เนื่องจากเป็นวัสดุพื้นฐานของอุตสาหกรรมสมัยใหม่ ประสิทธิภาพของเหล็กจึงได้รับการควบคุมโดยตรงจากองค์ประกอบทางเคมี ในหมู่พวกเขาคาร์บอน (C) แมงกานีส (Mn) ซิลิคอน (Si) กำมะถัน (S) ฟอสฟอรัส (P) ห้าองค์ประกอบโดยการเปลี่ยนแปลงองค์กรโลหะ โครงสร้างผลึกและการกระจายของสิ่งสกปรก มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อความแข็งแรง ความเหนียว ความสามารถในการแปรรูปและความต้านทานการกัดกร่อนของเหล็ก
ประการแรก องค์ประกอบคาร์บอน (C): ความแข็งแรงและความเป็นพลาสติกของตัวควบคุมหลัก
คาร์บอนเป็นองค์ประกอบโลหะผสมที่สำคัญที่สุดในเหล็ก และปริมาณของคาร์บอนมีบทบาทสำคัญในประสิทธิภาพของเหล็ก ในช่วงเหล็กกล้าย่อย-ยูเทคติก (ปริมาณคาร์บอน 0.02% -0.77%) เมื่อปริมาณคาร์บอนเพิ่มขึ้น จำนวนของอนุภาคคาร์บูไรซ์ในเมทริกซ์เฟอร์ไรต์ ความต้านทานแรงดึงและความแข็งเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรง แต่การยืดตัวและความทนทานต่อแรงกระแทกลดลงอย่างมีนัยสำคัญ เมื่อปริมาณคาร์บอนเกินจุดยูเทคติก (0.77%) เพื่อสร้างเหล็กเพอริเทคติก ระยะห่างระหว่างแผ่นเพิร์ลไลต์ที่แคบลงทำให้มีความแข็งแรงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง แต่ความลำเอียงของคาร์ไบด์ที่ขอบเขตของเกรนทำให้เกิดความเสี่ยงที่จะเกิดการเปราะ
กรณีทั่วไปแสดงให้เห็นว่าปริมาณคาร์บอน 0.45% ของเหล็กกล้าคาร์บอนปานกลางหลังการอบคืนตัว ความต้านทานแรงดึงสูงถึง 800MPa การยืดตัวยังคงอยู่ที่ 15% และปริมาณคาร์บอน 1.2% ของเหล็กกล้าคาร์บอนสูง แม้ว่าจะมีความแข็ง HRC62 แต่ความเหนียวทนแรงกระแทกน้อยกว่า 10J/cm² ประสิทธิภาพการเชื่อม ปริมาณคาร์บอนที่เพิ่มขึ้นแต่ละครั้ง 0.1% ดัชนีความไวของรอยร้าวของรอยเชื่อมเพิ่มขึ้น 20% จำเป็นต้องใช้อิเล็กโทรดไฮโดรเจน-ต่ำ และอุ่นที่อุณหภูมิ 150 องศาขึ้นไป
ประการที่สอง องค์ประกอบแมงกานีส (Mn): ความสามารถในการชุบแข็งและความสามารถในการใช้งานขณะร้อนของตัวควบคุมสองชั้น
แมงกานีสเป็นธาตุคาร์ไบด์ที่อ่อนแอ-โดยผ่านการเสริมความแข็งแกร่งให้กับสารละลายที่เป็นของแข็งและการควบคุมกลไกแบบคู่เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของเหล็ก ในเฟอร์ไรต์ อะตอมของแมงกานีสจะแทนที่อะตอมของเหล็กเพื่อกระตุ้นการบิดเบือนของโครงตาข่าย ความแข็งแรงของผลผลิตเพิ่มขึ้นประมาณ 30MPa/% ในออสเทนไนต์ แมงกานีสขยายตัวของบริเวณเฟส - เพื่อให้อุณหภูมิวิกฤติของ Ac3 เพิ่มขึ้น 50-80 องศา ซึ่งช่วยเพิ่มความสามารถในการชุบแข็งได้อย่างมาก ข้อมูลการทดลองแสดงให้เห็นว่าเหล็ก 45 ชิ้นที่มีแมงกานีส 1.2% สามารถเข้าถึงความแข็ง HRC45 ได้หลังจากการชุบน้ำ ซึ่งมีระดับความแข็งแบบ Rockwell สูงกว่าเหล็กที่ปราศจากแมงกานีส 3 ระดับ
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%) จะทำให้เกรนหยาบในระหว่างการอบคืนตัว และดัชนีความเปราะบางของอารมณ์เพิ่มขึ้น 40% และออสเทนไนต์ที่ตกค้างจะต้องถูกกำจัดโดยคงไว้ที่ 700 องศา ในการใช้งานทั่วไป เหล็ก 20MnSi ที่มีแมงกานีส 0.8%-1.2% ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับเหล็กเส้นในการก่อสร้าง และความแข็งแรงของผลผลิตจะเพิ่มขึ้น 25% เมื่อเทียบกับเหล็ก Q235
ประการที่สาม องค์ประกอบซิลิคอน (Si): สารเสริมฤทธิ์เสริมฤทธิ์ในการเสริมความแข็งแรงของสารละลายของแข็งและความต้านทานการกัดกร่อน
เนื่องจากเป็นองค์ประกอบเฟอร์ไรต์ที่แข็งแกร่ง- ซิลิคอนจึงเพิ่มคุณสมบัติของเหล็กผ่านกลไกคู่ของการเสริมความแข็งแกร่งให้กับสารละลายของแข็งและฟิล์มออกไซด์ที่พื้นผิว ในเฟอร์ไรต์ รัศมีของอะตอมของซิลิคอนจะใหญ่กว่ารัศมีของอะตอมของเหล็กถึง 11% ซึ่งทำให้เกิดการบิดเบือนของโครงตาข่ายเพื่อเพิ่มความแข็งแรงของผลผลิตประมาณ 50MPa/% การทดลองออกซิเดชันที่พื้นผิวแสดงให้เห็นว่าปริมาณซิลิคอน 1.5% ของเหล็กออกซิไดซ์ที่ 800 องศาเป็นเวลา 24 ชั่วโมง ความหนาของฟิล์มออกไซด์นั้นน้อยกว่าเหล็กธรรมดาถึง 60% เนื่องจากการก่อตัวของชั้นป้องกัน SiO₂ ที่หนาแน่น
ในแง่ของความสามารถในการขึ้นรูป ปริมาณซิลิคอนมากกว่า 0.8% จะเพิ่มความต้านทานการเปลี่ยนรูปขณะเย็นได้ 20% ซึ่งต้องใช้กระบวนการหลาย-ผ่านโดยมีปริมาณการเปลี่ยนรูปเล็กน้อย การใช้งานทั่วไป ปริมาณซิลิคอน 0.2% -0.5% ของเหล็ก 40SiMn ที่ใช้ในการผลิตก้านสูบยานยนต์ อายุการใช้งานความล้ามากกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนธรรมดาเพื่อเพิ่ม 1.5 เท่า ปริมาณซิลิกอน 15% -20% ของเหล็กหล่อซิลิกอนสูงในอัตราการกัดกร่อนปานกลางของกรดซัลฟิวริก<0.1mm / a, become the preferred material for corrosion-resistant parts of chemical equipment.
ประการที่สี่ ธาตุกำมะถัน (S): ประสิทธิภาพการทำงานที่ร้อนของเรือพิฆาตที่มองไม่เห็น
ซัลเฟอร์ในรูปแบบของการรวม FeS ในขอบเขตของเมล็ดเหล็ก อันตรายส่วนใหญ่จะสะท้อนให้เห็นในการประมวลผลด้วยความร้อนและการเชื่อมสองฉาก FeS และ Fe เกิดขึ้นจากจุดหลอมเหลวร่วม-ผลึกเพียง 988 องศา เมื่อเหล็กถูกให้ความร้อนถึง 1150 องศา ขอบเขตของเกรนของ FeS ที่เป็นของเหลวทำให้ความแข็งแกร่งเฉพาะจุดลดลง และมีแนวโน้มที่จะเกิดการแตกร้าวจากความร้อน ข้อมูลการทดลองแสดงให้เห็นว่าปริมาณกำมะถัน 0.05% ของเหล็กในกระบวนการหล่อแบบต่อเนื่อง อัตราการแตกร้าวด้วยความร้อนสูงกว่าปริมาณกำมะถัน 0.01% ถึง 5 เท่า
ในแง่ของประสิทธิภาพการเชื่อม ก๊าซ SO₂ ที่เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างซัลเฟอร์และออกซิเจนจะสร้างรูพรุนในแนวเชื่อม ช่วยลดพื้นที่หน้าตัด-ประสิทธิผลของโลหะเชื่อมลง 30% กรณีทั่วไปแสดงให้เห็นว่าปริมาณกำมะถัน 0.08% ของเหล็ก Q235 ในการเชื่อมอาร์กด้วยมือ ความเหนียวในการกระแทกของโลหะเชื่อมน้อยกว่า 8J/cm ² หรือเพียง 1/3 ของวัสดุฐาน กระบวนการผลิตเหล็กสมัยใหม่โดยการเพิ่มธาตุหายากทำให้เกิดจุดหลอมเหลวของซัลไฟด์สูง ดัชนีอันตรายของซัลเฟอร์ลดลง 70%
ธาตุฟอสฟอรัส (P) ห้าชนิด: ความทนทานต่ออุณหภูมิต่ำ-ของฆาตกรถึงแก่ชีวิต
ฟอสฟอรัสในการละลายของแข็งเฟอร์ไรต์ 0.9% รัศมีอะตอมของมันใหญ่กว่าอะตอมเหล็ก 14% ทำให้เกิดการบิดเบือนของโครงตาข่ายอย่างรุนแรง ข้อมูลการทดลองแสดงให้เห็นว่าปริมาณฟอสฟอรัส 0.1% ของเหล็กที่ -20 องศา เมื่อความเหนียวในการกระแทกต่ำกว่าอุณหภูมิปกติ 65% ซึ่งเกิดจากอะตอมฟอสฟอรัสในการก่อตัวของระนาบผลึก {100} ของกลุ่มก๊าซ Kirchner จากการเคลื่อนที่ของการเคลื่อนที่ของเอฟเฟกต์การปักหมุด การทดลองการเปราะแตกตัวที่อุณหภูมิต่ำแสดงให้เห็นว่าเหล็กที่มีปริมาณฟอสฟอรัส 0.15% ผ่านการแตกหักแบบแยกส่วนที่ -40 องศา โดยมีลักษณะการแตกหักโดยมีลักษณะเป็นไอโคซาฮีดรัลทั่วไป
ในแง่ของความสามารถในการตัดเฉือน ผลการทำงานร่วมกันของฟอสฟอรัสและซัลเฟอร์ส่งผลให้แรงตัดลดลง 20% และอายุการใช้งานเครื่องมือเพิ่มขึ้น 1.5- เท่า ในการใช้งานทั่วไป เหล็กตัดฟรี 1215 ที่มีปริมาณฟอสฟอรัส 0.08%-0.15% ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการตัดเฉือนชิ้นส่วนที่มีความแม่นยำ โดยมีความหยาบผิวสูงถึง Ra0.8 μm อย่างไรก็ตาม ควรสังเกตว่าด้วยปริมาณฟอสฟอรัสมากกว่า 0.12% อัตราการกัดกร่อนของเหล็กในสภาพแวดล้อมทางทะเลจะเพิ่มขึ้น 3 เท่า ซึ่งจำเป็นต้องยับยั้งโดยการเพิ่มองค์ประกอบทองแดงเพื่อสร้างฟิล์มป้องกัน
