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西安特种材料各种化学元素对钢材性能的影响
作者:admin    发布日期:2017/3/13     关注次数:      二维码分享

钢是由各种化学成分组成的,铁(Fe)是基本元素,其次是碳(C)和其他元素,各种化学元素对钢材的性能有不同的影响。

①碳(C)

碳是仅次于铁的主要元素,它直接影响钢材的强度、塑性、韧性和焊接性能等。

当钢中含碳量在0.8%以下时,随着含碳量的增加,钢材的强度和硬度提高,而塑性和韧性降低;但当含碳量在1.0%以上时,随着含碳量的增加,钢材的强度反而下降。

随着含碳量的增加,钢材的焊接性能变差(含碳量大于0.3%的钢材,可焊性显著下降),冷脆性和时效敏感性增大,耐大气锈蚀性下降。

②硅(Si)

硅是一种脱氧剂,其脱氧作用比锰强,是钢中的有益元素。硅含量较低时,能提高钢材的强度,而对塑性和韧性无明显影响,但是当硅含量超过0.8%~1.0%时,则塑性下降,特别是冲击韧性显著降低。

含硅量在1%~4%的低碳钢,具有极高的导磁性能,常用于电器工业和矽钢片。但随着硅含量的增加,会降低钢的焊接性能。

西安特种材料

③锰(Mn)

锰是作为脱氧除硫的元素加入钢中的,是钢中的有益元素。

锰具有很强的脱氧去硫能力,它可以和硫结合形成MnS,从而在相当大程度上消除硫的有害影响,显著改善钢材的热加工性能。

同时,锰对碳素钢的力学性能有良好影响,它能提高钢材的硬度、强度和耐磨性。锰含量小于0.8%,能在保持(或只略降)原有的塑性及冲击韧性的条件下,大幅度提高碳素钢的屈服极限及强度极限。

锰对钢的焊接性能也有影响。在含锰量很低时,锰主要起消除热脆性的作用,此时锰对焊接性能的影响,特别是在硫含量略高时,是有益的;但在含锰量远远超过消除热脆性所必需的含量时,多余的锰会显著增加奥氏体的过冷能力,这时锰主要起增加冷裂纹形成的作用,会使得钢的焊接性能变差。

④磷(P)

磷是钢中难去除的有害杂质,会引起钢的冷脆性增加并损坏钢的焊接性能。造成“冷脆”的原因是磷会形成硬脆化合物Fe2P。

另外磷能提高切削性能和抗蚀性,故在易切削或耐候钢中可适当增加磷含量。

西安特种材料加工

⑤硫(S)

硫主要来自炼钢原料,炼钢时难以除尽。硫在钢中是以硫化物夹杂形式存在,对钢的塑性、韧性、焊接性能、厚度方向性能、疲劳性能和耐腐蚀性都有不利影响。

其中危害较大是与铁生成FeS,并形成Fe-FeS二元低熔点共晶体,造成钢在800~1200℃时变脆而易于开裂,即产生"热脆性"。

⑥氧(O)

氧是有害杂质元素,在钢中氧几乎全部以氧化物的形式存在,钢中各种氧化物的总量随着含氧量增加而增加,这些氧化物杂质对钢材力学性能等各方面均有不利影响。

随着钢中含氧量增加,钢的塑性、冲击韧性降低,氧化物夹杂使钢的耐腐蚀性、耐磨性降低,使冷冲压性、锻造加工性及切削加工性变差。

⑦氮(N)

氮对钢材性能的影响与碳、磷相似,随着氮含量的增加,可使钢材的强度显著提高,塑性特别是韧性也显著降低,可焊性变差,冷脆性加剧;同时增加时效倾向及冷脆性和热脆性,损坏钢的焊接性能及冷弯性能。因此,应该尽量减小和限制钢中的含氮量。一般规定氮含量应不高于0.018%。

氮在铝、铌、钒等元素的配合下可以减少其不利影响,改善钢材性能,可作为低合金钢的合金元素使用。

⑧氢(H)

氢也是钢中的有害元素。 与氧、氮一样,气体元素在固态钢中溶解度极小,它们在高温时溶入钢液,冷却时来不及逸出而积聚在组织中形成高压细微气孔,使钢的塑性、韧度和疲劳强度急剧降低,严重时会造成裂纹、脆断,是必须严格控制的有害元素。

⑨铬(Cr)

铬能显著提高钢材强度、硬度和耐磨性,但同时降低塑性和韧性。铬还能提高钢材的抗氧化性和耐腐蚀性,因而是不锈钢和耐热钢的重要合金元素。

⑩镍(Ni)

镍能提高钢的强度,而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力,在高温下有防锈和耐热能力。

⑪钼(Mo)

铝能使钢的晶粒细化,提高淬透性和热强性能,在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力而发生变形叫做蠕变)。结构钢中加入钼,能提高机械性能,还可以抑制合金钢因火而引起的脆性。

⑫钛(Ti)

钛是强脱氧剂,它能使钢的内部组织致密,细化晶粒;降低时效敏感性和冷脆性,改善焊接能。在一些奥氏体不锈钢中加入适量的钛,可避免晶间腐蚀。

⑬钒(V)

钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5%的钒可细化组织晶粒,提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物,在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。

⑭铌(Nb)

铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性,提高强度,但塑性和韧性有所下降。在普通低合金钢中加铌,可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀的能力。铌还可改善焊接性能。在奥氏体不锈钢中加铌,可防止晶问腐蚀现象。

⑮铜(Cu)

铜能提高强度和韧性,并具有良好的抗大气腐蚀性能。缺点是在热加工时容易产生热脆,铜含量超过0.5%时塑性显著降低。当铜含量小于0.5%时对焊接性能无影响。

⑯硼(B)

钢中加入微量的硼就可改善钢的致密性和热轧性能,提高强度。

⑰铝(Al)

铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝,可细化晶粒,提高冲击韧性。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能,铝和铬、硅合用,可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。

⑱钨(W)

钨有二次硬化作用,使钢具有红硬性,提高耐磨性,对钢的淬透性、回火稳定性、力学性能及热强性的影响均与钼相似,稍微降低钢的抗氧化性。

⑲铅(Pb)

铅可以善切削加工性。铅系易切削钢有良好的力学性能和热处理性。由于污染环境以及在废钢回收熔炼过程中的有害作用,铅有被逐渐替代的趋势。

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