Combinazione di elementi in lega di acciaio

I principali elementi di lega dell'acciaio legato sono silicio, manganese, cromo, nichel, molibdeno, tungsteno, vanadio, titanio, niobio, zirconio, cobalto, alluminio, rame, boro, terre rare, ecc.
1. Carbonio (C): All'aumentare del contenuto di carbonio nell'acciaio, aumentano il limite di snervamento e la resistenza alla trazione, ma la plasticità e la resistenza all'impatto diminuiscono. Quando il contenuto di carbonio supera lo 0,23%, le prestazioni di saldatura dell'acciaio peggiorano, motivo per cui viene utilizzato per la saldatura. Acciai strutturali bassolegati, il cui contenuto di carbonio generalmente non supera lo 0,20%. Un elevato contenuto di carbonio riduce anche la resistenza alla corrosione atmosferica dell'acciaio, mentre l'acciaio ad alto tenore di carbonio nei parchi di stoccaggio all'aperto arrugginisce facilmente; inoltre, il carbonio può aumentare la fragilità a freddo e la sensibilità all'invecchiamento dell'acciaio.
2. Silicio (Si): il silicio viene aggiunto come agente riducente e disossidante durante il processo di produzione dell'acciaio, quindi l'acciaio calmato contiene lo 0,15-0,30% di silicio. Se il contenuto di silicio nell'acciaio supera lo 0,50-0,60%, il silicio è considerato un elemento di lega. Il silicio può aumentare significativamente il limite elastico, il limite di snervamento e la resistenza a trazione dell'acciaio, quindi è ampiamente utilizzato nell'acciaio per molle. L'aggiunta dell'1,0-1,2% di silicio all'acciaio strutturale bonificato può aumentarne la resistenza del 15-20%. Il silicio viene combinato con molibdeno, tungsteno, cromo, ecc. per migliorare la resistenza alla corrosione e all'ossidazione e può essere utilizzato per produrre acciaio resistente al calore. L'acciaio a basso tenore di carbonio contenente l'1-4% di silicio ha una permeabilità magnetica estremamente elevata e viene utilizzato nell'industria elettrica per produrre lamiere di acciaio al silicio. Un contenuto di silicio elevato riduce le prestazioni di saldatura dell'acciaio.

3. Manganese (Mn): Nel processo di produzione dell'acciaio, il manganese è un buon deossidante e desolforante. Generalmente, l'acciaio contiene lo 0,30-0,50% di manganese. Quando all'acciaio al carbonio viene aggiunto più dello 0,70%, si parla di "acciaio al manganese". L'acciaio con una quantità di manganese maggiore rispetto all'acciaio comune non solo presenta una tenacità sufficiente, ma presenta anche maggiore resistenza e durezza, migliorando la temprabilità e le prestazioni di lavorazione a caldo. Ad esempio, il limite di snervamento dell'acciaio 16Mn è superiore del 40% rispetto a quello dell'A3. L'acciaio contenente l'11-14% di manganese ha un'elevatissima resistenza all'usura e viene utilizzato nelle benne degli escavatori, nei rivestimenti dei mulini a sfere, ecc. Un contenuto di manganese elevato indebolisce la resistenza alla corrosione dell'acciaio e riduce le prestazioni di saldatura.
4. Fosforo (P): In circostanze normali, il fosforo è un elemento nocivo nell'acciaio, che ne aumenta la fragilità a freddo, peggiora le prestazioni di saldatura, riduce la plasticità e peggiora le prestazioni di piegatura a freddo. Pertanto, il contenuto di fosforo nell'acciaio deve essere generalmente inferiore allo 0,045% e la richiesta di acciaio di alta qualità è ancora più bassa.
5. Zolfo (S): Anche lo zolfo è un elemento nocivo in circostanze normali. Rende l'acciaio fragile a caldo, ne riduce la duttilità e la tenacità e causa cricche durante la forgiatura e la laminazione. Lo zolfo è anche dannoso per le prestazioni di saldatura, riducendo la resistenza alla corrosione. Pertanto, il contenuto di zolfo deve essere generalmente inferiore allo 0,055% e l'acciaio di alta qualità deve essere inferiore allo 0,040%. L'aggiunta di zolfo all'acciaio dallo 0,08% allo 0,20% può migliorarne la lavorabilità e viene solitamente definito acciaio da taglio automatico.
6. Cromo (Cr): Nell'acciaio strutturale e nell'acciaio per utensili, il cromo può migliorare significativamente la resistenza, la durezza e la resistenza all'usura, ma allo stesso tempo ne riduce la plasticità e la tenacità. Il cromo può anche migliorare la resistenza all'ossidazione e alla corrosione dell'acciaio, quindi è un importante elemento di lega per l'acciaio inossidabile e l'acciaio resistente al calore.

7. Nichel (Ni): il nichel può migliorare la resistenza dell'acciaio mantenendone una buona plasticità e tenacità. Il nichel ha un'elevata resistenza alla corrosione da acidi e alcali, ed è antiruggine e resistente al calore ad alte temperature. Tuttavia, poiché il nichel è una risorsa scarsa, è consigliabile utilizzare altri elementi di lega al posto dell'acciaio al nichel-cromo.
8. Molibdeno (Mo): il molibdeno può affinare i grani dell'acciaio, migliorare la temprabilità e le proprietà di resistenza termica, e mantenere una resistenza e una resistenza al creep adeguate ad alte temperature (le sollecitazioni a lungo termine ad alte temperature causano una deformazione, chiamata creep). L'aggiunta di molibdeno all'acciaio strutturale può migliorare le proprietà meccaniche. Può anche ridurre la fragilità dell'acciaio legato causata dalla tempra. Nell'acciaio per utensili, può essere migliorata la colorazione rossa.
9. Titanio (Ti): Il titanio è un forte disossidante nell'acciaio. Può rendere la struttura interna dell'acciaio più densa e affinare la forza del grano; ridurre la sensibilità all'invecchiamento e la fragilità a freddo. Migliora le prestazioni di saldatura. L'aggiunta di titanio appropriato all'acciaio inossidabile austenitico al cromo 18 e nichel 9 può prevenire la corrosione intergranulare.
10. Vanadio (V): Il vanadio è un eccellente disossidante per l'acciaio. L'aggiunta dello 0,5% di vanadio all'acciaio può affinare la struttura dei grani e migliorarne resistenza e tenacità. Il carburo formato da vanadio e carbonio può migliorare la resistenza alla corrosione da idrogeno ad alte temperature e pressioni.

11. Tungsteno (W): Il tungsteno ha un alto punto di fusione e un elevato peso specifico. È un elemento di lega fondamentale per la vita. Il tungsteno e il carbonio formano il carburo di tungsteno, che presenta elevata durezza e resistenza all'usura. L'aggiunta di tungsteno all'acciaio per utensili può migliorarne significativamente la durezza superficiale e la resistenza termica, e viene utilizzato per utensili da taglio e stampi per forgiatura.
12. Niobio (Nb): il niobio può raffinare i grani, ridurre la sensibilità al surriscaldamento e la fragilità da rinvenimento dell'acciaio e aumentarne la resistenza, ma ne riduce la plasticità e la tenacità. L'aggiunta di niobio all'acciaio bassolegato ordinario può migliorarne la resistenza alla corrosione atmosferica e alla corrosione da idrogeno, azoto e ammoniaca ad alte temperature. Il niobio migliora le proprietà di saldatura. L'aggiunta di niobio all'acciaio inossidabile austenitico può prevenire la corrosione intergranulare.
13. Cobalto (Co): il cobalto è un metallo prezioso raro, utilizzato principalmente in acciai e leghe speciali, come acciai resistenti al calore e materiali magnetici.
14. Rame (Cu): L'acciaio prodotto da Wuhan Iron and Steel Co., Ltd. dal minerale Daye contiene spesso rame. Il rame può migliorare la resistenza e la tenacità, in particolare la resistenza alla corrosione atmosferica. Lo svantaggio è che è soggetto a fragilità termica durante la lavorazione a caldo e la plasticità si riduce significativamente quando il contenuto di rame supera lo 0,5%. Quando il contenuto di rame è inferiore allo 0,50%, non ha alcun effetto sulla saldabilità.
15. Alluminio (Al): l'alluminio è un deossidante comunemente utilizzato nell'acciaio. L'aggiunta di una piccola quantità di alluminio all'acciaio può raffinare i grani e migliorarne la tenacità, come nel caso dell'acciaio O8Al per lamiere sottili sottoposte a imbutitura profonda. L'alluminio possiede anche proprietà antiossidanti e anticorrosive. La combinazione di alluminio, cromo e silicio può migliorare significativamente le prestazioni di pelatura ad alta temperatura e la resistenza alla corrosione ad alta temperatura dell'acciaio. Lo svantaggio dell'alluminio è che influisce sulle prestazioni di lavorazione a caldo, di saldatura e di taglio dell'acciaio.
16. Boro (B): l'aggiunta di una traccia di boro all'acciaio può migliorarne la densità e le proprietà di laminazione a caldo, aumentandone la resistenza.
17. Azoto (N): l'azoto può migliorare la resistenza, la tenacità alle basse temperature e la saldabilità dell'acciaio e aumentare la sensibilità all'invecchiamento.
18. Terre rare (Xt): Le terre rare sono i 15 elementi lantanidi con numeri atomici da 57 a 71 nella tavola periodica. Questi elementi sono tutti metalli, ma i loro ossidi sono molto simili alla "terra", per questo motivo vengono comunemente chiamati terre rare. L'aggiunta di terre rare all'acciaio può modificarne la composizione, la forma, la distribuzione e le proprietà delle inclusioni, migliorandone così diverse proprietà, come tenacità, saldabilità e lavorabilità a freddo. L'aggiunta di terre rare all'acciaio per vomere può migliorarne la resistenza all'usura.
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