¿Sabía que pequeños elementos ocultos en el acero pueden cambiar drásticamente su rendimiento? Este blog se sumerge en el fascinante mundo de los elementos de aleación, revelando cómo el hidrógeno, el boro, el carbono, el nitrógeno, el oxígeno, el magnesio, el aluminio y el silicio dan forma a la resistencia, durabilidad y utilidad del acero. Prepárese para descubrir los secretos de estos componentes cruciales y sus sorprendentes efectos en el acero.
El hidrógeno es el elemento más nocivo del acero, y la disolución de hidrógeno en acero puede provocar fragilización 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 en acero líquido a altas temperaturas, no puede escapar a tiempo antes de enfriarse y se acumula en la organización, formando poros finos de alta presión. Esto puede causar la plasticidad, tenacidad y resistencia a la fatiga del acero para reducir bruscamente o incluso provocar grietas graves y fractura frágil.
Fragilización por hidrógeno se produce principalmente en el acero martensítico, pero no es muy prominente en el acero ferrítico. Suele aumentar 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 puede aumentar entre 0,5 y 2 veces tras añadir hidrógeno.
La función principal del boro en el acero es aumentar la templabilidad del acero, ahorrando así otros metales relativamente raros como el níquel, el cromo, el molibdeno, etc. Para ello, su contenido suele estipularse entre 0,001% y 0,005%. Puede sustituir a 1,6% de níquel, 0,3% de cromo o 0,2% de molibdeno.
Cuando se utiliza boro para sustituir al molibdeno, hay que tener en cuenta que, aunque el molibdeno puede evitar o reducir la fragilidad del temple, el boro tiene una ligera tendencia a fomentarla. Por ello, el molibdeno no puede sustituirse completamente por el boro.
La adición de 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, los aceros 40B y 40MnB pueden sustituir a 40CrEl acero 20Mn2TiB puede sustituir al acero de cementación 20CrMnTi.
Sin embargo, debido al efecto debilitado o desaparecido del boro con el aumento de la contenido de carbono en el aceroAl elegir el acero de carburación al boro, hay que tener en cuenta que después de la carburación de las piezas, la templabilidad de la capa carburada será inferior a la del núcleo.
Por lo general, el acero para muelles debe estar totalmente templado, y el acero al boro sería una buena elección debido a su pequeña área de muelle. Sin embargo, el efecto del boro en el acero para muelles con alto contenido en silicio es volátil, por lo que no debería utilizarse.
El boro, el nitrógeno y el oxígeno tienen una fuerte afinidad. La adición de 0,007% de boro en el acero de rebaba puede eliminar el envejecimiento del acero.
El carbono es el principal elemento 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 a 0,8%, el resistencia y dureza del acero aumentan con la adición de contenido de carbono, mientras que la plasticidad y la tenacidad disminuyen.
Sin embargo, cuando el contenido de carbono es superior a 1,0%, la resistencia del acero disminuye a medida que aumenta el contenido de carbono.
A medida que aumenta el contenido de carbono, se reduce el rendimiento de soldadura del acero (cuando el contenido de carbono en el acero es superior a 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.
El efecto del nitrógeno (N) en el rendimiento del acero es similar al del carbono y el fósforo. Con un aumento del contenido de nitrógeno, puede mejorar significativamente la resistencia del acero, al tiempo que reduce su plasticidad, especialmente la tenacidad y la soldabilidad, y aumenta su fragilidad en frío.
Además, aumentan la tendencia al envejecimiento, la fragilidad en frío y la fragilidad en caliente, y se dañan las propiedades de soldadura y las propiedades de flexión en frío del acero. Por lo tanto, el contenido de nitrógeno en el acero debe ser minimizado y restringido.
El contenido de nitrógeno no debe ser superior a 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 puede utilizarse como elemento de aleación para aceros de bajo acero aleado.
En algunos aceros inoxidables, un contenido adecuado de nitrógeno puede reducir el uso de Cr y reducir eficazmente los costes.
El oxígeno es un elemento perjudicial para el acero. Está presente de forma natural en el acero durante el proceso de fabricación y es imposible eliminarlo por completo, incluso añadiendo 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 la 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 potenciará el efecto de envejecimiento magnético.
El magnesio (Mg) puede reducir el número de inclusiones en el acerodisminuir su tamaño, crear una distribución uniforme y mejorar su forma.
En acero para rodamientos, las trazas de magnesio pueden mejorar el tamaño y la distribución de los carburos.
Cuando el contenido de magnesio se sitúa entre 0,002% y 0,003%, la resistencia a la tracción y la límite elástico del acero aumentan en más de 5%, mientras que la plasticidad permanece esencialmente inalterada.
El aluminio, añadido al acero como desoxidante o elemento de aleación, es mucho más resistente a la desoxidación que el silicio y el manganeso.
El papel principal del aluminio en el acero es refinar los granos y estabilizar el nitrógeno, lo que mejora significativamente la tenacidad al impacto del acero y reduce las tendencias a la fragilidad en frío y el envejecimiento.
Para el acero estructural al carbono de grado D, el contenido de aluminio soluble en ácido en el acero no debe ser inferior a 0,015%. Para la estampación profunda con chapa laminada en frío 08AL, el contenido de aluminio soluble en ácido en el acero debe ser 0,015%-0,065%.
El aluminio también puede mejorar la resistencia a la corrosión del acero, sobre todo cuando se combina con molibdeno, cobre, silicio, cromo y otros elementos.
El aluminio se añade al cromo acero al molibdeno y acero al cromo para aumentar su resistencia al desgaste.
La presencia de aluminio en el acero para herramientas con alto contenido en carbono puede hacer que el proceso de enfriamiento quebradizo.
En desventaja del aluminio es que puede afectar a las propiedades de procesamiento térmico, el rendimiento de la soldadura y el rendimiento de corte del acero.
El Si es un agente reductor y desoxidante esencial en el proceso de fabricación del acero.
Muchos materiales en carbono contienen menos de 0,5% de Si, y este Si suele aportarse durante el proceso de fabricación del acero como agente reductor y desoxidante.
El silicio puede disolverse en ferrita y austenita para aumentar la dureza y resistencia del acero, que sólo es superado por el fósforo y más fuerte que el manganeso, el níquel, el cromo, el wolframio, el molibdeno y el vanadio.
Sin embargo, cuando el contenido de silicio supera los 3%, la plasticidad y la tenacidad del acero se reducen considerablemente.
El silicio puede mejorar el límite elástico, el límite elástico, la relación de fluencia del acero (Os/Ob), así como la resistencia a la fatiga y la relación de fatiga (σ-1/σb), por lo que el acero al silicio o al silicio-manganeso puede utilizarse como acero para muelles.
El silicio puede reducir la densidad, la conductividad térmica y la conductividad del acero. Puede favorecer el engrosamiento del grano de ferrita y reducir la fuerza coercitiva.
El silicio también puede reducir la anisotropía del cristal, lo que facilita la magnetización y reduce la resistencia magnética, que puede utilizarse para producir acero eléctrico, por lo que la pérdida de bloque magnético de chapa de acero al silicio es baja.
El silicio puede mejorar la permeabilidad magnética de la ferrita para que la chapa de acero tenga una mayor intensidad magnética en 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 alta temperatura.
El silicio puede favorecer el crecimiento de cristales columnares en el acero moldeado 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 provocar fácilmente su rotura.
El silicio puede reducir el rendimiento de la soldadura del acero porque es más fácil de oxidar que el hierro. Es fácil generar el silicato con un punto de fusión bajo durante la soldadura, lo que puede aumentar la fluidez de la escoria y el metal fundido, causar salpicaduras y afectar a la. calidad de soldadura.
El silicio es un buen desoxidante. Cuando se desoxida el aluminio, se puede añadir cierta cantidad de silicio para mejorar significativamente el índice de desoxidación.
El silicio tiene un cierto residuo en el acero, que se aporta a éste como materia prima. En el acero de rebaba, el silicio se limita a < 0,07% y, cuando es necesario, se añade la aleación de silicio y hierro a la acería.
El P se introduce en el acero a través del mineral, que suele considerarse un elemento nocivo. Aunque el fósforo puede aumentar la resistencia y dureza del acerodisminuye significativamente la plasticidad y la tenacidad al impacto.
Especialmente a bajas temperaturas, hace que el acero se vuelva significativamente quebradizo, lo que se denomina "fragilidad en frío".
La fragilidad en frío debilita el procesado 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 se controla estrictamente.
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 la solución sólida y el endurecimiento por enfriamiento.
Cuando se combina con cobre, puede mejorar la resistencia a la corrosión atmosférica del acero de baja aleación y alta resistencia, al tiempo que reduce su rendimiento en la estampación en frío;
Combinado con azufre y manganeso, el P puede mejorar la maquinabilidad, la fragilidad del temple y la sensibilidad a la fragilidad en frío del acero.
El fósforo puede mejorar la resistencia a la relación y puede reducir la fuerza coercitiva y la pérdida por corrientes parásitas debidas al grano grueso.
En el caso de la inducción magnética, la inducción magnética del acero con mayor contenido de P mejorará en el campo magnético débil.
El trabajo en caliente del acero al silicio que contiene P no es difícil, pero como el P puede hacer que el acero al silicio sea quebradizo, su contenido debe ser ≯ 0,15% (como en el acero al silicio eléctrico laminado en frío, el contenido de P es de 0,07 ~ 0,10%).
El fósforo es el elemento más potente de la ferrita. (el efecto del P sobre la temperatura de recristalización del acero al silicio y el crecimiento del grano es 4 ~ 5 veces superior al del silicio con el mismo contenido).
El azufre procede del mineral y del coque de combustible utilizados en la fabricación del acero. Es un elemento para acero.
El azufre existe en el acero en forma de FeS. El FeS y el Fe forman un compuesto con un punto de fusión bajo de 985 ℃. La temperatura de trabajo en caliente del acero suele ser superior a 1150 ℃. Por lo tanto, durante el trabajo en caliente, los compuestos de FeS pueden fundirse prematuramente, provocando la rotura de la pieza. Este fenómeno se denomina "fragilidad en caliente". Reduce la ductilidad y la tenacidad del acero, provocando grietas en la forja y el laminado.
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 a 0,02% a 0,03%, en el acero de calidad inferior a 0,03% a 0,045%, y en el acero común inferior a 0,055% a 0,7%.
El azufre puede utilizarse para producir piezas de acero que requieren poca capacidad y un mayor brillo superficial, conocidas como piezas rápidas. acero de corte, como el Cr14 con una pequeña cantidad de azufre añadida intencionadamente (0,2% a 0,4%). Algunos aceros rápidos y aceros para herramientas utilizan S para procesar la superficie.
El K/Na puede utilizarse como modificador para esferoidizar los carburos del hierro blanco, lo que mejora su tenacidad hasta el doble manteniendo su dureza.
También pueden refinar la estructura de la fundición dúctil y estabilizar el proceso de producción de la fundición 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.
La adición de calcio al acero puede refinar su grano, desulfurarlo parcialmente y cambiar la composición, cantidad y forma de no metálico inclusiones, similar a añadir tierras raras al acero.
Esto puede mejorar la resistencia a la corrosión, la resistencia al desgaste, el rendimiento a alta y baja temperatura del acero, así como su tenacidad al impacto, resistencia a la fatiga, plasticidad y propiedades de soldadura.
Además, la adición de calcio puede mejorar el comportamiento 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 colada y elimina la anisotropía de las organizaciones en la colada. Aumenta el rendimiento de la fundición, la resistencia al agrietamiento térmico, las propiedades mecánicas y el rendimiento del mecanizado.
Además, la adición de calcio al acero puede mejorar su comportamiento frente a la fisuración por hidrógeno y el desgarro laminar, y prolongar la vida útil de equipos y herramientas. El calcio se añade a la aleación madre como desoxidante, inoculante y agente de microaleación.
Titanio tiene una fuerte afinidad con el nitrógeno, el oxígeno y el carbono y una afinidad más fuerte con el S que con el hierro, lo que lo convierte en un elemento eficaz para la desoxidación y la 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 gran fuerza de unión, es estable y difícil de descomponer. Solo puede disolverse lentamente en el 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 con el carbono que con el cromo, se utiliza comúnmente en el acero inoxidable para fijar el carbono, eliminar la dilución de cromo en el límite del grano y eliminar o reducir el corrosión intergranular en acero.
El titanio es también un fuerte elemento formador de ferrita que mejora en gran medida las temperaturas A1 y A3 del acero.
En los aceros ordinarios de baja aleación, el titanio puede mejorar la plasticidad y la tenacidad al tiempo que aumenta la resistencia del acero mediante la fijación de nitrógeno y azufre y la formación de carburo de titanio.
El refinamiento del grano formado por la normalización, los carburos de precipitación pueden mejorar en gran medida la plasticidad y la tenacidad al impacto del acero.
El acero estructural aleado que contiene titanio tiene buenas propiedades mecánicas y rendimiento de proceso, pero su principal inconveniente es la baja templabilidad.
En los aceros inoxidables con alto contenido en cromo, el contenido en titanio suele ser cinco veces superior al de carbono, lo que puede mejorar la resistencia a la corrosión (principalmente la corrosión antiintergranular) y la tenacidad del acero, favorecer el crecimiento del grano a altas temperaturas y mejorar el rendimiento de la soldadura del acero.
El vanadio tiene una gran afinidad con el carbono, el nitrógeno y el oxígeno, con los que forma compuestos estables. En el acero, el vanadio está presente principalmente en forma de carburos.
El vanadio tiene la función de refinar la estructura y el grano del acero y puede aumentar la templabilidad cuando se disuelve en la solución sólida a altas temperaturas. Sin embargo, cuando está presente en forma de carburos, puede reducir la templabilidad. El vanadio también aumenta la estabilidad de revenido del acero templado y produce un efecto de endurecimiento secundario.
La cantidad de vanadio en el acero suele limitarse a 0,5%, excepto en el acero rápido para herramientas. En los aceros ordinarios de baja acero aleado al carbonoEl vanadio puede refinar el grano y mejorar la resistencia, el límite elástico, las propiedades a baja temperatura y las propiedades de soldadura del acero. En los aceros estructurales aleados, puede reducir la templabilidad bajo tratamiento térmico normal cuando se utiliza en combinación con manganeso, cromo, molibdeno y wolframio.
El vanadio puede mejorar la resistencia y el límite elástico en el acero para muelles y el acero para cojinetes, 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 añade a los aceros para herramientas, refina el grano, reduce la sensibilidad al sobrecalentamiento y aumenta la estabilidad del revenido y la resistencia al desgaste, prolongando la vida útil de las herramientas.
En el acero de cementación, el vanadio permite que el acero se temple directamente después de la cementación, sin necesidad de un temple secundario. El acero para rodamientos que contiene vanadio y cromo tiene una alta dispersión y un buen rendimiento.
El cromo puede aumentar la templabilidad del acero y tiene el efecto del 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 a 12%, hace que el acero tenga una buena resistencia a la oxidación a alta temperatura y a la corrosión, y también aumenta su resistencia en caliente.
El cromo es el principal elemento de aleación del 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 sometido a laminación, reducir el alargamiento y la contracción de la sección transversal.
Cuando el contenido de cromo es superior a 15%, disminuyen la resistencia y la dureza, y aumentan en consecuencia el alargamiento y la contracción de la sección transversal. Mediante el rectificado, las piezas de acero al cromo son fáciles de obtener una alta calidad superficial.
La función principal del cromo en la estructura de temple es mejorar la templabilidad, hacer que el acero tenga un buen rendimiento mecánico global tras el temple y revenido, producir carburo de cromo en el acero de cementación para mejorar la resistencia al desgaste de la superficie del material.
El acero para muelles con 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 de revenido.
En las aleaciones electrotérmicas, el cromo puede mejorar la resistencia a la oxidación, la resistencia y la solidez de la aleación.
El Mn puede mejorar la resistencia del acero. Como el Mn es relativamente barato y puede alearse con el Fe, tiene poco efecto sobre la plasticidad al tiempo que mejora la resistencia del acero. Por ello, el Mn se utiliza ampliamente para reforzar el acero.
Puede decirse que casi todos los aceros al carbono contienen Mn. El acero blando de estampación, el acero de doble fase (acero DP), el acero de plasticidad inducida por transformación (acero TR) y el acero martensítico (acero MS) contienen manganeso.
Generalmente, el contenido de Mn en el acero blando no superará los 0,5%. El contenido de Mn en el acero de alta resistencia aumenta con el incremento del nivel de resistencia, como en el acero martensítico, el contenido de Mn puede alcanzar hasta 3%.
El Mn mejora la templabilidad del acero y su comportamiento en el tratamiento térmico. Un ejemplo típico es el acero 40Mn y el nº 40.
El 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 así 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.
El cobalto (Co) se utiliza en aceros y aleaciones especiales. Los aceros rápidos con Co presentan una gran dureza a altas temperaturas.
Cuando se añade al acero martensítico envejecido junto con el molibdeno, el Co puede aumentar la dureza y las propiedades mecánicas generales del acero.
Además, el Co es un importante elemento de aleación en el acero caliente y los materiales magnéticos.
Sin embargo, el Co puede reducir la templabilidad del acero y, por tanto, disminuir sus propiedades mecánicas globales, especialmente en el acero al carbono.
Además, el Co puede reforzar la ferrita, y cuando se añade al acero al carbono durante recocido o normalizado, puede mejorar la dureza, el límite elástico y la resistencia a la tracción del acero, pero tiene un efecto negativo sobre su alargamiento y contracción transversal.
Además, el aumento del contenido de Co en el acero reduce su tenacidad al impacto.
Por último, debido a sus propiedades antioxidantes, el Co se utiliza en aceros y aleaciones resistentes al calor, sobre todo en turbinas de gas de aleación a base de Co.
Entre los efectos beneficiosos del níquel cabe citar su 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 (inferior a -100℃ cuando el níquel < 0,3%, y puede descender a -180℃ cuando el contenido de Co se incrementa hasta unos 4-5%), lo que puede mejorar la resistencia y la plasticidad del acero templado.
Un acero con Ni=3,5% no puede templarse, pero la adición de Ni=8% al acero al Cr puede transformarlo en tipo M a una velocidad de enfriamiento muy baja.
El níquel tiene una constante de red similar a γ-Fe, lo que lo hace propicio para potenciar el endurecimiento del acero al formar una solución sólida continua.
El níquel puede reducir el punto crítico y aumentar la estabilidad de austenitalo que conduce a una reducción de la temperatura de enfriamiento y a un buen enfriamiento.
El acero al Ni se utiliza generalmente para piezas pesadas de grandes secciones. Cuando se combina con Cr, W, o Cr y Mo, se puede aumentar la templabilidad. El acero al níquel-molibdeno tiene un alto límite de fatiga, y el acero al Ni tiene una buena resistencia a la fatiga térmica, capaz de trabajar en caliente y en frío.
En el acero inoxidable, el Ni se utiliza para crear un cuerpo en A uniforme que mejore la resistencia a la corrosión.
El acero al Ni no se sobrecalienta fácilmente, lo que puede evitar el crecimiento del grano a alta temperatura y mantener una estructura de grano fino.
El papel destacado del cobre (Cu) en el acero es mejorar la resistencia a la corrosión atmosférica del acero ordinario de baja aleación. Mezclado con fósforo, el Cu también puede mejorar la resistencia y el límite elástico del acero sin ningún efecto adverso en su rendimiento de soldadura.
El raíl de acero (U-Cu) que contiene de 0,20% a 0,50% de Cu tiene un periodo de resistencia a la corrosión entre 2 y 5 veces superior al del acero al carbono normal.
Cuando el contenido de Cu es superior a 0,75%, puede producirse un efecto de envejecimiento tras el tratamiento con solución sólida y el envejecimiento.
Con un contenido bajo de Cu, su efecto es similar al del níquel, pero más débil. Con un alto contenido de Cu, no es adecuado para el tratamiento por deformación térmica, lo que puede provocar la fragilidad del cobre.
La adición de cobre 2-3% al acero inoxidable austenítico puede mejorar la resistencia a la corrosión del ácido sulfúrico, el ácido fosfórico y el ácido clorhídrico, así como la estabilidad de la corrosión bajo tensión.
El galio (Ga) es un elemento situado en la sección γ cerrada. El microgalio es soluble en ferrita y forma una solución sólida sustitutiva. No es un elemento formador de carburos, pero tampoco forma óxidos, nitruros y sulfuros.
En las regiones de dos fases γ+a, el microgalio se difunde fácilmente de la austenita a la ferrita, donde su concentración es elevada. El efecto del microgalio en la propiedades mecánicas del acero es principalmente el refuerzo de la solución sólida.
El Ga tiene un efecto menor en la resistencia a la corrosión del acero.
El arsénico (As) presente en el mineral sólo puede eliminarse parcialmente en el proceso de sinterización, pero puede eliminarse con la tostación clorurante. El As se mezclará con el arrabio durante el proceso de fundición en altos hornos.
Cuando el contenido de As en el acero supera los 0,1%, puede aumentar la fragilidad del acero y debilitar su rendimiento en soldadura. Por lo tanto, el contenido de As en el mineral debe ser controlado, y la cantidad de As en el mineral no debe exceder 0.07%.
El arsénico tiende a aumentar el límite elástico σs y la resistencia a la tracción σb del acero redondo bajo en carbono, al tiempo que reduce su alargamiento. Además, su efecto en la reducción de la tenacidad al impacto Akv del acero redondo al carbono a temperatura normal es significativo.
El selenio (Se) puede mejorar el mecanizado propiedades del acero al carbonoEl acero inoxidable y el cobre hacen que la superficie de las piezas sea brillante y limpia.
El acero al silicio orientado de alta inducción magnética utiliza a menudo MnSe2 como inhibidor. Su buena inclusión, comparada con la del MnS, es más fuerte para frenar el crecimiento del grano de recristalización inicial y es más propicia para promover el crecimiento del grano de recristalización secundario seleccionado. De este modo se puede obtener una textura de alta orientación (110) [001].
El circonio (Zr) es un potente elemento formador de carburos y su función en el acero es similar a la del niobio, el tantalio y el vanadio.
La adición de una pequeña cantidad de Zr tiene los efectos de desgasificar, purificar y refinar el grano, lo que resulta ventajoso para mejorar el rendimiento a baja temperatura y el rendimiento de estampación del acero.
El Zr se utiliza a menudo en la fabricación de motores de gas y aceros ultrarresistentes y aleaciones de alta temperatura a base de Ni, necesarias para las estructuras de misiles.
El niobio (Nb) se asocia a menudo con el tántalo, y sus funciones en el acero son similares. El Nb y el tántalo pueden disolverse parcialmente en una solución sólida y reforzarla.
El temple del acero mejora considerablemente 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 de revenido del acero y tiene un efecto de endurecimiento secundario.
El microniobio puede mejorar la resistencia del acero sin afectar a su plasticidad o tenacidad. Además, puede refinar el grano, mejorar la tenacidad al impacto y reducir la temperatura de transición frágil del acero. Cuando el contenido de Nb es más de 8 veces superior al de carbono, casi todo el carbono del acero puede fijarse, haciendo que el acero tenga una buena resistencia al hidrógeno.
En los aceros austeníticos, el Nb puede evitar que los medios oxidantes provoquen la corrosión intergranular del acero. También puede mejorar el rendimiento a alta temperatura del acero caliente, como la resistencia a la fluencia, debido a su carbono fijo y a su efecto de endurecimiento por precipitación.
El Nb puede mejorar el límite elástico y la tenacidad al impacto del acero ordinario de baja aleación, y reducir su temperatura de transición frágil, lo que resulta beneficioso para la soldadura. En carburación y aleación de temple acero estructural, puede aumentar la templabilidad al tiempo que mejora la tenacidad y el rendimiento a baja temperatura. Además, el Nb puede reducir el endurecimiento al aire de los aceros de bajo contenido en carbono. acero inoxidable martensíticoevitar la fragilidad del temple y aumentar la resistencia a la fluencia.
El molibdeno (Mo) puede mejorar la templabilidad y la intensidad térmica del acero, evitar la fragilidad del temple, aumentar el magnetismo residual, la coercitividad y la resistencia a la corrosión en algunos medios.
En templado y revenido acero, el Mo puede reforzar la profundidad de temple, el endurecimiento de las piezas de gran sección transversal y mejorar la resistencia a la embutición o la estabilidad de revenido del acero. Esto puede hacer que las piezas eliminen (o reduzcan) más eficazmente las tensiones residuales y mejoren su plasticidad a alta temperatura.
En el acero carburizado, el Mo puede reducir la tendencia a la formación de carburo en una malla continua en el límite del grano durante la capa carburizada, reducir la austenita residual en la capa carburizada y aumentar relativamente la resistencia al desgaste superficial.
En matriz de forja el Mo puede mantener estable la dureza 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 blanqueador o el fluido. En particular, la adición de Mo puede prevenir la tendencia a la corrosión del ion cloro.
El acero rápido W12Cr4V4Mo con aproximadamente 1% Mo tiene una excelente resistencia al desgaste, dureza de revenido y dureza al rojo.
El estaño (Sn) se ha considerado un elemento impuro nocivo en el acero. Puede afectar a la calidad del acero, especialmente a la de las palanquillas de colada continua. El Sn puede provocar la fragilidad del acero en caliente, la fragilidad del temple, el agrietamiento y la fractura, afectando al rendimiento de la soldadura del acero, y es uno de los "cinco males" del acero.
Sin embargo, el Sn desempeña un papel importante en el acero eléctrico, el hierro fundido y el acero de corte fácil. El tamaño de los granos de 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 impedir 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 fuerza de la textura favorable {100} en el producto acabado de acero al silicio orientado. Esto puede conducir a 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 a la fluidez del hierro fundido. La fundición maleable perlítica tiene una alta resistencia y una gran resistencia al desgaste. Para obtener la fundición perlítica, 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 suele ser inferior a 0,1%.
El acero fácil de cortar puede dividirse en acero fácil de cortar sulfurado, cálcico, plomado y compuesto. El Sn tiene una tendencia evidente a agruparse alrededor de las inclusiones y los 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 el límite de fase. Cuando el contenido de Sn es >0,05%, el acero tiene una buena capacidad de corte.
Tras añadir antimonio (Sb) al acero al silicio de alta orientación magnética, se puede refinar el tamaño de grano de la primera y la segunda recristalización, lo que da lugar a una segunda recristalización más perfecta y a un magnetismo mejorado.
Tras el laminado en frío y la descarbonización del acero al Sb, los componentes de la composición de la textura {110} o {110} favorables para el desarrollo de la recristalización secundaria se potenciarán, y el número de núcleos de cristal secundarios aumentará.
En los aceros de soldadura de construcción que contienen Sb, bajo temperatura austenítica, el Sb precipita alrededor de las inclusiones de MnS y a lo largo del límite de grano original de la austenita. La precipitación enriquecida alrededor de las inclusiones de MnS puede refinar la organización del acero y mejorar su tenacidad.
En el acero, el wolframio (W) se disuelve parcialmente en el 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 por cantidad.
El papel principal del W en el acero es aumentar la estabilidad del temple, 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 el acero para herramientas, como el acero rápido y el acero para forja en caliente.
W es un carburo refractario en acero para muelles de alta calidad, que puede reducir el proceso de concentración de carburos y mantener la resistencia a altas temperaturas.
W también puede reducir la sensibilidad al sobrecalentamiento del acero, aumentar su templabilidad y dureza.
El enfriamiento por aire hace que el acero para muelles 65SiMnWA tenga una gran dureza después del laminado en caliente.
Un resorte acero con una sección transversal de 50 mm2 puede ser endurecido en aceite y puede soportar una carga pesada, ser resistente al calor (no superior a 350 ℃).
El acero para muelles de alta calidad 30W4Cr2VA de alta resistencia al calor tiene una gran templabilidad, y su resistencia a la tracción puede ser de 1470 ~ 1666 pa después de 1050 ~ 1100 ℃ de temple y 550 ~ 650 ℃ de revenido.
Se utiliza principalmente para la fabricación de muelles que se utilizan a alta temperatura (500 ℃).
Debido a la adición de W, puede mejorar significativamente las propiedades de abrasión y corte del acero, por lo que el W es el elemento principal del acero aleado para herramientas.
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 a sus efectos nocivos en el proceso de reciclado de residuos de acero, el Pb se ha ido sustituyendo gradualmente.
Es difícil que el Pb forme una solución sólida o compuestos con el Fe. En lugar de ello, tiende a reunirse en el límite del grano en forma globular, lo que puede causar fragilidad en el acero a temperaturas entre 200-480°C y provocar grietas durante la soldadura.
El rendimiento de corte del acero puede mejorarse añadiendo 0,1-0,4% Bi en el acero de corte libre.
Cuando el Bi está distribuido uniformemente en el acero, las partículas de Bi se fundirán tras entrar en contacto con el herramienta de corte, actuando como lubricante, haciendo 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.
El bi existe en tres tipos de aceros de corte libre: independientemente en la matriz de acero, envuelto por el sulfuro, y entre la matriz de acero y el sulfuro.
La velocidad de deformación de las inclusiones de MnS disminuye con el aumento del contenido de Bi en el corte libre de S-Bi lingotes de acero.
El bimetálico del acero puede frenar la deformación del sulfuro en el proceso de forja del lingote de acero.
La adición de 0,002-0,005% de Bi al hierro fundido puede mejorar el rendimiento de fundición del hierro fundido maleable, aumentar la tendencia al blanqueamiento, acortar el recocido tiempo, y optimizar el rendimiento de extensión de las piezas.
La adición de 0,005% de Bi a la fundición nodular puede mejorar su antisismicidad y su resistencia a la tracción.
Es difícil añadir Bi al acero porque el Bi se volatiliza en gran medida a 1500 ℃ y, por tanto, es difícil que se infiltre uniformemente en el acero.
Actualmente, en el extranjero, el Bi se sustituye por Bi-Mn placa de aleación con un punto de fusión de 1050 ℃ como aditivo, pero la tasa de utilización de Bi sigue siendo de aproximadamente 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 cuentan con más de cien invenciones de acero al silicio de alta orientación magnética que han añadido Bi.
Tras añadir Bi, la inducción magnética alcanza 1,90T, y el máximo es 1,99T.
Los elementos de tierras raras son los lantánidos con números atómicos comprendidos entre 57 y 71 (lantano, cerio, praseodimio, neodimio, prometio, samario, europio, gadolinio, terbio, disprosio, holmio, erbio, tulio, iterbio y lutecio), más el escandio (nº 21) y el itrio (nº 39), lo que hace un total de 17 elementos. Sus propiedades son similares, lo que dificulta su separación. Las tierras raras mixtas, más baratas, son las que no se han separado.
Las tierras raras pueden utilizarse para desoxidar, desulfurar y microalear, y también pueden alterar la deformabilidad de las inclusiones de tierras raras. Pueden afectar hasta cierto punto a la fragilidad del Al2O3 y mejorar el comportamiento a la fatiga de la mayoría de los tipos de acero.
Los elementos de tierras raras, junto con el Ca, Ti, Zr, Mg y Be, son los agentes deformantes más eficaces para el sulfuro. Añadiendo la cantidad adecuada de tierras raras al acero, las inclusiones de óxido y sulfuro pueden transformarse en pequeñas inclusiones globulares dispersas, que eliminan los efectos nocivos del MnS y otras inclusiones.
En la práctica de la producción de acero, el azufre suele estar presente como 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 punto de fusión alto y puede evitar la fragilidad por calor, durante la deformación por mecanizado, puede extenderse en la dirección del procesamiento y formarse en tiras. Esto puede reducir significativamente la plasticidad, tenacidad y resistencia a la fatiga del acero, por lo que es necesario añadir RE al acero para el procesamiento por deformación.
Los elementos de tierras raras también pueden mejorar 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 la fluidez del acero, reducir no metálico y hacen que la estructura del acero sea densa y pura. El papel de las tierras raras en el acero es principalmente de purificación, metamorfismo y aleación.
Con el control gradual del contenido de oxígeno y azufre, la purificación tradicional del acero fundido y el metamorfismo se van debilitando gradualmente, al tiempo que se mejoran la nueva tecnología de purificación y los efectos de aleación. Los elementos de tierras raras aumentan la capacidad antioxidante de la aleación 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.
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
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