Сталь формула химическая: Формула стали в химии

Углеродный эквивалент — максимальное значение

Состав химический (%)

Свойства механические

Определения параметра CEV по формуле

CEV=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15

Если в пробе стали из ковша количество меди (Си) от 0,2% до 0,4%, а в пробе при анализе готовой продукции от0,2% до 0,45% , то при таких показателях максимальные цифры углеродного эквивалента необходимо увеличить на 0,02%
Поставка продукции для нанесения в дальнейшем различных покрытий с подогревом, например, способом горячего цинкования, может потребоваться контроль количества кремния(Si) и увеличения концентрации таких элементов как углерод(С) и марганец(Мn). Это необходимо для улучшения механических характеристик стали, таких например, как растяжение. В этом случае цифровые значения углеродного эквивалента необходимо увеличить таким образом:

— для Si менее 0,03% прибавка CEV составит 0,02%
— для Si менее 0,25% прибавка CEV составит 0,01

Испытание на разрушение (растяжение)

Испытание на ударную вязкость на образцах с V-образными надрезами (работа разрушения при ударе KV)

Физические свойства

Плотность стали (вес) S355J2 — 7,85 г/см3

Свойства технологические

Аналоги

Описание

Какова химическая формула стали?

Когда некоторые люди думают о стали, они могут представить себе небоскреб, собираемый с использованием массивных клепаных балок, в то время как другие могут представить себе корпус и двигатель классического автомобиля на автомобильной выставке. Действительно, сталь присутствует во многих вещах, которыми люди пользуются каждый день. Понимание химического состава стали полезно при определении того, какую сталь следует использовать, а также в какой области ее применения. Поскольку сталь представляет собой смесь, а не химическое соединение, у нее нет определенной формулы химического соединения.Когда вы ищете подходящую сталь для использования, добавки определяют, какая сталь лучше всего подходит для ваших целей.

TL; DR (слишком долго; не читал)

Сталь — это смесь железа и углерода, сплавленная вместе с одним или несколькими другими металлами или неметаллами. Поскольку сталь представляет собой смесь, а не химическое соединение, у стали нет определенной формулы химического соединения. Условные обозначения стали зависят от состава стали — от того, что смешано с железом, — например, углеродистой стали или вольфрамовой стали.

Железо и углерод играют большую роль

Железо является умеренно химически активным металлом, склонным к химическому соединению с неметаллами, такими как кислород и углерод. Когда железо добывают или иным образом находят в природе, оно обычно встречается в природе как минерал. Когда железная руда нагревается в присутствии восстановителя, такого как окись углерода, образуется металлическое железо. Затем железо подвергается дальнейшей очистке, чтобы создать железоуглеродистый сплав, который можно использовать для изготовления материала, известного нам как сталь.

Сплав железа с углеродом является основным материалом стали. Доля углерода в сплаве обычно составляет от 0,15 до 0,30 процента, и она определяет начальную прочность и пластичность сплава — способность вытягиваться в проволоку или подвергаться обработке. Когда в сплаве больше углерода, сталь прочнее. Однако он менее пластичен, чем сплав с низким содержанием углерода.

После того, как сплав железа с углеродом был улучшен до желаемого отношения углерода к железу, могут быть добавлены дополнительные материалы для улучшения характеристик конечного стального сплава.Например, если конечным сплавом является нержавеющая сталь, в смесь добавляются хром и марганец.

Улучшающая сталь

Хотя некоторые виды стали, такие как низкоуглеродистая сталь, могут состоять только из железа и углерода, для создания конструкционной стали используются несколько важных химических элементов. Например, марганец и ниобий используются для придания стали дополнительной прочности, а хром, никель или медь добавляются для снижения подверженности стали ржавчине и коррозии.Аналогичным образом, молибден, ванадий, вольфрам или титан могут быть добавлены для улучшения других характеристик стали с целью улучшения характеристик. Сталь может быть дополнительно обработана антикоррозийной обработкой с использованием гальванизации (покрытие цинком, часто путем погружения в расплавленный цинк) или гальваники (нанесение покрытия из материала на поверхность с помощью электрического тока).

Химический состав стали

Сталь — это сплав железа и других элементов. Некоторые элементы намеренно добавляются в железо с целью достижения определенных свойств и характеристик.Остальные элементы присутствуют случайно и не могут быть легко удалены. Такие элементы называются «следовыми» или «остаточными» элементами.

Многие спецификации продуктов содержат обязательные требования к отчетности по определенным элементам, и они различаются. Большинство заводов обычно проводят анализ тепла, который включает в себя перечисленные ниже элементы. Хотя можно проводить анализ других элементов, это чаще всего нецелесообразно или необходимо, если они не являются добавками (например, Pb — свинец, Sb — сурьма или Co — кобальт).

C — Углерод

Mn — Марганец

P — фосфор

S — Сера

Si — Кремний

Cu — медь

Ni — Никель

Cr — Хром

Mo — молибден

V — Ванадий

Cb (Nb) — Колумбий (ниобий)

Ti — Титан

Al — Алюминий

N — азот

B — Бор

Sn — олово

Ca — Кальций

Существуют тысячи стальных сплавов, и их классификация сложна и варьируется в зависимости от руководящего органа.Однако большинство из них можно в общих чертах сгруппировать в простую углеродистую сталь, сверхнизкоуглеродистую сталь (ULC), высокопрочную низколегированную сталь (HSLA), легированную сталь, высоколегированную сталь (включая нержавеющую сталь и инструментальную сталь) и электротехническую сталь. Усовершенствованная высокопрочная сталь (AHSS) — это новейшая классификация сталей.

Легирующие элементы часто служат для разных целей в разных сталях. Например, марганец способствует прочности и твердости стали в прокатанном состоянии, но другой важной характеристикой является его способность повышать прокаливаемость, что имеет решающее значение при термообработке.

Влияние легирующих элементов на свойства стали — огромная тема. Ниже приводится очень краткое изложение влияния перечисленных выше элементов на обычный плоский прокат. Более подробную информацию можно найти на веб-сайтах руководящих органов и информационных обществ по материалам, таких как ASM International.

Углерод является основным упрочняющим элементом стали. Твердость и прочность возрастают пропорционально увеличению содержания углерода примерно до 0,85%. Углерод отрицательно влияет на пластичность, свариваемость и вязкость.Диапазон содержания углерода в стали ULC обычно составляет 0,002 — 0,007%. Минимальный уровень углерода в простой углеродистой стали и HSLA составляет 0,02%. Марки углеродистой стали повышаются до 0,95%, стали HSLA — до 0,13%.

Марганец присутствует во всех товарных сталях в качестве добавки и вносит значительный вклад в прочность и твердость стали почти таким же образом, но в меньшей степени, чем углерод. Марганец улучшает ударную вязкость при низких температурах. Увеличение содержания марганца снижает пластичность и свариваемость.Типичное содержание марганца составляет 0,20 — 2,00%.

Фосфор чаще всего является остатком, но может быть добавкой. В качестве добавки увеличивает твердость и прочность на разрыв. Это отрицательно сказывается на пластичности, свариваемости и вязкости. Фосфор также используется в повторно фосфорированной высокопрочной стали для автомобильных кузовных панелей. Обычно остаточные количества составляют менее 0,020%.

Сера присутствует в сырье, используемом при производстве чугуна. Сталеплавильный процесс предназначен для его удаления, поскольку он почти всегда является вредной примесью.Типичное количество в товарной стали составляет 0,012%, а в формуемой HSLA — 0,005%.

Кремний может быть добавкой или остатком. В качестве добавки он увеличивает прочность, но в меньшей степени, чем марганец. Типичная минимальная добавка составляет 0,10%. Для применений после цинкования желаемый остаточный максимум составляет 0,04%.

Медь, никель, хром (хром), молибден (молибден) и олово являются наиболее часто встречающимися остатками в стали. Их количество контролируется управлением ломом в процессе выплавки стали.Обычно указанные максимальные остаточные количества составляют 0,20%, 0,20%, 0,15% и 0,06% соответственно для меди, никеля, хрома и молибдена, но допустимые пределы зависят в основном от требований к продукту. Медь, никель, хром и молибден, когда они являются добавками, оказывают очень специфическое улучшающее воздействие на сталь. Максимальный остаточный остаток олова обычно не указывается, но его содержание в стали обычно поддерживается на уровне 0,03% или менее из-за его вредных свойств.

Ванадий, колумбий и титан — это упрочняющие элементы, которые добавляют в сталь по отдельности или в комбинации.В очень малых количествах они могут иметь очень значительный эффект, поэтому их называют микросплавами. Типичные количества составляют от 0,01 до 0,10%. В сверхнизкоуглеродистую сталь титан и колумбий добавляются в качестве «стабилизирующих» агентов (что означает, что они объединяются с углеродом и азотом, остающимися в жидкой стали после вакуумной дегазации). Конечный результат — превосходная формуемость и качество поверхности.

Алюминий используется в основном как раскислитель в сталеплавильном производстве, соединяясь с кислородом в стали с образованием оксидов алюминия, которые могут всплывать в шлаке.Обычно 0,01% считается минимумом, требуемым для «стали, убитой алюминием». Алюминий действует как измельчитель зерна во время горячей прокатки, объединяясь с азотом с образованием осадков нитрида алюминия. При последующей переработке можно контролировать выделение нитрида алюминия, чтобы повлиять на свойства змеевика.

Азот может попадать в сталь в качестве примеси или преднамеренной добавки. Обычно остаточные уровни ниже 0,0100 (100 частей на миллион).

Бор чаще всего добавляют в сталь для повышения ее прокаливаемости, но в низкоуглеродистые стали его можно добавлять для связывания азота и уменьшения удлинения при пределе текучести, что сводит к минимуму разрывы рулонов.В то же время при надлежащей обработке продукт будет иметь отличную формуемость. Для этого его добавляют в количестве примерно до 0,009%. Остаток в стали обычно составляет менее 0,0005%.

Кальций добавляется в сталь для контроля формы сульфидов с целью улучшения формуемости (он соединяется с серой с образованием круглых включений). Он обычно используется в стали HSLA, особенно при более высоких уровнях прочности. Типичная добавка составляет 0,003%.

Каково влияние различных элементов на химический состав стали?

Химический состав стали указан во всех сертификатах испытаний материалов согласно EN10204.В этой статье кратко рассказывается о влиянии каждого элемента на сталь и о том, почему он важен или действительно нежелателен. Основное внимание уделяется углеродистой стали по стандартам EN10025, EN10028 и EN10225, то есть стали для строительной техники, котлов и сосудов под давлением, а также для использования на море.

Химический состав стали — элементы периодической таблицы

Углерод — C

Углерод добавляется в железо для производства стали. В чистом виде железо довольно мягкое, и добавление до 2% углерода придает ему твердость и прочность.Листы из конструкционной стали обычно содержат от 0,15 до 0,3% углерода. По мере увеличения количества углерода в стали прочность увеличивается, но снижается пластичность. Таким образом, железо с добавлением большого количества углерода становится очень хрупким и не может упруго реагировать на динамическую нагрузку.

Кремний — Si

Кремний добавляется в углеродистую сталь, чтобы помочь раскислить или убить ее. То есть кремний помогает удалить пузырьки кислорода из расплавленной стали. Он также полезен для увеличения прочности и твердости, но при этом менее эффективен, чем марганец.К сожалению, для многих применений он также увеличивает размер зерна, поэтому обычно существует верхний предел для него.

Марганец — Mn

Марганец, вероятно, является вторым по важности легирующим элементом стали после углерода. Подобно углероду, он оказывает большое влияние на прочность, пластичность и закаливаемость. Марганец помогает уменьшить количество оксидов, а также противодействовать присутствию сульфида железа. Тем не менее, сталелитейщики должны были быть осторожными, чтобы уровень углерода и марганца не был слишком высоким или сталь не стала слишком хрупкой и ухудшила свариваемость.

Фосфор — P

В конструкционной стали Фосфор обычно считается нежелательным остаточным элементом.Это связано с тем, что для большинства применений требуется очень низкий или низкий уровень фосфора. Фосфор увеличивает охрупчивание стали, что снижает ударную вязкость и пластичность металла. При использовании это обычно проявляется в виде трещин и переломов. Высокое содержание фосфора в стали является фактором, способствующим растрескиванию HIC во влажной среде h3S.

Сера — S

Сера — еще один остаточный элемент в конструкционной стали и сталях для сосудов высокого давления. Сера снижает ударную вязкость с надрезом, снижает свариваемость и пластичность.Обычно он проявляется в стали в виде включений сульфидов, что снижает ее прочность.

Азот — N

Азот — остаточный элемент для горячекатаных стальных листов. Как правило, высокий уровень азота придает пластине непостоянные механические свойства и затрудняет сварку из-за увеличения охрупчивания в зоне термического влияния (HAZ).

Медь — C

В конструкционных сталях медь в основном используется в качестве легирующего элемента, так как она улучшает стойкость к атмосферной коррозии и способствует связыванию стали с краской.Это также оказывает небольшое влияние на прокаливаемость.

Ниобий — Nb

Ниобий — ключевой элемент измельчения зерна в производстве стали. Это потому, что он уменьшает размер зерна, он одновременно улучшает прочность, ударную вязкость и пластичность.

Ванадий — V

Ванадий, добавленный в процессе производства стали, помогает удалить оксиды и, таким образом, увеличивает предел текучести и предел прочности стальных листов

Титан — Ti

Титан в стали помогает сохранить малый размер зерна, а также помогает управлять включения, сделав их более округлыми.

Хром — Cr

Хром в качестве легирующего элемента в стали способствует повышению ее стойкости к коррозии и окислению. Когда процентное содержание хрома в стали превышает 1,1%, образуется поверхностный слой, который помогает защитить сталь от окисления.

Никель — Ni

Никель используется для улучшения свойств коррозионной стойкости стали. Это ключевой компонент в нержавеющих сталях, но при низких концентрациях, обнаруженных в углеродистых сталях, он помогает повысить ударную вязкость и закаливаемость.

Молибден — Мо

Молибден используется для повышения прочности сталей котлов и сосудов высокого давления при типичных рабочих температурах котлов 400 ° C. Обычно он используется в сочетании с хромом для обеспечения прочности и коррозионной стойкости при высоких температурах, а также для увеличения сопротивления ползучести.

Бор — B

Бор добавляется к полностью раскисленной мелкозернистой стали для повышения прокаливаемости. Это дает преимущество в отношении предела текучести и ударной вязкости, если сталь полностью закаливается перед отпуском.

Цирконий — Zr

Цирконий добавляется в сталь для изменения формы включений. Это помогает им стать более округлыми (в отличие от удлиненных). В результате, когда пластина превращается в оболочку, повышается прочность и пластичность.

Влияние химического состава стали на ее цену

Мы немного повеселились и взяли химический состав некоторых распространенных марок стали, а затем посмотрели, сколько элементы входят в стоимость. Для этого мы использовали Википедию, и, честно говоря, цены на элементы были повсюду — от розничных закупок серы до оптовых закупок меди.Некоторые вещи были слишком дорогими, а некоторые слишком дешевыми. И цены взяты из периода с 2005 по 2012 год…. И, конечно же, некоторые из них были оксидами металлов, а не сырьем. Тем не менее, эта таблица должна дать вам небольшое представление о том, как стоимость различных сталей определяется химическим составом стали

Что такое состав стали | влияние химического состава

Железоуглеродистые сплавы называются сталью с содержанием углерода от 0.02% и 2,11%. Химический состав стали сильно различается в разных типах стали. Сталь, содержащая только углеродистый элемент, называется углеродистой сталью или обычной сталью. И сталь всегда с разными легирующими элементами, чтобы удовлетворить различные потребности. Такие как марганец, никель, ванадий и т. Д. Информация об элементах приведена ниже.

Углерод

Это важнейший химический состав стали. Независимо от того, какая сталь, она всегда под рукой. Чем выше содержание углерода в стали, тем выше предел текучести и предел прочности.Но пластичность и ударопрочность снизятся. Когда содержание углерода превышает 0,23%, его свариваемость ухудшается. Поэтому, если для сварки требуется низколегированная конструкционная сталь, содержание углерода в ней не превышает 0,20%. Чем больше в нем углерода, тем меньше стойкость к атмосферной коррозии. Так что положенная снаружи высокоуглеродистая сталь всегда подвержена коррозии. Кстати, углеродный элемент может повысить хладноломкость и чувствительность стали к старению.

Хром

Хромовый элемент в стали, повышающий износостойкость, твердость и коррозионную стойкость.Если в стали содержание хрома превышает 13%, ее всегда называют нержавеющей сталью. Но вся сталь будет ржаветь, если за ней не ухаживать должным образом.

Марганец

Это важный стабилизирующий аустенитный элемент, который может помочь в создании текстурных структур. А также увеличивает жесткость, прочность и износостойкость. Это отличный раскислитель и десульфуратор в процессе производства стали. Универсальная сталь с содержанием марганца 0,30-0,50%. В народе ее всегда называли марганцевой сталью, в которой содержание марганца больше нуля.70%. Его твердость и прочность лучше, чем у универсальной стали. Элементы могут увеличить способность к закалке и характер горячей обработки. Например, предел текучести стали 16Mn на 40% выше, чем у стали A3. Сталь с содержанием марганца 11% -14%, то она обладает повышенной износостойкостью. Таким образом, он используется для изготовления ковшей экскаваторов, футеровки шаровых мельниц и т. Д. Чем выше содержание марганца, тем ниже устойчивость к коррозии и меньше сварочные характеристики.

Молибден

Это карбонизирующий агент.Это может предотвратить хрупкость стали и сохранить прочность стали при высоких температурах. Это основные элементы для многих сталей. Самозатвердевающая сталь (A-2, ATS-34) всегда с содержанием молибдена 1% или более может затвердеть на воздухе.

Никель

Никелевый элемент может улучшить прочность стали и сохранить хорошую пластичность и вязкость. Никель обладает высокой коррозионной стойкостью к кислотам и щелочам. Обладает устойчивостью к ржавчине и высокой температуре в среде высоких температур.

Кремний

Это хороший материал в качестве восстановителя и раскислителя в процессе производства стали. Таким образом, стальные трубопроводы всегда содержат 0,15% -0,30% кремния. Если содержание Si в стали превышает 0,50-0,60%, ее можно назвать легирующим элементом. Si может значительно увеличить предел упругости и предел прочности стали. Так что это отличный материал из пружинной стали. Добавление Si в конструкционную сталь примерно 1,0–1,2%, что может повысить прочность на 15–20%. Si в сочетании с Mo, вольфрамом, Cr и т. Д. Может эффективно повысить стойкость к эрозии и стойкость к окислению.Содержание Si составляет 1% -4% в мягкой стали, эта сталь имеет большую магнитную индукцию. Если содержание Si больше, производительность сварки снижается.

Вольфрам

Вольфрам в сочетании с хромом или марганцем дает быстрорежущую сталь. Это может повысить стойкость к истиранию. В быстрорежущей стали M2 много вольфрама.

Ванадий

Многие стали содержат ванадий. И это увеличивает износостойкость и пластичность.

Фосфор

В общем, фосфор — плохой элемент для стали.Это повысит хладостойкость и ухудшит характеристики сварки. А также сделать пластичность ниже. Таким образом, содержание фосфора в стали обычно составляет менее 0,045%. Кстати, запрос на качественную сталь более строгий.

Сера

Это также вредный элемент. Это снизило бы пластичность и вязкость. Это может вызвать трещины при ковке и прокатке стали. А сера плохо влияет на сварочные характеристики и снижает коррозионную стойкость. Поэтому обычно требуется содержание серы ниже 0.055%. А в качественной стали меньше 0,040%. Добавление 0,08% — 0,20% серы улучшило бы обрабатываемость стали. Многие называют это сталью безнапорной резки. Изучите информацию о химическом составе стали, чтобы понять, что различные химические элементы по-разному влияют на свойства стали.

Знакомство с марками стали — Matmatch

Стали — это загрязненные железоуглеродистые сплавы с низким содержанием углерода, обычно 0,1–1,5% углерода по массе. Количество углерода и уровень примесей и дополнительных элементов, как металлических, так и неметаллических, определяют свойства каждой стали марки [1].

Производятся различные типы стали в зависимости от свойств, необходимых для их применения, и используются различные системы классификации для дифференциации сталей на основе этих свойств. По данным Всемирной ассоциации производителей стали, существует более 3500 марок стали, обладающих различными химическими, экологическими и физическими свойствами [2].

Здесь вы узнаете о:

• химический состав марок стали,
• влияние химического состава на механические свойства материала,
• различные системы классификации, используемые в настоящее время в различных отраслях промышленности

Химический состав

Ниже перечислены некоторые химические элементы, которые влияют на механические свойства марок стали [3]:

• Углерод
  Углерод — один из важнейших химических элементов в стали.Увеличение содержания углерода дает материал с более низкой пластичностью и более высокой прочностью.
• Марганец
  Марганец используется в качестве нейтрализатора при горячей прокатке стали вместе с кислородом и серой, и он оказывает влияние на свойства материалов марок стали, аналогичные свойствам углерода.
• Хром
  Хром присутствует в небольших количествах и используется в сочетании с медью и никелем для повышения устойчивости материала к коррозии.
• Алюминий
  Алюминий является одним из наиболее важных раскислителей и помогает в формировании более мелкозернистой кристаллической микроструктуры.
• Медь
  Медь также используется для повышения устойчивости к коррозии. Это основной антикоррозионный компонент сталей марок А242 и А441 (снят, заменен на А572).
• Молибден
  Молибден улучшает прочность стали при высоких температурах, а также увеличивает ее устойчивость к коррозии.Для стали марки А514 обычное количество молибдена составляет 0,15–0,65%.
• Сера и фосфор
  Сера и фосфор обычно составляют ограниченное количество в стальных сплавах, поскольку они оказывают нежелательное влияние на долговечность и прочность стали.

Другие легирующие элементы, такие как титан, азот и бор, также используются в небольших количествах в некоторых марках стали. Эти химические элементы сочетаются с основными компонентами для дальнейшего улучшения характеристик материала [3].

Стали можно разделить на широкие категории в соответствии с их химическим составом — легированная сталь, углеродистая сталь и нержавеющая сталь.

Механические свойства

Каждая марка стали, соответствующая международным стандартам, отражает измеренные механические свойства материала [4]: ​​

• Прочность
  Прочность относится к силе, необходимой для деформации материала. Прочность стали можно улучшить за счет нормализации, которая создает однородную микроструктуру по всему материалу.
• Твердость
  Твердость — , способность материала противостоять истиранию . Увеличение содержания углерода и закалка материала приводят к повышению твердости.
• Пластичность
  Пластичность относится к способности металла пластически деформироваться под действием растягивающего напряжения . Путем отжига холодногнутой стали можно улучшить ее низкую пластичность, поскольку отжиг позволяет преобразовывать кристаллы, тем самым устраняя дислокации в микроструктуре.
• Обрабатываемость
  Обрабатываемость относится к , насколько легко сталь шлифовать, резать или просверливать . На это сильно влияет твердость. По мере увеличения твердости обработка становится более трудной.
• Вязкость
  Вязкость — это способность материала сопротивляться напряжению без разрушения . Вязкость можно улучшить, добавив сфероиды в микроструктуру, как при отпуске.
• Свариваемость
  Свариваемость означает легкость, с которой материал можно сваривать без дефектов .Теплопроводность, а также температура плавления и электропроводность могут влиять на свариваемость материала. Однако это в основном зависит от используемой термической обработки и химического состава материала.

Система нумерации марок стали

Марка стали описывает химический состав, свойства, процессы изготовления, термическую обработку и формы стали. Сортировка очень важна для производителей, инженеров и потребителей, поскольку она дает стандартный язык для эффективного определения свойств стали [4].

Ниже перечислены некоторые из наиболее распространенных международных организаций по стандартизации, каждая из которых имеет свою систему нумерации марок стали.

Американский институт чугуна и стали (AISI)

AISI — самая популярная и самая старая система нумерации для всех сталей в США. В нем указывается химический состав сплава на основе анализа в ковше, но не указываются другие свойства. AISI использует четырехзначную систему нумерации для углеродистых сталей и трехзначную систему нумерации для нержавеющих сталей с префиксом «тип» для идентификации.Некоторые марки стали содержат суффиксы, указывающие на изменения в составе, например, тип 303Se, указывающие на добавление селена в состав. Составы и обозначения AISI выступают в качестве основных стандартов для широкого круга отраслей [5].

Международное общество инженеров автомобильной промышленности (SAE)

Аналогичным образом для SAE легированным и углеродистым сталям присваиваются четырехзначные числа, где первая цифра указывает на основной легирующий элемент. Вторая цифра показывает элемент высшего сорта, а две последние цифры указывают углеродный состав стали (в сотых долях процента по весу) [6].

В таблице ниже показаны различные классификации стали и соответствующие обозначения SAE [7]:

Для нержавеющей стали SAE использует пятизначную систему нумерации, последние три цифры которой соответствуют обозначениям стандартов на сплавы AISI [5]. В основном он описывает стандарты и практики, которые могут лежать в основе проектирования, изготовления и определения характеристик автомобильных компонентов.

Единая система нумерации (UNS)

UNS использует префиксную букву и пятизначную систему нумерации, предназначенную для сопоставления различных систем нумерации сплавов и металлов, которые коммерчески используются различными странами и организациями по стандартизации [5].

Ниже представлена ​​таблица различных категорий UNS [8]:

Американское общество испытаний и материалов (ASTM)

ASTM обеспечивает химический состав и требования к характеристикам материала. Он также содержит стандарты на методы испытаний, а также минимальные и общие значения различных физических и механических свойств [5]. Примеры включают ASTM 36 и ASTM A53.

Другие организации, использующие свои собственные системы нумерации, включают Американский национальный институт стандартов (ANSI), Американское общество инженеров-механиков (ASME), Американское общество основателей стали и Американское общество сварщиков (AWS) [9].

[1] W. Hume-Rothery, Структура сплавов железа: элементарное введение, H.M. Финнистон, Д. Хопкинс, У. Оуэн (ред.), Elsevier, 2016.

[2] «Наиболее распространенные типы стали в промышленности технологических трубопроводов», без указания даты. [Онлайн]. Доступно: https://www.theprocesspiping.com/common-types-steel-process-piping-industry/

[3] «Химический состав конструкционных сталей», н.д. [Онлайн]. Доступно: http://web.mit.edu/1.51/www/pdf/chemical.pdf

[4] «Сортировка стали: химия и свойства», 2018 г., из: https: // www.reliance-foundry.com/blog/steel-grades

[5] E. Klar, P.K. Samal, Порошковая металлургия Нержавеющие стали: обработка, микроструктура и свойства , Огайо: ASM International, 2007.

[6] E.P. Дегармо, Дж. Блэк, Р.А. Козер, Материалы и процессы в производстве (9-е изд.). Wiley, 2003.

[7] Л.Ф. Джеффус, Сварка: принципы и применение . Cengage Learning, 2016.

[8] Э. Оберг, Х.Л. Хортон, Ф.Д. Джонс, Х.Ryfell, и C.J. McCauley, Справочник по машинному оборудованию (29-е изд.). Industrial Press Inc., 2012.

[9] «Техническое руководство по технической информации», н.д. [Онлайн]. Доступно: https://www.isibang.ac.in/~library/onlinerz/resources/Enghandbook.pdf

Химический состав продуктов коррозии арматуры, вызванной карбонизацией и хлоридом

Микроструктура стальных стержней была изучена X- Выяснен механизм лучевой фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) и механизм коррозии стальных стержней под воздействием факторов коррозии.Результаты показывают, что пассивирующая пленка и коррозионная поверхность стальной поверхности в растворе хлоридсодержащей соли были более крупными, а состояние поверхности более плотным. Основные продукты коррозии — FeOOH и FeO. Поверхность стали, погруженной в моделируемый карбонизированный раствор, имела рыхлые поры. Основными компонентами являются FeOOH, Fe ₃ O ₄ и Fe ₂ O ₃ . Поверхность стального стержня имеет большое количество желтовато-коричневых продуктов коррозии при моделировании карбонизации и хлоридной соли.Поверхность продуктов коррозии была зачищена, и основными компонентами являются FeOOH, Fe ₃ O ₄ и FeCl ₃ , где содержание FeOOH достигает 60%. Пиковое значение железа постепенно увеличивается от смоделированного раствора хлоридной соли к карбонизированному раствору до комбинированного эффекта карбонизации и хлоридной соли; содержание оксида железа увеличивается, и коррозия стали, очевидно, серьезна.

1. Введение

Хлоридные соли и карбонизация являются основными причинами коррозии стали, о чем свидетельствует разрушение большого количества железобетонных конструкций, а также большое количество бетонных работ под двойным коэффициентом двуокиси углерода и хлорид-иона. [1–4].В общем, стальная поверхность пассивной пленки в стали стабильна из-за наличия надосновного раствора пор бетона. Когда внешние углекислый газ и ионы хлора проникают в бетон, pH порового раствора снижается, а содержание хлоридов увеличивается, что приводит к разрушению пассивной пленки коррозии [5–9]. Поэтому основным барьером для предотвращения коррозии стали является пассивная пленка.

Существует множество факторов, влияющих на разрушение пассивирующей пленки, включая состояние поверхности стальных стержней, состав сплава, фазовый состав железа и другие факторы материала, а также проницаемость бетона, концентрацию хлорид-иона, pH раствора. , температура и влажность и другие факторы окружающей среды [10–12].Свойства пассивирующей пленки стали, то есть толщина, состав и стабильность, зависят от потенциала поляризации, времени поляризации и концентрации ионов в среде, а характеристики микроструктуры пассивирующей пленки связаны с потенциалом пассивации. и время пассивации. Причина коррозии стали в конечном итоге связана с изменением состава и структуры пассивирующей пленки [13–16]. Видно, что существует острая необходимость уточнить процесс разрушения пассивирующей пленки при карбонизации и хлоридной коррозии и уточнить механизм разрушения пассивирующей пленки стальной арматуры под действием фактора коррозии с целью улучшения тупой среды на поверхности. арматуры в бетоне [17].

Компания Ghods использовала рентгеновскую фотоэлектронную спектроскопию (XPS) для изучения пассивной оксидной пленки углеродистой стали в насыщенном растворе гидроксида кальция и влияния хлорида на свойства пленки, показав, что воздействие хлорида уменьшает толщину оксидных пленок и изменяет их стехиометрию. таким образом, что вблизи границы раздела пленка / подложка соотношение Fe ³⁺ / Fe ²⁺ увеличивалось.

В данной работе ключевые факторы, влияющие на структуру пассивной пленки на поверхности арматуры в бетоне, взяты за отправные точки, а состав и микроструктурные характеристики коррозии на поверхности арматуры изучаются под действием карбонизации. и хлоридная коррозия, чтобы обеспечить теоретическую основу для улучшения коррозионной стойкости стали за счет оптимизации состава поверхностного оксидного слоя стали.

2. Эксперимент

2.1. Материалы и подготовка образцов

Стальные прутки диаметром 10 мм разрезаются на стальные тонкие секции толщиной 2 мм, которые полируются наждачной бумагой с размером ячеек 400, 500 и 800, протираются 95% спиртом и помещаются в эксикатор для рентгеновского фотоэлектронного спектроскопического анализа (XPS) ржавчины. Были использованы три моделируемые среды пористого раствора бетона. В таблице 1 показан состав порового раствора предварительно карбонизированного бетона и смоделированного порового раствора карбонизированного бетона.Испытание было разделено на три группы подготовки: (1) 3% хлорид натрия смешивают с раствором для бетонных отверстий, чтобы моделировать коррозионную среду с хлоридной солью; (2) поровый раствор карбонизируют для имитации карбонизированной коррозионной среды; (3) раствор с отверстиями для карбонизации выполняли путем добавления 3% хлорида натрия для моделирования среды коррозии композита карбонизации и хлоридной соли [18].

Налейте 300 мл трех приготовленных растворов для моделирования отверстий в трех закрытых стеклянных колбах, поместив по два стальных тонких профиля в каждую из стеклянные колбы и закручивание крышки. Через шесть месяцев тонкую стальную заготовку вынули из раствора, промыли деионизированной водой и ацетоном, а затем высушили продувкой аргоном и поместили в контейнер, заполненный аргоном.Образцы определяли с помощью рентгеноструктурного анализа и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии в течение двух часов.

2.2. Приборы

Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS) . В XPS использовалась мишень из магния, ток рентгеновского излучения 20 мА, высоковольтный источник рентгеновского излучения 10 кВ, напряжение удвоителя 2,8 кВ, энергия полного спектра 100 эВ и полупектральная энергия 50 эВ. Сканирование было выполнено 20 раз; время каждого шага составляло 10 мс. Ar ⁺ распыляли за 5 с до начала каждого испытания, чтобы устранить влияние поверхностных загрязнений.Скорость распыления Ar ⁺ составляет около 3 нм / мин. Данные подвергали анализу фракционной подгонки с использованием CasaXPS 2.3.16 после тестирования XPS при 0 нм и 5 нм. Кривые пиков для всех элементов откалиброваны с помощью C1s с энергией связи 284,6 эв.

Рентгеновский дифрактометр (XRD) ,. Использовался D8 Advance Davinci от Bruker, Германия. Используя Cu и K α 1 луч, напряжение на трубке составляет 40 кВ; ток трубки 40 мА. Непрерывное сканирование выполнялось с диапазоном сканирования от 20 ° до 70 °, скоростью сканирования 8 ° / мин и размером шага 0.02 °.

3. Анализ и обсуждение

3.1. XPS-анализ продуктов коррозии стали

На рисунке 1 показаны XPS-спектры полного сканирования стального стержня, подвергшегося коррозии после 6 месяцев погружения в различные растворы для моделирования коррозионных отверстий. Основными компонентами стального стержня, корродированного в растворе отверстия, являются железо, кислород, углерод и хлор. Среди них пик кислорода, углерода и железа является сильным, что указывает на то, что химический состав коррозии состоит в основном из оксида железа.

В моделированном растворе хлоридной соли нет пика углерода, тогда как пик углерода на Рисунке 1 (а) очень сильный.С одной стороны, углерод образуется из самой стали, а с другой — в результате растворения углекислого газа во время испытания. Энергия связи Fe 2p стали, корродированной в моделированном растворе хлоридной соли, составляла 709,96 эв, энергия связи Fe 2p стали, корродированной в моделированном растворе карбонизации, составляла 710,76 эв, а энергия связи Fe 2p в моделированной карбонизации и хлоридной соли. раствор 711,30 эв. Это показывает, что в этих трех растворах компоненты коррозии стали представляют собой оксид железа, но конкретный состав отличается.От смоделированного раствора хлоридной соли до смоделированного раствора карбонизации, а затем до смоделированного раствора карбонизации и композиционного раствора хлоридной соли пиковое значение Fe в продуктах коррозии стали постепенно увеличивается, что указывает на постепенное увеличение содержания оксида железа и усиление коррозии стальной арматуры. серьезный. Орбиталь Fe 2p имеет бимодальную структуру из-за расщепления спина на два энергетических уровня (т.е. Fe 2p 1/2 и Fe 2p 3/2). Коррозионные соединения железа можно разделить на четыре класса: Fe-1, Fe-2, Fe-3 и Fe-4, что соответствует элементарному Fe, Fe ₃ O ₄ / FeO (Fe ²⁺ ). , Fe ₂ O ₃ / FeOOH (Fe ³⁺ ) и FeCl ₃ (Fe ³⁺ ).Подгонка пика XPS для Fe-элемента стального стержня, подвергшегося коррозии после погружения стального стержня в раствор для моделирования различных отверстий на 6 месяцев, показана на рисунке 2.

Пиковые кривые Fe 2p в моделируемой коррозии раствора хлоридной соли соответствуют четырем. кривые пиков, а соответствующие соединения — FeO и FeOOH соответственно. Путем подгонки можно сделать вывод, что энергия связи положения пика и площадь пика кривой элемента Fe в коррозионном растворе стального стержня в растворе хлоридной соли показаны в таблице 2, относительное содержание FeO равно 32.3%, относительное содержание FeOOH — 67,7%.

Кривые пиков Fe 2p в моделированном растворе карбонизации соответствуют трем кривым пиков, и соответствующие соединения представляют собой Fe ₃ O ₄ и FeOOH, соответственно. Путем подбора можно сделать вывод, что энергия связи положения пика и площадь пика кривой элемента Fe в коррозионном растворе стального стержня в растворе хлоридной соли показаны в Таблице 3, относительное содержание Fe ₃ O ₄ 39 лет.9%, относительное содержание FeOOH 60,1%.

Кривые пиков Fe 2p в растворе карбонизации и составной поры хлоридной соли соответствуют пяти кривым пика, и соответствующие соединения представляют собой Fe ₃ O ₄ , FeOOH и FeCl ₃ соответственно. Путем подбора можно сделать вывод, что энергия связи положения пика и площадь пика кривой элемента Fe в коррозионном растворе стального стержня в растворе хлоридной соли показаны в Таблице 4, относительное содержание Fe ₃ O ₄ 19 лет.3%, относительное содержание FeOOH составляет 69,1%, а относительное содержание FeCl ₃ составляет 11,6%.

3,2. Рентгеноструктурный анализ корродированной стали

Армированная корродированная поверхность при 5000-кратном увеличении сканирующего электронного микроскопа (SEM) и соответствующий спектр коррозионной дифракции рентгеновских лучей (XRD) после погружения на 6 месяцев в раствор пор, имитирующий хлоридную соль, показан на рисунке 3 (а). Большая часть поверхности железобетона в моделированном растворе хлоридной соли не подвержена коррозии, а поверхность относительно плоская и локально выпуклая, что указывает на то, что часть поверхности покрыта коррозионными веществами, а коррозионный слой представляет собой тонкий слой.Поверхность стали увеличилась в 5К раз, а в некоторых местах были обнаружены отверстия, что указывает на то, что пассивирующая пленка арматурной стали в моделированном пористом растворе бетона медленно пронизывается ионами хлорида и начинает корродировать. Анализ с помощью программного обеспечения JADE6.5 показывает, что есть два четких основных пика при 44,6 ° и 64,9 ° в 2 θ стали из раствора хлоридной соли. Результаты показывают, что в смоделированном солевом растворе хлоридной соли есть много некорродированных участков. По сравнению с другими стандартными картами обнаружено, что продуктами коррозии в этом растворе в основном являются FeOOH и FeO, что согласуется с результатами предыдущего анализа XPS.

Армированная корродированная поверхность с 5000-кратным увеличением сканирующего электронного микроскопа (SEM) и соответствующий спектр коррозионной дифракции рентгеновских лучей (XRD) после погружения на 6 месяцев при моделировании раствора карбидных пор показаны на рисунке 3 (b). На стальной поверхности образовалась желто-черная ржавчина, но поверхность относительно гладкая, без выступов ржавчины. Стальная поверхность увеличилась в 5К раз, и было обнаружено, что армированная стальная поверхность корродирована и рыхлая пористая, имеет форму стержня, и есть три четких основных пика на 36.8 °, 44,7 ° и 65,1 ° из стали 2 θ . По сравнению со стандартной картой XRD был обнаружен основной дифракционный пик Fe ₃ O ₄ , а дифракционный пик простого Fe не был обнаружен. По сравнению с рисунком 3 (а) были и другие второстепенные пики. Это показывает, что поверхность арматурного стержня, погруженного в раствор для моделирования пор карбида, была полностью корродирована с образованием FeOOH и Fe ₂ O ₃ , что является хорошим дополнением к анализу XPS.

Армированная корродированная поверхность при 5000-кратном увеличении сканирующего электронного микроскопа (SEM) и соответствующий спектр коррозионной дифракции рентгеновских лучей (XRD) после погружения на 6 месяцев в составной раствор пор карбонизации и хлоридной соли показаны на рисунке 3 (c). Корродированные стальные стержни имеют коричневый цвет и имеют форму слоя с неравномерным распределением толщины и явлением отслаивания. Пиковое значение продуктов коррозии заметно на рисунках 3 (а) и 3 (б).Основной дифракционный пик по сравнению со стандартной картой показывает FeOOH, субпик был обнаружен в FeCl ₃ и Fe ₃ O ₄ при коррозии, и интенсивность была увеличена. Это показывает, что коррозия арматурной стали более серьезна в условиях хлоридной соли и карбонизированного композита, что согласуется с результатом анализа XPS.

4. Заключение

(1) Стальная пассивирующая пленка и ржавчина сосуществуют в пористом растворе бетона, имитирующем хлоридную соль, поверхностное состояние более плотное, а основными компонентами коррозии являются FeOOH и FeO.Основными ингредиентами являются FeOOH, Fe ₃ O ₄ и Fe ₂ O ₃ . (2) Много коричневой ржавчины на поверхности коррозионного вещества и поверхности коррозионного вещества расслоилось в растворе пор карбонизации и хлоридной соли. Основными компонентами являются FeOOH, Fe ₃ O ₄ и FeCl ₃ , где содержание FeOOH превышает 60%.(3) Отношение Fe ³⁺ / Fe ²⁺ увеличивается по мере увеличения количества хлорид-ионов или увеличения карбонизации. И это соотношение максимально при совместном действии хлорид-иона и карбонизации.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Эта работа спонсировалась Национальным фондом естественных наук Китая (51478227, 51778302) и Фондом К. К. Вонг Магна в Университете Нинбо.

Химический состав труб из углеродистой стали

Среднеуглеродистая сталь относится к углеродистой стали с содержанием углерода 0.От 25% до 0,60%. Существует множество продуктов, таких как закаленная сталь, полурабленная сталь, кипящая сталь. Помимо углерода, он может содержать небольшое количество марганца (от 0,70% до 1,20%). Помимо использования в качестве строительного материала, он также в больших количествах используется для производства различных механических деталей. Высокоуглеродистая сталь часто называется инструментальной сталью и содержит от 0,60% до 1,70% углерода. Такие, как сверла, метчики для проволоки, развертки и т. Д., Изготавливаются из стали с содержанием углерода от 0,90% до 1,00%.

Описание функций и элементов различных компонентов из стали:
1. Углерод, кремний, марганец, сера и фосфор являются основными примесными элементами в передельном чугуне и углеродистой стали, широко известными как «пять элементов». Поскольку они оказывают большое влияние на характеристики стали, общий анализ требует их определения.

2. Хром (Cr): В конструкционных сталях и хроме хром может значительно улучшить прочность, твердость и износостойкость, но в то же время снизить пластичность и ударную вязкость.Хром может улучшить стойкость к окислению и коррозию стали и, следовательно, является важным легирующим элементом для нержавеющей и жаропрочной стали.

3. (Ni): Никель может повысить прочность стали, сохраняя при этом хорошую пластичность и вязкость. Никель обладает высокой коррозионной стойкостью к кислотам и щелочам, а также устойчив к ржавчине и нагреванию при высоких температурах. Однако, поскольку никель — дефицитный ресурс, вместо никель-хромистой стали следует использовать другие легирующие элементы.

4. Молибден (Mo): Молибден может измельчать зерно стали, улучшать прокаливаемость и термостойкость, а также сохранять достаточную прочность и сопротивление ползучести при высокой температуре (длительное напряжение при высокой температуре, происходит деформация, ползучесть). Добавление молибдена в конструкционную сталь улучшает механические свойства. Также возможно уменьшить хрупкость легированной стали из-за огня. Покраснение можно уменьшить с помощью инструментальной стали.

5. Титан (Ti): Титан является сильным раскислителем стали.Он может сделать внутреннюю структуру стали плотной, улучшить зернистость; снижают чувствительность к старению и хладостойкость. Улучшение сварочных характеристик. Добавление соответствующего титана в аустенитную нержавеющую сталь с хромом 18, никелем 9 позволяет избежать межкристаллитной коррозии.

6. Ванадий (V): Ванадий является отличным раскислителем стали. Добавление 0,5% ванадия в сталь улучшает зернистость структуры и улучшает прочность и ударную вязкость. Карбиды, образованные из ванадия и углерода, улучшают стойкость к водородной коррозии при высоких температурах и давлениях.

7. Вольфрам (W): вольфрам имеет высокую температуру плавления и большой удельный вес. Это легирующий элемент драгоценной земли. Вольфрам и углерод образуют карбид вольфрама с высокой твердостью и износостойкостью. Добавление вольфрама в инструментальную сталь может значительно улучшить красную твердость и термостойкость режущих инструментов и штампов.

8. Ниобий (Nb): ниобий может измельчать зерна и снижать чувствительность к перегреву и отпускную хрупкость стали, а также увеличивать прочность, но при этом снижается пластичность и вязкость.Добавление висмута в обычную низколегированную сталь может улучшить стойкость к атмосферной коррозии, водородной, азотной и аммиачной коррозии при высоких температурах. Nb может улучшить характеристики сварки. Скручивание аустенитной нержавеющей стали предотвращает межкристаллитную коррозию.

9. (Co): Кобальт является редким и ценным веществом, используется в специальных сталях и сплавах, таких как жаропрочная сталь и магнитные материалы.

10. (Cu): Медь может улучшить прочность и ударную вязкость, особенно при атмосферной коррозии.Недостатком является то, что он склонен к горячей хрупкости во время горячей обработки, а содержание меди значительно снижается более чем на 0,5%. Когда содержание меди меньше 0,50%, это не влияет на свариваемость.

11. (Al): Алюминий — широко используемый раскислитель стали. В сталь добавляют небольшое количество алюминия для измельчения зерен и повышения ударной вязкости, например сталь 08Al для глубокой вытяжки тонких листов. Алюминий также обладает стойкостью к окислению и коррозии.