Thép không gỉ: cấu trúc, đặc tính, sản xuất và ứng dụng

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 10:44

Việc sử dụng thép cacbon phổ biến trong xây dựng và công nghiệp. Nhóm được gọi là sắt kỹ thuật có nhiều ưu điểm dẫn đến tăng hiệu suất của các sản phẩm và cấu trúc cuối cùng. Cùng với các đặc tính tối ưu về độ bền và khả năng chống lại ứng suất, các hợp kim này còn được phân biệt bởi các đặc tính động linh hoạt. Đặc biệt, thép hypoeutectoid, cũng chứa một tỷ lệ đáng kể hỗn hợp cacbon, được đánh giá cao vì độ dẻo cao. Nhưng đây không phải là tất cả những ưu điểm của nhiều loại bàn ủi có độ bền cao này.

Thông tin chung về hợp kim

Một tính năng đặc biệt của thép là sự hiện diện của các tạp chất hợp kim đặc biệt và cacbon trong cấu trúc. Trên thực tế, hợp kim hypoeutectoid được xác định bởi hàm lượng cacbon. Ở đây, điều quan trọng là phải phân biệt giữa thép eutectoid cổ điển và thép ledeburite, chúng có nhiều điểm chung với nhiều loại sắt kỹ thuật được mô tả. Nếu chúng ta xem xét loại cấu trúc của thép, thì hợp kim hypoeutectoid sẽ đề cập đến eutectoid, nhưng có chứa ferit hợp kim và ngọc trai. Sự khác biệt cơ bản so với hypereutectoid là mức carbon dưới 0,8%. Vượt quá điều nàychỉ báo cho phép chúng tôi phân loại thép thành các eutectoid chính thức. Theo một cách nào đó, đối lập với hypoeutectoid là thép hypereutectoid, ngoài ngọc trai, còn chứa các tạp chất thứ cấp là cacbua. Do đó, có hai yếu tố chính giúp phân biệt hợp kim hypoeutectoid với nhóm eutectoid chung. Thứ nhất, đây là hàm lượng cacbon tương đối nhỏ, và thứ hai, đây là một tập hợp các tạp chất đặc biệt, cơ sở của nó là ferit.

Công nghệ sản xuất

Quy trình công nghệ chung để sản xuất thép hypoeutectoid tương tự như quá trình sản xuất các hợp kim khác. Có nghĩa là, các kỹ thuật gần như giống nhau được sử dụng, nhưng ở các cấu hình khác nhau. Thép không gỉ đòi hỏi sự chú ý đặc biệt về cấu trúc cụ thể của nó. Đối với điều này, một công nghệ được sử dụng để đảm bảo sự phân hủy của austenit trên nền làm mát. Đổi lại, Austenit là một hỗn hợp kết hợp, bao gồm cùng một ferit và ngọc trai. Bằng cách điều chỉnh cường độ làm nóng và làm mát, các nhà công nghệ có thể kiểm soát sự phân tán của chất phụ gia này, điều này cuối cùng sẽ ảnh hưởng đến việc hình thành các chất lượng hiệu suất nhất định của vật liệu.

Tuy nhiên, carbon do đá trân châu cung cấp vẫn không thay đổi. Mặc dù quá trình ủ sau đó có thể điều chỉnh sự hình thành của cấu trúc vi mô, nhưng hàm lượng cacbon sẽ nằm trong khoảng 0,8%. Một giai đoạn bắt buộc trong quá trình hình thành kết cấu thép là bình thường hóa. Quy trình này là bắt buộc để tối ưu hóa phân số của các loại ngũ cốc giống nhauAustenit. Nói cách khác, các hạt ferit và ngọc trai được giảm đến kích thước tối ưu, điều này giúp cải thiện hơn nữa tính năng kỹ thuật và vật lý của thép. Đây là một quá trình phức tạp, trong đó phụ thuộc nhiều vào chất lượng của hệ thống sưởi. Nếu chế độ nhiệt độ bị vượt quá, thì tác động ngược lại có thể gây ra - sự gia tăng các hạt austenit.

Ủ thép

Việc sử dụng một số phương pháp ủ được thực hành. Có một sự khác biệt cơ bản giữa kỹ thuật ủ toàn bộ và ủ một phần. Trong trường hợp đầu tiên, Austenit được nung nóng mạnh đến nhiệt độ tới hạn, sau đó quá trình chuẩn hóa được thực hiện bằng phương pháp làm lạnh. Đây là nơi xảy ra quá trình phân hủy Austenit. Theo quy định, ủ thép hoàn toàn được thực hiện ở chế độ 700-800 ° C. Xử lý nhiệt ở cấp độ này chỉ kích hoạt các quá trình phân hủy của các nguyên tố ferit. Tốc độ làm lạnh cũng có thể được điều chỉnh, ví dụ, nhân viên lò có thể vận hành cửa buồng bằng cách đóng hoặc mở. Các mẫu lò nướng đẳng nhiệt mới nhất ở chế độ tự động có thể làm lạnh chậm theo một chương trình nhất định.

Đối với quá trình ủ không hoàn toàn, nó được sản xuất bằng cách đun nóng với nhiệt độ trên 800 ° C. Tuy nhiên, có những hạn chế nghiêm trọng về thời gian giữ hiệu ứng nhiệt độ tới hạn. Vì lý do này, quá trình ủ không hoàn toàn xảy ra, kết quả là ferit không biến mất. Do đó, nhiều thiếu sót trong cấu trúc của vật liệu tương lai không được loại bỏ. Tại sao việc ủ thép như vậy là cần thiết nếu nó không cải thiện thể chấtphẩm chất? Trên thực tế, việc xử lý nhiệt không hoàn toàn cho phép bạn duy trì cấu trúc mềm. Vật liệu cuối có thể không được yêu cầu trong mọi ứng dụng cụ thể đối với thép cacbon, nhưng sẽ cho phép gia công dễ dàng. Hợp kim pro-eutectoid mềm dễ cắt và sản xuất ít tốn kém hơn.

Thường hóa hợp kim

Sau khi nung là đến lượt các quy trình xử lý nhiệt tăng lên. Có các hoạt động của bình thường hóa và sưởi ấm. Trong cả hai trường hợp, chúng ta đang nói về hiệu ứng nhiệt trên phôi, tại đó nhiệt độ có thể vượt quá 1000 ° C. Nhưng bản thân nó, quá trình bình thường hóa thép hypoeutectoid xảy ra sau khi hoàn thành quá trình xử lý nhiệt. Ở giai đoạn này, quá trình làm mát bắt đầu trong điều kiện không khí tĩnh, trong đó quá trình tiếp xúc diễn ra cho đến khi hình thành hoàn chỉnh Austenit hạt mịn. Tức là, nung nóng là một loại hoạt động chuẩn bị trước khi đưa hợp kim vào trạng thái thường hóa. Nếu chúng ta nói về những thay đổi cấu trúc cụ thể, thì chúng thường được thể hiện ở việc giảm kích thước của ferit và ngọc trai, cũng như tăng độ cứng của chúng. Chất lượng độ bền của các hạt được tăng lên so với chất lượng đạt được bằng quy trình ủ.

Sau khi bình thường hóa, có thể thực hiện theo một quy trình làm nóng tiếp xúc lâu khác. Sau đó, phôi được làm nguội, và bước này có thể được thực hiện theo nhiều cách khác nhau. Thép hypoeutectoid cuối cùng thu được trong không khí hoặc tronglò làm lạnh chậm. Như thực tế cho thấy, hợp kim chất lượng cao nhất được tạo ra bằng cách sử dụng công nghệ hoàn chỉnh của quá trình bình thường hóa.

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến cấu trúc của hợp kim

Sự can thiệp của nhiệt độ vào quá trình hình thành kết cấu thép bắt đầu từ thời điểm chuyển hóa khối ferit-xi măng thành Austenit. Nói cách khác, đá trân châu chuyển sang trạng thái hỗn hợp chức năng, điều này một phần trở thành cơ sở cho việc hình thành thép cường độ cao. Trong giai đoạn xử lý nhiệt tiếp theo, thép cứng được loại bỏ ferit dư thừa. Như đã lưu ý, nó không phải lúc nào cũng bị loại bỏ hoàn toàn, như trong trường hợp ủ không hoàn toàn. Nhưng hợp kim hypoeutectoid cổ điển vẫn liên quan đến việc loại bỏ thành phần austenit này. Ở giai đoạn tiếp theo, thành phần hiện có đã được tối ưu hóa với kỳ vọng hình thành một cấu trúc được tối ưu hóa. Có nghĩa là, có sự giảm các hạt của hợp kim khi có được các đặc tính độ bền tăng lên.

Biến đổi đẳng nhiệt với hỗn hợp Austenit siêu lạnh có thể được thực hiện ở các chế độ khác nhau và mức nhiệt độ chỉ là một trong những thông số do kỹ thuật viên kiểm soát. Khoảng thời gian cao nhất của tiếp xúc nhiệt, tốc độ nguội, v.v. cũng khác nhau Tùy thuộc vào chế độ chuẩn hóa đã chọn, thép cứng có được với các đặc tính kỹ thuật và vật lý nhất định. Đó là ở giai đoạn này, nó cũng có thể thiết lập các thuộc tính hoạt động đặc biệt. Một ví dụ nổi bật là hợp kim có cấu trúc mềm, thu được với mục đích chế biến tiếp theo hiệu quả. Nhưng thườngcác nhà sản xuất vẫn tập trung vào nhu cầu của người tiêu dùng cuối cùng và yêu cầu của họ đối với chất lượng kỹ thuật và hoạt động chính của kim loại.

Kết cấu thép

Chế độ bình thường hóa ở nhiệt độ 700 ° C gây ra sự hình thành cấu trúc trong đó các hạt ferit và ngọc trai sẽ tạo thành cơ sở. Nhân tiện, thép hypereutectoid có xi măng trong cấu trúc của chúng thay vì ferit. Ở nhiệt độ phòng, ở trạng thái bình thường, hàm lượng ferit dư thừa cũng được ghi nhận, mặc dù phần này được giảm thiểu khi cacbon tăng lên. Điều quan trọng cần nhấn mạnh là cấu trúc của thép phụ thuộc một mức độ nhỏ vào hàm lượng cacbon. Nó thực tế không ảnh hưởng đến hoạt động của các thành phần chính trong cùng một quá trình gia nhiệt, và hầu như tất cả đều tập trung trong đá trân châu. Trên thực tế, đá trân châu có thể được sử dụng để xác định mức hàm lượng hỗn hợp cacbon - theo quy luật, đây là một giá trị không đáng kể.

Một sắc thái cấu trúc khác cũng rất thú vị. Thực tế là các hạt ngọc trai và ferit có cùng trọng lượng riêng. Điều này có nghĩa là bằng số lượng của một trong những thành phần này trong tổng khối lượng, bạn có thể tìm ra tổng diện tích mà nó chiếm. Do đó, các bề mặt vi phẫu được nghiên cứu. Tùy thuộc vào chế độ mà thép hypoeutectoid được nung nóng, các thông số phân đoạn của các hạt austenit cũng được hình thành. Nhưng điều này hầu như xảy ra ở một định dạng riêng lẻ với sự hình thành các giá trị duy nhất - một điều khác là các giới hạn cho các chỉ số khác nhau vẫn là tiêu chuẩn.

Tính chất của thép giảm tiết

Kim loại này thuộc vềđối với thép carbon thấp, vì vậy bạn không nên mong đợi hiệu suất đặc biệt từ nó. Đủ để nói rằng về đặc tính sức mạnh, hợp kim này kém hơn đáng kể so với eutectoid. Điều này là do sự khác biệt trong cấu trúc. Thực tế là lớp hypoeutectoid của thép có hàm lượng sắt dư thừa có độ bền kém hơn so với các loại thép tương tự có xi măng trong bộ cấu trúc. Một phần vì lý do này, các nhà công nghệ khuyên bạn nên sử dụng hợp kim cho ngành xây dựng, trong đó hoạt động nung với sự dịch chuyển của sắt được thực hiện ở mức tối đa.

Nếu chúng ta nói về các đặc tính đặc biệt tích cực của vật liệu này, thì chúng là tính dẻo, khả năng chống lại các quá trình phá hủy sinh học tự nhiên, v.v. Đồng thời, độ cứng của thép hypoeutectoid có thể bổ sung một số phẩm chất bổ sung cho kim loại. Ví dụ, nó có thể là cả khả năng chịu nhiệt tăng lên và không có khuynh hướng đối với các quá trình ăn mòn, cũng như một loạt các đặc tính bảo vệ vốn có trong các hợp kim cacbon thấp thông thường.

Khu vực ứng dụng

Mặc dù có giảm một chút về đặc tính độ bền do kim loại thuộc nhóm thép ferit, vật liệu này vẫn phổ biến ở các khu vực khác nhau. Ví dụ, trong kỹ thuật cơ khí, các bộ phận làm bằng thép hypoeutectoid được sử dụng. Một điều nữa là các loại hợp kim cao cấp được sử dụng, trong sản xuất các công nghệ nung và bình thường hóa tiên tiến đã được sử dụng. Ngoài ra, cấu trúc của thép hypoeutectoid với hàm lượng ferit giảm khácho phép sử dụng kim loại trong sản xuất các cấu trúc xây dựng. Hơn nữa, chi phí hợp lý của một số loại thép loại này cho phép bạn tiết kiệm đáng kể. Đôi khi, trong sản xuất vật liệu xây dựng và mô-đun thép, không cần phải tăng cường độ, nhưng khả năng chống mài mòn và độ đàn hồi là cần thiết. Trong những trường hợp như vậy, việc sử dụng hợp kim hypoeutectoid là chính đáng.

Sản xuất

Nhiều doanh nghiệp đang tham gia sản xuất, điều chế và sản xuất kim loại hypoeutectoid ở Nga. Ví dụ, nhà máy sản xuất kim loại màu Ural (UZTSM) sản xuất một số loại thép loại này cùng một lúc, cung cấp cho người tiêu dùng các bộ đặc tính kỹ thuật và vật lý khác nhau. Nhà máy thép Ural sản xuất thép ferritic, bao gồm các thành phần hợp kim chất lượng cao. Ngoài ra, các sửa đổi hợp kim đặc biệt có sẵn trong các loại, bao gồm kim loại chịu nhiệt, crom cao và không gỉ.

Metalloinvest cũng có thể được chọn ra trong số các nhà sản xuất lớn nhất. Tại các cơ sở của công ty này, các loại thép kết cấu có cấu trúc hypoeutectoid được sản xuất, thiết kế để sử dụng trong xây dựng. Hiện nhà máy thép của doanh nghiệp đang làm việc theo tiêu chuẩn mới, cho phép cải thiện điểm yếu của hợp kim ferit - chỉ tiêu độ bền. Đặc biệt, các nhà công nghệ của công ty đang nghiên cứu để tăng hệ số cường độ ứng suất, nhằm tối ưu hóa độ bền va đập và khả năng chống mỏi của vật liệu. Điều này cho phép chúng tôi cung cấp các hợp kim gần như phổ biến.

Kết

Có một số đặc tính kỹ thuật và hoạt động của kim loại xây dựng và công nghiệp được coi là cơ bản và thường xuyên được cải thiện. Tuy nhiên, khi các thiết kế và quy trình công nghệ trở nên phức tạp hơn, các yêu cầu mới đối với cơ sở phần tử cũng phát sinh. Về vấn đề này, thép hypoeutectoid thể hiện rõ ràng, trong đó tập trung các chất lượng hiệu suất khác nhau. Việc sử dụng kim loại này là hợp lý không phải trong các trường hợp cần một bộ phận có hiệu suất cực cao, mà trong các tình huống cần các bộ đặc tính không điển hình đặc biệt của các đặc tính khác nhau. Trong trường hợp này, kim loại thể hiện sự kết hợp giữa tính linh hoạt và độ dẻo với khả năng chống va đập tối ưu và các phẩm chất bảo vệ cơ bản được tìm thấy trong hầu hết các hợp kim carbon.