Effetti di vari elementi nella fusione di parti in acciaio al manganese

Elementi diversi hanno funzioni diverse nella fusione dell'acciaio al manganese. Ci sono alcuni effetti di vari elementi nella fusione di parti in acciaio al manganese.

Effetto dell'elemento di carbonio nelle parti in acciaio al manganese

Il carbonio  è uno dei due elementi più importanti negli acciai al manganese insieme al manganese. Gli acciai al manganese sono una soluzione supersatura di carbonio. Per la maggior parte degli acciai al manganese standard, il carbonio e il manganese hanno un rapporto approssimativo di Mn/C=10. Questi acciai, quindi, hanno tipicamente il 12% di Mn e l'1,2% di C. Questo rapporto è stato stabilito principalmente dalle limitazioni della prima produzione di acciaio e il rapporto fisso non ha alcun significato reale. L'aumento del contenuto di carbonio aumenta la resistenza allo snervamento e riduce la duttilità. Vedere la figura seguente per gli effetti dell'aumento del contenuto di carbonio sulle proprietà dell'acciaio al manganese al 13%.

Il significato principale dell'aumento del contenuto di carbonio è tuttavia quello di aumentare la resistenza all'usura da scriccatura, vedi sotto. La maggior parte degli acciai al manganese viene utilizzata nell'abrasione da scriccatura e in situazioni di usura ad alto impatto, quindi i produttori cercano di massimizzare il contenuto di carbonio. Esistono limiti pratici e poiché il contenuto di carbonio supera l'1,3% di cracking e i carburi di confine del grano non disciolti diventano più prevalenti. I gradi premium degli acciai al manganese, quelli ad alto contenuto di manganese, hanno spinto il limite superiore di carbonio ben oltre l'1,3%.

Effetto dell'elemento di manganese nelle parti in acciaio al manganese

Il manganese è uno stabilizzante dell'austenite e rende possibile questa famiglia di leghe. Riduce la temperatura di trasformazione da austenite a ferrite e quindi aiuta a mantenere una struttura completamente austenitica a temperatura ambiente. Le leghe con 13% Mn e 1,1% C hanno temperature iniziali di martensite inferiori a -328°F. Il limite inferiore per il contenuto di manganese nell'acciaio al manganese austenitico semplice è vicino al 10%. L'aumento dei livelli di manganese tende ad aumentare la solubilità dell'azoto e dell'idrogeno nell'acciaio. Esistono leghe premium con un contenuto di carbonio più elevato ed elementi di lega aggiuntivi con livelli di manganese dal 16 al 25% di manganese. Queste leghe sono di proprietà dei loro produttori.

Effetto dell'elemento di silicio nelle parti in acciaio al manganese

I contenuti di silicio fino all'1% sono generalmente considerati sicuri negli acciai al manganese, ma il silicio non esercita alcuna influenza notevole sulle proprietà meccaniche. Con un contenuto di silicio del 2,2%, Avery ha mostrato una forte riduzione di resistenza e duttilità. La maggior parte della sperimentazione riportata è stata eseguita con sezioni di piccole dimensioni inferiori a 1 pollice quando si considera il contenuto di silicio e dimensioni di sezione più pesanti, la resistenza all'urto può essere gravemente ridotta con l'aumento del contenuto di silicio. Vedere l'immagine seguente per l'effetto dell'aggiunta dell'1,5% di Si a una sezione di 6 pollici.

I dati mostrano una riduzione del 75% dell'energia d'impatto quando il silicio viene aumentato a questo livello. Si raccomanda di mantenere bassi i livelli di silicio nell'acciaio al manganese, a meno dello 0,6% di silicio quando si producono sezioni di dimensioni superiori a 1 pollice.

Effetto dell'elemento di cromo nelle parti in acciaio al manganese

Il cromo viene utilizzato per aumentare la resistenza alla trazione e al flusso degli acciai al manganese. Vengono spesso utilizzate aggiunte fino al 3,0%. Il cromo aumenta la durezza ricotto in soluzione e diminuisce la tenacità dell'acciaio al manganese. Il cromo non aumenta il livello massimo di durezza da incrudimento o il tasso di incrudimento. I gradi dei cuscinetti al cromo richiedono temperature di trattamento termico più elevate poiché i carburi di cromo sono più difficili da dissolvere in soluzione. In alcune applicazioni, il cromo può essere vantaggioso, ma in molte applicazioni non vi è alcun vantaggio nell'aggiungere cromo all'acciaio al manganese.

Effetto dell'elemento di nichel nelle parti in acciaio al manganese

Il nichel è un forte stabilizzante dell'austenite. Il nichel può prevenire le trasformazioni e la precipitazione del carburo anche a velocità di raffreddamento ridotte durante la tempra. Questo può rendere un nichel un'utile aggiunta nei prodotti che hanno dimensioni della sezione pesante. L'aumento del contenuto di nichel è associato a una maggiore tenacità, a un leggero calo della resistenza alla trazione e non ha alcun effetto sulla resistenza allo snervamento. Il nichel viene anche utilizzato nella saldatura di materiali d'apporto per acciai al manganese per consentire al materiale depositato di essere privo di carburi. È tipico avere livelli di carbonio più bassi in questi materiali insieme al nichel elevato per produrre il risultato desiderato.

Effetto dell'elemento di molibdeno nelle parti in acciaio al manganese

Le aggiunte di molibdeno agli acciai al manganese comportano diversi cambiamenti. In primo luogo, la temperatura iniziale della martensite viene abbassata, stabilizzando ulteriormente l'austenite e ritardando la precipitazione del carburo. Successivamente, le aggiunte di molibdeno modificano la morfologia dei carburi che si formano durante il riscaldamento dopo che il materiale ha subito un trattamento in soluzione. Tipicamente si formano film limite del grano di carburi aciculari, ma dopo l'aggiunta di molibdeno i carburi che precipitano si uniscono e si disperdono attraverso i grani. Il risultato di questi cambiamenti è che la tenacità dell'acciaio è migliorata dall'aggiunta di molibdeno. Un altro vantaggio delle aggiunte di molibdeno può essere il miglioramento delle proprietà meccaniche durante la colata. Questo può essere un vero vantaggio durante la produzione di getti. Nei gradi di carbonio più elevati il ​​molibdeno aumenterà la tendenza alla fusione incipiente, quindi è necessario prestare attenzione per evitarlo poiché le proprietà meccaniche risultanti saranno gravemente ridotte.

Il molibdeno è utile quando si devono produrre spessori di sezione molto pesanti in acciaio al manganese. Queste sono sezioni che superano i 6 pollici e in particolare quelle che superano i 10 pollici nella dimensione della sezione.
Queste dimensioni di sezione possono essere trovate in grandi mantelli rotanti primari del frantoio e nei getti a mascelle spesse. Per questi getti, si consiglia di aggiungere molibdeno nell'intervallo dallo 0,9% all'1,2% riducendo il contenuto di carbonio dallo 0,9% all'1,0%. Il molibdeno è utile quando si devono produrre spessori di sezione molto pesanti in acciaio al manganese. Queste sono sezioni che superano i 6 pollici e in particolare quelle che superano i 10 pollici nella dimensione della sezione. Queste dimensioni di sezione possono essere trovate in grandi mantelli rotanti primari del frantoio e nei getti a mascelle spesse. Per questi getti, si consiglia di aggiungere molibdeno nell'intervallo dallo 0,9% all'1,2% riducendo il contenuto di carbonio dallo 0,9% all'1,0%.

Effetto dell'elemento in alluminio nelle parti in acciaio al manganese

L'alluminio viene utilizzato per disossidare l'acciaio al manganese, che può prevenire buchi di spillo e altri difetti del gas. È tipico utilizzare aggiunte di 3 libbre/tonnellata nella siviera. L'aumento del contenuto di alluminio diminuisce le proprietà meccaniche dell'acciaio al manganese aumentando la fragilità e la lacerazione a caldo. In pratica, è consigliabile mantenere i residui di alluminio abbastanza bassi per la maggior parte dei gradi di acciaio al manganese. Nuovi materiali che contengono alti livelli di alluminio e circa il 30% di manganese sono in fase di sviluppo per applicazioni ad alta resistenza e sensibili al peso. In questi casi, la bassa densità dell'alluminio viene utilizzata per abbassare la densità della lega risultante.

Effetto dell'elemento in titanio nelle parti in acciaio al manganese

Il titanio può essere utilizzato per disossidare l'acciaio al manganese. Inoltre, il titanio può legare il gas di azoto nei nitruri di titanio. Questi nitruri sono composti stabili alle temperature di produzione dell'acciaio. Una volta legato, l'azoto non è più disponibile per causare forature nei getti. Il titanio può essere utilizzato anche per affinare la granulometria, ma l'effetto è minimo nelle sezioni più pesanti.

Effetto dell'elemento di cerio nelle parti in acciaio al manganese

Il cerio può essere utilizzato per affinare la granulometria degli acciai al manganese. I composti del cerio hanno una minore disregistrazione con l'acciaio austenitico al manganese rispetto ad altri composti e quindi dovrebbero renderlo un affinatore di grano migliore per questa lega. Sopprime anche la precipitazione del carburo sul bordo del grano, che rafforza i bordi del grano. Le resistenze all'urto sono anche segnalate come migliorate per gli acciai al manganese legati con cerio.

Effetto dell'elemento fosforo nelle parti in acciaio al manganese

Il fosforo è molto dannoso per l'acciaio al manganese. Forma un debole film eutettico fosfolipidico ai bordi dei grani di austenite. Il fosforo è difficile da rimuovere dagli acciai al manganese e il metodo più efficace per controllarlo è un'attenta selezione dei materiali di carica. ASTM A128 indica un massimo di fosforo dello 0,07%, ma si consiglia di mantenere il livello di fosforo ben al di sotto di questo livello quando si produce acciaio al manganese di alta qualità.

Effetto dell'elemento zolfo nelle parti in acciaio al manganese

Lo zolfo, sebbene non sia un vantaggio nella maggior parte degli acciai, causa pochi problemi negli acciai al manganese. Gli alti livelli di manganese mantengono lo zolfo legato in inclusioni di solfuro di manganese di tipo sferoidale.

Effetto dell'elemento boro nelle parti in acciaio al manganese

Il boro è stato utilizzato per cercare di produrre l'affinamento del grano negli acciai al manganese. Con l'aumento dei livelli di boro, tuttavia, un fragile eutettico di carburo di boruro viene precipitato ai bordi del grano. Il boro accelera anche la decomposizione dell'austenite se l'acciaio al manganese viene riscaldato, il che rende il materiale non saldabile. Non è consigliabile utilizzare il boro negli acciai al manganese.

Mr. Nick Sun     [email protected]