Quali sono i ruoli degli elementi chimici presenti nell'acciaio?

Il ruolo degli elementi chimici nell'acciaio

Le persone spesso pensano all'acciaio come ferro puro, ma in realtà l'acciaio è basato sul ferro e combina vari elementi come carbonio, silicio, manganese e rame. Questi elementi agiscono come condimenti, migliorando le prestazioni dell'acciaio in termini di tenacità, resistenza, resistenza alla corrosione e prestazioni. Di seguito introdurremo i ruoli degli elementi base: carbonio, silicio, manganese e rame.

• Proprietà meccaniche

Il carbonio è l'elemento legante più importante nell'acciaio, determinando le proprietà dell'acciaio.

Tra gli atomi di carbonio e di ferro si forma un tipo di carburo interstiziale che aiuta a prevenire la deformazione degli atomi di ferro. Allo stesso tempo, aumenta la resistenza allo snervamento, la resistenza alla trazione e la durezza dell'acciaio.

Maggiore è il contenuto di carbonio, più fragili sono i carburi presenti nell'acciaio. L'acciaio ad alto-carbonio è soggetto a fratture in ambienti a bassa-temperatura, mentre l'acciaio a basso-carbonio ha un'elevata tenacità.

• Proprietà del trattamento termico

Maggiore è il contenuto di carbonio, maggiore è la durezza dell'acciaio durante la tempra, che aumenta la profondità dello strato indurito. Se la durezza dopo la tempra non è elevata, ciò indica una scarsa temprabilità dell'acciaio a basso-carbonio. Gli acciai a medio- e alto-carbonio raggiungono una migliore temprabilità mediante tempra seguita da rinvenimento.

• Prestazioni di elaborazione

Maggiore è il contenuto di carbonio, maggiore è la probabilità che si verifichino crepe nella zona-influenzata dal calore durante la saldatura. In genere, il contenuto di carbonio dell'acciaio da saldare dovrebbe essere inferiore o uguale al 20%. Un contenuto moderato di carbonio (0,3%~0,5%) può bilanciare efficacemente la durezza e la plasticità dell'acciaio.

• Resistenza alla corrosione

Quanto maggiore è il contenuto di carbonio, tanto più aumenta l'eterogeneità dei fenomeni elettrici e dei fenomeni chimici all'interno dell'acciaio, accelerando la corrosione; l'acciaio a basso-carbonio è meno soggetto alla ruggine rispetto all'acciaio ad alto-carbonio.

Elemento di carbonio

• Proprietà meccaniche

Quando gli atomi di ferro incorporano silicio, l'effetto rinforzante della soluzione solida risultante può migliorare il carico di snervamento e la resistenza alla trazione dell'acciaio.

• Proprietà fisiche

Il silicio forma una pellicola protettiva sulla superficie dell'acciaio, che può prevenire l'invasione di ossigeno alle alte temperature e migliorare la resistenza all'ossidazione e al calore dell'acciaio.

• Prestazioni di elaborazione

Un contenuto di silicio superiore allo 0,6% aumenta il rischio di formazione di cricche durante la saldatura dell'acciaio. Pertanto, il contenuto di silicio nell'acciaio per la saldatura è solitamente inferiore o uguale allo 0,3%.

Silicio

• Processo fondamentale

Il manganese si combina con l'ossigeno nell'acciaio fuso, il che può ridurre il contenuto di ossigeno nell'acciaio, diminuire le impurità degli ossidi e migliorare la purezza dell'acciaio.

• Processo di trattamento termico

Il manganese può migliorare efficacemente la temprabilità dell'acciaio, ampliare l'intervallo di temperature di tempra e ridurre il rischio di cricche da tempra.

• Prestazioni di elaborazione

L'aggiunta di una quantità adeguata di manganese all'acciaio può migliorare la resistenza e la tenacità del metallo saldato, quindi è meno probabile che l'acciaio sviluppi crepe durante la lavorazione.

 Manganese

Il rame può formare uno strato protettivo sulla superficie dell'acciaio, prevenendone l'ossidazione. Ciò controlla efficacemente l'intrusione di acqua e ossigeno, riducendo la velocità con cui l'acciaio arrugginisce.

• Proprietà meccaniche

Il rame può integrarsi bene con gli atomi di ferro, creando un effetto di soluzione solida tra i due. Ciò aumenta efficacemente il carico di snervamento e la resistenza alla trazione dell'acciaio senza ridurne la plasticità e la tenacità.

• Prestazioni di elaborazione

Una piccola quantità di rame può ridurre lo stampaggio a freddo dell'acciaio, avere scarsi effetti sulle prestazioni di piegatura a freddo e ridurre al minimo l'usura degli utensili durante il processo di produzione dell'acciaio.

Elemento in rame