Dlaczego stal pęka?

Istnieją tysiące odmian stali stosowanych w różnych gałęziach przemysłu. Każda stal ma inną nazwę handlową ze względu na różne właściwości, skład chemiczny lub rodzaj i zawartość stopu. Chociaż wartości udarności znacznie ułatwiają dobór każdej stali, parametry te są trudne do zastosowania do wszystkich stali. Główne powody to:

• 1. Ponieważ pewna ilość jednego lub więcej pierwiastków stopowych musi być dodana podczas wytapiania stali, po prostej obróbce cieplnej można uzyskać różne mikrostruktury, zmieniając w ten sposób pierwotne właściwości stali;
• 2. Ponieważ wady powstałe w procesie wytwarzania i odlewania stali, zwłaszcza wady skoncentrowane (takie jak pory, wtrącenia itp.) są niezwykle wrażliwe podczas walcowania, a różne zmiany zachodzą między różnymi wsadowami tej samej stali o tym samym składzie chemicznym, a nawet w różnych częściach tego samego kęsa, wpływając w ten sposób na jakość stali. Ponieważ wytrzymałość stali zależy głównie od mikrostruktury i dyspersji wad (ściśle zapobiega się wadom skoncentrowanym), a nie od składu chemicznego. Dlatego wytrzymałość ulega dużym zmianom po obróbce cieplnej.

Aby dogłębnie zbadać właściwości stali i przyczyny pękania, konieczne jest również opanowanie związku między metalurgią fizyczną a mikrostrukturą i wytrzymałością stali.

Wpływ technologii przetwarzania

Z praktyki wiadomo, że odporność na uderzenia stali hartowanej wodą jest lepsza niż stali wyżarzanej lub normalizowanej, ponieważ szybkie chłodzenie zapobiega tworzeniu się cementytu na granicach ziaren i sprzyja rozdrobnieniu ziaren ferrytu.

Wiele stali jest sprzedawanych w stanie walcowanym na gorąco, a warunki walcowania mają duży wpływ na właściwości udarnościowe. Niższa temperatura walcowania końcowego obniży temperaturę przejścia udarności, zwiększy szybkość chłodzenia i sprzyja rozdrobnieniu ziarna ferrytu, poprawiając w ten sposób wytrzymałość stali. Ponieważ szybkość chłodzenia grubej płyty jest wolniejsza niż cienkiej płyty, ziarno ferrytu jest grubsze niż w cienkiej płycie. Dlatego w tych samych warunkach obróbki cieplnej grube płyty są bardziej kruche niż cienkie. Dlatego normalizacja jest powszechnie stosowana po walcowaniu na gorąco w celu poprawy właściwości płyt stalowych.

Walcowanie na gorąco może również wytwarzać stale anizotropowe i stale kierunkowe o różnych strukturach mieszanych, pasmach perlitu i granicach ziaren wtrąceń w tym samym kierunku walcowania. Pasmo perlitu i wydłużone wtrącenia są grubo rozproszone w postaci łusek, co ma duży wpływ na udarność karbu w niskiej temperaturze w zakresie temperatury przejścia Charpy.

Wpływ zawartości węgla w zakresie 0,3% ~ 0,8%

Zawartość węgla w stali podeutektoidalnej wynosi 0,3% ~ 0,8%, a proeutektoidalny ferryt jest fazą ciągłą i powstaje najpierw na granicy ziarna austenitu. Perlit powstaje w ziarnach austenitu i stanowi 35% ~ *** mikrostruktury. Ponadto w każdym ziarnie austenitu tworzy się wiele struktur agregacyjnych, co sprawia, że perlit jest polikrystaliczny.

Ponieważ wytrzymałość perlitu jest wyższa niż ferrytu proeutektoidalnego, przepływ ferrytu jest ograniczony, dzięki czemu granica plastyczności i szybkość umocnienia stali wzrastają wraz ze wzrostem zawartości węgla w perlicie. Efekt ograniczający jest wzmocniony wraz ze wzrostem liczby utwardzonych bloków i rozdrobnieniem wielkości ziarna proeutektoidalnego perlitu.

Gdy w stali występuje duża ilość perlitu, w niskich temperaturach i/lub przy dużych prędkościach odkształcenia podczas deformacji mogą tworzyć się mikropęknięcia. Chociaż istnieją pewne wewnętrzne przekroje tkanki agregacyjnej, kanał pękania początkowo przebiega wzdłuż płaszczyzny łupliwości. Dlatego istnieją pewne preferowane orientacje w ziarnach ferrytu między płytkami ferrytu i w sąsiednich strukturach agregacyjnych.

Pękanie stali nierdzewnej

Stal nierdzewna składa się głównie ze stopów żelazo-chrom, żelazo-chrom-nikiel i innych pierwiastków, które poprawiają właściwości mechaniczne i odporność na korozję. Odporność stali nierdzewnej na korozję wynika z tworzenia się tlenku chromu na powierzchni metalu, aby zapobiec dalszemu utlenianiu - nieprzepuszczalnej warstwie.

Dlatego stal nierdzewna w atmosferze utleniającej może zapobiegać korozji i wzmacniać warstwę tlenku chromu. Jednak w atmosferze redukującej warstwa tlenku chromu jest uszkadzana. Odporność na korozję wzrasta wraz ze wzrostem zawartości chromu i niklu. Nikiel może poprawić pasywację żelaza.

Dodatek węgla ma na celu poprawę właściwości mechanicznych i zapewnienie stabilności właściwości stali nierdzewnej austenitycznej. Ogólnie rzecz biorąc, stal nierdzewna jest klasyfikowana według mikrostruktur.

• Stal nierdzewna martenzytyczna Jest to stop żelazo-chrom, który można austenityzować i poddać obróbce cieplnej w celu wytworzenia martenzytu. Zazwyczaj 12% chromu i 0,15% węgla.
• Stal nierdzewna ferrytyczna. Zawartość chromu około 14% ~ 18%, węgla 0,12%. Ponieważ chrom jest stabilizatorem ferrytu, faza austenityczna jest całkowicie tłumiona przez ponad 13% chromu i dlatego jest to faza całkowitego ferrytu.
• Stal nierdzewna austenityczna. Nikiel jest silnym stabilizatorem austenitu, więc w temperaturze pokojowej, poniżej temperatury pokojowej lub w wysokiej temperaturze, zawartość niklu 8%, zawartość chromu 18% (typ 300) może sprawić, że faza austenitu będzie bardzo stabilna. Stale nierdzewne austenityczne są podobne do form ferrytycznych i nie mogą być utwardzane przez transformację martenzytyczną.

Charakterystyki stali nierdzewnych ferrytycznych i martenzytycznych, takie jak wielkość ziarna, są podobne do charakterystyk innych stali ferrytycznych i martenzytycznych tej samej klasy.