Γιατί σπάει ο χάλυβας;

Υπάρχουν χιλιάδες ποικιλίες χάλυβα που χρησιμοποιούνται σε διάφορες βιομηχανίες. Κάθε χάλυβας έχει διαφορετικό εμπορικό όνομα λόγω διαφορετικών ιδιοτήτων, χημικής σύνθεσης ή τύπου και περιεκτικότητας σε κράμα. Αν και οι τιμές ανθεκτικότητας στη θραύση διευκολύνουν σε μεγάλο βαθμό την επιλογή κάθε χάλυβα, αυτές οι παράμετροι είναι δύσκολο να εφαρμοστούν σε όλους τους χάλυβες. Οι κύριοι λόγοι είναι:

• 1. Επειδή πρέπει να προστεθεί μια ορισμένη ποσότητα ορισμένων ή περισσότερων στοιχείων κράματος στην τήξη του χάλυβα, μπορεί να ληφθεί διαφορετική μικροδομή μετά από απλή θερμική επεξεργασία, αλλάζοντας έτσι τις αρχικές ιδιότητες του χάλυβα.
• 2. Επειδή τα ελαττώματα που δημιουργούνται στη διαδικασία παραγωγής χάλυβα και χύτευσης, ειδικά τα συγκεντρωμένα ελαττώματα (όπως πόροι, εγκλείσματα κ.λπ.) είναι εξαιρετικά ευαίσθητα κατά την έλαση και διαφορετικές αλλαγές συμβαίνουν μεταξύ διαφορετικών χρόνων φούρνου του ίδιου χάλυβα χημικής σύνθεσης, και ακόμη και σε διαφορετικά μέρη του ίδιου χελώνα, επηρεάζοντας έτσι την ποιότητα του χάλυβα. Επειδή η σκληρότητα του χάλυβα εξαρτάται κυρίως από τη μικροδομή και τη διασπορά των ελαττωμάτων (αποτρέψτε αυστηρά τα συγκεντρωμένα ελαττώματα), και όχι από τη χημική σύνθεση. Επομένως, η σκληρότητα θα αλλάξει σημαντικά μετά τη θερμική επεξεργασία.

Προκειμένου να διερευνηθούν σε βάθος οι ιδιότητες του χάλυβα και οι αιτίες της θραύσης, είναι επίσης απαραίτητο να κατανοηθεί η σχέση μεταξύ της φυσικής μεταλλουργίας και της μικροδομής και της σκληρότητας του χάλυβα.

Η επίδραση της τεχνολογίας επεξεργασίας

Είναι γνωστό από την πρακτική ότι η απόδοση κρούσης του σβησμένου με νερό χάλυβα είναι καλύτερη από αυτή του ανόπτησης ή του ομαλοποιημένου χάλυβα, επειδή η ταχεία ψύξη εμποδίζει το σχηματισμό τσιμεντίτη στα όρια των κόκκων και προάγει τη λεπτότερη των κόκκων φερρίτη.

Πολλοί χάλυβες πωλούνται σε κατάσταση θερμής έλασης και οι συνθήκες έλασης έχουν μεγάλη επίδραση στις ιδιότητες κρούσης. Η χαμηλότερη τελική θερμοκρασία έλασης θα μειώσει τη θερμοκρασία μετάβασης κρούσης, θα αυξήσει τον ρυθμό ψύξης και θα προωθήσει τον κόκκο φερρίτη να γίνει λεπτότερος, βελτιώνοντας έτσι τη σκληρότητα του χάλυβα. Επειδή ο ρυθμός ψύξης της χοντρής πλάκας είναι βραδύτερος από αυτόν της λεπτής πλάκας, ο κόκκος φερρίτη είναι παχύτερος από αυτόν της λεπτής πλάκας. Επομένως, υπό τις ίδιες συνθήκες θερμικής επεξεργασίας, οι χοντρές πλάκες είναι πιο εύθραυστες από τις λεπτές πλάκες. Επομένως, η ομαλοποιητική επεξεργασία χρησιμοποιείται συνήθως μετά την θερμή έλαση για τη βελτίωση των ιδιοτήτων των χαλύβδινων πλακών.

Η θερμή έλαση μπορεί επίσης να παράγει ανισότροπους χάλυβες και κατευθυντικούς όλκιμους χάλυβες με διάφορες μικτές δομές, ζώνες μαργαριταριού και όρια κόκκων εγκλεισμάτων στην ίδια κατεύθυνση έλασης. Η ζώνη μαργαριταριού και τα επιμήκη εγκλείσματα είναι χονδροειδώς διασκορπισμένα σε κλίμακες, οι οποίες έχουν μεγάλη επίδραση στη σκληρότητα εγκοπής σε χαμηλή θερμοκρασία στο εύρος θερμοκρασίας μετάβασης Charpy.

Η επίδραση της περιεκτικότητας σε άνθρακα στο 0,3% ~ 0,8%

Η περιεκτικότητα σε άνθρακα του υποευτηκτοειδούς χάλυβα είναι 0,3% ~ 0,8% και ο προευτηκτοειδής φερρίτης είναι μια συνεχής φάση και σχηματίζεται πρώτα στο όριο του ωστενιτικού κόκκου. Το μαργαριτάρι σχηματίζεται σε κόκκους ωστενίτη και αντιπροσωπεύει το 35% ~ *** της μικροδομής. Επιπλέον, σχηματίζονται μια ποικιλία δομών συσσωμάτωσης εντός κάθε κόκκου ωστενίτη, καθιστώντας το μαργαριτάρι πολυκρυσταλλικό.

Επειδή η αντοχή του μαργαριταριού είναι υψηλότερη από τον προευτηκτοειδή φερρίτη, η ροή του φερρίτη είναι περιορισμένη, έτσι ώστε η αντοχή διαρροής και ο ρυθμός σκλήρυνσης του χάλυβα να αυξάνονται με την αύξηση της περιεκτικότητας σε άνθρακα του μαργαριταριού. Το περιοριστικό αποτέλεσμα ενισχύεται με την αύξηση του αριθμού των σκληρυμένων μπλοκ και τη βελτίωση του μεγέθους των κόκκων του προευτηκτοειδούς μαργαριταριού.

Όταν υπάρχει μεγάλη ποσότητα μαργαριταριού στον χάλυβα, μπορούν να σχηματιστούν μικρο-σχισμές σε χαμηλές θερμοκρασίες και/ή υψηλούς ρυθμούς παραμόρφωσης κατά τη διάρκεια της παραμόρφωσης. Αν και υπάρχουν ορισμένα εσωτερικά τμήματα ιστού συσσωμάτωσης, το κανάλι θραύσης είναι αρχικά κατά μήκος του επιπέδου σχισμού. Επομένως, υπάρχουν ορισμένοι προτιμώμενοι προσανατολισμοί στους κόκκους φερρίτη μεταξύ των πλακών φερρίτη και στις γειτονικές δομές συσσωμάτωσης.

Θραύση ανοξείδωτου χάλυβα

Ο ανοξείδωτος χάλυβας αποτελείται κυρίως από κράματα σιδήρου-χρωμίου, σιδήρου-χρωμίου-νικελίου και άλλα στοιχεία που βελτιώνουν τις μηχανικές ιδιότητες και την αντοχή στη διάβρωση. Η αντοχή στη διάβρωση του ανοξείδωτου χάλυβα οφείλεται στο σχηματισμό οξειδίου του χρωμίου στην επιφάνεια του μετάλλου για την αποφυγή περαιτέρω οξείδωσης - ένα αδιαπέραστο στρώμα.

Επομένως, ο ανοξείδωτος χάλυβας σε οξειδωτική ατμόσφαιρα μπορεί να αποτρέψει τη διάβρωση και να ενισχύσει το στρώμα οξειδίου του χρωμίου. Ωστόσο, σε αναγωγική ατμόσφαιρα, το στρώμα οξειδίου του χρωμίου καταστρέφεται. Η αντοχή στη διάβρωση αυξάνεται με την αύξηση της περιεκτικότητας σε χρώμιο και νικέλιο. Το νικέλιο μπορεί να βελτιώσει την παθητικοποίηση του σιδήρου.

Η προσθήκη άνθρακα είναι για τη βελτίωση των μηχανικών ιδιοτήτων και τη διασφάλιση της σταθερότητας των ιδιοτήτων του ωστενιτικού ανοξείδωτου χάλυβα. Γενικά, ο ανοξείδωτος χάλυβας ταξινομείται ανά μικροδομές.

• Μαρτενσιτικός ανοξείδωτος χάλυβας Είναι ένα κράμα σιδήρου-χρωμίου που μπορεί να ωστενιτοποιηθεί και να υποστεί θερμική επεξεργασία για την παραγωγή μαρτενσίτη. Τυπικά 12% χρώμιο και 0,15% άνθρακας.
• Φερριτικός ανοξείδωτος χάλυβας. Περιεκτικότητα σε χρώμιο περίπου 14% ~ 18%, άνθρακας 0,12%. Επειδή το χρώμιο είναι σταθεροποιητής του φερρίτη, η ωστενιτική φάση καταστέλλεται πλήρως από περισσότερο από 13% χρώμιο και επομένως είναι μια πλήρης φάση φερρίτη.
• Ωστενιτικός ανοξείδωτος χάλυβας. Το νικέλιο είναι ένας ισχυρός σταθεροποιητής του ωστενίτη, επομένως σε θερμοκρασία δωματίου, κάτω από θερμοκρασία δωματίου ή υψηλή θερμοκρασία, περιεκτικότητα σε νικέλιο 8%, περιεκτικότητα σε χρώμιο 18% (τύπου 300) μπορεί να κάνει την ωστενιτική φάση πολύ σταθερή. Οι ωστενιτικοί ανοξείδωτοι χάλυβες είναι παρόμοιοι με τις φερριτικές μορφές και δεν μπορούν να σκληρυνθούν με μετασχηματισμό μαρτενσίτη.

Τα χαρακτηριστικά των φερριτικών και μαρτενσιτικών ανοξείδωτων χαλύβων, όπως το μέγεθος των κόκκων, είναι παρόμοια με αυτά άλλων φερριτικών και μαρτενσιτικών χαλύβων της ίδιας κατηγορίας.