November 3, 2022
(9) コバルト
コバルトは主に特殊鋼や合金に使用されます。コバルトを含む高速度鋼は高温硬度が高く、モリブデンをマルテンサイト時効鋼に同時に添加して、超高硬度と優れた総合的な機械的特性を得ることができます。さらに、コバルトは高温強度鋼および磁性材料の重要な合金元素です。
コバルトは鋼の焼入れ性を低下させるため、炭素鋼を単独で追加すると、焼戻し鋼の全体的な機械的特性が低下します。コバルトはフェライトを強化することができ、炭素鋼に添加すると、焼鈍または焼きならし状態の鋼の硬度、降伏点、および引張強度を向上させることができ、伸びと断面収縮に悪影響を及ぼします。衝撃靭性は、コバルト含有量の増加とともに低下します。コバルトは耐酸化性があるため、耐熱鋼や合金に使用されます。コバルト基合金ガスタービンは、独自の役割を果たします。
(10)シリコン(Si)
シリコンはフェライトとオーステナイトに溶解して鋼の硬度と強度を向上させることができ、その役割はリンに次ぐものであり、マンガン、ニッケル、クロム、タングステン、モリブデン、バナジウムなどの元素よりも強力です。ただし、シリコン含有量が 3% を超えると、鋼の延性と靭性が大幅に低下します。シリコンは、鋼の弾性限界、降伏強度と降伏比 (σs/σb)、および疲労強度と疲労比 (σ-1/σb) を向上させることができます。これが、ケイ素またはケイ素マンガン鋼がばね鋼として使用できる理由です。
シリコンは、鋼の密度、熱伝導率、電気伝導率を低下させる可能性があります。フェライト粒の粗大化を促進し、保磁力を低下させることができます。結晶の異方性を減少させる傾向があるため、磁化が容易で、磁気抵抗が減少し、電磁鋼板の製造に使用できるため、ケイ素鋼板の磁気ブロック損失が低くなります。シリコンはフェライトの磁気伝導性を向上させることができるため、鋼板は弱い磁場下でより高い磁気感度を持ちます。ただし、シリコンは強い磁場下で鋼の磁気感度を低下させます。シリコンには強力な脱酸素作用があり、鉄の磁気老化効果を低減します。
シリコンを含む鋼を酸化雰囲気中で加熱すると、表面にSiO2膜が形成され、高温での耐酸化性が向上します。
シリコンは、柱状結晶の成長を促進し、鋳鋼の可塑性を低下させる可能性があります。加熱したときにケイ素鋼がより速く冷却されると、熱伝導率が低いため、鋼の内側と外側の温度差が大きくなり、ひび割れが発生します。
シリコンは、鋼の溶接性を低下させる可能性があります。ケイ素は鉄よりも酸素との結合が強いため、溶接時に低融点ケイ酸塩を生成しやすく、溶融スラグや溶融金属の流動性を高め、スパッタ現象を引き起こし、溶接品質に影響を与えます。シリコンは優れた脱酸素剤です。アルミニウム脱酸を使用する場合、一定量のシリコンが追加され、脱酸速度が大幅に向上します。鉄や鋼を作る過程で原料として導入される鋼には、一定量のシリコンが含まれています。沸騰鋼では、シリコンは＜1/2 に制限されます。0.07% 添加する場合は、製鋼時にフェロシリコン合金を添加する。
(11)マンガン(Mn)
マンガンは優れた脱酸素剤および脱硫剤です。鋼には一般に一定量のマンガンが含まれており、硫黄による鋼の熱間脆性を解消または弱め、鋼の熱間加工性能を向上させます。
マンガンと鉄によって形成される固溶体は、鋼中のフェライトとオーステナイトの硬度と強度を向上させます。同時に、それは炭化物によって形成された元素であり、一部の鉄原子を置換するためにセメンタイトに入ります。マンガンは、パーライトを精製し、鋼の臨界転移温度を下げることによってパーライト鋼の強度を間接的に向上させる役割を果たします。マンガンは、オーステナイト構造を安定させる能力においてニッケルに次ぐものであり、鋼の焼入れ性も大幅に高めます。2％未満のマンガンやその他の元素を含むさまざまな合金鋼が作られています。
マンガンは、豊富な資源と多様な効率の特性を持ち、マンガン含有量の高い炭素構造用鋼、ばね鋼など、広く使用されています。
高炭素高マンガン耐摩耗鋼では、マンガン含有量は 10% ~ 14% に達することがあります。固溶体処理後は靭性が良好です。衝撃により変形すると、変形により表層が強化され、耐摩耗性に優れています。
マンガンと硫黄は融点の高い MnS を形成し、FeS による高温脆性現象を防ぐことができます。マンガンは、鋼の結晶粒の粗大化と焼戻し脆性感受性を高める傾向があります。製錬・鍛造後の冷却が適切でないと、白点が発生しやすくなります。
(12) アルミニウム(Al)
アルミニウムは、主に粒子の脱酸と微細化に使用されます。窒化鋼の耐食性に優れた硬質窒化層の形成を促進します。アルミニウムは、低炭素鋼の老化を抑制し、低温での鋼の靭性を向上させることができます。含有量が多いと、鋼の酸化性酸およびＨ ２ Ｓガス中での耐酸化性および耐食性が向上し、鋼の電気的および磁気的特性が向上する。アルミニウムは、鋼の固溶強化に大きな役割を果たし、浸炭鋼の耐摩耗性、疲労強度、コアの機械的特性を改善します。
耐熱合金では、アルミニウムとニッケルが化合物を形成して、製錬強度を向上させます。アルミニウムを含むFe-crアルミニウム合金は、電気冶金合金材料およびクロムアルミニウム抵抗線として使用するのに適した、高温でほぼ一定の抵抗と優れた耐酸化性の特性を持っています。
一部の鋼が脱酸されると、アルミニウムの量が多すぎると、異常な微細構造が生成され、鋼の黒鉛化傾向が促進されます。フェライト鋼およびパーライト鋼では、アルミニウム含有量が高いと、高温強度と靭性が低下し、製錬、鋳造、およびその他の面でいくつかの問題が発生します。
(13)銅(Cu)
鋼における銅の優れた役割は、通常の低合金鋼の耐候性を向上させることです。特にリンと一緒に使用すると、銅の添加により鋼の強度と降伏比が向上しますが、溶接に悪影響はありません。パフォーマンス。0.20%～0.50%の銅を含むレール鋼(U-Cu)の耐食寿命は、耐摩耗性に加えて、通常のカーボンレールの2～5倍です。
銅含有量が 0.75% を超えると、溶体化処理および時効後に時効強化効果が得られます。低含有量では、その効果はニッケルに似ていますが、より弱いです。含有量が多いと熱間加工に不利であり、熱間加工時の銅脆化につながる。オーステナイト系ステンレス鋼の 2% ～ 3% の銅は、硫酸、リン酸、塩酸の腐食および応力腐食の安定性に耐えることができます。
(14)ホウ素(B)
鋼中のホウ素の主な機能は、鋼の焼入れ性を高め、他の希少金属、ニッケル、クロム、モリブデンなどを節約することです。この目的のために、その含有量は一般に0.001％から0.005％の範囲で指定されます。1.6% ニッケル、0.3% クロム、または 0.2% モリブデンを置き換えることができます。モリブデンは焼戻し脆性を防止または軽減することができますが、ホウ素は焼戻し脆性の傾向をわずかに促進するため、ホウ素で完全に置き換えることはできません。
ホウ素を含む中炭素鋼は、焼入れ性の向上により、焼戻し性能が大幅に向上した後、20mm以上の鋼の厚さを作ることができます。したがって、40Crの代わりに40Bおよび40MnB鋼を使用できます。 20CrMnTi 浸炭鋼。しかし、鋼中の炭素含有量の増加に伴うホウ素の役割は、ホウ素添加炭素鋼の選択において、弱まる、または消滅することさえあるため、浸炭後の部品を考慮する必要があります。浸炭層の硬化性は、コアのコアよりも低くなります。この機能の硬化性。
ばね鋼は一般に完全焼入れが必要で、通常ばね面積は大きくないため、ホウ素含有鋼の使用が有利です。高ケイ素ばね鋼はボロンの影響が大きく変動するので使い勝手が悪い。
ホウ素は、窒素や酸素と強い親和性を持っています。沸騰鋼に0.007％のホウ素を添加すると、鋼の老化現象を解消できます。
(15)希土類(Re)
一般的に、希土類元素とは、原子番号が 57 ～ 71 の元素 (15 ランタニド) に加えて、21 のスカンジウムと 39 のイットリウム、合計 17 の元素の周期表を指します。それらは本質的に近く、簡単に分離することはできません。混合希土類と呼ばれる分離されていないものは安価であり、鍛造圧延鋼、特に鋳鋼の可塑性と衝撃靭性を向上させることができます。耐熱鋼電熱合金および超合金の耐クリープ性を向上させることができます。
希土類元素は、鋼の耐酸化性と耐食性も向上させることができます。酸化防止効果は、シリコン、アルミニウム、チタン、その他の元素以上のものです。鋼の流動性を改善し、非金属介在物を減らし、鋼構造をコンパクトで純粋にすることができます。
適切な希土類元素を含む通常の低合金鋼は、優れた脱酸および硫黄除去効果を持ち、衝撃靭性 (特に低温靭性) を改善し、異方性特性を改善します。
Fe-Cr アルミニウム合金の希土類元素は、合金の抗酸化能力を高め、高温で鋼の細粒を維持し、高温強度を向上させ、電熱合金の寿命を大幅に延ばします。
(16)窒素(N)
窒素エネルギーは鉄に一部利用され、固溶強化や焼入れ性向上の効果がありますが、有意ではありません。粒界への窒化物の析出により、粒界の高温強度を高め、鋼のクリープ強度を高めることができます。鋼中の他の元素と結合し、析出硬化効果。鋼の耐食性は重要ではありませんが、鋼の表面窒化は硬度と耐摩耗性を高めるだけでなく、耐食性も大幅に向上させます。低炭素鋼の残留窒素は、時効脆性につながる可能性があります。
(17)硫黄(S)
鋼の被削性は、硫黄とマンガンの含有量を増やすことで改善できます。被削性に優れた鋼では、有益な元素として硫黄が添加されます。硫黄は鋼に高度に偏析しています。高温での鋼の品質の低下は、鋼の可塑性を低下させ、融点の低いFeSの形で存在する有害な要素です。FeS単体の融点はわずか1190℃ですが、鋼中で鉄と形成される共晶温度はさらに低く、わずか988℃です。鋼が固化すると、硫化鉄が一次粒界で合体します。鋼が1100〜1200℃で圧延されると、粒界のFeSが溶融し、粒子間の結合力が大幅に弱まり、鋼の熱間脆性現象につながるため、硫黄は厳密に管理する必要があります。通常、0.020% から 0.050% の間で制御されます。硫黄によるもろさを防ぐには、十分な量のマンガンを添加して、より高い融点を持つ MnS を形成する必要があります。鋼に高流量が含まれていると、SO2 の発生により溶接時に溶接金属にポアが発生し、ゆるみが生じます。
(18)リン(P)
リンは、鋼の固溶強化と冷間硬化に強い影響を与えます。合金元素として低合金構造用鋼を追加すると、強度と耐大気腐食性が向上しますが、コールド スタンピング性能は低下します。硫黄とマンガンと結合したリンは、鋼の切削性能を向上させ、ワークピースの表面品質を向上させ、鋼を簡単に切断できるため、鋼を簡単に切断することも比較的高いリン含有量です。フェライトに使用されるリンは、鋼の強度と硬度を向上させることができますが、最大の害は、偏析が深刻であり、焼き戻し脆性を増加させ、鋼の可塑性と靭性を大幅に増加させ、冷間加工で鋼が割れやすくなることです。 、いわゆる「冷間脆性」現象です。リンも溶接性に悪影響を及ぼす。リンは有害な元素であり、厳密に管理する必要があります。一般的な含有量は 0.03% ~ 0.04% 以下です。
