Do thép không sắt sắt có tồn tại?

Có rất nhiều hợp kim thép, chứa chủ yếu là sắt, carbon và một số kim loại khác. Nói chung, chúng ta có thể nghĩ về chúng như thể chúng là một loại thép.

Câu hỏi của tôi là: "thép không màu" có tồn tại không? Tôi đang nghĩ về các kim loại nguyên chất, không chứa sắt, chứa một ít carbon, giống như được thêm vào sắt để biến nó thành thép. Hoặc hỏi một cách khác, có những kim loại khác ngoài sắt được pha tạp carbon để tạo thành một hợp kim như thép?

Nói chung, việc bổ sung carbon ảnh hưởng đến tính chất của các kim loại này như thế nào?

Sắt và carbon có sự tương tác làm cho chúng khác với hầu hết các hợp kim kỹ thuật. Điều này là để làm với cả kích thước tương đối của các nguyên tử C và Fe và hóa học của chúng.

Các nguyên tử carbon có kích thước phù hợp để tự chèn vào mạng tinh thể sắt, điều này tạo ra mạng tinh thể đủ mạnh và cứng hơn sắt nguyên chất. Tuy nhiên, phần thực sự quan trọng là sự hiện diện của carbon cho phép thép được xử lý nhiệt. Ở đây, nó được nung nóng trên nhiệt độ tới hạn mà cấu trúc tinh thể thay đổi và nếu nó được làm lạnh nhanh, hàm lượng carbon sẽ ngăn nó trở lại cấu trúc 'bình thường' ở nhiệt độ phòng và thay vào đó tạo thành cấu trúc nhiều pha bị căng thẳng cao nhưng hóa học ổn định và như vậy là rất cứng với độ bền kéo cao. Điều này có thể được sửa đổi thêm bằng cách hâm nóng có kiểm soát để đảo ngược một phần sự biến đổi này và tạo ra một vật liệu có độ cứng và độ bền có thể kiểm soát được.

Lưu ý rằng ở trên là một tổng quan nhanh và có toàn bộ sách về hành vi chi tiết của thép vì hệ thống sắt-carbon có thể tồn tại ở một số trạng thái khác nhau với các cấu trúc tinh thể khác nhau và các kết hợp cấu trúc vi mô khác nhau.

Loại xử lý nhiệt này khá độc đáo đối với thép và chắc chắn rất khác so với cách mà hầu hết các hợp kim hoạt động và là kết quả của sự tương tác cụ thể giữa sắt và carbon và phụ thuộc vào thực tế là sắt có thể tồn tại ở cả trung tâm và mặt giữa tinh thể hình khối.

Nó cũng đạt được bởi nồng độ carbon rất thấp, thường là dưới 1,2% hoặc hơn. Trong thực tế, chỉ có khoảng 0,7% carbon theo khối lượng hòa tan trong sắt và bất kỳ sự dư thừa nào sẽ có xu hướng tạo thành các cacbua hoặc kết tủa dưới dạng than chì (như trong gang).

Có nhiều loại kim loại khác nhau được sử dụng (như cacbua vonfram) nhưng đây thực sự là gốm sứ chứ không phải là hợp kim dung dịch rắn.

Ngoài ra còn có ít nhất một loại thép không gỉ (H1) là kết tủa được làm cứng và chứa nitơ thay vì carbon. Đây là một cơ chế làm cứng khác với thép carbon. Mục đích của việc loại bỏ carbon là để cải thiện khả năng chống ăn mòn, đặc biệt là trong nước muối. Tôi chỉ gặp phải đây là một lưỡi dao thép. Ngoài ra còn có thép không gỉ carbon thấp nhưng chúng không cứng bằng cách xử lý nhiệt và được thiết kế để cải thiện khả năng hàn.

Thép được định nghĩa là một hợp kim của sắt và carbon; không có thứ gọi là thép không màu. Nếu bạn hợp kim một số kim loại khác với carbon, nó sẽ trở thành một thứ khác ngoài thép. Tìm kiếm một loại thép không có sắt trong đó sẽ giống như tìm kiếm đồng thau hoặc đồng mà không có đồng. Bạn có thể hợp kim những thứ khác ngoài đồng với kẽm, thiếc hoặc nhôm, nhưng những thứ đó không phải là đồng thau hoặc đồng.

Theo như các hợp kim khác có chứa carbon, bài viết Wikipedia này có một danh sách tốt các loại hợp kim khác nhau (như bạn có thể thấy, có rất nhiều trong số chúng), và tìm kiếm qua nó, bạn sẽ thấy rằng không có nhiều thứ khác được hợp kim với carbon bên cạnh sắt. Về lý do tại sao, tôi không có câu trả lời hay.

Tóm tắt: Hệ thống Fe-C, và do đó là thép, là duy nhất do sự biến đổi eutectoid từ pha hòa tan cao sang pha hòa tan thấp cho phép nhiều loại vi cấu trúc và tính chất có khả năng điều chỉnh cao và tương đối dễ dàng. Các kim loại chuyển tiếp hàng đầu tiên khác có hành vi khác nhau và ít khai thác hơn khi được hợp kim hóa với carbon.

Fe-C là hệ thống kim loại chuyển tiếp hàng đầu tiên duy nhất có sự biến đổi eutectoid trong sơ đồ pha của nó. Sự biến đổi eutectoid thay đổi austenite thành ferrite và xi măng khi làm mát. Austenite có độ hòa tan carbon cao, và ferrite có độ hòa tan carbon thấp. Tôi đang chọn các kim loại chuyển tiếp hàng đầu tiên vì chúng có xu hướng có hành vi hóa học "gần giống với thép", với chi phí, mật độ tương tự và các đặc tính "rõ ràng" khác (ngoại trừ scandium, cực kỳ hiếm và đắt tiền) và kiểm tra tất cả hơn 70 kim loại là một công việc hợp lý cho câu trả lời này.

Bản chất của biến đổi eutectoid cho phép nhiều cấu trúc vi mô và do đó mức độ cao của các thuộc tính điều chỉnh được. Xem xét một loại thép eutectoid được austenitized và làm mát ở các tỷ lệ khác nhau:

• Nếu được làm lạnh chậm, một dạng vi cấu trúc ngọc trai có độ dẻo vừa phải, mạnh vừa phải. Pearlite là kết quả của quá trình nulceation và tăng trưởng hợp tác khi carbon rời khỏi austenite trong quá trình biến đổi thành ferrite, tạo thành các lamellae xen kẽ của ferrite và xi măng.
• Nếu được làm lạnh nhanh vừa phải và sau đó được giữ nhiệt trong một khoảng thời gian, một dạng cấu trúc vi mô bainite khó hơn nhiều. Động lực của sự hình thành bainite chưa được hiểu rõ, nhưng cấu trúc vi mô là sự sắp xếp ít tổ chức của xi măng và ferrite, một lần nữa do carbon thoát ra khỏi dung dịch khi austenite biến đổi thành ferrite.
• Nếu được làm lạnh cực kỳ nhanh, một dạng cấu trúc vi mô martensite cực kỳ mạnh và cứng. Sự hình thành Martensite là một quá trình khuếch tán trong đó carbon bị giữ lại trong austenite trong khi nó biến đổi thành cấu trúc BCC, làm biến dạng mạng tinh thể thành cấu trúc BCT căng thẳng, khó bị căng hơn, do đó độ bền cao. Bằng cách thay đổi số lượng carbon và sáng tạo với lịch xử lý nhiệt, một loạt các kết hợp vi cấu trúc có sẵn.

Với sự hợp kim và xử lý nhiệt thích hợp, có thể có một loại thép với austenite, ferrite, Pearlite, bainite và martensite được giữ lại trong cùng một vật liệu. Các cấu trúc phức tạp như vậy là không thể trong các hệ thống kim loại-carbon chuyển tiếp hàng đầu tiên khác.

Tất cả các khả năng xử lý nhiệt rộng và một loạt các cấu trúc và tính chất rộng hoàn toàn là do sự biến đổi của eutectoid trong đó có pha hòa tan cao đến pha hòa tan thấp. Sự biến đổi eutectoid là do sự thay đổi pha từ austenite (FCC) thành ferrite (BCC) và dẫn đến mất khả năng hòa tan carbon đáng kể. Câu trả lời cho câu hỏi của bạn thực sự là không , không có hợp kim nào khác (trong đó tôi biết) hoạt động giống như thép trong quá trình chế biến. Câu trả lời cho câu hỏi thay thế của bạn là carbon có tác dụng ít hữu ích hơn và ít khai thác hơn đối với các kim loại chuyển tiếp hàng đầu tiên khác.

Dưới đây là sơ đồ pha Fe-C, Ni-C và Mn-C để so sánh. Lưu ý rằng sơ đồ pha Fe-C dừng ở mức 0,2 a / a C trong khi các sơ đồ khác chuyển sang 1,0 a / a C. Ni-C không có eutectoid, chỉ có sự biến đổi eutectic và do đó chỉ có thể làm cứng kết tủa. Bất kỳ sự hình thành cấu trúc vi mô khác sẽ phải xảy ra trong quá trình hóa rắn. Biểu đồ pha Mn-C có eutectoid, nhưng nó chuyển từ pha hòa tan cao sang pha hòa tan cao khác, điều đó có nghĩa là một lượng carbon cực lớn sẽ xuất hiện ở pha nhiệt độ thấp hơn (gần 10% a / a C so với với ít hơn 1% a / a C trong thép), điều này sẽ dẫn đến độ giòn cực cao.

Xem ý kiến. Dựa trên điểm bắt đầu của:

Super 13cr is defined as a low-carbon stainless steel. The chemical composition specified from suppliers such as Sumitomo specifies Fe min 0%- Max 0%, C is to be below 0,03.
    Commonly used in oil and gass applications to resist sour environments and some H2S. But it's expensive as... 4 chickens, in solid gold.

http://www.howcogroup.com/materials/mechanical-tubing-octg/grade-super-13-cr-13-5-2-tube.html