Eri elementeillä on erilaiset toiminnot ja vaikutukset mangaaniteräksen valukappaleissa.
Hiilielementti. Hiili on yksi mangaaniterästen kahdesta tärkeimmästä elementistä yhdessä mangaanin kanssa. Mangaaniteräkset ovat ylikyllästetty hiililiuos. Useimmille tavallisille mangaaniteräslaaduille hiili ja mangaani ovat likimääräisessä suhteessa Mn / C = 10. Siksi näiden terästen määrä on tyypillisesti 12% Mn ja 1.2% C. Tämä suhde perustettiin pääasiassa varhaisilla teräksenvalmistusrajoituksilla, eikä kiinteällä suhteella ole todellista merkitystä. Hiilipitoisuuden lisääminen nostaa myötörajaa ja alentaa sitkeyttä. Katso seuraavasta kuvasta lisääntyneen hiilipitoisuuden vaikutukset 13% mangaaniteräksen ominaisuuksiin.
Hiilen vaikutus mangaaniteräksen vetolujuusominaisuuksiin
Suurinta osaa mangaaniteräksistä käytetään hankauksen ja iskujen kulumisen tilanteissa, joten valmistajat yrittävät maksimoida hiilipitoisuuden. Käytännöllisiä raja-arvoja on olemassa, ja kun hiilipitoisuus ylittää 1.3% halkeilua ja liukenemattomat jyvien rajakarbidit yleistyvät. Ensiluokkaiset mangaaniteräkset, ne, joilla on korkea mangaanipitoisuus, ovat työntäneet hiilen ylärajan selvästi yli 1.3%.
Mangaanielementti. Mangaani on austeniittistabilisaattori ja mahdollistaa tämän seosperheen. Se alentaa austeniittia ferriitin transformaatiolämpötilaksi ja auttaa siten ylläpitämään täysin austeniittista rakennetta huoneenlämpötilassa. Seoksilla, joissa on 13% Mn ja 1.1% C, martensiitin alkulämpötilat ovat alle -328 ° F. Mangaanipitoisuuden alaraja puhtaassa austeniittisessa mangaaniteräksessä on lähellä 10%. Mangaanipitoisuuden nousu lisää yleensä typen ja vedyn liukoisuutta teräkseen. Ensiluokkaisia seoksia, joiden hiilipitoisuus on korkeampi, ja muita seoselementtejä on olemassa, mangaanipitoisuus on 16-25% mangaania. Nämä seokset ovat valmistajan omistamia.
Silikonielementti. Korkean mangaaniteräksen piin määrittelypitoisuus on 0.3% - 0.8%. Pii vähentää hiilen liukoisuutta austeniittiin, edistää karbidisaostusta ja vähentää teräksen kulutuskestävyyttä ja iskunkestävyyttä. Siksi piipitoisuutta tulisi säätää alhaisimmalla raja-arvolla.
Fosforielementti. Korkean mangaaniteräksen määrityspitoisuus on P ≤ 0.7%. Korkean mangaaniteräksen sulatuksessa ferromangaanin korkean fosforipitoisuuden vuoksi teräksen fosforipitoisuus on yleensä korkea. Koska fosfori vähentää teräksen iskunkestävyyttä ja tekee valusta helposti halkeilevaa, teräksen fosforipitoisuutta tulisi vähentää mahdollisimman paljon.
Rikkielementti. Korkean mangaaniteräksen spesifikaatio vaatii S ≤ 0.05%. Suuren mangaanipitoisuuden vuoksi suurin osa teräksen rikki ja mangaani yhdistyvät keskenään muodostaen mangaanisulfidia (MNS) ja pääseen kuonaan. Siksi teräksen rikkipitoisuus on usein alhainen (yleensä enintään 0.03%). Siksi rikkipitoisuus rikkipitoisessa mangaaniteräksessä on korkeampi kuin fosforilla.
Kromi-elementti. Kromia käytetään mangaaniterästen vetolujuuden ja virtausvastuksen lisäämiseen. Usein käytetään jopa 3.0%: n lisäyksiä. Kromi lisää liuoksella hehkutettua kovuutta ja vähentää mangaaniteräksen sitkeyttä. Kromi ei lisää työkarkaistun enimmäiskovuutta tai vedon kovettumisnopeutta. Kromia sisältävät laatuluokitukset vaativat korkeampia lämpökäsittelylämpötiloja, koska kromikarbideja on vaikeampaa liuottaa liuokseen. Joissakin sovelluksissa kromi voi olla hyödyllistä, mutta monissa sovelluksissa ei ole hyötyä kromin lisäämisestä mangaaniteräseen.
Molybdeeni-elementti. Molybdeenilisäykset mangaaniteräksille aiheuttavat useita muutoksia. Ensinnäkin martensiitin alkulämpötilaa lasketaan, mikä edelleen vakauttaa austeniittia ja hidastaa karbidisaostusta. Seuraavaksi molybdeenilisäykset muuttavat karbidien morfologiaa uudelleenlämmityksen aikana sen jälkeen kun materiaali on saanut liuoskäsittelyn. Tyypillisesti muodostuu piikkikarbidien jyvien rajakalvot, mutta molybdeenin lisäämisen jälkeen saostuvat karbidit yhdistyvät ja dispergoituvat jyvien läpi. Näiden muutosten seurauksena teräksen sitkeys paranee lisäämällä molybdeeniä. Molybdeenilisäysten toinen etu voidaan parantaa valettujen mekaanisten ominaisuuksien avulla. Tämä voi olla todellinen etu valutuotannon aikana. Korkeammissa hiililuokissa molybdeeni lisää taipumusta alkavaan fuusioon, joten on vältettävä sitä, koska tuloksena olevat mekaaniset ominaisuudet heikentyvät voimakkaasti.
Nikkelielementti. Nikkeli on vahva austeniittistabilisaattori. Nikkeli voi estää transformaatioita ja karbidisaostumista jopa pienemmillä jäähdytysnopeuksilla sammutuksen aikana. Tämä voi tehdä nikkelistä hyödyllisen lisäyksen tuotteissa, joiden poikkileikkauskoko on raskas. Nikkelipitoisuuden lisääntymiseen liittyy lisääntynyt sitkeys, vetolujuuden pieni lasku, eikä sillä ole vaikutusta myötölujuuteen. Nikkeliä käytetään myös mangaaniterästen täyteaineiden hitsauksessa, jotta kerrostuneessa materiaalissa ei ole karbideja. On tyypillistä, että näissä materiaaleissa on alhaisemmat hiilitasot yhdessä kohonneen nikkelin kanssa halutun tuloksen tuottamiseksi.
Alumiinielementti. Alumiinia käytetään mangaaniteräksen hapettamiseen, mikä voi estää reikien ja muiden kaasuvikojen syntymisen. Kauhassa on tyypillistä käyttää lisäyksiä 3 paunaa / tonni. Alumiinipitoisuuden lisääminen heikentää mangaaniteräksen mekaanisia ominaisuuksia ja lisää samalla haurautta ja kuumuutta. Käytännössä on suositeltavaa pitää alumiinijäämät melko pieninä useimmille mangaaniteräksille.
Titaanielementti. Titaania voidaan käyttää mangaaniteräksen hapettamiseen. Lisäksi titaani voi sitoa typpikaasua titaaninitrideihin. Nämä nitridit ovat stabiileja yhdisteitä teräksen valmistuksen lämpötiloissa. Kun typpi on sidottu, se ei ole enää käytettävissä valukappaleiden tarttumiseen. Titaania voidaan käyttää myös raekoon parantamiseen, mutta vaikutus on vähäisempää raskaammissa osissa.