¿Cómo afectan los elementos de aleación al rendimiento de los aceros criogénicos?

Normalmente llamamos acero de baja temperatura o acero criogénico al acero utilizado en el rango de temperaturas de -10 a -273℃ Según el contenido de elementos de aleación y la estructura, los aceros criogénicos pueden dividirse en: Acero C-Mn matado con aluminio, como el acero 06MnVTi, 06MnVal, 09Mn2Vre, 06MnNb, acero de baja temperatura de cuerpo férrico de baja aleación 0,5Ni, 2,5Ni, 3Ni, 3,5Ni, etc., aceros martensiformes de baja temperatura, como el acero 9Ni, 5Ni, aceros austeníticos de alta aleación de baja temperatura, como el 1Cr18Ni9Ti y el 20Mn23Al, etc.

El efecto de los elementos de aleación en los aceros de baja temperatura se refiere principalmente a su efecto sobre la tenacidad a baja temperatura de los aceros:

C

Con el aumento del contenido de carbono, la temperatura de transición frágil del acero aumenta rápidamente y la propiedad de soldadura disminuye, por lo que el contenido de carbono del acero de baja temperatura se limita a menos de 0,2%.

Mn

El manganeso puede mejorar de forma evidente la tenacidad a baja temperatura del acero. El manganeso existe principalmente en forma de solución sólida en el acero y desempeña el papel de refuerzo de la solución sólida. Además, el manganeso es un elemento que amplía la región de austenita y reduce la temperatura de transformación (A1 y A3). Es fácil obtener granos finos y dúctiles de ferrita y perlita, que pueden aumentar la energía máxima de impacto y reducir significativamente la temperatura de transición frágil. En general, la relación Mn/C debe ser igual a 3, lo que no sólo puede reducir la temperatura de transición frágil del acero, sino también compensar la disminución de las propiedades mecánicas causada por la disminución del contenido de carbono debido al aumento del contenido de Mn.

Ni

El níquel puede aliviar la tendencia a la transición frágil y reducir significativamente la temperatura de transición frágil. El efecto del níquel en la mejora de la tenacidad a baja temperatura del acero es 5 veces mayor que la del manganeso, es decir, la temperatura de transición frágil disminuye en 10℃ con el aumento del contenido de níquel en 1%. Esto se debe principalmente de níquel con carbono, absorbido por la solución sólida y el refuerzo, el níquel también hace un movimiento hacia el punto izquierdo de acero eutectoide punto eutectoide para reducir el contenido de carbono, reducir la temperatura de transición de fase (A1 y A2), en comparación con el mismo contenido de carbono de acero al carbono, disminución en el número de ferrita y refinado, las poblaciones de perlita (el contenido de carbono de perlita es también menor que el acero al carbono). Los resultados experimentales muestran que la razón principal por la que el níquel aumenta la tenacidad a baja temperatura es que el acero que contiene níquel tiene más dislocaciones móviles a baja temperatura y es más fácil que se produzca deslizamiento cruzado. Por ejemplo, el acero martensiforme de media aleación y bajo contenido en carbono a baja temperatura Acero 9Ni, tiene una alta tenacidad a baja temperatura, puede utilizarse para -196℃. El acero 5Ni desarrollado sobre la base del acero 9Ni tiene una buena tenacidad a baja temperatura a -162~-196℃.

P, S, Sn, Pb Sb

Fósforo, azufre, arsénico, estaño, plomo, antimonio: estos elementos no favorecen la tenacidad del acero a baja temperatura.

Se segregan en el límite de grano, lo que reduce la energía superficial y la resistencia del límite de grano, y hace que la grieta frágil se origine en el límite de grano y se extienda a lo largo del mismo hasta completar la fractura.

El fósforo puede mejorar la resistencia del acero, pero aumentará su fragilidad, especialmente a bajas temperaturas. Es evidente que aumenta la temperatura de transición a la fragilidad, por lo que su contenido debe limitarse estrictamente.

O, H, N

Estos elementos aumentan la temperatura de transición frágil del acero. Los aceros desoxidados al silicio y al aluminio pueden mejorar la tenacidad a bajas temperaturas, pero como el silicio aumenta la temperatura de transición frágil de los aceros, los aceros desoxidados al aluminio tienen una temperatura de transición frágil más baja que los aceros desoxidados al silicio.