Знание - Sanxin

 

Раздел 1: Често срещани примесни елементи в стоманата

 

Често срещаните примесни елементи в стоманата включват фосфор, сяра, водород, азот и кислород. При нормални обстоятелства тези елементи имат вредно въздействие върху свойствата на стоманата. Някои от тях обаче могат да играят благоприятна роля при специфични условия и да се превърнат в легиращи елементи.

 

Фосфор (P)

Източник: Внесен от суровини по време на процеса на производство на стомана.

Функция: Фосфорът е слабо разтворим в стоманата. Когато съдържанието на фосфор в стоманата е относително високо (масова фракция w(P) > 0.1%), Fe2P ще се утаи по границите на зърната, което намалява пластичността и жилавостта на стоманата, увеличава склонността на стоманата към студено напукване и влошава характеристиките на отливките от стомана. Следователно съдържанието на фосфор трябва да се контролира при производството на отливки от стомана.

 

Сяра (S)

Източник: Въведен в стоманата от суровините по време на процеса на производство на стомана.

Функция: Обикновено сярата се среща в стоманата като FeS или FeS-Fe евтектика по границите на зърната на стоманата, което намалява механичните свойства на стоманата. Обикновено се изисква масовата фракция на сярата w(S) да бъде по-малка от 0.04%, като специфичните стойности зависят от класа стомана. Това е така, защото тези серни съединения по границите на зърната нарушават непрекъснатостта на стоманената матрица и влияят на механичните свойства.

В машиностроенето, за определени марки стомана, които изискват подобрена обработваемост (автомати), към стоманата може да се добави подходящо количество сяра (w(S) = 0.1% - 0.4%, в зависимост от марката стомана). Образуваните сулфиди ((Mn, Fe)S) могат да играят роля в прекъсването на непрекъснатостта на матрицата (счупване на стружки), но това ще увеличи склонността на стоманата към горещо напукване. Това е приложение, което използва отрицателните ефекти на сярата, за да отговори на специфични изисквания за производителност на обработката.

Водород (H)

Източник: Стоманената течност абсорбира водород от пещния газ по време на процеса на производство на стомана.

Функция: Разтвореният водород в стоманената течност се утаява по време на процеса на втвърдяване поради намаляване на разтворимостта. При условия на бавно втвърдяване, водородът се утаява под формата на дупки, което влияе върху плътността на отливаната стомана и др. При бързо втвърдяване, утаеният водород причинява състояние на високо напрежение в желязната решетка, което води до крехкост на стоманата, което е силно вредно за качеството и характеристиките на отливаната стомана. При производството на отливана стомана трябва да се вземат мерки за отстраняване на водорода и контрол на неговото съдържание, за да се избегнат дефекти, причинени от водород.

Азот (N)

Източник: Стоманената течност абсорбира азот от пещния газ по време на процеса на производство на стомана.

Функция: Разтвореният азот в стоманената течност се утаява по време на втвърдяване поради намаляване на разтворимостта и се комбинира с елементи като Si, Al и Zr в стоманата, за да образува нитриди като SiN, AlN и ZrN. Малко количество нитриди може да рафинира зърната на стоманата и да има известен положителен ефект върху свойствата на лятата стомана; обаче, когато има твърде много нитриди, пластичността и жилавостта на стоманата ще намалеят, което ще повлияе на механичните свойства на лятата стомана. В производството съдържанието на азот и свързаните с него елементи трябва да се контролира разумно, за да се възползвате от благоприятните ефекти на нитридите и да избегнете неблагоприятните ефекти.

Кислород (O)

Източник: Генерира се като FeO по време на окислението на разтопена стомана в процеса на производство на стомана.

Функция: FeO, разтворен в разтопената стомана, реагира с въглерода в стоманата по време на спада на температурата преди втвърдяване, образувайки CO2 мехурчета, които причиняват порьозност в отливаните стоманени части и влияят върху плътността и качеството на отливаната стомана.

По време на втвърдяването на разтопената стомана, FeO се утаява по границите на зърната на стоманата поради намаляване на разтворимостта, което може да намали експлоатационните характеристики на стоманата, да наруши непрекъснатостта на областта на границите на зърната и да окаже отрицателно въздействие върху механичните свойства на отливаната стомана. При производството на отливана стомана е необходимо да се контролира съдържанието на кислород и да се намалят дефектите, свързани с FeO.

 

Раздел 2: „Петте вредни елемента“ в стоманата

 

В състава на стоманата, оловото, калая, антимона, бисмута и арсена, тези пет елемента се наричат ​​общо „петте вредни елемента“ поради значителното им неблагоприятно въздействие върху свойствата на стоманата. Тяхното поведение и влияние върху стоманата са различни.

I. Характеристики на всеки елемент и неговото въздействие върху стоманата

1. Олово (Pb)

Оловото е синкаво-сиво на цвят, меко и ковко, с точка на топене само 327.5°C и точка на кипене 1755°C. Поради относително ниската си точка на кипене, във високотемпературна среда на производството на стомана е трудно за оловото да се разтвори в разтопената стомана и по-голямата част от него ще се превърне в пара и ще се отдели. Следователно, масовата част на оловото в готовата стомана обикновено е само около 0.001%. След като обаче съдържанието на олово надвиши стандарта, вредните му ефекти ще станат очевидни: то значително ще намали ударната жилавост на стоманата, което я прави по-податлива на счупване при ударни натоварвания; по време на горещи процеси на обработка като валцуване и коване, то може лесно да причини повърхностни пукнатини и други металургични дефекти в стоманата, което директно води до бракуване на стоманени части и оказва значително влияние върху качеството на продукта.

2. Калай (Sn)

Калайът е сребристобял, мек и ковък, с точка на топене по-ниска от оловото - 232°C, и точка на кипене 2275°C. По време на производството на стомана, калайът навлиза в стоманата заедно със суровини, скрап, легиращи материали и дезоксидатори. Въпреки това, по време на процеса на окисление на стоманата, само малко количество калай навлиза в шлаката, докато по-голямата част от него остава като примеси в стоманата. Когато калайът се натрупа до определено ниво в стоманата, той може да причини проблеми с горещокрехкост. Например, в топлоустойчивите сплави, калайът може сериозно да намали механичните свойства на сплавта при висока температура, като например якостта на пълзене на хром-молибден-ванадиевата топлоустойчива стомана, която значително ще намалее поради наличието на калай; в никел-хром-молибден-ванадиевата роторна стомана, калайът е склонен да се натрупва по границите на зърната, превръщайки се в потенциален фактор за отпускаща крехкост.

3. Антимон (Sb)

Антимонът е бял и лъскав метал, твърд и крехък, лесно се разпада на прах, с точка на топене 603°C и точка на кипене 1440°C. Той има значително вредно въздействие върху якостта и жилавостта на стоманата, като значително намалява якостта и жилавостта на стоманата и увеличава нейната високотемпературна крехкост. Обикновено масовата фракция на антимона в стоманата трябва да се контролира под 0.1%, а за някои стоманени легирани материали със строги изисквания за примеси масовата фракция на антимона трябва да бъде под 0.001%.

4. Бисмут (Bi)

Бисмутът е сребристобял и лъскав, изключително крехък и няма пластичност. Точката му на топене е 273°C, а точката на кипене е 1560°C. В среда на топене с висока температура бисмутът е склонен към изпаряване, така че остатъчното му съдържание в стоманата е много ниско, като се намира предимно в свободно състояние, с масова фракция, която обикновено не надвишава 0.001%. Когато съдържанието на бисмут е твърде високо, то намалява пластичността на стоманата и влияе на нейната якост при висока температура. Той обаче има „двойна природа“. В определени случаи може да подобри обработваемостта на стоманата и да стабилизира карбидите в чугуна, като по този начин има потенциална приложна стойност в производството на режещи инструменти от стомана и чугун до известна степен.

5. Арсен (As)

Арсенът е крехко, кристално вещество със светло сиво-бял цвят и силен метален блясък, с точка на топене 817°C. Арсенът в стоманата идва главно от суровините, използвани в производството на стомана, и е трудно да се отстрани по време на процеса на топене. В стоманата арсенът съществува главно под формата на твърди разтвори (като Fe3As, Fe3As2, FeAs и др.). С увеличаване на съдържанието на арсен, ударната жилавост на стоманата намалява, крехкостта се увеличава и могат да възникнат сериозни проблеми със сегрегацията. Той е типичен вреден елемент. Всичко обаче има две страни. Когато към стоманата се добави арсен, той може до известна степен да подобри устойчивостта на корозия и окисляването на стоманата. В някои сценарии, където има специални изисквания за устойчивост на корозия и други свойства и отрицателните ефекти могат да бъдат толерирани, може да се обмисли употребата му.

II. Общи характеристики на „Петте вредни елемента“

Ниска точка на топене: Точките на топене на тези пет елемента са значително по-ниски от тези на стоманата (обикновено около 1300 - 1500 градуса по Целзий). Когато стоманата постепенно се втвърдява, тези елементи остават в течно състояние и затова се наричат ​​елементи с ниска точка на топене. Тази характеристика ги прави склонни да се натрупват по границите на зърната и други места по време на втвърдяването на стоманата, нарушавайки непрекъснатостта на стоманената матрица.

Често срещано влошаване на производителността: Когато съдържанието им в стоманата надвиши определена граница, всички те ще окажат значително отрицателно въздействие върху механичните свойства на стоманата при висока температура, ще увеличат крехкостта на стоманата при висока температура, ще намалят якостта и жилавостта на стоманата, ще направят стоманата крехка и ще повлияят на производителността на стоманата във високотемпературна среда. В промишлени компоненти, подложени на високотемпературно натоварване (като котли, лопатки на турбини и др.), превишаването на лимита на тези елементи значително ще съкрати експлоатационния живот на компонентите.

Симбиотичен механизъм и усилване на опасността: Те често не присъстват самостоятелно в стоманата, а съществуват едновременно и сегрегират. Тази симбиотична характеристика допълнително усилва разрушителния им ефект върху стоманата. Натрупването на множество вредни елементи на критични места, като например границите на зърната, ще увреди по-сериозно микроструктурата на стоманата, ще намали цялостните ѝ характеристики и ще увеличи риска от проблеми с качеството на стоманата (като пукнатини, крехки фрактури и др.).

 

III. Стратегии за реагиране и контрол на качеството

Остатъчните вредни елементи в стоманата представляват значителен риск за качеството на стоманените продукти. Следователно, формулирането и стриктното прилагане на стандарти за границите на тези елементи в стоманата се превръща в решаваща мярка за гарантиране на качеството на стоманените продукти. Вземайки за пример стоманата с общо предназначение, съдържанието на елементи като калай (w(Sn) ≤ 0.05%), антимон (w(Sb) ≤ 0.01%) и арсен (w(As) ≤ 0.045%) трябва да се контролира. По време на целия процес на производство на стомана, от снабдяването със суровини (строг контрол на съдържанието на примеси в материалите на пещта, стоманения скрап и др.), до оптимизирането на процеса на топене (като например засилване на окислението и рафинирането за отстраняване на вредните елементи, доколкото е възможно), и до проверката на продукта (точно откриване на съдържанието на вредни елементи), трябва да се обърне пълно внимание на контрола на остатъчните вредни елементи. Трябва да се създаде цялостна система за контрол на качеството, за да се гарантира, че стоманата отговаря на изискванията за производителност на различни сценарии на приложение.

 

Вигор има над 20 години опит в леярството, коването и CNC обработката. Ако имате въпроси, изисквания, разработване на части или искате да подобрите веригата си за доставки, моля, не се колебайте да се свържете с нас наinfo@castings-forging.com