Stahl wird in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt und gilt als Rückgrat der modernen Infrastruktur. Die Fähigkeit, andere Elemente hinzuzufügen und dabei die Eigenschaften von Stahl zu manipulieren, macht ihn zu einer so weit verbreiteten Ressource. Dieser Artikel befasst sich mit den häufigsten Elementen, die die breite Palette von Stahlsorten umfassen, und untersucht deren Auswirkungen auf die Materialeigenschaften.

Eisen allein reicht nicht aus

In seiner reinsten Form ist Eisen weder außergewöhnlich stark noch hart – tatsächlich könnte ein Block aus reinem Eisen mit einem Messer geschnitten werden. Die Zugabe von Kohlenstoff und die Entfernung von Sauerstoff verleihen Stahl auf Eisenbasis seine unglaubliche Festigkeit.

Eine Legierung ist jedes Metall, das durch die Kombination von zwei oder mehr metallischen Elementen hergestellt wird. Durch die Zugabe von mehr metallischen und nichtmetallischen Elementen zu Eisen und Kohlenstoff können die Eigenschaften an einen bestimmten Bedarf oder eine bestimmte Anwendung angepasst werden.

Selbst eine Änderung der Menge an Kohlenstoff in Kombination mit Eisen kann die Materialeigenschaften beeinflussen. Kohlenstoffreicher Stahl enthält zwischen 0,60% und 0,95% Kohlenstoff (als Gewichtsprozent) und ist unglaublich stark und hart, aber weniger duktil und schwieriger zu bearbeiten und zu schweißen. Wenn der Kohlenstoffgehalt reduziert wird, wird das Material mehr wie reines Eisen und so weicher und duktiler.

Der maximale Kohlenstoffgehalt in Stahl beträgt 2,1%, da alles, was darüber hinausgeht, nicht wirklich als Stahl eingestuft wird. Da der Kohlenstoffgehalt reduziert wird, fällt das Material in eine von vier Kategorien:

Stahl mit sehr hohem Kohlenstoffgehalt (0,96% -2,1% Kohlenstoff)

Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt ist extrem stark und kann lokalisierten Verformungen unter hoher Spannung widerstehen. Es wird über ein spezielles Verfahren hergestellt. Dadurch ist eine Bearbeitung, Verschweißung oder Biegung dieses Materials nahezu unmöglich.

Kohlenstoffstahl (0,55% -0,95% Kohlenstoff)

Kohlenstoffstahl ist ziemlich stark und bietet mehr Duktilität als sehr kohlenstoffreiche Stähle und wurde bis vor kurzem in Eisenbahnschienenanwendungen verwendet. Andere Anwendungen umfassen Meißeln und Schneidwerkzeuge.

Mittlerer Kohlenstoffstahl (0,30% -0.54% Kohlenstoff)

Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt gleicht Festigkeit und Härte mit Duktilität aus und wird hauptsächlich in Maschinenteilen wie Zahnrädern, Bolzen und Achsen verwendet.

Kohlenstoffarmer Stahl (0,05% -0,25%)

Kohlenstoffarmer Stahl bietet im Vergleich zu anderen Stahlkategorien eine unglaubliche Festigkeit bei geringerem Gewicht. Das Hinzufügen von Legierungen kann kohlenstoffarmen Stählen unterschiedliche Eigenschaften verleihen, ohne das Gewicht massiv zu beeinträchtigen.Obwohl alle Stahlkategorien Legierungen und nichtmetallische Elemente verwenden können, um ihre Eigenschaften zu ändern, konzentriert sich dieser Artikel darauf, wie bestimmte Elemente die Eigenschaften von kohlenstoffarmem Stahl verändern.

Elemente, die aushärten

Vor der Untersuchung von Elementen, die aushärten, ist es wichtig, den Unterschied zwischen Härten und Verstärken zu beachten.Die Stahlhärte bezieht sich auf den Grad des Aufpralls, den ein Material absorbieren kann, bevor es verbeult, und wird typischerweise durch einen Charpy-Aufpralltest gemessen. Die Härte kann stark von der Temperatur beeinflusst werden, da das Material bei kälteren Temperaturen im Allgemeinen weniger Stöße absorbieren kann.

Andererseits konzentriert sich die Stahlfestigkeit auf Streckgrenze und Zugfestigkeit. Eine Streckgrenze ist der Punkt, an dem ein Material beansprucht wird und sich verformt, aber nicht bricht. Zugfestigkeit ist die Menge an Spannung, die erforderlich ist, damit das Material versagt oder bricht.

Elemente, die Stahl härten, erhöhen den Aufprall, den ein Material absorbieren kann. Die gebräuchlichsten Härtungselemente sind:

• Phosphor*
• Silizium*
• Mangan*
• Stickstoff
• Nickel
• Chrom
• Bor

Diese Härtungselemente sind in vergüteten und vergüteten Güten (z. B. ASTM A514 oder ASTM A710) und Offshore-Güten (z. B. ASTM A633) üblich. Nickel kann Kohlenstoffstahllegierungen hinzugefügt werden, aber es ist in den Edelstahlsorten allgemeiner.Phosphor, Silizium und Mangan sind die häufigsten Elemente, die Stahl zugesetzt werden. ASTM A752-50 (ein hochfester, niedriglegierter Stahl) und ASTM A36 (ein Flussstahl) sind zwei der am weitesten verbreiteten Sorten in Nordamerika und enthalten diese drei Elemente.

Elemente, die verstärken

Elemente, die Stahl verstärken, erhöhen die Belastung, die das Material tragen kann. Folglich sind diese Elemente häufig in Infrastrukturen wie Straßen, Brücken und Gebäuden zu sehen. Die häufigsten Verstärkungselemente sind:

• Silizium
• Chrom
• Vanadium
• Phosphor
• Titan
• Stickstoff & Aluminiumlegierung
• Niob (Columbium)

Elemente, die die Duktilität erhöhen

In Projekten, die Materialbohren, Schweißen, Maschinen oder verschrauben, Duktilität ist ein wichtiger Faktor. Zu den üblichen Elementen, die Stahllegierungen zugesetzt werden, die die Duktilität verbessern, gehören:

• Niob (Columbium)
• Schwefel
• Phosphor
• Chrom

Diese weichmachenden Elemente sind in vergüteten und vergüteten Güten (z. ASTM A514) und werden in Dutzenden von anderen verwendet.

Elemente, die Korrosion widerstehen

Elemente, die Korrosionsbeständigkeit fördern, sind zu den Stahllegierungen für Gebrauch in den Anwendungen kritisch, die Widerstand zu den atmosphärischen Bedingungen erfordern. Zu den häufig verwendeten Elementen gehören:

• Zirkonium
• Nickel
• Phosphor
• Kupfer
• Chrom

Korrosionsbeständigkeit ist wichtig für Baustahl, der in Außenanwendungen wie Brücken und Offshore- oder Marineanwendungen verwendet wird.

Die Kraft der Chemie

Eisen und Kohlenstoff sind die einfachen Bausteine von Stahl. Eine Vielzahl von metallischen und nichtmetallischen Elementen kann jedoch die Eigenschaften und das Verhalten von Stahl verändern, was ihn zu einer lebensfähigen Ressource für zahlreiche Anwendungen macht.Leeco Steel ist spezialisiert auf die Lieferung von Kohlenstoffstahlplatten in den USA, Kanada und Mexiko. Eine Vielzahl von legierten Stahlsorten stehen zur Verfügung. Nachdem Sie die ideale Stahlsorte für Ihr Projekt bestimmt haben, können Sie die Stahlplatte erhalten, die Sie benötigen, wenn Sie sie benötigen.