강재의 특정 성질을 개선하고 향상시키고 특정 특수 특성을 얻기 위해 용융 제련 공정 중에 의도적으로 첨가되는 원소를 합금 원소라고 부릅니다. 일반적으로 사용되는 합금 원소는 크롬, 니켈, 몰리브덴, 텅스텐, 바나듐, 티탄, 탄탈, 지르코늄, 코발트, 규소, 망간, 알루미늄, 구리, 붕소, 희토류 등을 포함한다. 인, 황, 질소 등도 경우에 따라 합금 역할을합니다.
(1) 크롬 (Cr)
크롬은 강철의 담금질 성을 증가시키고 이차 경화의 영향을 받아 강철 과립을 만들지 않고 탄소강의 경도와 내마모성을 향상시킬 수 있습니다. 함유량이 12 %를 초과하면, 고온 내 산화성 및 내 산화성 내식성이 우수하고, 또한 강재의 열 강도가 높아진다. 크롬은 스테인레스 강 내산강 및 내열강의 주요 합금 원소입니다.
크롬은 압연 상태에서 탄소강의 강도 및 경도를 증가시킬 수 있고, 연신율 및 면적 감소를 감소시킬 수있다. 크롬 함유량이 15 %를 초과하면, 강도 및 경도가 감소하고, 이에 따라 연신율 및 면적 감소가 증가 할 것이다. 크롬 강재가 포함 된 부품은 표면 품질을 높이기 위해 쉽게 연마됩니다.
담금질 및 템퍼링 구조에서 크롬의 주된 역할은 담금질 및 담금질 후 강재가보다 포괄적 인 기계적 성질을 가지도록하기 위해서 담금질 성을 개선하는 것이고, 침탄 강에서는 크롬 탄화물을 형성하여 재료 저항성 표면을 증가시킵니다. .
크롬 함유 스프링 강은 열처리 중에 탈탄하기 쉽지 않습니다. 크롬은 공구강의 내마모성, 경도 및 적색 경도를 향상시키고 양호한 템퍼링 안정성을 가질 수 있습니다. 전기 열 합금에서 크롬은 내 산화성, 전기 저항 및 합금 강도를 증가시킬 수 있습니다.
(2) 니켈 (Ni)
니켈은 페라이트를 강화하고 강재에서 펄라이트를 정제합니다. 전반적인 효과는 강도를 높이고 소성에 큰 영향을 미치지 않는 것입니다. 일반적으로 컨디셔닝을 필요로하지 않고 강재 압연, 정규화 또는 어닐링에 사용되는 저탄소 강은 특정 양의 니켈이 인성을 크게 감소시키지 않으면 서 강도를 증가시킬 수 있습니다. 통계에 따르면, 니켈의 1 %가 증가 할 때마다 강도가 29.4Pa 증가 할 수 있습니다. 니켈 함유량이 증가하면 인장 강도보다 강철의 수율이 빠르게 증가하므로 니켈 함유 강이 일반 탄소강보다 높을 수 있습니다. 니켈은 강재의 강도를 증가 시키지만 인성, 소성 및 다른 합금 원소보다 다른 공정의 성능에 미치는 영향은 적습니다. 중간 탄소강의 경우 니켈이 펄라이트 변태 온도를 낮추므로 펄라이트가 잘된다. 니켈이 공석 점의 탄소 함량을 감소시키기 때문에, 펄라이트의 양은 동일한 탄소 함량을 갖는 탄소강의 양보다 더 크다. 니켈 함유 펄라이트 계 페라이트 강은 동일한 탄소 함량의 탄소강보다 강도가 높습니다. 반대로, 강재의 강도가 동일하면, 니켈 함유 강재의 탄소 함유량을 적절하게 저감 할 수 있고, 강재의 인성 및 소성을 향상시킬 수있다. 니켈은 피로에 대한 강철의 저항력을 향상시키고 틈새에 대한 강철의 감도를 감소시킬 수 있습니다. 니켈은 저온에서 강철의 부서지기 쉬운 전이 온도를 낮추며, 이는 저온 강재에 매우 중요합니다. 강철의 3.5 %를 함유하는 니켈은 -100 ° C에서 사용할 수 있으며, 강철의 9 %를 함유 한 니켈은 -196 ° C에서 작동 할 수 있습니다. 니켈은 철강의 크립에 대한 내성을 증가시키지 않기 때문에 일반적으로 고강도 강재의 강화 요소로 사용되지 않습니다.
니켈 함량이 높은 철 - 니켈 합금에서 니켈 함량의 증가 또는 감소에 따라 선팽창 계수가 크게 변합니다. 이 기능을 사용하면 매우 낮은 또는 특정 선팽창 계수의 정밀 합금, 바이메탈 등을 설계하고 생산할 수 있습니다.
또한, 니켈은 산에 내성을 가질뿐만 아니라 알칼리성이기 때문에 대기 및 염에 대한 내 부식성을 갖는다. 니켈은 스테인리스 내성 강재에서 중요한 요소 중 하나입니다.
(3) 몰리브덴 (Mo)
몰리브덴은 강재의 담금질 성 및 열 강도를 향상시키고 템퍼의 취성을 방지하며 잔류 자속과 보자력을 증가 시키며 특정 용지의 부식에 강합니다.
담금질 및 템퍼링 된 강철에서 몰리브덴은 더 큰 섹션으로 부품을 냉각 및 경화하고 강철의 템퍼링 저항 또는 템퍼링 안정성을 향상 시키며 고온에서 부품을 템퍼링하여보다 효과적으로 제거 할 수 있습니다 (또는 잔류 물을 감소시킵니다 스트레스와 소성을 향상시킵니다.
위에서 언급 한 기능 외에도, 침탄 강에서의 몰리브덴은 탄화물이 침탄 층의 입계에서 연속 네트워크를 형성하고 침탄 층에서 잔류 오스테 나이트를 감소 시키며 상대적으로 표면층을 증가시키는 경향을 감소시킬 수 있습니다. 내마 모성.
단조 다이에서 몰리브덴은 비교적 안정한 강철 경도를 유지하고 변형을 증가시킬 수 있습니다. 균열 및 마모 저항.
스테인리스 강에있어서 몰리브덴은 과산화수소, 황산, 아황산, 황산염, 산성 염료 및 표 백제뿐만 아니라 유기산 (포름산, 아세트산, 옥살산 등)에 대한 내성을 더욱 증가시킬 수 있습니다. 특히, 몰리브덴의 첨가로 인해, 염화물 이온의 존재에 의한 부식의 경향이 방지된다.
약 1 %의 몰리브덴을 함유 한 W12Cr4V4Mo 고속 강은 내마모성, 템퍼링 경도 및 적색 경도를 갖습니다.
(4) 텅스텐 (W)
철에 탄화물을 형성하는 것 외에도 텅스텐은 철에 부분적으로 용해되어 고용체를 형성합니다. 그 효과는 몰리브덴의 효과와 비슷하며 일반적인 효과는 몰리브덴의 질량 분율만큼 중요하지 않습니다. 강철의 텅스텐 주 시료는 탄화물의 형성으로 인해 템퍼 안정성, 적색 경도, 열 강도 및 증가 된 내마모성이 증가합니다. 따라서 주로 고속 강철, 열간 단조 다이 스틸과 같은 공구강에 주로 사용됩니다.
텅스텐은 고품질 스프링 강에서 내화물을 형성합니다. 고온에서 열처리하면 탄화물의 응집 과정을 완화하고 높은 고온 강도를 유지할 수 있습니다. 텅스텐은 강철의 과열 민감도를 줄이고 담금질 성을 높이며 경도를 높일 수 있습니다. 65SiMnWA 스프링 강은 열간 압연 후 매우 높은 경도를가집니다. 50mm2 단면의 스프링 강은 오일로 경화 될 수 있으며 고부하, 내열성 (350 ° C 미만) 및 충격을받는 중요한 스프링으로 사용될 수 있습니다. 30W4Cr2VA 고강도 내열성 고품질 스프링 강, 큰 담금질 성, 1050 ~ 1100 ° C의 담금질, 550 ~ 650 ° C의 인장 강도 1470 ~ 1666Pa 후에 단련 됨. 그것은 주로 고온 (500 ° C까지)에서 사용되는 스프링을 만드는데 사용됩니다.
텅스텐의 첨가로 인해, 내마모성 및 기계 가공성이 크게 향상 될 수 있습니다. 따라서 텅스텐은 합금 공구강의 주 요소입니다.
(5) 바나듐 (V)
바나듐과 탄소, 암모니아, 산소는 상응하는 안정한 화합물의 형성과 함께 강한 친 화성을 갖는다. 바나듐은 주로 강재에 탄화물의 형태로 존재합니다. 주요 역할은 강철의 미세 조직과 입자를 정제하고 강재의 강도와 인성을 높이는 것입니다. 고용체가 고온에서 용해되면, 담금질 성이 증가한다. 반대로, 탄화물로 존재하면 담금질 성이 감소합니다. 바나듐은 담금질 된 강재의 템퍼링 안정성을 증가시키고 2 차 경화 효과를 일으 킵니다. 강재의 바나듐 함량은 고속 공구강을 제외하고 일반적으로 0.5 % 이하이다.
바나듐은 일반 저탄소 합금강의 결정립을 정련하고, 정상화 후에 강도, 항복 비 및 저온 특성을 향상시키고, 강의 용접 성능을 향상시킬 수 있습니다.
합금 구조 강재의 바나듐은 일반 열처리 조건에서 담금질 성을 감소 시키므로 구조용 강재에 망간, 크롬, 몰리브덴 및 텅스텐과 같은 요소와 함께 사용되는 경우가 많습니다. 담금질 및 템퍼링 된 강재의 바나듐은 주로 강재의 강도 및 항복 비를 증가시키고 곡물 및 니오븀의 열 민감도를 개선합니다. 침탄 된 강철의 입자를 정제하는 능력으로 인해, 2 차 담금질없이 침탄 후 강철을 직접 담금질 할 수 있습니다.
바나듐은 스프링 강 및 베어링 강에서 강도 및 항복 비를 증가시킬 수 있으며 특히 비율 한계 및 탄성 한계를 높이고 열처리 중 탈 카르 보 네이 팅 민감도를 감소시켜 표면 품질을 향상시킵니다. 5 크롬 바나듐 베어링 강은 높은 탄화 분산과 우수한 성능을 가지고 있습니다.
바나듐은 공구강의 알갱이를 미세하게 만들고 과열 민감도를 줄이며 템퍼링 안정성과 내마모성을 높이고 공구 수명을 연장시킵니다.
(6) 티타늄 (Ti)
티타늄은 질소, 산소 및 탄소와 강한 친화력을 가지며 철보다 황과의 친화력이 강합니다. 따라서 좋은 탈산 소제이며 질소와 탄소를 고정시키는 데 효과적인 원소입니다. 티타늄은 탄화물을 형성하는 강한 원소이지만, 다른 원소와 결합하여 복합 화합물을 형성하지는 않습니다. 탄화 티탄은 결합력이 강하고 안정적이며 쉽게 분해되지 않습니다. 그것은 강철에서 1000 ° C 이상으로 가열 될 때에 만 서서히 용해 될 수 있습니다. 용해되기 전에, 탄화 티타늄 입자는 입자 성장을 방지하는 효과를 갖는다. 티타늄과 탄소의 친 화성은 크롬과 탄소의 친 화성보다 훨씬 크기 때문에 티타늄은 스테인리스 강에서 탄소를 고정시켜 결정립계에서 크롬의 고갈을 제거함으로써 강철의 입자 간 부식을 제거 또는 감소시키는 경우가 많습니다.
티타늄은 또한 페라이트를 형성하는 원소 중 하나이며 강철 A1과 A3의 온도를 강하게 증가시킵니다. 티타늄은 일반 저 합금강의 소성 및 인성을 향상시킵니다. 티타늄이 질소와 황을 고정하고 탄화 티타늄을 형성함에 따라 강재의 강도가 증가합니다. 균열, 침전 및 탄화물의 형성 후 입자 정련은 강철의 가소성 및 충격 인성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 티타늄을 함유 한 합금강은 우수한 기계적 성질 및 공정 성능을 갖는다. 가장 큰 단점은 굳건성입니다.
고 크롬 스테인리스 강의 경우 일반적으로 내식성 (주로 입계 부식에 대한 내성)과 강재의 인성을 향상시킬뿐 아니라 결정립을 향상시키는 경향이있는 티탄의 탄소 함량의 약 5 배를 추가하는 것이 필요합니다 고온에서의 강철의 성장 및 미세 구조를 향상시킨다. 강 용접 성능.
(7) Nb / Cb
铌와 between 사이의 공생은 钽와 symb의 공생과 종종 유사하다. 그들은 강철에도 비슷한 효과가 있습니다. 란탄과 세륨은 고용체에 용해되어 고용체 강화의 역할을한다. 오스테 나이트에 용해되면 강철의 담금질 성이 상당히 증가합니다. 그러나, 탄화물 및 산화물 입자의 존재하에, 입자는 정제되고 강철의 담금질 성은 감소된다. 강철의 템퍼링 안정성을 증가시키고 2 차 경화 효과를 나타냅니다. 미량 니오브는 강철의 소성 또는 인성에 영향을주지 않으면 서 강 강도를 증가시킬 수 있습니다. 결정립 미세화의 효과로 인하여 강의 인성 인성이 개선되고 취성 전이 온도가 낮아질 수 있습니다. 함량이 탄소의 함량보다 8 배 이상일 때, 강 내의 거의 모든 탄소는 고정 될 수있어, 강은 우수한 내 수소성을 갖는다. 오스테 나이트 계 강의 경우, 산화제에 의한 강재의 입자 간 부식을 방지 할 수 있습니다. 고정 탄소 및 석출 경화 효과로 인해 고온 강도의 크리프 강도와 같은 고온 특성이 개선 될 수 있습니다.
construction 일반 건축용 저 합금강은 항복 강도 및 충격 인성을 향상시킬 수 있으며, 취성 전이 온도는 유리한 용접 성능을 감소시킬 수 있습니다. 침탄 및 담금질 및 강화 합금 구조용 강재에서 동시에 경화 능이 증가합니다. 강철의 인성 및 저온 성능을 향상시킵니다. 그것은 저탄소 마르텐 사이트 내열성 스테인레스 스틸의 공기 경화를 감소시키고 경화 및 템퍼 취성을 피하고 크리프 강도를 증가시킬 수 있습니다.
(8) 지르코늄 (Zr)
지르코늄은 강한 탄화물을 형성하는 원소이며 강철의 역할은 니오브, 탄탈, 바나듐의 역할과 유사합니다. 소량의 지르코늄을 첨가하면 입자의 가스 제거, 정화 및 정제 효과가있어 저온 성능에 도움이되고 스탬핑 성능이 향상됩니다. 이것은 가스 엔진 및 탄도 미사일 구조물 용 초강력 강 및 니켈 기반 초합금 제조에 일반적으로 사용됩니다.
(9) 코발트 (Co)
코발트는 특수강 및 합금에 사용됩니다. 코발트를 포함하는 고속 강은 고온 경도가 높습니다. 몰리브덴과 결합 할 때, 마텐 자이 트계 강은 매우 높은 경도와 우수한 기계적 특성을 얻기 위해 사용될 수 있습니다. 또한, 코발트는 고강도 강 및 자성 재료에서 중요한 합금 원소입니다.
코발트는 강재의 담금질 성을 감소 시키므로 탄소강 만 추가하면 담금질 및 템퍼링 후 전반적인 기계적 특성이 저하됩니다. 코발트는 페라이트를 강화하고 탄소강을 첨가 할 수 있습니다. 어닐링 또는 노말 라이징 중에 강철의 경도, 항복점 및 인장 강도를 증가시킬 수 있습니다. 그것은 연신율 및 면적 감소에 악영향을 미치며 충격 인성도 증가합니다. 코발트 함유량 감소. 코발트는 항산화 특성을 가지므로 내열강 및 내열 합금에 사용됩니다. 코발트 계 합금 가스 터빈은 그 독특한 역할을 보여줍니다.
(10) 실리콘 (Si)
실리콘은 철의 경도와 강도를 향상시키기 위해 페라이트와 오스테 나이트에 용해 될 수 있으며 그 역할은 망간, 니켈, 크롬, 텅스텐, 몰리브덴, 바나듐 및 기타 원소보다 강한 인에만 두 번째입니다. 그러나, 규소 함량이 3 %를 초과하면, 강철의 소성 및 인성이 현저하게 감소 될 것이다. 실리콘은 강재의 탄성 한계, 항복 강도 및 항복 비 (σs / σb) 및 피로 강도 및 피로 율 (σ-1 / σb)을 향상시킬 수 있습니다. 이는 실리콘 또는 실리콘 망간강을 스프링 강으로 사용할 수 있기 때문입니다.
실리콘은 강철의 밀도, 열 전도성 및 전기 전도성을 감소시킵니다. 페라이트 결정립의 조 대화를 촉진하고 보자력을 감소시킬 수 있습니다. 결정의 이방성을 감소시키는 경향이 있기 때문에 자화가 용이하고, 자기 저항이 감소되며, 전기 강철의 제조에 사용될 수 있으므로 자기 강판은 낮은 자기 히스테리시스 손실을 갖는다. 실리콘은 페라이트의 자기 투자율을 증가시킬 수 있으므로, 강판은보다 약한 자기장 하에서보다 높은 자기 유도 강도를 갖는다. 그러나 강한 자기장에서 실리콘은 강철의 자기 유도 강도를 감소시킵니다. 실리콘의 강력한 탈산 소화로 인해 실리콘은 철의 자기 적 노화 효과를 감소시킵니다.
규소 함유 강이 산화 분위기에서 가열 될 때, SiO2 막의 층이 표면 상에 형성되어, 고온에서 강의 내 산화성을 증가시킨다.
실리콘은 주강의 주상 결정 성장을 촉진하고 소성을 감소시킬 수 있습니다. 열처리시 실리콘 강이 급속히 냉각되면 열전도율이 낮아 강철 내부와 외부의 온도차가 커서 파손됩니다.
실리콘은 강철의 용접 성능을 감소시킬 수 있습니다. 산소에 대한 결합력이 철보다 강하기 때문에 용융시 슬래그 및 용융 금속의 유동성이 증가하여 용접 품질이 저하되어 파손의 원인이됩니다. 실리콘은 좋은 탈산 소제입니다. 알루미늄으로 환원시키는 경우, 적당량의 규소가 적당히 첨가되어 탈산 속도를 상당히 증가시킬 수있다. 실리콘은 원래 강철에 약간의 잔류 물이 있으며, 이는 제강 및 제강 동안 원료로 가져옵니다. 비등 강의 경우 실리콘은 0.07 % 미만으로 제한됩니다. 의도적으로 첨가 할 때, 페로 실리콘 합금은 제강 중 첨가됩니다.
(11) 망간 (Mn)
망간은 좋은 탈산 소제 및 탈황 기입니다. 철은 일반적으로 일정량의 망간을 함유하고있어 황으로 인한 강재의 고온 취성을 제거하거나 감소시켜 강재의 열간 가공성을 향상시킵니다.
망간과 철에 의해 형성된 고용체는 강철에서 페라이트와 오스테 나이트의 경도와 강도를 증가시킵니다. 동시에, 그것은 탄화물 형성의 한 원소이며 철 원자의 일부를 대체하기 위해 세멘 타이트에 들어간다. 망간은 강철의 임계 전이 온도를 낮 춥니 다. 그것은 펄라이트를 정제하는 역할을하며 또한 펄라이트 강재의 강도를 높이는 데 간접적으로 중요한 역할을합니다. 오스테 나이트를 안정화시키는 망간의 능력은 니켈에 이어 두 번째이며 강재의 담금질 성을 강력하게 증가시킵니다. 사용 된 망간은 다양한 합금강을 만들기 위해 다른 원소와 조성이 2 %를 초과하지 않는다.
망간은 풍부한 자원과 다양한 기능을 지닌 특성을 가지고 있으며 망간 함량이 높은 탄소 구조용 강철 및 스프링 용 강재와 같이 널리 사용되었습니다.
고 탄소 및 고 망간 내 마모 강에서 망간 함량은 10 %에서 14 %에 이릅니다. 용 체 처리 후에는 인성이 우수합니다. 충격을 받아 변형되면 표면층은 변형으로 인해 강화되고 높은 저항을 갖습니다. 연마.
망간과 황은 고 융점의 MnS를 형성하여 FeS에 의한 고온 취성을 방지한다. 망간은 강철 입자의 조 대화 (coarsening) 및 성 취성 (temper brittleness)에 대한 민감성을 증가시키는 경향이있다. 용융 및 주조 후에 제련이 적절히 냉각되지 않으면 쉽게 철강에 흰 반점이 발생할 수 있습니다.
(12) 알루미늄 (Al)
알루미늄은 주로 곡물을 탈산하고 정제하는데 사용됩니다. 질화 된 강철에 단단하고 부식에 강한 질화 층을 형성합니다. 알루미늄은 저탄소 강의 노화를 억제하고 저온에서 인성을 증가시킬 수 있습니다. 함량이 높으면 강재의 내 산화성 및 산화성 산 및 H2S 가스의 내 부식성을 향상시킬 수 있고 강재의 전기적 및 자기 적 특성을 향상시킬 수있다. 알루미늄은 강철에 큰 고용체 강화 효과를 가져서 침탄 저항, 피로 강도 및 침탄 강철의 핵심 기계적 특성을 향상시킵니다.
경질 합금에서, 알루미늄 및 니켈은 화합물을 형성하여, 용융 강도를 향상시킨다. 알루미늄 함유 철 - 크롬 알루미늄 합금은 거의 일정한 저항 특성 및 고온에서 우수한 내 산화성을 갖는다. 그것은 electrometallurgical 합금 재료와 크롬 알루미늄에 적합합니다. 저항선.