Plienas, kaip pagrindinė šiuolaikinės pramonės medžiaga, yra tiesiogiai reguliuojama cheminės sudėties. Tarp jų anglies (C), mangano (Mn), silicio (Si), sieros (S), fosforo (P) penki elementai, keičiantys metalurginę organizaciją, kristalų struktūrą ir priemaišų pasiskirstymą, reikšmingai veikiantys plieno stiprumą, kietumą, apdirbamumą ir atsparumą korozijai.
Pirma, anglies (C) elementai: šerdies reguliatoriaus stiprumas ir plastiškumas
Anglis yra svarbiausias plieno legiravimo elementas, o jos kiekis turi lemiamą reikšmę plieno eksploatacinėms savybėms. Subeutektinio plieno (anglies kiekis 0,02–0,77 %) diapazone, padidėjus anglies kiekiui, ferito matricoje susikaupusių dalelių skaičius, tempiamasis stipris ir kietumas padidėjo tiesiškai, tačiau žymiai sumažėjo pailgėjimas ir atsparumas smūgiams. Kai anglies kiekis viršija eutektinį tašką (0,77 %), kad susidarytų peritektinis plienas, tarpo tarp perlito lamelių susiaurėjimas nuolat didina stiprumą, tačiau karbido poslinkis prie grūdelių ribų sukelia trapumo riziką.
Tipiški atvejai rodo, kad anglies kiekis 0,45% vidutinio anglies plieno po grūdinimo, tempiamasis stipris iki 800 MPa, pailgėjimas palaikomas 15%; ir anglies kiekis 1,2 % didelio anglies plieno, nors kietumas HRC62, bet atsparumas smūgiams yra mažesnis nei 10 J/cm². Suvirinimo efektyvumas, anglies kiekis kiekvieną kartą padidėja 0,1%, suvirinimo įtrūkimų jautrumo indeksas padidėjo 20%, reikia naudoti žemo-vandenilio elektrodus ir pašildyti iki 150 laipsnių ar daugiau.
Antra, mangano (Mn) elementas: dvigubo reguliatoriaus kietumas ir karštas apdirbimas
Manganas kaip silpnas karbidą{0}}formuojantis elementas, stiprinant tvirtą tirpalą ir naudojant dvigubą organizacinio valdymo mechanizmą, siekiant pagerinti plieno našumą. Ferite mangano atomai pakeičia geležies atomus, kad sukeltų gardelės iškraipymą, takumo riba padidėjo apie 30 MPa/%; austenite, mangano -fazės srities išsiplėtimas taip, kad kritinė Ac3 temperatūra pakilo 50-80 laipsnių, o tai žymiai pagerino kietumą. Eksperimentiniai duomenys rodo, kad 45 plienas, kuriame yra 1,2% mangano, po gesinimo vandeniu gali pasiekti HRC45 kietumą, kuris yra 3 Rockwell kietumo lygiais didesnis nei plieno be mangano.
In terms of hot working performance, manganese and sulfur form high melting point MnS (melting point 1610℃), which replaces low melting point FeS (melting point 988℃) to eliminate thermal embrittlement. However, excess manganese (>1,5%) grūdų grūdinimas grūdinimo metu ir 40% padidėja grūdinimo trapumas, o likutinį austenitą reikia pašalinti laikant 700 laipsnių kampu. Įprastomis sąlygomis 20MnSi plienas su 0,8–1,2% mangano yra plačiai naudojamas statybinei armatūrai, o jo takumo riba padidėja 25%, palyginti su Q235 plienu.
Trečia, silicio (Si) elementas: sinergetinis kieto tirpalo stiprinimo ir atsparumo korozijai stipriklis
Silicis, kaip stiprus feritą{0}}sudarantis elementas, pagerina plieno savybes dėl dvigubo kieto tirpalo stiprinimo ir paviršiaus oksido plėvelės mechanizmo. Ferite silicio atomų spindulys yra 11% didesnis nei geležies atomų, o tai sukelia gardelės iškraipymą ir padidina takumo ribą maždaug 50 MPa/%. Paviršiaus oksidacijos eksperimentai rodo, kad silicio kiekis 1,5% plieno oksidavosi 800 laipsnių temperatūroje 24 valandas, oksido plėvelės storis yra 60% mažesnis nei paprasto plieno, nes susidaro tankus SiO₂ apsauginis sluoksnis.
Kalbant apie apdirbamumą, didesnis nei 0,8 % silicio kiekis padidina atsparumą šaltai deformacijai 20 %, todėl reikalingas kelių eilių procesas su nedideliu deformacijos tūriu. Tipiškas pritaikymas, silicio kiekis yra 0,2 % -0,5 % 40SiMn plieno, naudojamo automobilių švaistiklio gamyboje, jo nuovargio tarnavimo laikas nei įprasto anglinio plieno padidina 1,5 karto; silicio kiekis 15–20 % didelio silicio ketaus sieros rūgštyje, vidutinis korozijos greitis<0.1mm / a, become the preferred material for corrosion-resistant parts of chemical equipment.
Ketvirta, sieros (S) elementai: nematomo naikintuvo karštas darbas
Sieros FeS intarpų pavidalu plieno grūdelių ribose, jos žala daugiausia atsispindi terminio apdorojimo ir suvirinimo dviejose scenose. FeS ir Fe susidaro dėl tik 988 laipsnių ko-kristalų lydymosi temperatūros, kai plienas įkaitinamas iki 1150 laipsnių, skysto FeS grūdelių ribos sumažina vietinį stiprumą, linkusį į terminį įtrūkimą. Eksperimentiniai duomenys rodo, kad sieros kiekis 0,05% plieno nepertraukiamo liejimo procese, terminio krekingo greitis yra 5 kartus didesnis nei sieros kiekis 0,01%.
Kalbant apie suvirinimo efektyvumą, sieros ir deguonies reakcijos metu susidarančios SO₂ dujos suvirinimo siūlėje sudaro poras ir sumažina efektyvų suvirinimo metalo skerspjūvio plotą 30 %. Įprasti atvejai rodo, kad rankinio lankinio suvirinimo Q235 plieno sieros kiekis yra mažesnis nei 8J/cm², tai yra tik 1/3 pagrindinės medžiagos. Šiuolaikinis plieno gamybos procesas, pridedant retųjų žemių elementų, kad susidarytų aukšta sulfido lydymosi temperatūra, sieros pavojaus indeksas sumažintas 70%.
Penki fosforo (P) elementai: mirtino žudiko atsparumas žemai{0}}temperatūrai
Fosforo tirpumas ferito kietoje medžiagoje yra 0,9%, jo atominis spindulys yra 14% didesnis nei geležies atomo, o tai sukelia rimtus gardelės iškraipymus. Eksperimentiniai duomenys rodo, kad fosforo kiekis 0,1 % plieno esant -20 laipsnių, kai smūgio atsparumas 65 % mažesnis nei įprasta temperatūra, atsirandanti dėl fosforo atomų {100} kristalinėje plokštumoje, Kirchnerio dujų sankaupų susidarymo poslinkis dėl prispaudimo efekto išnirimo judėjimo. Eksperimentai su trapumu žemoje temperatūroje rodo, kad plienas, kuriame yra 0,15 % fosforo, lūžta -40 laipsnių temperatūroje, o lūžis pasižymi tipiškomis ikosaedrinėmis savybėmis.
Kalbant apie pjovimo apdirbamumą, dėl fosforo ir sieros sinergetinio poveikio pjovimo jėgos sumažėjo 20 %, o įrankio tarnavimo laikas pailgėjo 1,5 - karto. Įprastomis sąlygomis laisvo pjovimo plienas 1215, kurio fosforo kiekis yra 0,08–0,15%, plačiai naudojamas preciziniam dalių apdirbimui, kurio paviršiaus šiurkštumas yra iki Ra0,8 μm. Tačiau reikia pažymėti, kad esant didesniam nei 0,12% fosforo kiekiui, plieno korozijos greitis jūros aplinkoje padidėja 3 kartus, o tai turi būti slopinama pridedant vario elementų, kad susidarytų apsauginė plėvelė.