鋼鉄冶金学の硫黄そしてリンの二重役割

鋼は、その化学指紋によって決定される合金の単一の物質ではなく、家族です。鋼、硫黄、リンの熱に現れることができる要素の数十のうち、最も影響力のある2つであり、ほとんどの誤解が起こります。数十年の間、両方のものは、最小限に抑えられる望ましくない不純物として扱われました。しかし、現代の製鋼は慎重に制御されたとき、それぞれは貴重な機能を提供することができます。この記事は、それらの特性と特殊鋼構造の背後にある金属を探索し、それらの特殊鋼構造と特殊鋼構造を研究する。

鋼鉄の硫黄: 有害な不純物から有用な添加物への

硫黄(S)は、ブラスト炉または電気アーク炉で使用される原材料から鋼に入ります。ほとんどの構造およびエンジニアリング鋼では、問題を避けるために0.05%以下に保管されます。しかし、フリーワークグレードでは、硫黄は約0.35%まで分解性を加えることがあります。なぜ硫黄が鋼構造の微細構造で動作するかを調べる必要があります。

硫黄フォームのインクルージョン

硫黄は固体鉄の非常に低い容解性があります。凝固の間に、それはマンガンと結合しますマンガンの硫化物(MnS)の包含を形作ります。これらの包含は熱い圧延の間に柔らかく、延長され、ひもを形作ります。MnSの包含の形、サイズおよび配分は直接機械化および特性に影響を与えます。

硫酸の肯定的な効果:改善された機械化

硫黄の主な利点は、加工性における劇的な改善です。MnSの包含は、チップの破損を促進し、切削力を減らし、工具寿命を延ばすストレスライザーとして機能します。0.08〜0.35%の硫黄を有する鋼は、]フリー加工鋼として分類され、高速回転と穴あけが必要なスクリューマシン製品、ボルト、および自動車部品に広く使用されています。これらのアプリケーションでは、ダクティリティの取引が許容される。

硫黄の負の影響:熱い不足および減らされた延性

過度の硫黄-ほとんどの炭素鋼で約0.05% - 原因]]のホットな短縮]。 熱間加工(鍛造、圧延)の間に、硫黄は、低融点鉄硫化物(FeS)膜を穀物境界で形成します。 これらのフィルムは、鋼の加工温度の下の温度で溶融し、間接的な割れにつながります。 これは、硫黄濃度が特に高温や高温の変形による変形や耐衝撃性が低下する理由です。

製鉄所の硫黄制御

スチールメーカーは、通常、塩基系フラックスまたは溶岩冶金学におけるマグネシウム注射を使用して、脱硫処理による硫黄を除去します。 線パイプやアーク性グレードプレートなどの非常に低い硫黄(0.005%未満)を必要とする鋼のために、二次精製ステーションは不可欠です。 逆に、フリーワークグレードの場合は、硫黄は、劣化よりも良好なグルブールMnS含有量の形成を確実にするために、脱酸化後に添加されます。

鉄鋼のリンス: 増強物およびエマル

リン(P)は、鋼の強力な固体溶液増強剤です。 これは、重量パーセントあたりの収量強度を上げるシリコンよりも10倍効果的です。 しかし、それはまた、過剰に存在するとき、最も危険な要素の一つです。 鋼製の歴史は、制御されていないリンに追跡された障害で満たされています - 世界で最も有名なリバティは、第二次世界大戦中に寒い天候で耐候性を発揮します。

リンスが鋼を強化する方法

リン原子はフェライト格子の鉄原子の代わりに、水晶構造を歪め、転置の動きを妨げます。これは、特に低炭素鋼鉄で降伏強さおよび引張強さを高めます。特定の高強度の低合金(HSLA)の等級では、リンは低張力で、特に低い炭素鋼の強さ目標を達成する0.10〜0.12%まで水平にdeliberately加えられます。バナジウムまたはニオブリンは、腐食性が低下するのに、なぜか、または耐腐食性が向上するのは、なぜですか。

有害な効果: 冷たい脆性および分離

リンポラスの最大の問題は、凝固中に穀物境界に分離する強い傾向です。この原因は、]テンパーの乳液と冷性脆性[]を、低温で衝撃靭性を劇的に低減します。効果は、焼入れおよび強化鋼および冷却が遅い重いセクションで最も厳しいです。これらの理由のために、リンジは0.04%および配管構造体内の配管を低下させる。

BOFとEPAにおけるリンコントロール

リン酸除去は、酸化条件と基本的な酸素炉(BOF)または電気アーク炉(EAF)の基本的なラグの基本的なラグナットを必要とします。 蒸発反応は、比較的低温(1550〜1600°C)で発生します。 風呂の温度が高すぎると、リンは鋼鉄に戻ってスラグから逆転します。 タップした後、ターピングとスラグ調整による二次精製は、非常に低いリン酸濃度(0.0%)を達成することができます。 特に、高温は、高温で溶融する。 クロムは、高温で、高温で、高温で、高温に溶融する。

特定の鋼鉄等級のための硫黄そしてリンをバランスをとる

スチールグレードの仕様は、目的の用途に基づいて硫黄およびリンの限界を最大(そして時々最小限)に設定します。 プロデューサーは原材料のコスト、プロセス能力、および最終特性をジャググルしなければなりません。 これら限界が一般的な鋼製家族間でどのように変化するかを見てみましょう。

カーボンおよび合金の構造鋼鉄

A36、1018、および4140などのグレードは、通常S ≤ 0.05%とP ≤ 0.04%を指定します。 これらの制限は、十分な溶接性、成形性、靭性を保証します。 重いセクションでは、硫黄は溶接中に溶媒の涙の危険性を最小限に抑えるために0.02%未満で保持されます。

加工用鋼材

AISI 1215か12L14のような標準は0.35%まで硫黄を割り当て、0.07%までリンをリンで処理します。リンが強さを加えている間、高い硫黄の内容を優秀な破片制御を与えます。これらの鋼鉄は溶接か重大な構造適用のために意図されていませんが、大量生産のために理想的です。

アークティックおよびオフショアの等級

パイプライン鋼(API 5L X65、X70)およびオフショア構造鋼は、非常に低い硫黄(<0.005%)とリン(<0.015%)を必要とし、Charpyの影響エネルギーを-40°C以下で保証します。 非常にきれいな化学は、ストラー含有量と粒境界の脆性を最小限に抑えます。

耐候鋼

ASTM A588のようなグレードは、大気にさらされるように形成する保護パティナを高めるために0.07〜0.15%リンを含む。 硫黄は、熱間圧延中に熱間欠乏を避けるために低めに保持されます。 組み合わせは、多くの環境で腐食から自己保護する鋼を与えます。

包囲工学およびきれいな鋼鉄の現代進歩

硫黄とリンの理解は、単純に最大限界を超えて進んでいます。今日、製鋼メーカーと冶金士の練習:組成物を制御する、形態学、および非金属含有物の分布を制御すると、性能を最適化します。硫黄のために、これは、鉄骨とカルシウムを細長いMnSを小さく、硬質カルシウム硫酸球に変えることを意味します。それは、硬質または硬質材料の組成物や硬化性を低下させない、そして硬化性を抑制するために、その組成物と硬化性を変化させます。

もう一つのフロンティアは計算式熱力学(CALPHAD)および包含の形成および分離パターンを予測する運動モデルの使用です。これらのツールは、プロセスエンジニアが希望する硫黄およびリンのレベルを達成するスケジュールを最小限の時間およびエネルギーで設計することを可能にします。

エンジニア・スペシャリティーの実践的ガイドライン

鋼種を選択するか、または購入仕様書を書くときは、硫黄およびリンスに関するこれらのガイドラインを検討してください。

  • 溶接性:] 硫黄を0.010%以下に指定し、0.020%未満のリンスを注入します。 重要な溶接ジョイントの場合、低硫黄微粒の練習を要求します。
  • 加工性のため:[]] 硫黄 0.08〜0.35% でフリーワークグレードを選択してください。 これらの鋼は、溶接や低温サービスには適していません。
  • ]冷間成形用:]] 硫黄を低く保ち、端の割れを避ける。 リンは、強度の0.05%まで、高レベルはスプリングバックを増加させることができます。
  • []耐食性:]]] 耐候鋼は、リンを資産として使用しています。 リンが水中に沈黙または汚染された条件で助けないため、サービス環境が適切(循環ウェット/ドライ)であることを確認してください。
  • 靭性のため:]の低温衝撃性能のための要求の低いリン(0.010%以下)、特に焼入れおよび緩和された鋼鉄で。

コンテンツ

硫黄およびリンは単に除去する不純物ではないです。それらは異なった利点および重大な危険の活動的な合金になる要素です。硫黄は熱延性および厚さの靭性の費用の切削加工性を改善します。リンは強さおよび耐食性を高めますが、冷たいbrittlenessおよび気性乳状化を引き起こします。鋼鉄製造の芸術は鋼鉄の意図された使用に一致させる精密なターゲットにこれらの要素を制御するにあります。金属の理解によって、リンの決定は、信頼できるエンジニアおよび決定を確かめるために鋼鉄の接着剤および決定を確かめる鋼鉄の接着剤を確かめる。

さらなる読書については、 アメリカン・アイロンとスチール・インスティテュートの技術的なリソース または []]] を参照してください。ASMハンドブック、ボリューム1: プロパティと選択: アイロン、スチール、および高性能合金[。 製鋼プロセスに関する実用的なガイダンスは、]]]] で見つけることができます。 ワールドスチールの出版物。