Role of alloying elements

Kol har en stor effekt i det temperaturområde inom vilket övre och undre bainit bildas. Bs - temperaturen sänks av många legeringselement, men kol har det största inflytandet, som visas av följande empiriska ekvation:

Bs (°C) = 830 - 270C - 90Mn - 37Ni - 70Cr - 83Mo

där alla sammansättningar är i vikts%. Kol har en mycket större löslighet i austenit än i ferrit och är en mycket kraftfull austenitstabilisator, vilket leder till allmän uppbromsning av reaktionskinetiken. Andelen karbider som återfinns i den slutliga mikrostrukturen ökar i proportion till kolhalten, så denna halt måste hållas under 0.4 vikts% för att försäkra sig om pålitliga mekaniska egenskaper. Vi har redan sett att en ökning av kolhalten gör det lättare för undre bainit att bildas, på grund av att det blir svårare att avkola plattor med övermättad bainitisk ferrit innan cementitutskiljningen börjar.

I rena kolstål skyddas bainitreaktionen kinetiskt genom ferrit- och perlitreaktionerna, som startar vid högre temperaturer och kortare tider. I kontinuerligt kylda prov är det därför svårt att få en bainitisk struktur. Även vid isoterma omvandlingar uppstår svårigheter om, till exempel, ferritreaktionen är speciellt snabb. Tillsats av metalliska legeringselement resulterar vanligen i en uppbromsning av ferrit- och perlitreaktionerna. Dessutom pressas bainitomvandlingen ner mot lägre temperaturer. Detta ger ofta en större uppdelning av reaktionerna. TTT-kurvorna för många legerade stål uppvisar mycket mer klart separerade C-kurvor för perlit- och bainitreaktionerna. Det är dock fortfarande svårt att få en helt bainitisk struktur på grund av dess närhet till martensitreaktionen.

Ett mycket effektivt sätt att isolera bainitomvandlingen i lågkolhaltiga stål har man funnit vara att tillsätta cirka 0.002 viktsprocent lösligt bor till ett stål med 0.5 viktsprocent Mo. Medan det rena Mo-stålet gynnar bainitomvandlingen, bromsar bor kraftigt ferritomvandlingen, sannolikt genom segregation till förutvarande austenitkorngränser. Detta tillåter bainitomvandlingen att äga rum vid kortare tider. Samtidigt påverkas knappt C-kurvan av tillsatsen av bor, så martensitbildningen gynnas inte. På så sätt kan helt bainitiska stål erhållas för ett flertal svalningshastigheter.