Существуют ли «не железные стали»?

Существует множество стальных сплавов, содержащих в основном железо, углерод и некоторые другие металлы. Вообще говоря, мы можем думать о них так, как если бы они были какой-то сталью.

Мой вопрос: существуют ли «цветные стали»? Я думаю о чистых, не железных металлах, содержащих мало углерода, так же, как он добавляется к железу, чтобы превратить его в сталь. Или спросили по-другому, есть ли другие металлы, кроме железа, которые легированы углеродом, чтобы образовать сплав, такой как сталь?

В целом, как добавление углерода влияет на свойства этих металлов?

Железо и углерод имеют взаимодействие, которое отличает их от большинства технических сплавов. Это связано как с относительным размером атомов C и Fe, так и с их химией.

Атомы углерода как раз нужного размера, чтобы вставлять себя в кристаллическую решетку железа, это достаточно напрягает решетку, чтобы она была несколько тверже и прочнее чистого железа. Однако действительно важной частью является то, что присутствие углерода позволяет термически обрабатывать сталь. Здесь он нагревается выше критической температуры, при которой изменяется кристаллическая структура, и, если он быстро охлаждается, содержание углерода не позволяет ему вернуться к своей «нормальной» структуре при комнатной температуре, а вместо этого образует многофазную структуру, которая сильно нагружена, но химически стабильный и как таковой очень твердый с высокой прочностью на растяжение. Это может быть дополнительно изменено путем контролируемого подогрева, чтобы частично обратить это превращение и получить материал с контролируемой твердостью и ударной вязкостью.

Обратите внимание, что выше приведен краткий обзор, и есть целые книги о подробном поведении сталей, поскольку железоуглеродная система может существовать в нескольких различных состояниях с различными кристаллическими структурами и различными их микроструктурными комбинациями.

Этот тип термической обработки в значительной степени уникален для стали и, безусловно, сильно отличается от поведения большинства сплавов и является результатом специфического взаимодействия между железом и углеродом и зависит от того факта, что железо может существовать как в центре тела, так и в центре лица. кубические кристаллы.

Это также достигается очень низкими концентрациями углерода, обычно менее 1,2% или около того. Фактически, только около 0,7% углерода по массе растворимо в железе, и любой избыток будет иметь тенденцию образовывать карбиды или осаждаться в виде графита (как в чугуне).

Используются различные карбиды металлов (например, карбид вольфрама), но это действительно керамика, а не твердые растворы.

Существует также, по меньшей мере, один тип нержавеющей стали (Н1), который закален в осадок и содержит вместо углерода азот. Это механизм закалки, отличный от углеродистой стали. Целью устранения углерода является повышение коррозионной стойкости, особенно в соленой воде. Я только сталкивался с этим стальным лезвием в ножах. Существуют также низкоуглеродистые нержавеющие стали, но они не отверждаются термической обработкой и предназначены для улучшения свариваемости.

Сталь определяется как сплав железа и углерода; нет такой вещи как цветная сталь. Если вы сплавите какой-то другой металл с углеродом, он станет чем-то иным, чем сталь. Искать сталь без железа - это все равно, что искать медь или бронзу без меди. Вы можете сплавить другие вещи, кроме меди, с цинком, оловом или алюминием, но это не будет медь или бронза.

Что касается других сплавов, содержащих углерод, в этой статье Википедии есть хороший список различных видов сплавов (как вы можете видеть, их много), и, просматривая их, вы увидите, что их нет. много других вещей, которые легированы углеродом, кроме железа. Что касается того, почему это, у меня нет хорошего ответа.

Краткое описание: система Fe-C и, следовательно, сталь, является уникальной благодаря превращению эвтектоида из фазы с высокой растворимостью в фазу с низкой растворимостью, которая обеспечивает широкий спектр микроструктур и свойств, которые можно легко и легко настраивать. Другие переходные металлы первого ряда имеют другое и менее пригодное для использования поведение при легировании углеродом.

Fe-C - единственная система переходного металла-углерода первого ряда, которая имеет эвтектоидное превращение на своей фазовой диаграмме. Преобразование эвтектоида превращает аустенит в феррит и цементит при охлаждении. Аустенит обладает высокой растворимостью в углероде, а феррит имеет низкую растворимость в углероде. Я выбираю переходные металлы первого ряда, поскольку они, как правило, имеют химическое поведение, «близкое» к стальному, с аналогичными затратами, плотностью и другими «очевидными» свойствами (за исключением скандия, который чрезвычайно редок и дорог). и изучение всех 70+ металлов - это достаточный объем работы для этого ответа.

Природа эвтектоидного превращения учитывает множество микроструктур и, следовательно, высокую степень перестраиваемых свойств. Рассмотрим эвтектоидную сталь с аустенизацией и охлаждением с различной скоростью:

• При медленном охлаждении образуется умеренно пластичная, умеренно сильная перлитная микроструктура. Перлит образуется в результате совместного выращивания и роста, так как углерод оставляет аустенит во время его превращения в феррит, образуя чередующиеся ламели из феррита и цементита.
• При умеренно быстром охлаждении и последующем изотермическом выдерживании в течение некоторого времени образуется гораздо более жесткая микроструктура бейнита. Кинетика образования бейнита не совсем понятна, но микроструктура представляет собой менее организованное расположение цементита и феррита, опять же в результате выхода углерода из раствора при превращении аустенита в феррит.
• При очень быстром охлаждении образуется чрезвычайно прочная и твердая мартенситная микроструктура. Образование мартенсита представляет собой процесс без диффузии, в котором углерод задерживается в аустените, в то время как он превращается в структуру ОЦК, искажая решетку в деформированную структуру BCT, которую трудно деформировать дальше, и, следовательно, его высокую прочность. Изменяя количество углерода и творчески подходя к графикам термообработки, можно получить широкий спектр микроструктурных комбинаций.

При соответствующем легировании и термообработке можно получить сталь с остаточным аустенитом, ферритом, перлитом, бейнитом и мартенситом, все в одном материале. Такие сложные микроструктуры невозможны в других системах переходного металла-углерода первого ряда.

Вся широкая термообработанность и широкий спектр микроструктур и свойств полностью обусловлены наличием эвтектоидного превращения, которое переводит фазу с высокой растворимостью в фазу с низкой растворимостью. Само превращение эвтектоида происходит из-за фазового перехода от аустенита (FCC) к ферриту (BCC) и, как следствие, к значительной потере растворимости углерода. Ответ на ваш вопрос фактически нет , нет других сплавов (о которых я знаю), которые ведут себя как сталь во время обработки. Ответ на ваш альтернативный вопрос заключается в том, что углерод оказывает менее полезное и менее пригодное для использования воздействие на другие переходные металлы первого ряда.

Ниже приведены фазовые диаграммы Fe-C, Ni-C и Mn-C для сравнения. Обратите внимание, что фазовая диаграмма Fe-C останавливается при 0,2 a / a C, в то время как остальные переходят на 1,0 a / a C. Ni-C не имеет эвтектоида, только эвтектическое превращение, и, таким образом, может быть только отверждено осадками. Любое другое образование микроструктуры должно происходить во время затвердевания. На фазовой диаграмме Mn-C имеется эвтектоид, но он переходит от фазы с высокой растворимостью к другой фазе с высокой растворимостью, что означает, что в фазе с более низкой температурой будет присутствовать чрезвычайно большое количество углерода (почти 10% по сравнению с C / A). с менее чем 1% C / в стали), что приведет к чрезвычайной хрупкости.

Смотрите комментарии. На основании начальной точки:

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