Jak pierwiastki stopowe w stalach wpływają na ich produkcję?
Do produkcji stali stosuje się stopy żelaza z węglem i innymi pierwiastkami takimi jak: miedź, chrom, mangan, kobalt, nikiel, tytan, krzem i wanad. Ich ilość powinna przekraczać stężenie na tyle, aby było ono bezpieczne i nie powodowało zmian w strukturze i innych właściwościach stali.
Pierwiastki stopowe są bardzo ważnymi dodatkami do składu chemicznego stali, ponieważ mają bezpośredni wpływ na jej właściwości fizyczne, między innymi na wytrzymałość, kruchość, czy sprężystość. Wszystkie pierwiastki stopowe wykorzystywane do produkcji stali mają za zadanie nadać jej określone właściwości, które przyczynią się do zwiększenia odporności na korozję lub zużycie, a także ułatwią obróbkę cieplną. Każda z substancji dodanych do składu stali ma swój indywidualny i osobliwy wpływ na jej własności fizykochemiczne i mechaniczne. Niestety, jednak nie wszystkie mają pożyteczny wpływ.
Biorąc pod uwagę procentowy udział pierwiastków stopowych w składzie, stal możemy podzielić na:
– stal niskostopową, o stężeniu pierwiastka poniżej 2 procent,
– stal średniostopową, o stężeniu pierwiastka mniej niż 8 procent,
– stal wysokostopową, o stężeniu pierwiastka więcej niż 8 procent.
Ze względu na różne zastosowanie, wyróżniamy stale narzędziowe, konstrukcyjne i te o szczególnych właściwościach. Cała sztuka polega na takim dobraniu domieszek w chemicznym składzie stali, aby zbilansować działanie wszystkich dodatków.
Pożądane właściwości pierwiastków stopowych
Jednym z bardziej popularnych pierwiastków stopowych jest molibden. Zwiększa właściwości antykorozyjne stali, a także jej wytrzymałość i stopień hartowania. Dzięki molibdenowi można obniżyć stopień kruchości stali. W większości stali kwasoodpornych jego stężenie wyniesie od około 2,5 do 7 procent. Pozytywny wpływ na proces hartowania ma także nikiel. Po rozpuszczeniu go w ferrycie uzyskuje się nadzwyczajną wytrzymałość na uderzenia. Nikiel jest bardzo ważnym składnikiem wszelkich stali kwasoodpornych tak zwanych acid-proof-steel. Umożliwia szybkie i łatwe spawanie oraz przeróbkę plastyczną. Udział niklu w ilości 0,5 do 4 procent w składzie stali, daje lepszą obróbkę cieplną. Dodatek tego pierwiastka w przedziale od 8 do 10 procent znakomicie poprawia kwasoodporność stali.
Kolejnym pożytecznym dodatkiem do stali jest mangan. Wyjątkowo korzystnie zwiększa odporność stali na uderzenia. Nie zmieniając jej ciągliwości, zwiększa jednocześnie odporność na ścieranie. Stal jest dzięki temu bardziej wytrzymała.
Jakie pierwiastki stopowe zwiększają odporność na ścieranie i korozję?
Do produkcji stali konstrukcyjnych konieczny jest chrom. Poprawia ich hartowność i również zwiększa ich wytrzymałość. Znajduje zastosowanie także w stalach żaroodpornych, nierdzewnych i narzędziowych. Bez chromu stal traci swoje właściwości antykorozyjne. Odpowiednim jego poziomem w składzie stali to wartość pomiędzy 12 a 30 procent. Pierwiastkiem, który także przyczynia się do antykorozyjności, jest oczywiście miedź. Ma zbliżone cechy fizyczne do żelaza, lecz jest bardziej odporna na korozję.
Swoistym fenomenem wśród pierwiastków stopowych jest wanad, ponieważ poprawia właściwości wytrzymałościowe oraz plastyczne.
Wanad dodany do stali w większych ilościach, znacznie zwiększa odporność na ścieranie. Wzmacnia twardość i wytrzymałość mechaniczną, zwiększając jednocześnie sprężystość stali. Pierwiastek ten ma dużą zdolność do tworzenia węglików, a także ma duży wpływ na drobnoziarnistość stali. Wykorzystany do produkcji stali narzędziowych, intensywnie łączy się tam z węglem, zwiększając odporność na ścieranie.
Jakie pierwiastki stopowe są niepożądane przy produkcji stali?
Jednym z pierwiastków, którego dodatek jest najczęściej niepożądany, jest krzem. Ma znaczący wpływ na twardość i sprężystość stali. Jest odpowiednim składnikiem stali sprężynowych. Zmniejsza znacząco odporność na uderzenia, ale zwiększa odporność na wysokie temperatury. Jest to szczególnie ważne przy stalach mających kontakt ze stężonym kwasem azotowym lub siarkowym.
Kolejnym pierwiastkiem, który ma szkodliwy wpływ na stal, jest siarka. Znacząco utrudnia jej kucie i formowanie. W tym miejscu należy także wspomnieć o fosforze, który zmniejsza wytrzymałość stali oraz jej odporność na uderzenia. Zwiększa także jej twardość, a jednocześnie kruchość na zimno.