Để cải thiện và nâng cao tính chất nhất định của thép và để có được một số tính chất đặc biệt, các yếu tố được cố ý thêm vào trong quá trình nấu chảy được gọi là các nguyên tố hợp kim. Các nguyên tố hợp kim thường được sử dụng bao gồm crôm, niken, molypden, vonfram, vanadi, titan, tantali, zirconi, coban, silic, mangan, nhôm, đồng, bo, đất hiếm và các loại tương tự. Phốt pho, lưu huỳnh, nitơ, vv cũng đóng một vai trò hợp kim trong một số trường hợp.
(1) Chrome (Cr)
Chromium có thể làm tăng tính cứng của thép và có tác dụng làm cứng thứ cấp, có thể cải thiện độ cứng và chịu mài mòn của thép cacbon mà không làm cho thép trở nên giòn. Khi hàm lượng vượt quá 12%, thép có khả năng chống oxy hóa ở nhiệt độ cao và khả năng chống ăn mòn của quá trình oxy hóa, đồng thời tăng cường độ bền nhiệt của thép. Chromium là nguyên tố hợp kim chính của thép không gỉ chịu axít và thép chịu nhiệt.
Crom có thể làm tăng sức mạnh và độ cứng của thép cacbon trong trạng thái cán, và giảm độ giãn dài và giảm diện tích. Khi hàm lượng crom vượt quá 15%, độ bền và độ cứng sẽ giảm, và độ giãn dài và giảm diện tích sẽ tăng theo. Các bộ phận có chứa thép crom dễ dàng nghiền để có được chất lượng bề mặt cao hơn.
Vai trò chính của crom trong cấu trúc nguội và cứng là cải thiện độ cứng, để thép sau khi dập tắt và ủ có tính chất cơ học toàn diện tốt hơn, trong thép cacbon hóa cũng có thể tạo thành cacbua crom, do đó làm tăng bề mặt của vật liệu kháng mài .
Thép lò xo có chứa crôm không dễ bị tổn thương trong quá trình xử lý nhiệt. Chromium có thể cải thiện khả năng chống mài mòn, độ cứng và độ cứng màu đỏ của thép công cụ và có độ ổn định ủ tốt. Trong các hợp kim nhiệt điện, crôm có thể làm tăng khả năng chống oxy hóa, điện trở và độ bền của hợp kim.
(2) Niken (Ni)
Niken tăng cường ferrite và tinh chế ngọc trai bằng thép. Hiệu quả tổng thể là tăng sức mạnh và không có ảnh hưởng đáng kể đến độ dẻo. Nói chung, đối với thép cacbon thấp được sử dụng trong cán thép, chuẩn hóa hoặc ủ mà không cần điều hòa, một lượng niken nhất định có thể làm tăng cường độ của thép mà không làm giảm đáng kể độ dẻo dai của thép. Theo thống kê, mỗi lần tăng 1% niken có thể làm tăng sức mạnh lên 29.4Pa. Với sự gia tăng hàm lượng niken, sản lượng thép tăng nhanh hơn độ bền kéo, do đó tỷ lệ thép chứa niken có thể cao hơn thép cacbon thông thường. Niken làm tăng sức mạnh của thép, trong khi nó có ít ảnh hưởng đến độ dẻo dai, dẻo dai và hiệu suất của các quá trình khác so với các nguyên tố hợp kim khác. Đối với thép cacbon trung bình, khi niken làm giảm nhiệt độ chuyển đổi ngọc trai, ngọc trai trở nên tốt; và bởi vì niken làm giảm hàm lượng carbon của điểm eutectoid, lượng ngọc trai lớn hơn lượng cacbonit có hàm lượng carbon tương tự. Sức mạnh của thép ferit có chứa nickelit có chứa nickel cao hơn thép cacbon có cùng hàm lượng carbon. Ngược lại, nếu sức mạnh của thép là như nhau, hàm lượng carbon của thép chứa niken có thể được giảm một cách thích hợp, và độ dẻo dai và độ dẻo của thép có thể được cải thiện. Niken có thể cải thiện sức đề kháng của thép để giảm mệt mỏi và giảm độ nhạy của thép với khoảng cách. Niken làm giảm nhiệt độ chuyển tiếp giòn của thép ở nhiệt độ thấp, có ý nghĩa quan trọng đối với thép nhiệt độ thấp. Niken chứa 3,5% thép có thể được sử dụng ở -100 ° C và niken chứa 9% thép có thể hoạt động ở -196 ° C. Niken không làm tăng sức đề kháng của thép để leo và do đó thường không được sử dụng như một yếu tố tăng cường cho thép cường độ nóng.
Trong các hợp kim sắt-niken có hàm lượng niken cao, hệ số giãn nở tuyến tính thay đổi đáng kể với sự gia tăng hoặc giảm hàm lượng niken. Với tính năng này, có thể thiết kế và sản xuất các hợp kim chính xác, lưỡng kim, vv với hệ số giãn nở tuyến tính rất thấp hoặc nhất định.
Ngoài ra, niken không chỉ có khả năng chống axit, mà còn có khả năng chống kiềm, và có khả năng chống ăn mòn với khí quyển và muối. Niken là một trong những yếu tố quan trọng trong thép không gỉ chống axit.
(3) Molybdenum (Mo)
Molybdenum cải thiện khả năng chịu nhiệt và độ bền nhiệt trong thép, ngăn cản tính giòn, làm tăng tính lặp lại và co giật, và chống ăn mòn trong môi trường nhất định.
Trong thép dập nguội, molypden có thể dập tắt và làm cứng các bộ phận với phần lớn hơn, cải thiện khả năng chống nóng hoặc ổn định của thép, và cho phép các bộ phận được ủ ở nhiệt độ cao hơn, nhờ đó loại bỏ hiệu quả hơn. căng thẳng và cải thiện dẻo.
Ngoài các chức năng nêu trên, molypden trong thép cacbua cũng có thể làm giảm xu hướng của cacbua để hình thành mạng liên tục tại các ranh giới hạt trong lớp carburized, giảm austenit còn lại trong lớp carburized, và tương đối tăng lớp bề mặt. Độ bền mài mòn.
Trong khuôn rèn, molypđen cũng có thể duy trì độ cứng thép tương đối ổn định và tăng biến dạng. Nứt và mặc sức đề kháng.
Trong thép không gỉ chống axit, molypden có thể làm tăng khả năng chống lại các axit hữu cơ (axit formic, axit axetic, axit oxalic, vv) cũng như hydrogen peroxide, axit sulfuric, axit sulfuric, sulfat, thuốc nhuộm axit và chất tẩy trắng. Đặc biệt, do sự bổ sung molypden, xu hướng ăn mòn rỗ do sự hiện diện của các ion clorua bị ngăn chặn.
Thép tốc độ cao W12Cr4V4Mo chứa khoảng 1% molypđen có khả năng chống mài mòn, độ cứng ủ và độ cứng màu đỏ.
(4) Vonfram (W)
Ngoài việc tạo thành cacbua trong thép, vonfram hòa tan một phần thành sắt để tạo thành một dung dịch rắn. Hiệu ứng này tương tự như của molypden, và hiệu quả chung không có ý nghĩa như molypden tính theo khối lượng. Các mẫu chính của vonfram trong thép là tăng tính ổn định tính khí, độ cứng màu đỏ, sức mạnh nhiệt, và tăng sức đề kháng mặc do sự hình thành của cacbua. Vì vậy, nó chủ yếu được sử dụng cho thép công cụ, chẳng hạn như thép tốc độ cao, rèn nóng thép chết và như vậy.
Tungsten dạng cacbua chịu lửa trong thép lò xo chất lượng cao. Khi ủ ở nhiệt độ cao hơn, nó có thể làm giảm quá trình tổng hợp cacbua và duy trì độ bền nhiệt độ cao. Vonfram cũng có thể làm giảm độ nhạy quá nóng của thép, tăng độ cứng và tăng độ cứng. Thép lò xo 65SiMnWA có độ cứng rất cao sau khi cán nóng. Thép lò xo của phần 50mm2 có thể được làm cứng trong dầu và có thể được sử dụng như một lò xo quan trọng chịu tải nặng, chịu nhiệt (dưới 350 ° C) và bị va đập. 30W4Cr2VA cường độ cao chịu nhiệt chất lượng cao mùa xuân thép, với một hardenability lớn, dập tắt 1050 ~ 1100 ° C, 550 ~ 650 ° C tempered sau khi độ bền kéo của 1470 ~ 1666Pa. Nó chủ yếu được sử dụng để làm cho lò xo được sử dụng ở nhiệt độ cao (lên đến 500 ° C).
Do việc bổ sung vonfram, khả năng chống mài mòn và khả năng gia công của thép có thể được cải thiện đáng kể. Do đó, vonfram là thành phần chính của thép hợp kim.
(5) Vanadi (V)
Vanadi và carbon, amoniac, oxy có ái lực mạnh mẽ, với sự hình thành của các hợp chất ổn định tương ứng. Vanadi tồn tại chủ yếu ở dạng cacbua trong thép. Vai trò chính của nó là tinh chỉnh cấu trúc vi mô và các hạt thép và tăng sức mạnh và độ dẻo dai của thép. Khi dung dịch rắn được hòa tan ở nhiệt độ cao, độ cứng tăng lên; ngược lại, khi có mặt dưới dạng cacbua, độ cứng sẽ giảm. Vanadi làm tăng tính ổn định của thép dập nguội và tạo ra hiệu ứng làm cứng thứ cấp. Hàm lượng của vanadi trong thép thường không quá 0,5% ngoại trừ thép công cụ tốc độ cao.
Vanadi có thể tinh chế các loại ngũ cốc trong thép hợp kim cacbon thấp thông thường, tăng cường độ, tỷ lệ năng suất và các đặc tính nhiệt độ thấp sau khi chuẩn hóa, và cải thiện hiệu suất hàn của thép.
Vanadi trong thép kết cấu hợp kim sẽ làm giảm tính cứng dưới các điều kiện xử lý nhiệt chung, vì vậy nó thường được sử dụng cùng với các nguyên tố như mangan, crôm, molypden và volfram trong thép kết cấu. Vanadi trong thép dập tắt và luyện là chủ yếu để tăng sức mạnh và tỷ lệ năng suất của thép, và tinh chỉnh độ nhạy nhiệt của các loại ngũ cốc và niobi. Do khả năng tinh chế các hạt trong thép cacbua, thép có thể được dập tắt trực tiếp sau khi carbur hóa mà không làm nguội thứ cấp.
Vanadi có thể làm tăng tỷ lệ sức mạnh và năng suất trong thép lò xo và thép chịu lực, đặc biệt là tăng giới hạn tỷ lệ và giới hạn đàn hồi, giảm độ nhạy khử cacbon trong quá trình xử lý nhiệt, và do đó cải thiện chất lượng bề mặt. Thép chịu lực 5-crom mang chịu lực cacbon hóa cao và hiệu suất tốt.
Vanadi tinh chế ngũ cốc trong thép công cụ, làm giảm độ nhạy quá nóng, tăng tính ổn định và chống mài mòn, và kéo dài tuổi thọ của dụng cụ.
(6) Titan (Ti)
Titan có ái lực mạnh với nitơ, oxy và carbon, và có ái lực mạnh hơn với lưu huỳnh hơn sắt. Vì vậy, nó là một deoxidizer tốt và một yếu tố hiệu quả để sửa chữa nitơ và carbon. Mặc dù titan là một nguyên tố tạo thành cacbua mạnh, nhưng nó không kết hợp với các nguyên tố khác để tạo thành một hợp chất hỗn hợp. Titan cacbua có lực ràng buộc mạnh, ổn định và không dễ bị phân hủy. Nó chỉ có thể hòa tan dần thành dung dịch rắn khi nó được làm nóng đến hơn 1000 ° C trong thép. Trước khi hòa tan, các hạt cacbua titan có tác dụng ngăn ngừa sự phát triển của hạt. Do ái lực giữa titan và carbon lớn hơn nhiều so với ái lực giữa crôm và cacbon, titan thường được sử dụng trong thép không gỉ để cố định cacbon trong đó để loại bỏ sự khử crom ở các biên hạt, do đó loại bỏ hoặc giảm sự ăn mòn của thép.
Titan cũng là một trong những nguyên tố tạo thành ferit và làm tăng mạnh nhiệt độ của thép A1 và A3. Titanium cải thiện độ dẻo và độ bền trong thép hợp kim thấp thông thường. Khi titan sửa nitơ và lưu huỳnh và tạo thành cacbua titan, sức mạnh của thép được tăng lên. Tinh lọc ngũ cốc sau khi chuẩn hóa, kết tủa và tạo thành cacbua có thể cải thiện đáng kể tính dẻo và tác động đến độ dẻo dai của thép. Thép kết cấu hợp kim chứa titan có tính chất cơ học tốt và hiệu suất xử lý. Những bất lợi chính là khó khăn.
Trong thép không gỉ crôm cao, thường cần thêm khoảng 5 lần hàm lượng cacbon của titan, không chỉ cải thiện khả năng chống ăn mòn (chủ yếu là khả năng chống ăn mòn giữa các hạt) và độ dẻo dai của thép, mà còn có xu hướng cải thiện hạt tăng trưởng của thép ở nhiệt độ cao và cải thiện vi cấu trúc. Hiệu suất hàn thép.
(7) Nb / Cb
Sự cộng sinh giữa 铌 và 钶 thường tương đồng với of và,. Chúng có tác dụng tương tự trong thép. Lanthanum và xeri được hòa tan trong dung dịch rắn và đóng vai trò tăng cường dung dịch rắn. Khi hòa tan trong austenite, độ cứng của thép tăng đáng kể. Tuy nhiên, trong sự hiện diện của cacbua và các hạt oxit, các hạt được tinh chế và độ cứng của thép bị giảm. Nó có thể làm tăng tính ổn định của thép và có tác dụng làm cứng thứ cấp. Dấu vết niobi có thể làm tăng cường độ thép mà không ảnh hưởng đến độ dẻo hoặc độ dẻo dai của thép. Do ảnh hưởng của tinh chế hạt, độ dẻo dai tác động của thép có thể được cải thiện và nhiệt độ chuyển đổi giòn của nó có thể được giảm xuống. Khi hàm lượng cacbon lớn hơn 8 lần, hầu như tất cả cácbon trong thép có thể được cố định, do đó thép có khả năng kháng hydro tốt. Trong thép Austenit, có thể ngăn chặn sự ăn mòn giữa các hạt bằng thép bởi môi trường oxy hóa. Do tác dụng làm cứng cacbon và lượng mưa cố định, các đặc tính nhiệt độ cao của các loại thép có cường độ nóng như sức mạnh leo có thể được cải thiện.
铌 Trong thép hợp kim thấp thông thường để xây dựng, cường độ năng suất và độ dẻo dai tác động có thể được cải thiện, và nhiệt độ chuyển đổi giòn có thể làm giảm hiệu suất hàn có lợi. Trong carburizing và dập tắt và tempered hợp kim thép kết cấu trong sự gia tăng của hardenability cùng một lúc. Cải thiện độ dẻo dai và hiệu suất nhiệt độ thấp của thép. Nó có thể làm giảm không khí cứng của thép không gỉ chịu nhiệt thấp carbonensit, tránh làm cứng và ôn đới, và tăng cường sức mạnh của creep.
(8) Zirconi (Zr)
Zirconi là một nguyên tố tạo thành cacbua mạnh và vai trò của nó trong thép tương tự như niobi, tantali, vanadi. Việc bổ sung một lượng nhỏ zirconi có tác dụng khử khí, làm sạch và tinh chế ngũ cốc, có lợi cho hiệu suất nhiệt độ thấp của thép và cải thiện hiệu suất dập. Nó thường được sử dụng trong sản xuất thép cường độ siêu cao và siêu bền dựa trên nickel cho động cơ khí và cấu trúc tên lửa đạn đạo.
(9) Coban (Co)
Coban được sử dụng trong các loại thép và hợp kim đặc biệt. Thép tốc độ cao có chứa coban có độ cứng cao ở nhiệt độ cao. Khi kết hợp với molypden, thép martensitic có thể được sử dụng để có được độ cứng cực cao và các tính chất cơ học tốt. Ngoài ra, coban cũng là một yếu tố hợp kim quan trọng trong thép cường độ nóng và vật liệu từ tính.
Cobalt làm giảm tính cứng của thép, vì vậy việc bổ sung thép cacbon một mình sẽ làm giảm các tính chất cơ học tổng thể sau khi dập tắt và ủ. Cobalt có thể tăng cường ferrite và thêm thép cacbon. Nó có thể làm tăng độ cứng, điểm sản lượng và độ bền kéo của thép trong quá trình ủ hoặc chuẩn hóa. Nó có tác động bất lợi đến kéo dài và giảm diện tích, và tác động độ dẻo dai cũng tăng lên. Giảm hàm lượng coban. Bởi vì coban có đặc tính chống oxy hóa, nó được sử dụng trong thép chịu nhiệt và hợp kim chịu nhiệt. Tua bin khí hợp kim dựa trên coban cho thấy vai trò độc đáo của nó.
(10) Silicon (Si)
Silicon có thể hòa tan trong ferrite và austenite để cải thiện độ cứng và độ bền của thép, vai trò của nó chỉ đứng sau photpho, mạnh hơn mangan, niken, crôm, vonfram, molypden, vanadi và các nguyên tố khác. Tuy nhiên, khi hàm lượng silic vượt quá 3%, độ dẻo dai và độ dẻo dai của thép sẽ giảm đáng kể. Silicon có thể cải thiện giới hạn đàn hồi của thép, cường độ năng suất và tỷ lệ năng suất (σs / σb), cũng như tỷ lệ mỏi và mệt mỏi (σ-1 / σb). Điều này là do thép mangan silicon hoặc silicon có thể được sử dụng làm thép lò xo.
Silicon làm giảm mật độ, độ dẫn nhiệt và độ dẫn điện của thép. Có thể thúc đẩy hạt ferrite coarsening và giảm coercivity. Có khuynh hướng làm giảm dị hướng của tinh thể, do đó sự từ hóa dễ dàng, sức đề kháng từ bị giảm, và nó có thể được sử dụng để sản xuất thép điện, do đó tấm thép từ tính có độ trễ trễ từ thấp hơn. Silicon có thể làm tăng tính thấm từ của ferrite, do đó tấm thép có cường độ cảm ứng từ cao hơn dưới một từ trường yếu hơn. Tuy nhiên, trong một từ trường mạnh, silicon làm giảm sức mạnh cảm ứng từ của thép. Do sự khử oxy mạnh của silicon, silicon làm giảm hiệu ứng lão hóa từ của sắt.
Khi thép chứa silicon được làm nóng trong một bầu không khí ôxi hóa, một lớp màng SiO2 sẽ được tạo thành trên bề mặt, do đó làm tăng khả năng chống oxy hóa của thép ở nhiệt độ cao.
Silicon có thể thúc đẩy sự phát triển của các tinh thể cột trong thép đúc và giảm độ dẻo. Nếu thép silic nguội đi nhanh chóng khi nó được làm nóng, chênh lệch nhiệt độ giữa bên trong và bên ngoài của thép lớn vì độ dẫn nhiệt thấp, và do đó nó bị vỡ.
Silicon có thể làm giảm hiệu suất hàn của thép. Bởi vì khả năng liên kết với oxy mạnh hơn so với sắt, silicate điểm nóng chảy thấp dễ dàng được tạo ra trong quá trình hàn, làm tăng tính lưu động của xỉ nóng chảy và kim loại nóng chảy, gây ra slopping và ảnh hưởng đến chất lượng hàn. Silicon là một chất khử độc tốt. Khi khử oxy bằng nhôm, một lượng silic nhất định được thêm vào thích hợp, có thể làm tăng đáng kể tốc độ khử oxy hóa. Silicon ban đầu có một số dư trong thép, được đưa vào như một nguyên liệu thô trong sản xuất thép và chế tạo thép. Trong thép sôi, silicon được giới hạn ở <> Khi được thêm vào, các hợp kim ferrosilicon được thêm vào trong quá trình sản xuất thép.
(11) Mangan (Mn)
Mangan là một chất khử mùi tốt và chất khử lưu huỳnh. Thép thường chứa một lượng mangan nhất định, có thể loại bỏ hoặc làm giảm độ giòn của thép do lưu huỳnh, do đó cải thiện khả năng làm việc của thép.
Dung dịch rắn được hình thành bởi mangan và sắt làm tăng độ cứng và độ bền của ferrite và austenite trong thép. Đồng thời, nó là một nguyên tố tạo thành cacbua và đi vào cementit để thay thế một phần nguyên tử sắt. Mangan làm giảm nhiệt độ chuyển tiếp quan trọng trong thép. Nó đóng một vai trò trong việc tinh chế ngọc trai và cũng gián tiếp đóng một vai trò quan trọng trong việc tăng cường sức mạnh của thép ngọc trai. Khả năng mangan để ổn định austenite chỉ đứng sau nickel, và nó cũng làm tăng tính cứng của thép. Mangan được sử dụng không vượt quá 2% thành phần với các nguyên tố khác để tạo ra nhiều loại thép hợp kim khác nhau.
Mangan có các đặc tính của nguồn tài nguyên phong phú và các chức năng khác nhau, và đã được sử dụng rộng rãi, chẳng hạn như thép kết cấu carbon và thép lò xo có hàm lượng mangan cao hơn.
Trong thép carbon cao và mangan chịu mài mòn cao, hàm lượng mangan có thể đạt 10% đến 14%. Sau khi điều trị giải pháp, nó có độ dẻo dai tốt. Khi nhận được tác động và biến dạng, lớp bề mặt sẽ được tăng cường do biến dạng và có sức đề kháng cao. Mài.
Mangan và lưu huỳnh tạo thành một MnS với một điểm nóng chảy cao, ngăn cản brittleness nóng do FeS. Mangan có khuynh hướng gia tăng các hạt thép thô và độ nhạy cảm với độ giòn. Nếu nấu chảy không được làm nguội đúng cách sau khi rót và rèn, nó có thể dễ dàng gây ra các đốm trắng trong thép.
(12) Nhôm (Al)
Nhôm chủ yếu được sử dụng để khử oxy và tinh chế ngũ cốc. Sự hình thành một lớp nitrided cứng, chống ăn mòn trong thép nitrided. Nhôm có thể ức chế sự lão hóa của thép cacbon thấp và tăng độ dẻo dai của chúng ở nhiệt độ thấp. Khi hàm lượng cao, khả năng chống oxy hóa của thép và khả năng chống ăn mòn trong axit oxit hóa và khí H2S có thể được cải thiện, và tính chất điện và từ của thép có thể được cải thiện. Nhôm có tác dụng tăng cường dung dịch rắn lớn trong thép, cải thiện khả năng chống mài mòn, độ bền mỏi và các tính chất cơ học cốt lõi của thép cacbua.
Trong hợp kim cứng, hợp chất dạng nhôm và niken, do đó cải thiện cường độ nấu chảy. Hợp kim nhôm-crom nhôm chứa nhôm có đặc tính kháng gần như không đổi và khả năng chống oxy hóa tuyệt vời ở nhiệt độ cao. Nó thích hợp cho vật liệu hợp kim điện tử và nhôm crom. Dây điện trở.