Pierwiastki stopowe wyjaśnione: co każdy pierwiastek robi w stali

Jak czytać tę tabelę

Pierwiastki działają razem, a ten sam pierwiastek może być cechą w jednym gatunku i ograniczaną pozostałością w innym. Poniższe pozycje opisują główny, zamierzony efekt w typowych stalach stopowych i nierdzewnych; strony gatunków na tej stronie podają rzeczywiste dopuszczalne zakresy dla każdego nazwanego gatunku.

Pierwiastek	Główne efekty	Warto wiedzieć
Węgiel (C)	Podstawowy pierwiastek umacniający: tworzy węgliki i umożliwia powstawanie martenzytu przy hartowaniu, podnosząc twardość i wytrzymałość na rozciąganie	Plastyczność, ciągliwość i spawalność spadają wraz ze wzrostem węgla; najbardziej konsekwentny pierwiastek w recepturze
Mangan (Mn)	Odtleniacz; podnosi wytrzymałość i hartowność; wiąże siarkę jako nieszkodliwy MnS zamiast kruchych warstw FeS	Obecny w niemal każdej stali; wysokie poziomy (11–14%) tworzą umacniające się przez zgniot stale Hadfielda odporne na zużycie
Krzem (Si)	Odtleniacz; umacniacz roztworowy; kluczowy pierwiastek w stalach sprężynowych i elektrotechnicznych	Podwyższone poziomy mogą pogarszać jakość powierzchni i zachowanie przy cynkowaniu
Chrom (Cr)	Hartowność, węgliki odporne na zużycie, wytrzymałość w wysokiej temperaturze; przy około 10.5% i powyżej warstwa pasywna definiująca stal nierdzewną	W niektórych stalach Cr-Mo przy nieostrożnym chłodzeniu powoduje również wrażliwość na kruchość odpuszczania
Molibden (Mo)	Wytrzymałość w wysokiej temperaturze (na pełzanie), hartowność, odporność na odpuszczanie; silnie poprawia odporność na korozję wżerową w stali nierdzewnej (to składnik Mo we wzorze PREN)	Drogi — gatunki używają go celowo, zazwyczaj kilka dziesiątych procenta w stalach stopowych
Nikiel (Ni)	Ciągliwość, zwłaszcza w niskiej temperaturze; hartowność; stabilizuje austenit (podstawa stali nierdzewnej serii 300)	Zazwyczaj najdroższy powszechny dodatek; napędza różnicę cen między 304 a 430
Wanad (V)	Drobne węgliki: rozdrobnienie ziarna, utwardzanie wtórne w stalach narzędziowych, odporność na zużycie, wytrzymałość na pełzanie w małych dawkach	Skuteczny przy niskich poziomach, zazwyczaj 0.05–0.30%
Wolfram (W)	Bardzo twarde, stabilne cieplnie węgliki: gorąca twardość stali szybkotnących (M2 zawiera mniej więcej 6% W)	Ciężki i kosztowny; w wielu nowoczesnych stalach narzędziowych częściowo zastępowany molibdenem
Niob (Nb)	Rozdrobnienie ziarna i umacnianie wydzieleniowe w stalach HSLA; stabilizuje stal nierdzewną przed uczuleniem (gatunek 347)	Działa przy setnych procenta w stalach konstrukcyjnych
Tytan (Ti)	Silny twórca węglików/azotków: stabilizuje stal nierdzewną (gatunek 321), chroni bor przed azotem, wiąże węgiel w stalach IF	Nadmiar tytanu może szkodzić jakości powierzchni i ciągliwości
Bor (B)	Przy zaledwie kilku częściach na milion dramatycznie podnosi hartowność stali nisko- i średniowęglowych	Jego efekt znika, jeśli połączy się z azotem lub tlenem — stale borowe chronią go tytanem lub aluminium
Siarka i fosfor (S, P)	Zazwyczaj pozostałości do ograniczania: siarka szkodzi ciągliwości poprzecznej, fosfor kruchości i segreguje	Celowo dodawane w stalach automatowych — siarka dla obrabialności (np. 1215, 11SMn30), fosfor w niektórych gatunkach refosforyzowanych i odpornych na warunki atmosferyczne

Interakcje liczą się bardziej niż pojedyncze pierwiastki

Rzeczywiste gatunki to równowagi: chrom plus molibden daje odporność na pełzanie w 2.25Cr-1Mo; nikiel plus chrom daje strukturę austenityczną gatunku 304; potencjał twardości węgla jest osiągalny na całej grubości przekroju tylko wtedy, gdy mangan, chrom lub bor dostarczają hartowności. Normy określają zatem pierwiastki jako pakiet zakresów, a zastępowanie między „równoważnymi” gatunkami jest najbezpieczniejsze, gdy porównuje się cały pakiet, a nie jeden pierwiastek naraz.