ما هي أدوار العناصر الكيميائية الموجودة في الفولاذ؟

دور العناصر الكيميائية في الصلب

غالبًا ما يعتقد الناس أن الفولاذ هو حديد نقي، ولكن في الواقع، يعتمد الفولاذ على الحديد ويجمع بين عناصر مختلفة مثل الكربون والسيليكون والمنغنيز والنحاس. تعمل هذه العناصر مثل التوابل، مما يعزز أداء الفولاذ من حيث الصلابة والقوة ومقاومة التآكل والأداء. وفيما يلي، سوف نعرض أدوار العناصر الأساسية: الكربون والسيليكون والمنغنيز والنحاس.

• الخواص الميكانيكية

الكربون هو العنصر الأكثر أهمية في صناعة السبائك في الفولاذ، حيث يحدد خصائص الفولاذ.

يتشكل نوع من الكربيد الخلالي بين ذرات الكربون والحديد، مما يساعد على منع تشوه ذرات الحديد. وفي الوقت نفسه، فإنه يزيد من قوة الخضوع، وقوة الشد، وصلابة الفولاذ.

كلما زاد محتوى الكربون، زادت هشاشة الكربيدات الموجودة في الفولاذ. يكون الفولاذ عالي الكربون-عرضة للكسر في البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة-بينما يتمتع الفولاذ منخفض الكربون-بصلابة عالية.

• خصائص المعالجة الحرارية

كلما زاد محتوى الكربون، زادت صلابة الفولاذ أثناء التبريد، مما يزيد من عمق الطبقة المتصلبة. إذا كانت الصلابة بعد التبريد ليست عالية، فهذا يشير إلى ضعف صلابة الفولاذ منخفض الكربون-. يحقق الفولاذ الكربوني المتوسط- والعالي-صلابة أفضل من خلال التسقية تليها التقسية.

• أداء المعالجة

كلما زاد محتوى الكربون، زاد احتمال حدوث تشققات في المنطقة -المتأثرة بالحرارة أثناء اللحام. عادةً، يجب أن يكون محتوى الكربون في الفولاذ الذي يحتاج إلى اللحام أقل من أو يساوي 20%. يمكن لمحتوى الكربون المعتدل (0.3% ~ 0.5%) أن يوازن بشكل فعال بين صلابة ومرونة الفولاذ.

• مقاومة التآكل

كلما زاد محتوى الكربون، زاد تجانس الظواهر الكهربائية والظواهر الكيميائية داخل الفولاذ، مما أدى إلى تسريع التآكل؛ يعتبر الفولاذ منخفض الكربون-أقل عرضة للصدأ مقارنة بالفولاذ عالي-الكربون.

عنصر الكربون

• الخواص الميكانيكية

عندما تدمج ذرات الحديد السيليكون، فإن تأثير تقوية المحلول الصلب الناتج يمكن أن يحسن قوة الخضوع وقوة الشد للصلب.

• الخصائص الفيزيائية

يشكل السيليكون طبقة واقية على سطح الفولاذ، والتي يمكن أن تمنع غزو الأكسجين في درجات الحرارة العالية وتعزز مقاومة أكسدة الفولاذ ومقاومة الحرارة.

• أداء المعالجة

يزيد محتوى السيليكون الذي يزيد عن 0.6% من خطر حدوث تشققات أثناء لحام الفولاذ. ولذلك، فإن محتوى السيليكون في الفولاذ المستخدم في اللحام عادة ما يكون أقل من أو يساوي 0.3%.

السيليكون

• العملية الأساسية

يتحد المنغنيز مع الأكسجين الموجود في الفولاذ المنصهر، مما يمكن أن يقلل محتوى الأكسجين في الفولاذ، ويقلل شوائب الأكسيد، ويحسن نقاء الفولاذ.

• عملية المعالجة الحرارية

يمكن للمنغنيز أن يحسن بشكل فعال صلابة الفولاذ، ويوسع نطاق درجة حرارة التبريد، ويقلل من خطر الشقوق.

• أداء المعالجة

يمكن أن تؤدي إضافة كمية مناسبة من المنغنيز إلى الفولاذ إلى تحسين قوة ومتانة معدن اللحام، لذلك يكون الفولاذ أقل عرضة لتطور الشقوق أثناء المعالجة.

 المنغنيز

يمكن أن يشكل النحاس طبقة واقية على سطح الفولاذ، مما يمنع الأكسدة. وهذا يتحكم بشكل فعال في تسرب الماء والأكسجين، مما يقلل من معدل صدأ الفولاذ.

• الخواص الميكانيكية

يمكن للنحاس أن يتكامل بشكل جيد مع ذرات الحديد، مما يخلق تأثير المحلول الصلب بين الاثنين. يؤدي هذا إلى زيادة قوة الخضوع وقوة الشد للفولاذ بشكل فعال دون تقليل اللدونة والمتانة.

• أداء المعالجة

كمية صغيرة من النحاس يمكن أن تقلل من الختم البارد للفولاذ، ولها تأثير ضئيل على أداء الانحناء البارد، وتقليل تآكل الأدوات أثناء عملية تصنيع الفولاذ.

عنصر النحاس