Giải thích các nguyên tố hợp kim: Mỗi nguyên tố làm gì trong thép

Cách đọc bảng này

Các nguyên tố tác động cùng nhau, và cùng một nguyên tố có thể là một đặc tính trong một mác và là tạp chất dư bị giới hạn trong một mác khác. Các mục dưới đây mô tả tác dụng chính, dự kiến trong các thép hợp kim và thép không gỉ điển hình; các trang mác thép trên trang web này đưa ra các phạm vi cho phép thực tế cho từng mác được nêu tên.

Element	Main effects	Worth knowing
Carbon (C)	Chất tăng bền chính: tạo thành carbide và cho phép martensite khi tôi, làm tăng độ cứng và độ bền kéo	Độ dẻo, độ dai và tính hàn giảm khi carbon tăng; nguyên tố có hậu quả lớn nhất trong công thức
Manganese (Mn)	Chất khử oxy; tăng độ bền và độ thấm tôi; giữ sulfur dưới dạng MnS vô hại thay vì các màng FeS giòn	Hiện diện trong gần như mọi thép; mức cao (11–14%) tạo ra các thép chịu mài mòn Hadfield hóa cứng do gia công
Silicon (Si)	Chất khử oxy; chất tăng bền dung dịch rắn; nguyên tố then chốt trong thép lò xo và thép điện	Mức tăng cao có thể làm xấu đi chất lượng bề mặt và hành vi mạ kẽm
Chromium (Cr)	Độ thấm tôi, carbide chống mài mòn, độ bền ở nhiệt độ cao; ở khoảng 10.5% trở lên, màng thụ động định nghĩa thép không gỉ	Cũng mang lại nhạy cảm hóa giòn khi ram trong một số thép Cr-Mo nếu làm nguội bất cẩn
Molybdenum (Mo)	Độ bền ở nhiệt độ cao (rão), độ thấm tôi, khả năng chống ram; cải thiện mạnh mẽ khả năng chống ăn mòn rỗ trong thép không gỉ (nó là hạng tử Mo trong công thức PREN)	Đắt — các mác sử dụng nó một cách có chủ ý, thường vài phần mười phần trăm trong thép hợp kim
Nickel (Ni)	Độ dai, đặc biệt ở nhiệt độ thấp; độ thấm tôi; ổn định austenite (cơ sở của thép không gỉ series 300)	Thường là nguyên tố bổ sung phổ biến đắt nhất; quyết định khoảng cách giá giữa 304 và 430
Vanadium (V)	Carbide mịn: làm mịn hạt, hóa cứng thứ cấp trong thép công cụ, chống mài mòn, độ bền rão ở liều nhỏ	Hiệu quả ở mức thấp, thường 0.05–0.30%
Tungsten (W)	Carbide rất cứng, ổn định nhiệt: độ cứng nóng của thép tốc độ cao (M2 mang khoảng 6% W)	Nặng và tốn kém; được thay thế một phần bởi molybdenum trong nhiều thép công cụ hiện đại
Niobium (Nb)	Làm mịn hạt và tăng bền kết tủa trong thép HSLA; ổn định thép không gỉ chống nhạy cảm hóa (mác 347)	Hoạt động ở phần trăm phần trăm trong thép kết cấu
Titanium (Ti)	Chất tạo carbide/nitride mạnh: ổn định thép không gỉ (mác 321), bảo vệ boron khỏi nitrogen, cố định carbon trong thép IF	Titanium dư thừa có thể hại chất lượng bề mặt và độ dai
Boron (B)	Chỉ ở vài phần triệu, làm tăng đáng kể độ thấm tôi của thép carbon thấp và trung bình	Tác dụng của nó biến mất nếu nó kết hợp với nitrogen hoặc oxygen — thép boron bảo vệ nó bằng titanium hoặc aluminium
Sulfur & phosphorus (S, P)	Thường là tạp chất dư cần giới hạn: sulfur hại độ dai ngang, phosphorus làm giòn và thiên tích	Được bổ sung có chủ ý trong thép dễ cắt — sulfur cho khả năng gia công (ví dụ 1215, 11SMn30), phosphorus trong một số mác tái phosphor hóa và chịu thời tiết

Tương tác quan trọng hơn các nguyên tố đơn lẻ

Các mác thực là sự cân bằng: chromium cộng molybdenum cho khả năng chống rão trong 2.25Cr-1Mo; nickel cộng chromium cho cấu trúc austenitic của 304; tiềm năng độ cứng của carbon chỉ có thể đạt được qua kích thước tiết diện khi manganese, chromium hoặc boron cung cấp độ thấm tôi. Do đó các tiêu chuẩn quy định các nguyên tố như một gói các phạm vi, và việc thay thế giữa các mác "equivalent" là an toàn nhất khi toàn bộ gói được so sánh, không phải một nguyên tố tại một thời điểm.