Stål er i hovedsak jern og karbon legert med visse ekstra elementer. Legering av legering brukes til å forandre kjemisk sammensetning av stål og forbedre egenskapene sine over karbonstål eller justere dem for å tilfredsstille kravene til en bestemt applikasjon.
Fordeler med Steel Alloying Agenter:
Ulike legeringselementer har hver sin egen effekt på stålets egenskaper. Noen av egenskapene som kan forbedres gjennom legering inkluderer:
- Stabiliserende austenitt : Elementer som nikkel , mangan , kobolt og kobber øker temperaturområdet der austenitt eksisterer.
- Stabiliserende ferrit : Krom , wolfram , molybden , vanadium, aluminium og silisium kan medføre reduksjon av karbonens løselighet i austenitt. Dette resulterer i en økning i karbidmengden i stålet og reduserer temperaturområdet der austenitt eksisterer.
- Karbiddannelse : Mange mindre metaller, inkludert krom , wolfram, molybden, titan , niob, tantal og zirkonium, danner sterke karbider som i stål øker hardheten og styrken. Slike stål brukes ofte til å lage høyhastighets stål og varmt arbeidstål.
- Grafittisering : Silisium, nikkel, kobolt og aluminium kan redusere stabiliteten av karbider i stål, fremme deres sammenbrudd og dannelsen av fri grafitt.
- Reduksjon av eutektoidkonsentrasjon : Titan, molybden, wolfram, silisium, krom og nikkel reduserer alle eutektoidkonsentrasjonen av karbon.
- Øk korrosjonsbestandigheten : Aluminium, silisium og krom danner beskyttende oksidlag på overflaten av stål, og beskytter dermed metallet mot ytterligere forverring i visse miljøer.
Vanlige stållegerende agenter:
Nedenfor er en liste over vanlige legeringselementer og deres effekt på stål (standardinnhold i parentes):
- Aluminium (0,95-1,30%): En deoksideringsmiddel. Brukes til å begrense veksten av austenittkorn.
- Bor (0,001-0,003%): Et herdbarhetsmiddel som forbedrer deformerbarheten og bearbeidbarheten. Bor er tilsatt til fullt drept stål og må bare legges i svært små mengder for å få en herdende effekt. Tilsetninger av bor er mest effektive i lavkarbonstål.
- Krom (0,5-18%): En nøkkelkomponent av rustfritt stål. Ved over 12 prosent innhold, forbedrer krom korrosjonsmotstanden betydelig. Metallet forbedrer også herdbarhet, styrke, respons på varmebehandling og slitestyrke.
- Kobolt : Forbedrer styrke ved høye temperaturer og magnetisk permeabilitet.
- Kobber (0,1-0,4%): Oftest funnet som et restmiddel i stål, kobber er også tilsatt for å gi nedbørsherdingsegenskaper og øke korrosjonsmotstanden.
- Bly : Selv om det er nesten uoppløselig i flytende eller fast stål, blir det noen ganger tilsatt bly i karbonstål via mekanisk spredning under helling for å forbedre maskinbearbeidelsen.
- Mangan (0,25-13%): Øker styrken ved høye temperaturer ved å eliminere dannelsen av jernsulfider. Mangan forbedrer også herdbarheten, duktiliteten og slitestyrken. Som nikkel er mangan et austenittdannende element og kan brukes i AISI 200-serien av austenitiske rustfrie stål som erstatning for nikkel.
- Molybden (0,2-5,0%): Funnet i små mengder i rustfritt stål, øker molybden herdbarhet og styrke, spesielt ved høye temperaturer. Brukes ofte i krom-nikkel-austenitisk stål, beskytter molybden mot pittingkorrosjon forårsaket av klorider og svovelkemikalier.
- Nikkel (2-20%): Et annet legeringselement som er kritisk for rustfritt stål, er nikkel tilsatt med over 8% innhold til høyt, rustfritt stål. Nikkel øker styrke, slagstyrke og seighet, samtidig som det forbedrer motstanden mot oksidasjon og korrosjon. Det øker også seighet ved lave temperaturer når det tilsettes i små mengder.
- Niob : Har fordelen av å stabilisere karbon ved å danne harde karbider, og det finnes derfor ofte i høytemperaturstål. I små mengder, kan niob betydelig øke utbyttestyrken og i mindre grad strekkfastheten til stål samt ha en moderat nedbør som styrker effekten.
- Nitrogen : Øker austenitisk stabilitet i rustfritt stål og forbedrer avkastningsstyrken i slike stål.
- Fosfor: Fosfor blir ofte tilsatt med svovel for å forbedre maskinbearbeidbarheten i stål med lav legering. Det gir også styrke og øker korrosjonsmotstanden.
- Selen : Øker maskinbearbeidelse.
- Silisium (0.2-2.0%): Denne metalloid forbedrer styrke, elastisitet, syrefasthet og resulterer i større kornstørrelser, og derved fører til større magnetisk permeabilitet. Fordi silisium brukes i et deoksideringsmiddel i produksjonen av stål , er det nesten alltid funnet i noen prosentandel i alle stålkarakterer.
- Svovel (0,08-0,15%): Lagt til i små mengder, forbedrer svovel bearbeidbarhet uten at det resulterer i korthet. Ved tilsetning av mangan blir varm korthet ytterligere redusert på grunn av at mangansulfid har et høyere smeltepunkt enn jernsulfid.
- Titanium : Forbedrer både styrke og korrosjonsbestandighet, samtidig som det begrenser austenitt kornstørrelse. Ved 0,25-0,60 prosent titaninnhold kombinerer karbon med titan, slik at krom forblir ved korngrenser og motstår oksidasjon.
- Tungsten : Produserer stabile karbider og forandrer kornstørrelsen for å øke hardheten, spesielt ved høye temperaturer.
- Vanadium (0,15%): Vanadium, som titan og niob, kan produsere stabile karbider som øker styrken ved høye temperaturer. Ved å fremme en fin kornstruktur, kan duktiliteten beholdes.
- Zirkonium (0,1%): Øker styrken og begrenser kornstørrelsen. Styrken kan spesielt økes ved svært lave temperaturer (under frysing). Stålets som inkluderer zirkonium opp til ca 0,1% innhold, vil ha mindre kornstørrelser og motstå brudd.
Kilder: Undertekst. Stoffer og teknologi. Effekt av legeringselementer på stålegenskaper. (www.substech.com) Chase Legeringer. Effekter av legerende elementer i stål. (www.chasealloys.co.uk)
Følg Terence på Google+