Modern endüstrinin temel malzemesi olan çeliğin performansı doğrudan kimyasal bileşime göre düzenlenir. Bunlar arasında karbon (C), manganez (Mn), silikon (Si), kükürt (S), fosfor (P) gibi beş element metalurjik organizasyonu, kristal yapısını ve yabancı maddelerin dağılımını değiştirerek çeliğin mukavemetini, tokluğunu, işlenebilirliğini ve korozyon direncini önemli ölçüde etkiler.
Birincisi, karbon (C) elementleri: çekirdek düzenleyicinin gücü ve esnekliği
Karbon, çelikteki en önemli alaşım elementidir ve içeriğinin çeliğin performansında belirleyici rolü vardır. Alt-ötektik çelik (%0,02 -%0,77 karbon içeriği) aralığında, karbon içeriğinin artmasıyla birlikte ferrit matrisindeki karbürlenmiş parçacıkların sayısı, çekme mukavemeti ve sertlik doğrusal olarak arttı, ancak uzama ve darbe tokluğu önemli ölçüde azaldı. Peritektik bir çelik oluşturmak için karbon içeriği ötektik noktayı (%0,77) aştığında, perlit lamelleri arasındaki aralığın daralması mukavemette sürekli bir artışa yol açar, ancak tane sınırlarındaki karbür eğilimi kırılganlık riskini tetikler.
Tipik vakalar, tavlama işleminden sonra orta karbonlu çeliğin %0,45'lik karbon içeriğinin, 800 MPa'ya kadar çekme mukavemetinin, uzama %15'te muhafaza edildiğini göstermektedir; ve karbon içeriği %1,2 yüksek karbonlu çelik olmasına rağmen sertliği HRC62'dir, ancak darbe tokluğu 10J/cm²'den azdır. Kaynak performansı, her birinin karbon içeriği %0,1 artar, kaynak çatlağı hassasiyet indeksi %20 artar, düşük-hidrojen elektrotları kullanılması ve 150 derece veya daha fazlasına ön ısıtma yapılması gerekir.
İkincisi, manganez (Mn) elementi: çift regülatörün sertleşebilirliği ve sıcak işlenebilirliği
Zayıf bir karbür{0}}oluşturucu element olarak manganez, çeliğin performansını artırmak için katı çözelti güçlendirme ve organizasyon kontrolü ikili mekanizması yoluyla. Ferritte manganez atomları, kafes distorsiyonunu tetiklemek için demir atomlarının yerini alır, akma mukavemeti yaklaşık 30MPa/% kadar artar; östenitte, -faz bölgesinin manganez genleşmesi sayesinde Ac3'ün kritik sıcaklığı 50-80 derece arttı, bu da sertleşebilirliği önemli ölçüde artırdı. Deneysel veriler, %1,2 manganez içeren 45 çeliğin, suyla söndürmeden sonra, manganez içermeyen çeliğe göre 3 Rockwell sertlik seviyesi daha yüksek olan HRC45 sertliğine ulaşabileceğini göstermektedir.
In terms of hot working performance, manganese and sulfur form high melting point MnS (melting point 1610℃), which replaces low melting point FeS (melting point 988℃) to eliminate thermal embrittlement. However, excess manganese (>%1,5 tavlama sırasında tane irileşmesine ve meneviş kırılganlık endeksinde %40 artışa neden olur ve 700 derecede tutularak artık ostenitin giderilmesi gerekir. Tipik uygulamalarda, inşaat demiri için %0,8-%1,2 manganez içeren 20MnSi çeliği yaygın olarak kullanılır ve akma dayanımı Q235 çeliğine kıyasla %25 artırılır.
Üçüncüsü, Silikon (Si) elementi: katı çözelti güçlendirme ve korozyon direncinin sinerjik arttırıcısı
Güçlü bir ferrit-oluşturucu element olan silikon, katı çözelti güçlendirme ve yüzey oksit filmden oluşan ikili mekanizma yoluyla çelik özelliklerini geliştirir. Ferritte silikon atomlarının yarıçapı demir atomlarınınkinden %11 daha büyüktür, bu da akma mukavemetini yaklaşık %50MPa/% oranında artırmak için kafes distorsiyonunu tetikler. Yüzey oksidasyon deneyleri, 800 derecede 24 saat oksitlenen çeliğin %1,5 silikon içeriğinin, SiO₂ yoğun koruyucu tabakanın oluşması sayesinde oksit filminin kalınlığının sıradan çeliğe göre %60 daha az olduğunu göstermektedir.
İşlenebilirlik açısından, %0,8'den fazla bir silikon içeriği, soğuk deformasyon direncini %20 artırır ve küçük deformasyon hacimlerine sahip çok-geçişli bir işlem gerektirir. Tipik uygulamalar, otomotiv bağlantı çubuklarının imalatında kullanılan 40SiMn çeliğinin %0,2 -%0,5'lik silikon içeriği, sıradan karbon çeliğine göre yorulma ömrünü 1,5 kat artırır; Sülfürik asit orta korozyon hızında yüksek silikonlu dökme demirin %15 -%20 silikon içeriği<0.1mm / a, become the preferred material for corrosion-resistant parts of chemical equipment.
Dördüncüsü, kükürt (S) elementleri: görünmez destroyerin sıcak çalışma performansı
Çelik tane sınırlarında FeS kalıntıları formundaki kükürt, zararı esas olarak ısıl işlem ve kaynak iki sahnesine yansır. Yalnızca 988 derecelik ortak kristal erime noktasının oluşturduğu FeS ve Fe, çelik 1150 dereceye kadar ısıtıldığında, sıvı FeS'deki tane sınırları yerel mukavemette bir düşüşe yol açarak termal çatlamaya yatkın hale gelir. Deneysel veriler, sürekli döküm prosesinde çeliğin %0,05'lik kükürt içeriğinin, termal çatlama oranının %0,01'lik kükürt içeriğinden 5 kat daha yüksek olduğunu göstermektedir.
Kaynak performansı açısından, kükürt ve oksijen arasındaki reaksiyon sonucu oluşan SO₂ gazı kaynakta gözenekler oluşturarak kaynak metalinin etkin kesit alanını %30 oranında azaltır. Tipik durumlar, manüel ark kaynağında Q235 çeliğinin %0,08'lik kükürt içeriğinin, kaynak metalinin darbe dayanıklılığının 8J/cm²'den az olduğunu, yani ana malzemenin yalnızca 1/3'ü olduğunu göstermektedir. Yüksek erime noktasına sahip sülfür oluşturmak için nadir toprak elementleri eklenerek modern çelik üretim prosesinde kükürt tehlike indeksi %70 oranında azaltıldı.
Beş adet fosfor (P) elementi: Ölümcül öldürücünün düşük-sıcaklığa dayanıklılığı
Ferrit katı çözünürlüğü %0,9 olan fosforun atom yarıçapı, demir atomundan %14 daha büyüktür ve ciddi kafes distorsiyonunu tetikler. Deneysel veriler, -20 derecede çeliğin %0,1'lik fosfor içeriğinin, darbe tokluğunun normal sıcaklıktan %65 daha düşük olduğunu göstermektedir; bu, {100} kristal düzlemindeki fosfor atomlarından kaynaklanan, Kirchner gaz kümelerinin dislokasyon hareketi üzerindeki sapma hareketi üzerindeki önyargı oluşumundan kaynaklanmaktadır. Düşük sıcaklıkta gevrekleşme deneyleri, %0,15 fosfor içeriğine sahip çeliğin, tipik ikosahedral özelliklerle karakterize edilen bir kırılma ile -40 derecede ters evrişimli kırılmaya maruz kaldığını göstermektedir.
Kesme işlenebilirliği açısından, fosfor ve kükürtün sinerjik etkisi, kesme kuvvetlerinde %20'lik bir azalma ve takım ömründe 1,5-kat artışla sonuçlandı. Tipik uygulamalarda, %0,08-%0,15 fosfor içeriğine sahip otomat çeliği 1215, Ra0,8 μm'ye kadar yüzey pürüzlülüğüyle hassas parçaların işlenmesinde yaygın olarak kullanılır. Bununla birlikte, %0,12'den fazla fosfor içeriği ile çeliğin deniz ortamındaki korozyon oranının 3 kat arttığı ve koruyucu bir film oluşturmak için bakır elementlerin eklenmesiyle bunun engellenmesi gerektiği unutulmamalıdır.