
O trabalho a quente do aço silício contendo P não é difícil, mas como o P pode tornar o aço silício quebradiço, seu conteúdo deve ser ≯ 0,15% (como no aço silício elétrico laminado a frio, o teor de P é 0,07 ~ 0,10%) .
O fósforo é o elemento mais poderoso da ferrita. (o efeito do P na temperatura de recristalização do aço silício e no crescimento do grão é 4 ~ 5 vezes maior que o do silício com o mesmo conteúdo.)
Elemento 10: S (Enxofre)
O enxofre é derivado do minério e do coque combustível usado na siderurgia. É um elemento prejudicial ao aço.
O enxofre existe no aço na forma de FeS. FeS e Fe formam um composto com baixo ponto de fusão de 985 ℃. A temperatura de trabalho a quente do aço é geralmente superior a 1150 ℃. Portanto, durante o trabalho a quente, os compostos de FeS podem derreter prematuramente, causando a quebra da peça. Este fenômeno é denominado “fragilidade a quente”. Reduz a ductilidade e a tenacidade do aço, causando trincas no forjamento e na laminação.
O enxofre também é prejudicial ao desempenho da soldagem e reduz a resistência à corrosão do aço. O teor de enxofre no aço de alta qualidade deve ser inferior a 0,02% a 0,03%, no aço de qualidade inferior a 0,03% a 0,045% e no aço comum inferior a 0,055% a 0,7%.
O enxofre pode ser utilizado na produção de peças de aço que necessitam de baixa capacidade e maior brilho superficial, conhecidos como aços de corte rápido, como o Cr14 com pequena quantidade de enxofre adicionada intencionalmente (0,2% a 0,4%). Alguns aços rápidos e aços para ferramentas usam S para processar a superfície.
Elemento 11 e 12: K/Na（Kalium / Natrium）
K/Na pode ser usado como modificador para esferoidizar os carbonetos no ferro branco, melhorando sua tenacidade em até duas vezes, mantendo sua dureza.
Eles também podem refinar a estrutura do ferro dúctil e estabilizar o processo de produção do ferro vermicular.
Além disso, K/Na são elementos eficazes para promover a austenitização. Por exemplo, eles podem reduzir a proporção manganês/carbono do aço manganês austenítico de 10:1-13:1 para 4:1-5:1.
Elemento 13: Ca（Cálcio）
A adição de cálcio ao aço pode refinar seu grão, dessulfurizá-lo parcialmente e alterar a composição, quantidade e forma de inclusões não metálicas, semelhante à adição de terras raras ao aço.
Isso pode melhorar a resistência à corrosão, resistência ao desgaste, desempenho em altas e baixas temperaturas do aço, bem como sua resistência ao impacto, resistência à fadiga, plasticidade e propriedades de soldagem.
Além disso, a adição de cálcio pode melhorar o rumo a frio, a resistência ao choque, a dureza e a resistência de contato do aço. No aço fundido, a adição de cálcio aumenta a mobilidade do aço fundido, melhora a superfície da peça fundida e elimina a anisotropia das organizações na peça fundida. Seu desempenho de fundição, resistência à trinca térmica, propriedades mecânicas e desempenho de usinagem aumentam.
Além disso, a adição de cálcio ao aço pode melhorar seu desempenho contra trincas por hidrogênio e ruptura lamelar, além de prolongar a vida útil de equipamentos e ferramentas. O cálcio é adicionado à liga mãe como desoxidante, inoculante e agente microligante.
Elemento 14: Ti （Titânio）
O titânio tem uma forte afinidade com o nitrogênio, o oxigênio e o carbono e uma afinidade mais forte com o S do que o ferro, tornando-o um elemento eficaz para desoxidação e fixação de nitrogênio e carbono.
Embora o titânio seja um forte elemento formador de carbonetos, ele não se combina com outros elementos para formar compostos.
O carboneto de titânio tem uma forte força de ligação, é estável e difícil de decompor. Só pode dissolver-se lentamente em aço em temperaturas acima de 1000 ℃.
Antes do isolamento, as partículas de carboneto de titânio podem impedir o crescimento de grãos.
Devido à maior afinidade do titânio com o carbono do que com o cromo, ele é comumente usado em aço inoxidável para fixar carbono, remover a diluição do cromo no limite do grão e eliminar ou reduzir a corrosão intergranular no aço.
O titânio também é um forte elemento formador de ferrita que aumenta bastante as temperaturas A1 e A3 do aço.
No aço comum de baixa liga, o titânio pode melhorar a plasticidade e a tenacidade, ao mesmo tempo que aumenta a resistência do aço, fixando nitrogênio e enxofre e formando carboneto de titânio.
O refinamento de grão formado pela normalização e carbonetos de precipitação pode melhorar muito a plasticidade e a resistência ao impacto do aço.
O aço estrutural de liga contendo titânio possui boas propriedades mecânicas e desempenho de processo, mas sua principal desvantagem é a baixa temperabilidade.
No aço inoxidável com alto teor de cromo, o teor de titânio é geralmente cinco vezes maior que o carbono, o que pode melhorar a resistência à corrosão (principalmente corrosão anti-intergranular) e a tenacidade do aço, promover o crescimento de grãos em altas temperaturas e melhorar o desempenho de soldagem do aço.
Elemento 15: V（Vanádio）
O vanádio tem forte afinidade com carbono, nitrogênio e oxigênio, formando com eles compostos estáveis. No aço, o vanádio está presente principalmente na forma de carbonetos.
O vanádio funciona para refinar a estrutura e o grão do aço e pode aumentar a temperabilidade quando dissolvido na solução sólida em altas temperaturas. Porém, quando presente na forma de carbonetos, pode reduzir a temperabilidade. O vanádio também aumenta a estabilidade do revenido do aço endurecido e produz um efeito de endurecimento secundário.
A quantidade de vanádio no aço é geralmente limitada a 0,5%, exceto no aço para ferramentas de alta velocidade. No aço comum de liga de baixo carbono, o vanádio pode refinar os grãos e melhorar a resistência, a taxa de rendimento, as propriedades de baixa temperatura e as propriedades de soldagem do aço. Em ligas de aço estrutural, pode reduzir a temperabilidade sob tratamento térmico normal quando usado em combinação com manganês, cromo, molibdênio e tungstênio.
O vanádio pode melhorar a relação de resistência e rendimento em aço para molas e aço para rolamentos, especialmente o limite de relação e o limite elástico, e reduzir a sensibilidade ao carbono durante o tratamento térmico, melhorando assim a qualidade da superfície. Quando adicionado aos aços para ferramentas, refina o grão, reduz a sensibilidade ao superaquecimento e aumenta a estabilidade do revenido e a resistência ao desgaste, prolongando a vida útil das ferramentas.
Na cementação de aço, o vanádio permite que o aço seja temperado diretamente após a cementação, sem a necessidade de têmpera secundária. O aço para rolamentos contendo vanádio e cromo possui alta dispersão e bom desempenho.
Elemento 16: Cr （Cromo）
O cromo pode aumentar a temperabilidade do aço e tem o efeito de endurecimento secundário, e pode melhorar a dureza e a resistência ao desgaste do aço carbono sem torná-lo quebradiço.
Quando o teor de Cr é superior a 12%, faz com que o aço tenha boa resistência à oxidação em altas temperaturas e à corrosão, além de aumentar sua resistência a quente.
O cromo é o principal elemento de liga em aço inoxidável, aço resistente a ácidos e aço resistente ao calor.
O cromo pode melhorar a resistência e a dureza do aço carbono sob laminação, reduzir o alongamento e o encolhimento da seção transversal.
Quando o teor de cromo exceder 15%, a resistência e a dureza diminuirão, e o alongamento e o encolhimento da seção transversal aumentarão correspondentemente. Ao retificar, as peças feitas de aço cromo são fáceis de obter alta qualidade superficial.
A principal função do cromo na estrutura de revenido é melhorar a temperabilidade, fazer com que o aço tenha um bom desempenho mecânico abrangente após têmpera e revenido, produzir carboneto de cromo em aço de cementação para melhorar a resistência ao desgaste da superfície do material.
O aço para molas com cromo não é fácil de descarbonetar durante o tratamento térmico.
O cromo pode melhorar a resistência ao desgaste, a dureza e a dureza vermelha do aço para ferramentas e fazer com que ele tenha boa estabilidade de revenido.
Em ligas eletrotérmicas, o cromo pode melhorar a resistência à oxidação, a resistência e a resistência da liga.
Elemento 17：Mn（Manganês）
O Mn pode melhorar a resistência do aço. Como o Mn é relativamente barato e pode ser ligado ao Fe, ele tem pouco efeito na plasticidade e melhora a resistência do aço. Portanto, o Mn é amplamente utilizado para reforçar o aço.
Pode-se dizer que quase todo aço carbono contém Mn. Aço macio para estampagem, aço bifásico (aço DP), aço com plasticidade induzida por transformação (aço TR) e aço martensítico (aço MS) contêm manganês.
Geralmente, o teor de Mn no aço macio não excederá 0,5%. O teor de Mn no aço de alta resistência aumenta com o aumento do nível de resistência, como no aço martensítico, o teor de Mn pode atingir até 3%.
O Mn melhora a temperabilidade do aço e melhora o desempenho do processamento térmico do aço. Um exemplo típico é o aço 40Mn e nº 40.
O Mn pode eliminar a influência do S (enxofre). O Mn pode formar MnS com alto ponto de fusão na fundição do aço, enfraquecendo e eliminando os efeitos adversos do S.
Contudo, o conteúdo de Mn também é uma faca de dois gumes. O aumento do teor de Mn reduzirá a plasticidade e as propriedades de soldagem do aço.
Elemento 18：Co(Cobalto)
O cobalto (Co) é usado em aços especiais e ligas. O aço rápido contendo Co apresenta forte dureza em altas temperaturas.
Quando adicionado ao aço envelhecido martensítico junto com o molibdênio, o Co pode aumentar a dureza do aço e as propriedades mecânicas gerais.
Além disso, o Co é um importante elemento de liga em aço quente e materiais magnéticos.
No entanto, o Co pode reduzir a temperabilidade do aço e, assim, diminuir as suas propriedades mecânicas abrangentes, especialmente no aço carbono.
Além disso, o Co pode fortalecer a ferrita e, quando adicionado ao aço carbono durante o recozimento ou normalização, pode melhorar a dureza, o limite de escoamento e a resistência à tração do aço, mas tem um efeito negativo no seu alongamento e encolhimento da seção transversal.
Além disso, o aumento do teor de Co no aço reduz a sua resistência ao impacto.
Por último, devido às suas propriedades antioxidantes, o Co é utilizado em aços e ligas resistentes ao calor, particularmente em turbinas a gás de ligas à base de Co.
Elemento 19：Ni （Níquel）
Os efeitos benéficos do níquel incluem alta resistência, alta tenacidade, boa temperabilidade, alta resistência e alta resistência à corrosão.
O níquel pode aumentar significativamente a resistência do aço, mantendo ao mesmo tempo alta tenacidade. Além disso, sua temperatura frágil é excepcionalmente baixa (abaixo de -100°C quando o níquel <0,3%, e pode cair para -180°C quando o teor de Co é aumentado para cerca de 4-5%), o que pode melhorar a resistência e a plasticidade do aço endurecido. .
Um aço com Ni=3,5% não pode ser temperado, mas adicionar Ni=8% ao aço Cr pode transformá-lo em tipo M a uma taxa de resfriamento muito baixa.
O níquel tem uma constante de rede semelhante ao γ-Fe, o que o torna propício para melhorar o endurecimento do aço, formando uma solução sólida contínua.
O níquel pode reduzir o ponto crítico e aumentar a estabilidade da austenita, o que leva à redução da temperatura de têmpera e à boa têmpera.
O aço Ni é geralmente usado para peças pesadas de grandes seções. Quando combinado com Cr, W ou Cr e Mo, a temperabilidade pode ser aumentada. O aço níquel-molibdênio possui alto limite de fadiga e o aço Ni possui boa resistência à fadiga térmica, capaz de trabalhar em condições quentes e frias.
No aço inoxidável, o Ni é usado para criar um corpo A uniforme para melhorar a resistência à corrosão.
O aço Ni não superaquece facilmente, o que pode impedir o crescimento de grãos em altas temperaturas e manter uma estrutura de grão fino.
Elemento 20：Cu（cuprum）
O papel proeminente do cobre (Cu) no aço é melhorar a resistência à corrosão atmosférica do aço comum de baixa liga. Quando misturado com fósforo, o Cu também pode melhorar a resistência e a relação de escoamento do aço sem qualquer efeito adverso no seu desempenho de soldagem.
O trilho de aço (U-Cu) contendo 0,20% a 0,50% de Cu tem um período de resistência à corrosão 2 a 5 vezes maior que o do aço carbono normal.
Quando o teor de Cu excede 0,75%, pode ocorrer um efeito de envelhecimento após o tratamento e envelhecimento com solução sólida.
Com baixo teor de Cu, seu efeito é semelhante ao do níquel, porém mais fraco. Com alto teor de Cu, não é adequado para processamento de deformação térmica, o que pode levar à fragilidade do cobre.
Adicionar 2-3% de cobre ao aço inoxidável austenítico pode aumentar a resistência à corrosão do ácido sulfúrico, ácido fosfórico e ácido clorídrico, bem como a estabilidade da corrosão sob tensão.
Elemento 21：Ga（Gálio）
O gálio (Ga) é um elemento localizado na seção γ fechada. O microgálio é solúvel em ferrita e forma uma solução sólida substituta. Não é um elemento formador de carbonetos, mas também não forma óxidos, nitretos e sulfetos.
Nas regiões bifásicas γ+a, o microgálio é facilmente difundido da austenita para a ferrita, onde sua concentração é alta. O efeito do microgálio nas propriedades mecânicas do aço é principalmente o reforço por solução sólida.
Ga tem um efeito menor na resistência à corrosão do aço.
Elemento 22：As（arsênico）
O arsênio (As) do minério só pode ser parcialmente removido no processo de sinterização, mas pode ser removido com torrefação por cloridização. Como será misturado ao ferro-gusa durante o processo de fundição do alto-forno.
Quando o teor de As no aço excede 0,1%, pode aumentar a fragilidade do aço e enfraquecer seu desempenho de soldagem. Assim, o teor de As no minério deve ser controlado, e a quantidade de As no minério não deve exceder 0,07%.
O arsênio tem tendência a aumentar o ponto de escoamento σs e a resistência à tração σb do aço redondo com baixo teor de carbono, ao mesmo tempo que reduz seu alongamento. Além disso, seu efeito na redução da resistência ao impacto Akv do aço redondo de carbono à temperatura normal é significativo.
Elemento 23：Se（selênio）
O selênio (Se) pode melhorar as propriedades de usinagem do aço carbono, aço inoxidável e cobre e tornar a superfície das peças brilhante e limpa.
O aço de silício orientado por alta indução magnética geralmente usa MnSe2 como inibidor. Sua boa inclusão, comparada com a do MnS, é mais forte na contenção do crescimento do grão de recristalização inicial e é mais propícia para promover o crescimento do grão de recristalização secundário selecionado. Isto pode obter uma textura de alta orientação (110) (001).
Elemento 24：Zr（zircônio）
O zircônio (Zr) é um forte elemento formador de carboneto e seu papel no aço é semelhante ao do nióbio, do tântalo e do vanádio.
A adição de uma pequena quantidade de Zr tem os efeitos de desgaseificação, purificação e refinamento do grão, o que é vantajoso para melhorar o desempenho em baixas temperaturas e o desempenho de estampagem do aço.
O Zr é frequentemente usado na fabricação de motores a gás e aço de ultra-alta resistência e ligas de alta temperatura à base de Ni que são necessárias para estruturas de mísseis.
Elemento 25：Nb（nióbio）
O nióbio (Nb) é frequentemente associado ao tântalo e seus papéis no aço são semelhantes. Nb e tântalo podem dissolver-se parcialmente em solução sólida e fortalecê-la.
A têmpera do aço é significativamente melhorada quando o corpo austenítico é dissolvido. Porém, na forma de carbonetos e partículas de óxido, o Nb pode refinar o grão e reduzir a temperabilidade do aço. Pode aumentar a estabilidade do revenido do aço e tem um efeito de endurecimento secundário.
O micronióbio pode melhorar a resistência do aço sem afetar sua plasticidade ou tenacidade. Além disso, pode refinar o grão, melhorar a resistência ao impacto e reduzir a temperatura de transição frágil do aço. Quando o teor de Nb é superior a 8 vezes o do carbono, quase todo o carbono do aço pode ser fixado, fazendo com que o aço tenha boa resistência ao hidrogênio.
Em aços austeníticos, o Nb pode impedir que meios oxidantes causem corrosão intergranular do aço. Ele também pode melhorar o desempenho em alta temperatura do aço quente, como a resistência à fluência, devido ao seu carbono fixo e efeito de endurecimento por precipitação.
O Nb pode melhorar o limite de escoamento e a resistência ao impacto do aço comum de baixa liga e reduzir sua temperatura de transição frágil, o que é benéfico para a soldagem. Na cementação e revenimento de ligas de aço estrutural, pode aumentar a temperabilidade e, ao mesmo tempo, melhorar a tenacidade e o desempenho em baixas temperaturas. Além disso, o Nb pode reduzir o endurecimento ao ar do aço inoxidável martensítico de baixo carbono, evitar a fragilidade da têmpera de endurecimento e aumentar a resistência à fluência.
Elemento 26：Mo（molibdênio）
O molibdênio (Mo) pode melhorar a temperabilidade e a intensidade térmica do aço, prevenir a fragilidade da têmpera, aumentar o magnetismo residual, a coercividade e a resistência à corrosão em alguns meios.
Em aço temperado e revenido, o Mo pode fortalecer a profundidade de têmpera, o endurecimento de peças de seção transversal grande e melhorar a resistência à estiragem ou a estabilidade de revenido do aço. Isso pode fazer com que as peças eliminem (ou reduzam) de forma mais eficaz as tensões residuais e melhorem sua plasticidade sob altas temperaturas.
Na cementação de aço, o Mo pode reduzir a tendência de formação de carboneto em uma malha contínua no limite do grão durante a camada cementada, reduzir a austenita residual na camada cementada e aumentar relativamente a resistência ao desgaste superficial.
No forjamento de aço, o Mo pode manter uma dureza estável do aço e aumentar sua resistência à deformação, rachaduras e abrasão.
Em aço inoxidável resistente a ácidos, o Mo pode melhorar ainda mais sua resistência à corrosão de ácidos orgânicos, como ácido fórmico, ácido acético, ácido oxálico, peróxido de hidrogênio, ácido sulfúrico, ácido sulfuroso, sulfato, corantes ácidos, pó branqueador ou fluido. Em particular, a adição de Mo pode prevenir a tendência à corrosão do íon cloro.
O aço rápido W12Cr4V4Mo com cerca de 1% Mo possui excelente resistência ao desgaste, dureza de revenido e dureza vermelha.
Elemento 27：Sn（Estanum）
O estanho (Sn) tem sido considerado um elemento de impureza prejudicial ao aço. Pode afetar a qualidade do aço, especialmente a qualidade do tarugo de lingotamento contínuo. O Sn pode fazer com que o aço produza fragilidade a quente, fragilidade por revenido, rachaduras e fraturas, afetando o desempenho de soldagem do aço, e é um dos 'cinco males' do aço.
No entanto, o Sn desempenha um papel importante em aço elétrico, ferro fundido e aço de fácil corte. O tamanho dos grãos do aço silício está relacionado à segregação do Sn, e a segregação do Sn pode impedir o crescimento do grão. Quanto maior o teor de Sn, maior será a precipitação dos grãos e mais eficaz será em impedir o crescimento dos grãos. Quanto menor o tamanho do grão, menor será a perda de ferro.
Sn pode alterar as propriedades magnéticas do aço silício e melhorar a resistência da textura favorável {100} no produto acabado do aço silício orientado. Isto pode levar a um aumento óbvio na intensidade da indução magnética. Quando uma pequena quantidade de Sn está contida no ferro fundido, pode melhorar a resistência ao desgaste do aço e afetar a fluidez do ferro fundido. O ferro fundido maleável perlítico possui alta resistência e alta resistência ao desgaste. Para obter a perlita fundida, Sn é adicionado à solução da liga durante a fusão. Como o Sn é um elemento que bloqueia a esferificação do grafite, é necessário controlar a quantidade de adição de Sn, que geralmente é inferior a 0,1%.
O aço de corte fácil pode ser dividido em aço de enxofre, cálcio, chumbo e aço composto de corte fácil. Sn tem uma tendência óbvia a se acumular em torno de inclusões e defeitos. Sn não altera a forma das inclusões de sulfeto no aço, mas pode melhorar a fragilidade e o desempenho de corte do aço pela segregação do limite de grão e do limite de fase. Quando o teor de Sn é >0,05%, o aço apresenta boa capacidade de corte.
Elemento 28：Sb（Estíbio）
Depois de adicionar antimônio (Sb) ao aço silício de alta orientação magnética, o tamanho do grão da primeira e da recristalização secundária pode ser refinado, levando a uma segunda recristalização mais perfeita e a um magnetismo melhorado.
Após a laminação a frio e a descarbonização do aço Sb, os componentes da composição da textura {110} < 115 > ou {110} < 001 > favoráveis ao desenvolvimento da recristalização secundária serão aprimorados e o número de núcleos de cristal secundários aumentará.
Na construção de aço para soldagem contendo Sb, sob temperatura austenítica, o Sb precipita em torno das inclusões de MnS e ao longo do limite de grão original da austenita. A precipitação enriquecida com inclusões de MnS pode refinar a organização do aço e melhorar sua tenacidade.
Elemento 29：W(tungstênio)
No aço, o tungstênio (W) é parcialmente dissolvido no ferro formando uma solução sólida, além de produzir carboneto.
Seu efeito é semelhante ao do Mo, e o efeito geral não é tão significativo quanto o do Mo se calculado pela quantidade.
O principal papel do W no aço é aumentar a estabilidade do revenido, a dureza vermelha, a intensidade do calor e a resistência ao desgaste devido à formação de carboneto.
Portanto, é usado principalmente para aço ferramenta, como aço rápido e aço forjado a quente.
W é um carboneto refratário em aço para molas de alta qualidade, que pode reduzir o processo de concentração de carbonetos e manter a resistência a altas temperaturas em temperaturas mais altas.
W também pode reduzir a sensibilidade ao superaquecimento do aço, aumentar sua temperabilidade e dureza.
O resfriamento a ar faz com que o aço para mola 65SiMnWA tenha alta dureza após laminação a quente.
Um aço para mola com seção transversal de 50 mm2 pode ser endurecido em óleo e suportar uma carga pesada, ser resistente ao calor (não superior a 350 ℃).
O aço para mola 30W4Cr2VA de alta resistência, resistente ao calor e de alta qualidade tem grande temperabilidade e sua resistência à tração pode ser de 1470 ~ 1666 pa após têmpera de 1050 ~ 1100 ℃ e têmpera de 550 ~ 650 ℃.
É usado principalmente na fabricação de molas usadas sob altas temperaturas (500 ℃).
Devido à adição de W, pode melhorar significativamente as propriedades de abrasão e corte do aço, de modo que W é o principal elemento da liga de aço para ferramentas.
Elemento 30：Pb（Plumbum）
O Pb pode melhorar a usinabilidade do aço. O aço contendo Pb possui boas propriedades mecânicas e pode ser tratado termicamente. Porém, devido à sua poluição ambiental e aos efeitos nocivos no processo de reciclagem de resíduos de aço, o Pb tem sido gradativamente substituído.
O Pb é difícil de formar uma solução sólida ou compostos com Fe. Em vez disso, tende a acumular-se no contorno do grão numa forma globular, o que pode causar fragilidade no aço a temperaturas entre 200-480°C e resultar em fissuras durante a soldadura.
Elemento 31：Bi（Bismuto）
O desempenho de corte do aço pode ser melhorado adicionando 0,1-0,4% de Bi ao aço de corte livre.
Quando o Bi é distribuído uniformemente no aço, as partículas de Bi derretem após entrar em contato com a ferramenta de corte, atuando como lubrificante, fazendo com que a ferramenta de corte se quebre para evitar superaquecimento e aumentar a velocidade de corte.
Recentemente, o Bi foi adicionado a muitos aços inoxidáveis para melhorar seu desempenho de corte.
O Bi existe em três tipos de aços de corte livre: independentemente na matriz de aço, envolto em sulfeto, e entre a matriz de aço e o sulfeto.
A taxa de deformação das inclusões de MnS diminui com o aumento do teor de Bi nos lingotes de aço de corte livre S-Bi.
O bimetal no aço pode conter a deformação do sulfeto no processo de forjamento do lingote de aço.
Adicionar 0,002-0,005% de Bi ao ferro fundido pode melhorar o desempenho de fundição do ferro fundido maleável, aumentar a tendência de branqueamento, reduzir o tempo de recozimento e otimizar o desempenho de extensão das peças.
Adicionar 0,005% de Bi ao ferro fundido nodular pode melhorar sua anti-sismicidade e resistência à tração.
É difícil adicionar Bi ao aço porque o Bi volatiliza em grande parte a 1500 ℃ e, portanto, é difícil de ser infiltrado uniformemente no aço.
Atualmente, no exterior, o Bi é substituído por placas de liga Bi-Mn com ponto de fusão de 1050 ℃ como aditivo, mas a taxa de utilização do Bi ainda é de cerca de 20%.
Nippon Steel & Sumitomo Metal, Posco, TYO e outras empresas propuseram que a adição de Bi pode melhorar significativamente o valor B8 do aço silício orientado.
De acordo com as estatísticas, a Nippon Steel & Sumitomo Metal e a JFE têm mais de cem invenções de aço silício de alta orientação magnética, tendo adicionado Bi.
Após adicionar Bi, a indução magnética atinge 1,90T e o máximo é 1,99T.
Outro Elemento 32-48：Re (Terras Raras)
Elementos de terras raras comumente se referem aos lantanídeos com números atômicos variando de 57 a 71 (lantânio, cério, praseodímio, neodímio, promécio, samário, európio, gadolínio, térbio, disprósio, hólmio, érbio, túlio, itérbio e lutécio), mais escândio (nº 21) e ítrio (nº 39), para um total de 17 elementos. Suas propriedades são semelhantes, dificultando sua separação. As terras raras mistas, que são mais baratas, referem-se àquelas que não foram separadas.
As terras raras podem ser usadas para desoxidação, dessulfuração e microligação, e também podem alterar a deformabilidade das inclusões de terras raras. Eles podem afetar a fragilidade do Al2O3 até certo ponto e melhorar o desempenho à fadiga da maioria dos tipos de aço.
Elementos de terras raras, juntamente com Ca, Ti, Zr, Mg e Be, são os agentes deformantes mais eficazes para o sulfeto. Ao adicionar a quantidade adequada de terras raras ao aço, as inclusões de óxido e sulfeto podem ser transformadas em pequenas inclusões globulares dispersas, que eliminam os efeitos nocivos do MnS e de outras inclusões.
Na prática de produção de aço, o enxofre está normalmente presente como FeS e MnS. Quando o teor de Mn é alto no aço, é mais provável que se forme MnS. Embora o MnS tenha um alto ponto de fusão e possa evitar a fragilidade térmica, durante a deformação da usinagem, ele pode se estender na direção do processamento e formar tiras. Isto pode reduzir significativamente a plasticidade, tenacidade e resistência à fadiga do aço, tornando necessário adicionar RE ao aço para processamento de deformação.
Os elementos de terras raras também podem aumentar a resistência à oxidação e à corrosão do aço. Seu efeito na resistência à oxidação é maior que o do silício, alumínio e titânio. Eles podem melhorar o fluxo do aço, reduzir a inclusão não metálica e tornar a estrutura de aço densa e pura. O papel das terras raras no aço é principalmente purificação, metamorfismo e liga.
Com o controle gradual do teor de enxofre de oxigênio, a purificação tradicional do aço fundido e o metamorfismo estão gradualmente enfraquecendo, enquanto novas tecnologias de purificação e efeitos de liga estão sendo aprimorados. Os elementos de terras raras aumentam a capacidade antioxidante da liga de alumínio ferrocromo e mantêm o grão fino do aço em altas temperaturas, aumentando significativamente sua resistência em altas temperaturas e a vida útil da liga eletrotérmica.
