فولاد در صنعت کاربرد فراوانی دارد و عناصر اصلی آن آهن و آلیاژهای کربن است و به عبارت دیگر فولاد ترکیبی از آهن و کربن است. علاوه بر آهن و کربن، عناصر کمیاب زیادی در فولاد وجود دارد که برخی از آنها در فرآیند ذوب باقی می مانند و برخی برای بهبود استحکام و خواص جامع فولاد کم آلیاژ مورد استفاده قرار می گیرند. در این مقاله تاثیر عناصر آلیاژی رایج بر خواص فولاد از جمله منگنز، سیلیکون، کروم، نیکل، آلومینیوم، وانادیم، نیوبیم، تیتانیوم، نیتروژن، بور، عناصر خاکی کمیاب، گوگرد، فسفر، اکسیژن و هیدروژن مورد بحث قرار گرفته است. .
عناصر مطلوب
سیلیکون و منگنز: متداول ترین عناصر تقویت کننده در فولادهای کم آلیاژ هستند.
کروم و نیکل: مقدار کروم و نیکل در فولاد کم آلیاژ زیاد نیست، معمولاً بیش از 1 درصد نیست. عملکرد اصلی آن افزایش درجه سرد شدن فولاد آستنیتی است و در نتیجه ساختار را تصفیه می کند و استحکام را به طور متوسط افزایش می دهد. کروم و نیکل نیز می توانند فولاد را افزایش دهند. مقاومت در برابر خوردگی اتمسفر بالا، چقرمگی ضربه بهبود یافته و دمای انتقال سرد و شکننده کاهش می یابد.
مولیبدن: دارای اثر تقویت کننده محلول جامد آشکار است. در عین حال، مولیبدن یک عنصر تشکیل دهنده کاربید قوی است که برای بهبود استحکام در دمای بالا فولاد و جلوگیری از شکنندگی فولاد مفید است. مولیبدن همچنین می تواند تبدیل آستنیت فوق سرد شده به پرلیت را به تعویق بیاندازد که تأثیر قابل توجهی بر ریزساختار فولاد دارد. اثر نامطلوب اصلی مولیبدن، ترویج گرافیت شدن فولاد است.
وانادیوم: در فولاد با رسوب کاربید و پالایش دانه تقویت می شود. محتوای وانادیوم در فولاد نباید خیلی زیاد باشد، در غیر این صورت ممکن است بر عملکرد جوش تأثیر بگذارد و چقرمگی بریدگی را کاهش دهد.
نیوبیم: یک عنصر تشکیل دهنده کاربید بسیار قوی است. نیوبیم فولاد را از طریق سخت شدن بارش و پالایش دانه تقویت می کند. از آنجایی که کاربید نیوبیم دارای ویژگی های پایداری و پراکندگی است، می تواند دانه ها را تصفیه کند، استحکام و چقرمگی فولاد را بهبود بخشد و باعث شود که فولاد در برابر هیدروژن مقاومت خوبی داشته باشد.
تیتانیوم: مانند وانادیوم و نیوبیم عمل می کند، اما به دلیل خواص اکسید زدایی قوی، فقط برای فولادهای کشته شده استفاده می شود. تیتانیوم قوی ترین سازنده کاربید است و می تواند پایداری فولاد را در دمای بالا و اتمسفر هیدروژن با فشار بالا بهبود بخشد. تیتانیوم می تواند دانه ها را تصفیه کند و استحکام و چقرمگی فولاد را بهبود بخشد.
بور: عموماً مقدار بور در فولاد بسیار کم است. مقدار کمی بور می تواند سختی پذیری فولاد را بهبود بخشد و مقاومت فولاد در دمای بالا را بهبود بخشد.
نیتروژن: می تواند در فریت حل شود و در تقویت محلول جامد نقش داشته باشد. نیتروژن در فولاد کاربید تشکیل نمی دهد، اما می تواند نیتریدها را با سایر عناصر آلیاژی مانند TiN، AlN تشکیل دهد تا اثر پالایش دانه را ایجاد کند. با این حال، نیتروژن باعث ایجاد منافذ و تخلخل در فولاد می شود و مقاومت به خوردگی فولاد را کاهش می دهد.
عناصر کمیاب: در کشور من بسیار فراوان است. فولادسازی اغلب مقدار مناسبی از عناصر کمیاب مخلوط را اضافه میکند که اجزای اصلی آن لانتانیم، سریم، پرازئودیمیم و نئودیمیم است که میتواند ناخالصیهای روی مرز دانهها را خالص کند و استحکام دمایی فولاد را بهبود بخشد.