Какие эффекты оказывают легирующие элементы на феррит?

Большинство легирующих элементов добавляются в низкоуглеродистую сталь для получения твердых растворов, упрочненных сталью, которая сопротивляется деформации при определенных температурах окружающей среды, увеличивая напряжение трения решетки δi. Однако в настоящее время невозможно предсказать нижнее предел текучести только с помощью формул, если размер зерна неизвестен. Хотя определяющими факторами предела текучести являются температура отжига и скорость охлаждения, этот метод исследования все еще важен, так как он может предсказать диапазон, в котором отдельный легирующий элемент может снизить вязкость стали, увеличивая δi.

На сегодняшний день нет отчетов о регрессионном анализе температуры без пластической трансформации (NDT) и температуры перехода Шарпи ферритной стали. Однако это только качественные обсуждения влияния добавления отдельного легирующего элемента на вязкость. Ниже приводится краткое описание влияния нескольких легирующих элементов на свойства стали.

1) Марганец. В большинстве случаев содержание марганца составляет примерно 0,5%. В качестве дезоксиданта или серофиксирующего агента он может предотвратить раскалывание стали при нагреве и имеет следующие эффекты в низкоуглеродистой стали.

Для стали с содержанием углерода 0,05% после охлаждения на воздухе или в печи есть тенденция к уменьшению образования карбидных пленок на границах зерен.

Он может немного уменьшить размер зерен феррита.

Он может образовать большое количество мелких частиц перлита. 

Первые два эффекта показывают, что температура перехода в хрупкое состояние (NDT) снижается с увеличением содержания марганца, в то время как последние два эффекта делают пик кривой Шарпи более острым.

Когда содержание углерода в стали высоко, марганец может значительно снизить температуру превращения примерно на 50%. Причиной этого может быть более высокое количество перлита, а не распределение цементита на границе. Следует отметить, что если содержание углерода в стали превышает 0,15%, высокое содержание марганца играет решающую роль в ударной вязкости нормализованной стали. Поскольку высокая закалочность стали приводит к превращению аустенита в хрупкий верхний бейнит вместо феррита или перлита.

2) Никель. Влияние добавления никеля в сталь аналогично влиянию марганца, которое может улучшить вязкость железо-углеродного сплава. Степень его воздействия зависит от содержания углерода и термической обработки. В стали с очень низким содержанием углерода (около 0,02%) содержание 2% может предотвратить образование карбидов на границах зерен горячекатаной и нормализованной стали, в то же время существенно понижая начальную температуру превращения TS и повышая пик кривой ударной вязкости Шарпи.

Дальнейшее увеличение содержания никеля снижает улучшение ударной вязкости. Если содержание углерода достаточно низкое (до такой степени, что после нормализации не появляются карбиды), влияние никеля на температуру превращения станет очень ограниченным. В нормализованной стали с содержанием углерода примерно 0,10% добавление никеля дает наибольшую пользу в виде измельчения зерен и снижения содержания свободного азота, хотя механизм в настоящее время неясен. Это может быть связано с тем, что никель действует как стабилизатор аустенита, тем самым понижая температуру, при которой аустенит разлагается.

3) Фосфор. В чистом железо-фосфорном сплаве сегрегация фосфора на границах зерен феррита снижает предел прочности при растяжении Rm, вызывая хрупкость между зернами. Кроме того, так как фосфор также является стабилизатором феррита, добавление его в сталь значительно увеличивает значение δi и размер зерен феррита. Совокупный эффект сделает фосфор чрезвычайно вредным хрупкостворителем, приводящим к межзеренному разрушению.

4) Кремний. Добавление кремния в сталь осуществляется для раскисления и полезно для улучшения ударной вязкости. Если в стали есть и марганец, и алюминий, большая часть кремния растворяется в феррите и увеличивает δi за счет эффекта твердого раствора. Совокупный эффект этого действия и увеличения δi из-за добавления кремния заключается в том, что в стабильном железо-углеродном сплаве с определенным размером зерен добавление кремния в массовом проценте повышает температуру 50%-ного превращения примерно на 44°C. Кроме того, кремний, как и фосфор, является стабилизатором феррита, который может способствовать росту зерен феррита. Добавление кремния в массовом проценте в нормализованную сталь повышает среднюю температуру энергетического превращения примерно на 60°C.

5) Алюминий. Причины добавления алюминия в качестве легирующего и раскислительного агента в сталь следующие: Во - первых, он образует AlN с азотом в расплаве, чтобы удалить свободный азот; во - вторых, образование AlN мелкозернистит ферритные зерна. Результатом этих двух эффектов является то, что при каждом увеличении алюминия на 0,1% температура превращения снижается примерно на 40°C. Однако, когда добавление алюминия превышает необходимое количество, эффект "фиксации" свободного азота ослабнет.

6) Кислород. Кислород в стали вызывает сегрегацию на границах зерен, что приводит к межкристаллитному разрушению железного сплава. Когда содержание кислорода в стали достигает 0,01%, разрушение происходит по непрерывным каналам, образованным хрупкими границами зерен. Даже если содержание кислорода в стали очень низкое, трещины будут концентрировать зародышеобразование на границах зерен и затем распространяться через зерно. Решением проблемы кислородной хрупкости является добавление раскислительных агентов, таких как углерод, марганец, кремний, алюминий и цирконий, которые связываются с кислородом, образуя частицы оксидов и удаляя кислород с границ зерен.