Efecte dels elements químics sobre les propietats de la placa d'acer
L'aliatge de ferro-carboni amb un contingut de carboni inferior al 2,11% s'anomena acer. A més de components químics com el ferro (Fe) i el carboni (C), l'acer també conté una petita quantitat de silici (Si), manganès (Mn), fòsfor (P), sofre (S), oxigen (O), nitrogen (N), niobi (Nb) i titani (Ti). La influència dels elements químics comuns en les propietats de l'acer és la següent:
1. Carboni (C): Amb l'augment del contingut de carboni en l'acer, el límit elàstic i la resistència a la tracció augmenten, però la plasticitat i la resistència a l'impacte disminueixen; Tanmateix, quan el contingut de carboni supera el 0,23%, la soldabilitat de l'acer es deteriora. Per tant, el contingut de carboni de l'acer estructural de baix aliatge utilitzat per a la soldadura generalment no supera el 0,20%. L'augment del contingut de carboni també reduirà la resistència a la corrosió atmosfèrica de l'acer, i l'acer amb alt contingut de carboni és fàcil de corroir a l'aire lliure. A més, el carboni pot augmentar la fragilitat al fred i la sensibilitat a l'envelliment de l'acer.
2. Silici (Si): El silici és un desoxidant fort en el procés de fabricació d'acer, i el contingut de silici en l'acer calmat és generalment del 0,12% al 0,37%. Si el contingut de silici en l'acer supera el 0,50%, el silici s'anomena element d'aliatge. El silici pot millorar significativament el límit elàstic, la resistència al rendiment i la resistència a la tracció de l'acer, i s'utilitza àmpliament com a acer per a ressorts. Afegir 1,0-1,2% de silici a l'acer estructural tremp i revenit pot augmentar la resistència entre un 15 i un 20%. Combinat amb silici, molibdè, tungstè i crom, pot millorar la resistència a la corrosió i a l'oxidació, i es pot utilitzar per fabricar acer resistent a la calor. L'acer baix en carboni que conté 1,0-4,0% de silici, amb una permeabilitat magnètica extremadament alta, s'utilitza com a acer elèctric a la indústria elèctrica. L'augment del contingut de silici reduirà la soldabilitat de l'acer.
3. Manganès (Mn): El manganès és un bon desoxidant i desulfuritzant. Generalment, l'acer conté entre un 0,30 i un 0,50% de manganès. Quan s'afegeix més del 0,70% de manganès a l'acer al carboni, s'anomena "acer al manganès". En comparació amb l'acer ordinari, no només té prou tenacitat, sinó que també té una resistència i duresa més elevades, cosa que millora la capacitat d'enduriment i la treball en calent de l'acer. L'acer que conté entre un 11 i un 14% de manganès té una resistència al desgast extremadament alta i s'utilitza sovint en culleres d'excavadores, revestiments de molins de boles, etc. Amb l'augment del contingut de manganès, la resistència a la corrosió de l'acer es debilita i el rendiment de soldadura es redueix.
4. Fòsfor (P): En general, el fòsfor és un element nociu en l'acer, que millora la resistència de l'acer, però redueix la plasticitat i la tenacitat de l'acer, augmenta la fragilitat en fred de l'acer i deteriora el rendiment de soldadura i el rendiment de flexió en fred. Per tant, normalment es requereix que el contingut de fòsfor en l'acer sigui inferior al 0,045% i el requisit d'acer d'alta qualitat sigui menor.
5. Sofre (S): El sofre també és un element nociu en circumstàncies normals. Fa que l'acer es torni fràgil en calent, redueix la ductilitat i la tenacitat de l'acer i provoca esquerdes durant la forja i el laminat. El sofre també és perjudicial per al rendiment de la soldadura i redueix la resistència a la corrosió. Per tant, el contingut de sofre sol ser inferior al 0,055%, i el de l'acer d'alta qualitat és inferior al 0,040%. Afegir un 0,08-0,20% de sofre a l'acer pot millorar la mecanització, que normalment s'anomena acer de tall lliure.
6. Alumini (Al): L'alumini és un desoxidant d'ús comú en l'acer. Afegir una petita quantitat d'alumini a l'acer pot refinar la mida del gra i millorar la resistència a l'impacte; l'alumini també té resistència a l'oxidació i a la corrosió. La combinació d'alumini amb crom i silici pot millorar significativament el rendiment de pelat a alta temperatura i la resistència a la corrosió a alta temperatura de l'acer. El desavantatge de l'alumini és que afecta el rendiment de treball en calent, el rendiment de soldadura i el rendiment de tall de l'acer.
7. Oxigen (O) i nitrogen (N): L'oxigen i el nitrogen són elements nocius que poden entrar del gas del forn quan el metall es fon. L'oxigen pot fer que l'acer sigui fràgil en calent, i el seu efecte és més greu que el del sofre. El nitrogen pot fer que la fragilitat en fred de l'acer sigui similar a la del fòsfor. L'efecte d'envelliment del nitrogen pot augmentar la duresa i la resistència de l'acer, però disminuir la ductilitat i la tenacitat, especialment en el cas de l'envelliment per deformació.
8. Niobi (Nb), vanadi (V) i titani (Ti): El niobi, el vanadi i el titani són elements de refinació del gra. L'addició adequada d'aquests elements pot millorar l'estructura de l'acer, refinar el gra i augmentar significativament la resistència i la tenacitat de l'acer.