Der Einfluss von Verunreinigungen auf die Stahleigenschaften

Neben Eisen, Kohlenstoff und Legierungselementen werden zwangsläufig einige Verunreinigungen (wie Mangan, Silizium, Schwefel, Phosphor, nichtmetallische Verunreinigungen und einige Gase wie Stickstoff, Wasserstoff, Sauerstoff usw.) in den eigentlichen Stahl eingebracht im Schmelzprozess. Diese Verunreinigungen haben einen großen Einfluss auf die Stahlqualität.

• Wenn Mangan als Verunreinigung in Stahl vorhanden ist, beträgt es im Allgemeinen weniger als 0.8%. Es stammt aus Roheisen und dem Desoxidationsmittel Ferromangan als Rohstoffe für die Stahlerzeugung. Mangan hat eine gute Desoxidationsfähigkeit und kann mit Schwefel MNS bilden, um die schädliche Wirkung von Schwefel zu beseitigen. Die meisten dieser Reaktionsprodukte gelangen in die Schlacke und werden entfernt, und ein kleiner Teil verbleibt im Stahl und wird zu nichtmetallischen Einschlüssen. Außerdem kann Mangan bei Raumtemperatur in Ferrit gelöst werden, was auf Stahl eine gewisse Verstärkungswirkung hat. Mangan kann auch in Zementit gelöst werden, um Legierungszementit zu bilden. Wenn Mangan jedoch als kleine Verunreinigungsmenge vorliegt, ist seine Wirkung auf die Eigenschaften von Stahl nicht signifikant.
• Wenn Silizium als Verunreinigung in Stahl vorhanden ist, beträgt es im Allgemeinen weniger als 0.4%. Es kommt auch aus Roheisen und Desoxidationsmittel. Silizium kann sich bei Raumtemperatur in Ferrit auflösen und wirkt auf Stahl gewissermaßen festigend. Wenn Silizium jedoch als kleine Verunreinigungsmenge vorliegt, ist seine Wirkung auf die Eigenschaften von Stahl nicht signifikant.
• Schwefel ist die Verunreinigung, die durch Roheisen und Brennstoff in Stahl eingebracht wird. Im festen Zustand ist die Löslichkeit von Schwefel in Eisen sehr gering, liegt aber in Form von FES in Stahl vor. Aufgrund der schlechten Plastizität von FES ist der Stahl mit mehr Schwefel spröder. Darüber hinaus können FES und Fe ein Eutektikum mit niedrigem Schmelzpunkt (985 ℃) bilden und sich an der Korngrenze des Austenits verteilen. Wenn der Stahl für die Heißdruckbearbeitung auf etwa 1200 ℃ erhitzt wird, ist das Eutektikum an der Korngrenze geschmolzen und die Bindung zwischen den Körnern wird zerstört, wodurch der Stahl während der Bearbeitung entlang der Korngrenze reißt. Dieses Phänomen wird Heißsprödigkeit genannt. Um die schädliche Wirkung von Schwefel zu eliminieren, muss der Mangangehalt im Stahl erhöht werden. Mangan und Schwefel bilden bevorzugt Mangansulfid mit hohem Schmelzpunkt (1620 ℃) ​​und verteilen sich in Körnern in körniger Form. Es hat bestimmte Formeigenschaften bei hoher Temperatur, wodurch thermische Sprödigkeit vermieden wird. Sulfid ist eine Art nichtmetallischer Einschluss, der die mechanischen Eigenschaften von Stahl reduzieren und während des Walzens eine Warmbearbeitungsfaserstruktur bilden kann. Daher ist Schwefel normalerweise eine schädliche Verunreinigung. Der Schwefelgehalt im Stahl sollte streng begrenzt werden. Der Stahl mit höherem Schwefelgehalt kann jedoch mehr MNS bilden. Beim Zerspanungsprozess kann MNS die Rolle des Spanbrechens spielen und die Zerspanbarkeit von Stahl verbessern, der die günstige Seite von Schwefel ist.
• Phosphor wird durch Roheisen in Stahl eingebracht. Im Allgemeinen kann der gesamte Phosphor im Stahl in Ferrit gelöst werden. Phosphor hat eine starke lösungsverfestigende Wirkung, die die Festigkeit und Härte des Stahls erhöht, aber die Plastizität und Zähigkeit deutlich verringert. Diese Versprödung ist bei niedrigen Temperaturen schwerwiegender, daher wird sie als Kaltversprödung bezeichnet. Im Allgemeinen wird erwartet, dass die Übergangstemperatur der Kaltversprödung niedriger ist als die Arbeitstemperatur des Werkstücks, um eine Kaltversprödung zu vermeiden. Während des Kristallisationsprozesses von Phosphor kann leicht eine intragranulare Seigerung erzeugt werden, die den Phosphorgehalt in einigen Bereichen erhöht, was zu einer Erhöhung der Kaltspröde-Übergangstemperatur führt, was zu Kaltbrüchigkeit führt. Kälteversprödung ist schädlich für die Konstruktionsteile, die in der Hochkältezone und anderen Niedertemperaturbedingungen arbeiten. Außerdem macht die Abscheidung von Phosphor auch den Stahl nach dem Warmwalzen zu einer Bandstruktur. Daher ist Phosphor im Allgemeinen auch eine schädliche Verunreinigung. Auch der Phosphorgehalt im Stahl sollte streng kontrolliert werden. Wenn jedoch der Phosphorgehalt hoch ist, ist die Sprödigkeit des Schalenstahls hoch, so dass es vorteilhaft ist, den Schalenstahl herzustellen und die Bearbeitbarkeit des Stahls zu verbessern.
• Nichtmetallische Einschlüsse bei der Stahlerzeugung, eine geringe Menge Schlacke, Feuerfest- und Reaktionsprodukte können in den flüssigen Stahl eindringen und nichtmetallische Einschlüsse bilden. Zum Beispiel Oxide, Sulfide, Silikate, Nitride usw. Sie verringern die mechanischen Eigenschaften von Stahl, insbesondere die Plastizität, Zähigkeit und Ermüdungsgrenze. Wenn es ernst ist, wird der Stahl während der Warmbearbeitung und Wärmebehandlung reißen oder spröde brechen. Die nichtmetallischen Einschlüsse fördern auch die Bildung von warmverformbaren Faserstrukturen und Bandstrukturen, die das Material anisotrop machen. In schweren Fällen ist die Querplastizität nur halb so groß wie die Längsplastizität und die Schlagzähigkeit ist stark reduziert. Daher sollten bei wichtigen Stählen (wie Wälzlagerstahl, Federstahl etc.) Anzahl, Form, Größe und Verteilung nichtmetallischer Einschlüsse überprüft werden. Darüber hinaus steht der Stahl während des gesamten Schmelzprozesses in Kontakt mit Luft, sodass immer einige Gase wie Stickstoff, Sauerstoff und Wasserstoff im flüssigen Stahl absorbiert werden. Sie wirken sich auch nachteilig auf die Qualität des Stahls aus.

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