Elemento 1: H (hidrógeno)
El hidrógeno es el elemento más dañino del acero y la solución de hidrógeno en el acero puede causar fragilidad por hidrógeno y manchas blancas en el acero.
Al igual que el oxígeno y el nitrógeno, la solubilidad del hidrógeno en el acero sólido es muy baja. Cuando el hidrógeno se mezcla con acero líquido a altas temperaturas, no puede escapar a tiempo antes de enfriarse y se acumula en la organización, formando poros finos a alta presión. Esto puede hacer que la plasticidad, tenacidad y resistencia a la fatiga del acero se reduzcan drásticamente o incluso provoquen grietas graves y fracturas frágiles.
La fragilización por hidrógeno ocurre principalmente en el acero martensítico, pero no es muy prominente en el acero de ferrita. Generalmente aumenta junto con la dureza y el contenido de carbono.
Por otro lado, el hidrógeno puede mejorar la conductividad magnética del acero, pero también aumenta la coercitividad y la pérdida de hierro. La coercitividad se puede aumentar de 0,5 a 2 veces después de añadir hidrógeno.
Elemento 2:(Boro)
La función principal del boro en el acero es aumentar la templabilidad del acero, ahorrando así otros metales relativamente raros como el níquel, cromo, molibdeno, etc. Para ello, su contenido se estipula generalmente en el rango del 0,001% al 0,005%. Puede sustituir el 1,6% de níquel, el 0,3% de cromo o el 0,2% de molibdeno.
Cuando se utiliza boro para reemplazar el molibdeno, cabe señalar que aunque el molibdeno puede prevenir o reducir la fragilidad, el boro tiene una ligera tendencia a promoverla. Por tanto, el molibdeno no puede ser sustituido completamente por boro.
Agregar boro al acero al carbono puede mejorar la templabilidad, lo que puede mejorar en gran medida el rendimiento del acero de más de 20 mm de espesor. Por lo tanto, el acero 40B y 40MnB puede reemplazar al 40Cr, y el acero 20Mn2TiB puede reemplazar al acero de cementación 20CrMnTi.
Sin embargo, debido al efecto debilitado o desaparecido del boro con el aumento del contenido de carbono en el acero, al elegir acero para la cementación con boro, se debe tener en cuenta que después de cementar las piezas, la templabilidad de la capa cementada será menor que la de la capa cementada. centro.
Generalmente, se requiere que el acero para resortes esté completamente endurecido y el acero al boro sería una buena opción debido a su pequeña área de resorte. Sin embargo, el efecto del boro en el acero para resortes con alto contenido de silicio es volátil, por lo que no debe usarse.
El boro, el nitrógeno y el oxígeno tienen una gran afinidad. Agregar un 0,007 % de boro al borde de acero puede eliminar el envejecimiento del acero.
Elemento 3: C (Carbono)
El carbono es el elemento principal después del hierro y afecta directamente a la resistencia, plasticidad, tenacidad y propiedades de soldadura del acero.
Cuando el contenido de carbono en el acero es inferior al 0,8%, la resistencia y dureza del acero aumentan con la adición de contenido de carbono, mientras que la plasticidad y tenacidad disminuyen.
Sin embargo, cuando el contenido de carbono es superior al 1,0%, la resistencia del acero disminuye a medida que aumenta el contenido de carbono.
A medida que aumenta el contenido de carbono, el rendimiento de soldadura del acero disminuye (cuando el contenido de carbono en el acero es superior al 0,3%, su soldabilidad disminuye significativamente). Además, aumentan la fragilidad en frío y la sensibilidad al envejecimiento y disminuye la resistencia a la corrosión atmosférica.
Elemento 4: N (Nitrógeno)
El efecto del nitrógeno (N) sobre el rendimiento del acero es similar al del carbono y el fósforo. Con un aumento en el contenido de nitrógeno, puede mejorar significativamente la resistencia del acero, reduciendo su plasticidad, especialmente su tenacidad y soldabilidad, y aumentando su fragilidad en frío.
Además, aumentan la tendencia al envejecimiento, la fragilidad en frío y en caliente, y se dañan las propiedades de soldadura y flexión en frío del acero. Por lo tanto, se debe minimizar y restringir el contenido de nitrógeno en el acero.
El contenido de nitrógeno no debe ser superior al 0,018%. Cuando se combina con aluminio, niobio, vanadio y otros elementos, el nitrógeno puede reducir sus efectos adversos y mejorar el rendimiento del acero. El nitrógeno también se puede utilizar como elemento de aleación para aceros de baja aleación.
En algunos aceros inoxidables, un contenido adecuado de nitrógeno puede reducir el uso de Cr y reducir efectivamente los costos.
Elemento 5: O (Oxígeno)
El oxígeno es un elemento nocivo para el acero. Está presente de forma natural en el acero durante el proceso de fabricación del acero, lo que hace imposible eliminarlo por completo, incluso con la adición de manganeso, silicio, hierro y aluminio al final del proceso.
Durante la solidificación del acero fundido, las reacciones del oxígeno y el carbono en la solución producen monóxido de carbono, que puede provocar burbujas.
En el acero, el oxígeno existe principalmente en forma de FeO, MnO, SiO2 y Al2O3, lo que reduce la resistencia y plasticidad del acero. En particular, la resistencia a la fatiga y la tenacidad se verán seriamente afectadas.
El oxígeno aumentará la pérdida de hierro en el acero al silicio, debilitará la conductividad magnética y la intensidad de la inducción magnética y mejorará el efecto del envejecimiento magnético.
Elemento 6: Mg (Magnesio)
El magnesio (Mg) puede reducir la cantidad de inclusiones en el acero, disminuir su tamaño, crear una distribución uniforme y mejorar su forma.
En el acero para rodamientos, trazas de magnesio pueden mejorar el tamaño y la distribución de los carburos.
Cuando el contenido de magnesio está entre 0,002% y 0,003%, la resistencia a la tracción y el límite elástico del acero aumentan en más del 5%, mientras que la plasticidad permanece esencialmente sin cambios.
Elemento 7: Al (aluminio)
El aluminio, añadido al acero como desoxidante o elemento de aleación, es mucho más fuerte que el silicio y el manganeso en términos de desoxidación.
La función principal del aluminio en el acero es refinar los granos y estabilizar el nitrógeno, lo que mejora significativamente la resistencia al impacto del acero y reduce la tendencia a la fragilidad por frío y al envejecimiento.
Para acero estructural al carbono de grado D, el contenido de aluminio soluble en ácido en el acero no debe ser inferior al 0,015%. Para embutición profunda con lámina laminada en frío 08AL, el contenido de aluminio soluble en ácido en el acero debe ser del 0,015 % al 0,065 %.
El aluminio también puede mejorar la resistencia a la corrosión del acero, especialmente cuando se combina con molibdeno, cobre, silicio, cromo y otros elementos.
Se añade aluminio al acero al cromo molibdeno y al acero al cromo para aumentar su resistencia al desgaste.
La presencia de aluminio en el acero para herramientas con alto contenido de carbono puede hacer que el proceso de endurecimiento sea quebradizo.
La desventaja del aluminio es que puede afectar las propiedades de procesamiento térmico, el rendimiento de soldadura y el rendimiento de corte del acero.
Elemento 8: Si (silicio)
El Si es un agente reductor y desoxidante esencial en el proceso de fabricación del acero.
Muchos materiales de carbono contienen menos del 0,5% de Si, y este Si normalmente se introduce durante el proceso de fabricación del acero como agente reductor y desoxidante.
El silicio se puede disolver en ferrita y austenita para aumentar la dureza y resistencia del acero, que ocupa el segundo lugar después del fósforo y es más resistente que el manganeso, el níquel, el cromo, el tungsteno, el molibdeno y el vanadio.
Sin embargo, cuando el contenido de silicio supera el 3%, la plasticidad y tenacidad del acero se reducirán significativamente.
El silicio puede mejorar el límite elástico, el límite elástico y el límite elástico del acero (Os/Ob), así como la resistencia a la fatiga y la tasa de fatiga (σ-1/σb), razón por la cual el silicio o el acero al silicio y manganeso se pueden utilizar como acero para resortes. .
El silicio puede reducir la densidad, la conductividad térmica y la conductividad del acero. Puede promover el espesamiento de los granos de ferrita y reducir la fuerza coercitiva.
El silicio también puede reducir la anisotropía del cristal, facilitando la magnetización y reduciendo la resistencia magnética, lo que puede usarse para producir acero eléctrico, por lo que la pérdida del bloque magnético de la lámina de acero al silicio es baja.
El silicio puede mejorar la permeabilidad magnética de la ferrita, de modo que la lámina de acero tenga una mayor intensidad magnética bajo un campo magnético más débil. Pero en un campo magnético fuerte, el silicio reduce la intensidad magnética del acero. El silicio tiene una fuerte fuerza desoxidante que reduce el efecto de envejecimiento magnético del hierro.
Cuando se calienta en una atmósfera oxidante, el acero al silicio forma una capa de película de SiO2 que mejora la resistencia a la oxidación del acero a altas temperaturas.
El silicio puede promover el crecimiento de cristales columnares en acero fundido y reducir la plasticidad.
Si el acero al silicio se enfría rápidamente cuando se calienta, debido a la baja conductividad térmica, la diferencia de temperatura interna y externa del acero es grande, lo que puede causar que el acero se rompa fácilmente.
El silicio puede reducir el rendimiento de la soldadura del acero porque es más fácil de oxidar que el hierro. Es fácil generar silicato con un punto de fusión bajo durante la soldadura, lo que puede aumentar la fluidez de la escoria y el metal fundido, provocar salpicaduras y afectar la calidad de la soldadura.
El silicio es un buen desoxidante. Cuando se desoxida el aluminio, se puede agregar una cierta cantidad de silicio para mejorar significativamente la tasa de desoxidación.
El silicio tiene un cierto residuo en el acero, que se introduce en el acero como materia prima. En el acero para llantas, el silicio se limita a < 0,07 % y, cuando es necesario, se añade una aleación de silicio y hierro a la producción de acero.
Elemento 9: (Fósforo)
El OP se introduce en el acero a través del mineral, que generalmente se considera un elemento nocivo. Aunque el fósforo puede aumentar la resistencia y la dureza del acero, disminuye significativamente la plasticidad y la resistencia al impacto.
Especialmente a bajas temperaturas, esto hace que el acero se vuelva notablemente quebradizo, lo que se denomina “fragilidad en frío”.
La fragilidad en frío debilita el procesamiento en frío y la soldabilidad del acero.
Cuanto mayor es el contenido de fósforo, mayor es la fragilidad en frío, por lo que el contenido de fósforo en el acero está estrictamente controlado.
Acero de alta calidad: P < 0,025%; Acero de calidad: P < 0,04%; Acero común: P < 0,085%.
P es fuerte en el fortalecimiento de soluciones sólidas y en el endurecimiento por enfriamiento rápido.
Cuando se combina con cobre, puede mejorar la resistencia a la corrosión atmosférica del acero de baja aleación de alta resistencia al tiempo que reduce su rendimiento de estampado en frío;
Cuando se combina con azufre y manganeso, el P puede mejorar la maquinabilidad del acero, la fragilidad del temple y la sensibilidad a la fragilidad en frío.
El fósforo puede mejorar la relación de resistencia y puede reducir la fuerza coercitiva y la pérdida por corrientes parásitas debido al grano grueso.
Para la inducción magnética, la inducción magnética del acero con mayor contenido de P mejorará en campos magnéticos débiles.
El trabajo en caliente de acero al silicio que contiene P no es difícil, pero debido a que el P puede hacer que el acero al silicio se vuelva quebradizo, su contenido debe ser ≯ 0,15% (como en el acero al silicio eléctrico laminado en frío, el contenido de P es 0,07 ~ 0,10%). .
El fósforo es el elemento más poderoso de la ferrita. (El efecto del P sobre la temperatura de recristalización del acero al silicio y el crecimiento del grano es de 4 a 5 veces mayor que el del silicio con el mismo contenido).
Elemento 10: S (Azufre)
El azufre se deriva del mineral y del combustible de coque utilizado en la fabricación de acero. Es un elemento nocivo para el acero.
El azufre existe en el acero en forma de FeS. FeS y Fe forman un compuesto con un punto de fusión bajo de 985 ℃. La temperatura de trabajo en caliente del acero es generalmente superior a 1150 ℃. Por lo tanto, durante el trabajo en caliente, los compuestos de FeS pueden fundirse prematuramente y provocar la rotura de la pieza. Este fenómeno se llama "fragilidad en caliente". Reduce la ductilidad y tenacidad del acero, provocando grietas durante el forjado y laminación.
El azufre también es perjudicial para el rendimiento de la soldadura y reduce la resistencia a la corrosión del acero. El contenido de azufre en el acero de alta calidad debe ser inferior al 0,02% al 0,03%, en el acero de baja calidad menos del 0,03% al 0,045% y en el acero ordinario menos del 0,055% al 0,7%.
El azufre se puede utilizar en la producción de piezas de acero que requieren baja capacidad y mayor brillo superficial, conocidos como aceros de corte rápido, como el Cr14 con una pequeña cantidad de azufre añadido intencionalmente (0,2% a 0,4%). Algunos aceros rápidos y aceros para herramientas utilizan S para procesar la superficie.
Elementos 11 y 12: K/Na（Kalium/Natrium）
K/Na se puede utilizar como modificador para esferoidizar los carburos en el hierro blanco, mejorando su tenacidad hasta dos veces manteniendo su dureza.
También pueden refinar la estructura del hierro dúctil y estabilizar el proceso de producción de hierro vermicular.
Además, el K/Na son elementos eficaces para promover la austenitización. Por ejemplo, pueden reducir la relación manganeso/carbono del acero austenítico al manganeso de 10:1-13:1 a 4:1-5:1.
Elemento 13: Ca (Calcio)
Agregar calcio al acero puede refinar su grano, desulfurarlo parcialmente y cambiar la composición, cantidad y forma de las inclusiones no metálicas, de manera similar a agregar tierras raras al acero.
Esto puede mejorar la resistencia a la corrosión, la resistencia al desgaste, el rendimiento del acero a altas y bajas temperaturas, así como su resistencia al impacto, resistencia a la fatiga, plasticidad y propiedades de soldadura.
Además, la adición de calcio puede mejorar el tratamiento en frío, la resistencia a los golpes, la dureza y la resistencia al contacto del acero. En el acero fundido, la adición de calcio aumenta la movilidad del acero fundido, mejora la superficie de la fundición y elimina la anisotropía de las organizaciones en la fundición. Aumenta su rendimiento de fundición, resistencia al agrietamiento térmico, propiedades mecánicas y rendimiento de mecanizado.
Además, añadir calcio al acero puede mejorar su rendimiento frente al craqueo por hidrógeno y la rotura laminar, además de prolongar la vida útil de equipos y herramientas. Se añade calcio a la aleación madre como desoxidante, inoculante y agente microaglutinante.
Elemento 14: Ti (titanio)
El titanio tiene una fuerte afinidad por el nitrógeno, el oxígeno y el carbono y una mayor afinidad por el S que el hierro, lo que lo convierte en un elemento eficaz para la desoxidación y fijación del nitrógeno y el carbono.
Aunque el titanio es un fuerte elemento formador de carburos, no se combina con otros elementos para formar compuestos.
El carburo de titanio tiene una fuerte fuerza de unión, es estable y difícil de descomponer. Sólo puede disolverse lentamente en acero a temperaturas superiores a 1000 ℃.
Antes del aislamiento, las partículas de carburo de titanio pueden impedir el crecimiento del grano.
Debido a la mayor afinidad del titanio por el carbono que por el cromo, se usa comúnmente en acero inoxidable para fijar carbono, eliminar la dilución de cromo en el límite de grano y eliminar o reducir la corrosión intergranular en el acero.
El titanio también es un fuerte elemento formador de ferrita que aumenta en gran medida las temperaturas A1 y A3 del acero.
En el acero común de baja aleación, el titanio puede mejorar la plasticidad y la tenacidad, al tiempo que aumenta la resistencia del acero al fijar nitrógeno y azufre y formar carburo de titanio.
El refinamiento del grano formado por carburos de normalización y precipitación puede mejorar en gran medida la plasticidad y la resistencia al impacto del acero.
El acero estructural de aleación que contiene titanio tiene buenas propiedades mecánicas y rendimiento del proceso, pero su principal desventaja es su baja templabilidad.
En el acero inoxidable con alto contenido de cromo, el contenido de titanio es generalmente cinco veces mayor que el del carbono, lo que puede mejorar la resistencia a la corrosión (principalmente anticorrosión intergranular) y la tenacidad del acero, promover el crecimiento de grano a altas temperaturas y mejorar el rendimiento de soldadura del acero.
Elemento 15: V (Vanadio)
El vanadio tiene una fuerte afinidad por el carbono, el nitrógeno y el oxígeno, formando compuestos estables con ellos. En el acero, el vanadio está presente principalmente en forma de carburos.
El vanadio actúa para refinar la estructura y la veta del acero y puede aumentar la templabilidad cuando se disuelve en una solución sólida a altas temperaturas. Sin embargo, cuando está presente en forma de carburos, puede reducir la templabilidad. El vanadio también aumenta la estabilidad del templado del acero endurecido y produce un efecto de endurecimiento secundario.
La cantidad de vanadio en el acero generalmente se limita al 0,5%, excepto en el acero para herramientas de alta velocidad. En el acero de aleación común con bajo contenido de carbono, el vanadio puede refinar los granos y mejorar la resistencia, el rendimiento, las propiedades a baja temperatura y las propiedades de soldadura del acero. En aleaciones de acero estructural, puede reducir la templabilidad bajo tratamiento térmico normal cuando se usa en combinación con manganeso, cromo, molibdeno y tungsteno.
El vanadio puede mejorar la resistencia y el índice de elasticidad en acero para resortes y acero para rodamientos, especialmente el límite elástico y el límite elástico, y reducir la sensibilidad al carbono durante el tratamiento térmico, mejorando así la calidad de la superficie. Cuando se agrega a los aceros para herramientas, refina la veta, reduce la sensibilidad al sobrecalentamiento y aumenta la estabilidad del revenido y la resistencia al desgaste, extendiendo la vida útil de la herramienta.
En la cementación de acero, el vanadio permite que el acero se enfríe directamente después de la cementación, sin necesidad de un enfriamiento secundario. El acero para rodamientos que contiene vanadio y cromo tiene una alta dispersión y un buen rendimiento.
Elemento 16: Cr（Cromo）
El cromo puede aumentar la templabilidad del acero y tiene el efecto de endurecimiento secundario, y puede mejorar la dureza y la resistencia al desgaste del acero al carbono sin hacerlo quebradizo.
Cuando el contenido de Cr es superior al 12% hace que el acero tenga buena resistencia a la oxidación a altas temperaturas y a la corrosión, además de aumentar su resistencia en caliente.
El cromo es el principal elemento de aleación en el acero inoxidable, el acero resistente a los ácidos y el acero resistente al calor.
El cromo puede mejorar la resistencia y la dureza del acero al carbono al ser laminado, reducir el alargamiento y la contracción de la sección transversal.
Cuando el contenido de cromo excede el 15%, la resistencia y la dureza disminuirán y el alargamiento y la contracción de la sección transversal aumentarán en consecuencia. Al rectificar piezas de acero cromado es fácil obtener una alta calidad superficial.
La función principal del cromo en la estructura de templado es mejorar la templabilidad, hacer que el acero tenga un buen rendimiento mecánico integral después del enfriamiento y revenido, producir carburo de cromo en el acero cementado para mejorar la resistencia al desgaste de la superficie del material.
El acero para resortes al cromo no es fácil de descarburar durante el tratamiento térmico.
El cromo puede mejorar la resistencia al desgaste, la dureza y la dureza al rojo del acero para herramientas y hacer que tenga una buena estabilidad al templado.
En aleaciones electrotérmicas, el cromo puede mejorar la resistencia a la oxidación, la resistencia y la tenacidad de la aleación.
Elemento 17 : Mn (manganeso)
Mn puede mejorar la resistencia del acero. Debido a que el Mn es relativamente barato y puede alearse con Fe, tiene poco efecto sobre la plasticidad y mejora la resistencia del acero. Por tanto, el Mn se utiliza mucho para reforzar el acero.
Se puede decir que casi todo el acero al carbono contiene Mn. El acero dulce para estampación, el acero bifásico (acero DP), el acero con plasticidad inducida por transformación (acero TR) y el acero martensítico (acero MS) contienen manganeso.
Generalmente, el contenido de Mn en el acero dulce no excederá el 0,5%. El contenido de Mn en el acero de alta resistencia aumenta al aumentar el nivel de resistencia, como en el acero martensítico, el contenido de Mn puede alcanzar hasta el 3%.
Mn mejora la templabilidad del acero y mejora el rendimiento del procesamiento térmico del acero. Un ejemplo típico es el acero 40Mn y #40.
Mn puede eliminar la influencia del S (azufre). El Mn puede formar MnS con un alto punto de fusión en la fundición de acero, debilitando y eliminando los efectos adversos del S.
Sin embargo, el contenido de Mn también es un arma de doble filo. El aumento del contenido de Mn reducirá la plasticidad y las propiedades de soldadura del acero.
Elemento 18 : Co (cobalto)
El cobalto (Co) se utiliza en aceros y aleaciones especiales. El acero rápido que contiene coco tiene una gran dureza a altas temperaturas.
Cuando se agrega al acero envejecido martensítico junto con molibdeno, el Co puede aumentar la dureza del acero y las propiedades mecánicas generales.
Además, el Co es un importante elemento de aleación en acero caliente y materiales magnéticos.
Sin embargo, el Co puede reducir la templabilidad del acero y así disminuir sus propiedades mecánicas integrales, especialmente en el acero al carbono.
Además, el Co puede fortalecer la ferrita y, cuando se agrega al acero al carbono durante el recocido o la normalización, puede mejorar la dureza, el límite elástico y la resistencia a la tracción del acero, pero tiene un efecto negativo en su alargamiento y contracción.
Además, el aumento del contenido de Co en el acero reduce su resistencia al impacto.
Por último, debido a sus propiedades antioxidantes, el Co se utiliza en aceros y aleaciones resistentes al calor, particularmente en turbinas de gas de aleaciones a base de Co.
Elemento 19 : Ni (níquel)
Los efectos beneficiosos del níquel incluyen alta resistencia, alta tenacidad, buena templabilidad, alta resistencia y alta resistencia a la corrosión.
El níquel puede aumentar significativamente la resistencia del acero manteniendo una alta tenacidad. Además, su temperatura de fragilidad es excepcionalmente baja (por debajo de -100°C cuando el níquel es <0,3%, y puede caer a -180°C cuando el contenido de Co aumenta a aproximadamente 4-5%), lo que puede mejorar la resistencia y la plasticidad. de acero endurecido. .
Un acero con Ni=3,5% no se puede templar, pero agregar Ni=8% al acero al Cr puede convertirlo en tipo M a una velocidad de enfriamiento muy baja.
El níquel tiene una constante de red similar a la del γ-Fe, lo que lo hace propicio para mejorar el endurecimiento del acero al formar una solución sólida continua.
El níquel puede reducir el punto crítico y aumentar la estabilidad de la austenita, lo que conduce a la reducción de la temperatura de enfriamiento y a un buen enfriamiento.
El acero al Ni se utiliza generalmente para piezas pesadas de secciones grandes. Cuando se combina con Cr, W o Cr y Mo, se puede aumentar la templabilidad. El acero al níquel-molibdeno tiene un límite de fatiga alto y el acero al Ni tiene buena resistencia a la fatiga térmica, capaz de trabajar en condiciones de frío y calor.
En acero inoxidable, el Ni se utiliza para crear un cuerpo A uniforme para mejorar la resistencia a la corrosión.
El acero Ni no se sobrecalienta fácilmente, lo que puede impedir el crecimiento del grano a altas temperaturas y mantener una estructura de grano fino.
Elemento 20 : Cu (cupro)
El papel destacado del cobre (Cu) en el acero es mejorar la resistencia a la corrosión atmosférica del acero común de baja aleación. Cuando se mezcla con fósforo, el Cu también puede mejorar la resistencia y el índice de elasticidad del acero sin ningún efecto adverso en su rendimiento de soldadura.
El riel de acero (U-Cu) que contiene entre 0,20 % y 0,50 % de Cu tiene un período de resistencia a la corrosión de 2 a 5 veces mayor que el del acero al carbono normal.
Cuando el contenido de Cu excede el 0,75%, puede ocurrir un efecto de envejecimiento después del tratamiento y envejecimiento de la solución sólida.
Con un bajo contenido en Cu, su efecto es similar al del níquel, pero más débil. Con un alto contenido de Cu, no es adecuado para el procesamiento de deformación térmica, lo que puede provocar fragilidad del cobre.
Agregar entre un 2 y un 3 % de cobre al acero inoxidable austenítico puede aumentar la resistencia a la corrosión del ácido sulfúrico, el ácido fosfórico y el ácido clorhídrico, así como la estabilidad del agrietamiento por corrosión bajo tensión.
Elemento 21 : Ga (galio)
El galio (Ga) es un elemento ubicado en la sección γ cerrada. El microgalio es soluble en ferrita y forma un sustituto de solución sólida. No es un elemento formador de carburos, pero tampoco forma óxidos, nitruros ni sulfuros.
En las regiones de dos fases γ+a, el microgalio se difunde fácilmente de austenita a ferrita, donde su concentración es alta. El efecto del microgalio sobre las propiedades mecánicas del acero es principalmente el fortalecimiento en solución sólida.
Ga tiene un efecto menor sobre la resistencia a la corrosión del acero.
Elemento 22 : Como (arsénico)
El arsénico (As) del mineral sólo se puede eliminar parcialmente en el proceso de sinterización, pero se puede eliminar mediante tostación por cloración. Cómo se mezclará con arrabio durante el proceso de fundición en alto horno.
Cuando el contenido de As en el acero supera el 0,1%, puede aumentar la fragilidad del acero y debilitar su rendimiento de soldadura. Por lo tanto, se debe controlar el contenido de As en el mineral y la cantidad de As en el mineral no debe exceder el 0,07%.
El arsénico tiene tendencia a aumentar el límite elástico σs y la resistencia a la tracción σb del acero redondo con bajo contenido de carbono al tiempo que reduce su alargamiento. Además, su efecto en la reducción de la resistencia al impacto Akv del acero al carbono redondo a temperatura normal es significativo.
Elemento 23 : Se (selenio)
El selenio (Se) puede mejorar las propiedades de mecanizado del acero al carbono, el acero inoxidable y el cobre y hacer que la superficie de las piezas sea brillante y limpia.
El acero al silicio orientado de alta inducción magnética generalmente utiliza MnSe2 como inhibidor. Su buena inclusión, en comparación con la de MnS, es más fuerte para restringir el crecimiento del grano de recristalización inicial y es más propicia para promover el crecimiento del grano de recristalización secundaria seleccionado. Esto puede lograr una textura de alta orientación (110)(001).
Elemento 24 : Zr (circonio)
El circonio (Zr) es un fuerte elemento formador de carburos y su papel en el acero es similar al del niobio, el tantalio y el vanadio.
Agregar una pequeña cantidad de Zr tiene los efectos de desgasificar, purificar y refinar el grano, lo que es ventajoso para mejorar el rendimiento a baja temperatura y el rendimiento de estampado del acero.
El Zr se utiliza a menudo en la fabricación de motores de gas y en acero de ultra alta resistencia y aleaciones a base de Ni de alta temperatura que se necesitan para las estructuras de misiles.
Elemento 25 : Nb (niobio)
El niobio (Nb) se asocia a menudo con el tantalio y sus funciones en el acero son similares. El Nb y el tantalio pueden disolverse parcialmente en una solución sólida y fortalecerla.
El templado del acero mejora significativamente cuando se disuelve el cuerpo austenítico. Sin embargo, en forma de carburos y partículas de óxido, el Nb puede refinar el grano y reducir la templabilidad del acero. Puede aumentar la estabilidad del templado del acero y tiene un efecto de endurecimiento secundario.
El microniobio puede mejorar la resistencia del acero sin afectar su plasticidad o dureza. Además, puede refinar la fibra, mejorar la resistencia al impacto y reducir la temperatura de transición frágil del acero. Cuando el contenido de Nb es más de 8 veces mayor que el del carbono, casi todo el carbono del acero se puede fijar, lo que hace que el acero tenga una buena resistencia al hidrógeno.
En los aceros austeníticos, el Nb puede evitar que los medios oxidantes provoquen corrosión intergranular del acero. También puede mejorar el rendimiento a altas temperaturas del acero caliente, como la resistencia a la fluencia, debido a su carbono fijo y su efecto de endurecimiento por precipitación.
Nb puede mejorar el límite elástico y la resistencia al impacto del acero común de baja aleación y reducir su temperatura de transición frágil, lo cual es beneficioso para la soldadura. Al cementar y templar aleaciones de acero estructural, puede aumentar la templabilidad y al mismo tiempo mejorar la tenacidad y el rendimiento a bajas temperaturas. Además, Nb puede reducir el endurecimiento al aire del acero inoxidable martensítico con bajo contenido de carbono, evitar el endurecimiento, enfriar la fragilidad y aumentar la resistencia a la fluencia.
Elemento 26 : Mo (molibdeno)
El molibdeno (Mo) puede mejorar la templabilidad y la intensidad térmica del acero, prevenir la fragilidad, aumentar el magnetismo residual, la coercitividad y la resistencia a la corrosión en algunos medios.
En acero templado y revenido, el Mo puede fortalecer la profundidad de templado, endurecer piezas de sección transversal grande y mejorar la resistencia al embutición o la estabilidad del revenido del acero. Esto puede hacer que las piezas eliminen (o reduzcan) de manera más efectiva las tensiones residuales y mejoren su plasticidad bajo altas temperaturas.
En la cementación de acero, el Mo puede reducir la tendencia del carburo a formar una malla continua en el límite del grano durante la capa de cementación, reducir la austenita residual en la capa de cementación y aumentar relativamente la resistencia al desgaste de la superficie.
En la forja de acero, el Mo puede mantener una dureza estable del acero y aumentar su resistencia a la deformación, el agrietamiento y la abrasión.
En el acero inoxidable resistente a los ácidos, el Mo puede mejorar aún más su resistencia a la corrosión frente a ácidos orgánicos como el ácido fórmico, el ácido acético, el ácido oxálico, el peróxido de hidrógeno, el ácido sulfúrico, el ácido sulfuroso, el sulfato, los colorantes ácidos, el polvo o el líquido blanqueador. En particular, la adición de Mo puede prevenir la tendencia a la corrosión del ion cloro.
El acero rápido W12Cr4V4Mo con aproximadamente 1% de Mo tiene excelente resistencia al desgaste, dureza de revenido y dureza al rojo.
Elemento 27 : Sn (Estanum)
El estaño (Sn) se ha considerado una impureza nociva en el acero. Puede afectar la calidad del acero, especialmente la calidad de la palanquilla de colada continua. El Sn puede hacer que el acero produzca fragilidad en caliente, moderando la fragilidad, grietas y fracturas, afectando el rendimiento de la soldadura del acero, y es uno de los "cinco males" del acero.
Sin embargo, el Sn juega un papel importante en el acero eléctrico, el hierro fundido y el acero de fácil corte. El tamaño de grano del acero al silicio está relacionado con la segregación de Sn, y la segregación de Sn puede impedir el crecimiento del grano. Cuanto mayor sea el contenido de Sn, mayor será la precipitación del grano y más eficaz será para prevenir el crecimiento del grano. Cuanto menor sea el tamaño del grano, menor será la pérdida de hierro.
El Sn puede cambiar las propiedades magnéticas del acero al silicio y mejorar la resistencia de la textura {100} favorable en el producto acabado de acero al silicio orientado. Esto puede provocar un aumento evidente de la intensidad de la inducción magnética. Cuando el hierro fundido contiene una pequeña cantidad de Sn, puede mejorar la resistencia al desgaste del acero y afectar la fluidez del hierro fundido. El hierro fundido maleable perlítico tiene alta resistencia y alta resistencia al desgaste. Para obtener perlita fundida, se añade Sn a la solución de aleación durante la fusión. Dado que el Sn es un elemento que bloquea la esferificación del grafito, es necesario controlar la cantidad de adición de Sn, que generalmente es inferior al 0,1%.
El acero de fácil corte se puede dividir en azufre, calcio, plomo y acero compuesto de fácil corte. El Sn tiene una tendencia obvia a acumularse alrededor de inclusiones y defectos. El Sn no cambia la forma de las inclusiones de sulfuro en el acero, pero puede mejorar la fragilidad y el rendimiento de corte del acero mediante la segregación del límite de grano y del límite de fase. Cuando el contenido de Sn es >0,05%, el acero tiene buena capacidad de corte.
Elemento 28 : Sb (estibium)
Después de agregar antimonio (Sb) al acero al silicio de alta orientación magnética, el tamaño de grano de la primera y secundaria recristalización se puede refinar, lo que lleva a una segunda recristalización más perfecta y a un magnetismo mejorado.
Después del laminado en frío y la descarbonización del acero Sb, se mejorarán los componentes de la composición de textura {110}<115> o {110}<001> favorables para el desarrollo de la recristalización secundaria y aumentará el número de núcleos cristalinos secundarios.
En la construcción de acero de soldadura que contiene Sb, bajo temperatura austenítica, el Sb precipita alrededor de inclusiones de MnS y a lo largo del límite original del grano de austenita. La precipitación enriquecida con inclusiones de MnS puede refinar la organización del acero y mejorar su tenacidad.
Elemento 29 : W (tungsteno)
En el acero, el tungsteno (W) se disuelve parcialmente en hierro formando una solución sólida, además de producir carburo.
Su efecto es similar al del Mo y el efecto general no es tan significativo como el del Mo si se calcula en cantidad.
La función principal de W en el acero es aumentar la estabilidad del revenido, la dureza al rojo, la intensidad del calor y la resistencia al desgaste debido a la formación de carburo.
Por lo tanto, se utiliza principalmente para acero para herramientas, como acero de alta velocidad y acero forjado en caliente.
W es un carburo refractario de acero para resortes de alta calidad, que puede reducir el proceso de concentración de carburo y mantener la resistencia a altas temperaturas a temperaturas más altas.
W también puede reducir la sensibilidad al sobrecalentamiento del acero, aumentar su templabilidad y dureza.
El enfriamiento por aire hace que el acero para resortes 65SiMnWA tenga una alta dureza después del laminado en caliente.
Un acero para resortes con una sección transversal de 50 mm2 puede endurecerse en aceite y soportar cargas pesadas, ser resistente al calor (que no exceda los 350 ℃).
El acero para resortes 30W4Cr2VA de alta resistencia, resistente al calor y de alta calidad tiene una gran templabilidad y su resistencia a la tracción puede ser de 1470 ~ 1666 pa después de enfriar a 1050 ~ 1100 ℃ y enfriar a 550 ~ 650 ℃.
Se utiliza principalmente en la fabricación de resortes utilizados a altas temperaturas (500 ℃).
Debido a la adición de W, puede mejorar significativamente las propiedades de abrasión y corte del acero, por lo que W es el elemento principal de la aleación de acero para herramientas.
Elemento 30 : Pb (plomada)
El Pb puede mejorar la maquinabilidad del acero. El acero que contiene Pb tiene buenas propiedades mecánicas y puede tratarse térmicamente. Sin embargo, debido a su contaminación ambiental y efectos nocivos en el proceso de reciclaje de residuos de acero, el Pb ha sido reemplazado gradualmente.
Es difícil que el Pb forme una solución sólida o compuestos con Fe. En cambio, tiende a acumularse en el límite del grano en forma globular, lo que puede causar fragilidad en el acero a temperaturas entre 200 y 480 °C y provocar grietas durante la soldadura.
Elemento 31 : Bi (bismuto)
El rendimiento de corte del acero se puede mejorar añadiendo entre un 0,1% y un 0,4% de Bi al acero de fácil mecanización.
Cuando el Bi se distribuye uniformemente en el acero, las partículas de Bi se derriten después de entrar en contacto con la herramienta de corte, actuando como lubricante y provocando que la herramienta de corte se rompa para evitar el sobrecalentamiento y aumentar la velocidad de corte.
Recientemente, se ha añadido Bi a muchos aceros inoxidables para mejorar su rendimiento de corte.
Bi existe en tres tipos de aceros de fácil mecanización: de forma independiente en la matriz de acero, rodeado de sulfuro y entre la matriz de acero y el sulfuro.
La tasa de deformación de las inclusiones de MnS disminuye al aumentar el contenido de Bi en lingotes de acero de libre mecanización S-Bi.
El bimetal del acero puede contener la deformación del sulfuro en el proceso de forja de lingotes de acero.
Agregar 0,002-0,005% de Bi al hierro fundido puede mejorar el rendimiento de fundición del hierro fundido maleable, aumentar la tendencia al blanqueamiento, reducir el tiempo de recocido y optimizar el rendimiento de extensión de las piezas.
Agregar 0,005% de Bi al hierro fundido nodular puede mejorar su antisísmica y resistencia a la tracción.
Es difícil agregar Bi al acero porque el Bi se volatiliza en gran medida a 1500 ℃ y, por lo tanto, es difícil infiltrarlo uniformemente en el acero.
Actualmente, en el extranjero, el Bi se reemplaza como aditivo por placas de aleación de Bi-Mn con un punto de fusión de 1050 ℃, pero la tasa de utilización del Bi sigue siendo de aproximadamente el 20%.
Nippon Steel & Sumitomo Metal, Posco, TYO y otras empresas han propuesto que la adición de Bi puede mejorar significativamente el valor B8 del acero al silicio orientado.
Según las estadísticas, Nippon Steel & Sumitomo Metal y JFE tienen más de cien inventos de acero al silicio de alta orientación magnética, a los que se les ha añadido Bi.
Después de agregar Bi, la inducción magnética alcanza 1,90T y el máximo es 1,99T.
Otro elemento 32-48 : Re (tierras raras)
Los elementos de tierras raras comúnmente se refieren a los lantánidos con números atómicos que van del 57 al 71 (lantano, cerio, praseodimio, neodimio, prometio, samario, europio, gadolinio, terbio, disprosio, holmio, erbio, tulio, iterbio y lutecio), más escandio. (No. 21) y el itrio (No. 39), para un total de 17 elementos. Sus propiedades son similares, lo que dificulta su separación. Las tierras raras mixtas, que son más económicas, se refieren a aquellas que no han sido separadas.
Las tierras raras se pueden utilizar para la desoxidación, la desulfuración y los microenlaces, y también pueden cambiar la deformabilidad de las inclusiones de tierras raras. Pueden afectar la fragilidad del Al2O3 hasta cierto punto y mejorar el comportamiento a la fatiga de la mayoría de los tipos de acero.
Las tierras raras, junto con Ca, Ti, Zr, Mg y Be, son los agentes deformantes más eficaces del sulfuro. Al agregar la cantidad adecuada de tierras raras al acero, las inclusiones de óxido y sulfuro se pueden transformar en pequeñas inclusiones globulares dispersas, que eliminan los efectos nocivos del MnS y otras inclusiones.
En la práctica de producción de acero, el azufre normalmente está presente en forma de FeS y MnS. Cuando el contenido de Mn es alto en el acero, es más probable que se forme MnS. Aunque el MnS tiene un alto punto de fusión y puede evitar la fragilidad térmica, durante la deformación por mecanizado puede estirarse en la dirección de procesamiento y formar tiras. Esto puede reducir significativamente la plasticidad, tenacidad y resistencia a la fatiga del acero, lo que hace necesario agregar RE al acero para el procesamiento de deformación.
Los elementos de tierras raras también pueden aumentar la resistencia a la oxidación y la corrosión del acero. Su efecto sobre la resistencia a la oxidación es mayor que el del silicio, el aluminio y el titanio. Pueden mejorar el flujo del acero, reducir la inclusión no metálica y hacer que la estructura de acero sea densa y pura. El papel de las tierras raras en el acero es principalmente la purificación, el metamorfismo y la aleación.
Con el control gradual del contenido de oxígeno y azufre, la purificación y el metamorfismo tradicionales del acero fundido se están debilitando gradualmente, mientras que se mejoran las nuevas tecnologías de purificación y los efectos de aleación. Los elementos de tierras raras aumentan la capacidad antioxidante de la aleación de ferrocromo aluminio y mantienen el grano fino del acero a altas temperaturas, aumentando significativamente su resistencia a altas temperaturas y la vida útil de la aleación electrotérmica.
