钢中化学元素对性能的影响

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钢中化学元素对性能的影响
钢的化学成分是控制钢材性能变化的内因,钢材的生产工艺条件是影响钢材性能的外因。在实际生产中可以在规定范围内适当选择成分会计师来满足性能要求,也可以通过不同生产工艺制度,特别是控制轧制、控制冷却及热处理来改善钢材性能。
1、碳对钢性能的影响
碳主要以碳化物形式存在于钢中,碳是决定钢的强度的主要元素。碳含量升高时,强度、硬度提高,而塑性、韧性和冲击降低,冷脆倾向性和时效倾向性提高。随着钢中含碳量提高,焊接性能显著下降,因此,用于焊接结构的低合金高强度钢,含碳量不超过0.25%,一般应不大于0.20%。碳含量高低对热处理制度的确定有很大影响。
2、硅对钢性能的影响
硅能显著提高强度,可提高钢的抗腐蚀能力和抗高温氧化能力。对小于0.8—1.0%的硅,虽使钢延利率、收缩率和冲击韧性有所降低,但不显著。硅含量过高至1—3%时,钢变脆,使冷脆转变温度提高,使钢的时效敏感性提高。硅作为硅钢的主要成分能降低铁损,增加磁感
应强度。
3、锰对钢性能的影响
锰常作为脱氧剂或合金元素加入钢中,与钢水中的SO反应生成的热流道模具MnSmi.10bt.infodcdc电路MnO熔点较高且易上浮排除,可消除FeOFeS引起的热脆,改善了结构钢的热加工性能,一般要求Mn/S大于10倍,锰还可降低冷脆性,可溶下地渗碳体形成碳化物[Mn3led日光灯灯座C;(FeMn)3C],增加钢的强度。通常,愿意用低碳高锰钢作焊接结构钢,一般情况下Mn/C比值越大(达2.5 以上),钢的低温韧性越好。当Mn0.80—1.0%以下时,几乎不降低钢的塑性和韧性,甚至对后者还有所提高。当Mn超出1.0%时,在提高可度的同时降低钢的塑性和韧性。当Mn鞋楦机在2.0%以下时,对焊接性能影响不大,继续增加时,焊接性能变坏。锰能提加钢的淬透性、碉磨性。
4、磷对钢性能影响
磷在钢中以Fe3PFe2P形态存在。溶于纯铁的磷,能使铁的晶粒急剧歪扭,因而使钢的强度、硬度增高,但塑性、韧性下降,尤其在低温时韧性降低得最厉害,这种现象称为“冷脆”。磷是仅次于硫偏析最大的元素(偏析指化学成分不均匀性大、易浓集)。
磷可降低硅钢铁损改善电磁性能,防止叠轧钢板粘结,提高钢的抗腐蚀性(大气、每水、弱碱)以及建筑钢的强度。硫、磷可提高易切削钢加工性能,提高切削速度和加工工件的表面光洁度。PCu胃电图仪共存,可提高钢材暴露于大气时的耐蚀性,常在钢中加入0.1%左右P0.35%左右Cu作为耐候钢。°
5、硫对钢性能影响
S在钢中以FeSMnS形态存在。当钢水凝固时,FeSS形成低熔点共晶体,熔点为985oC,冷却时最后凝固,并呈网状薄膜分布在晶粒边界处。含硫高的钢在热轧温度下(800 oC—1200 oC)在横向产生裂纹,称为热脆。硫能显著降低钢的冲击韧性、抗腐蚀性、耐磨性,增加钢板纵横向性能差异。容易形成硫化物的层状偏析。
6、铝对钢性能影响
冶炼低碳钢时为使钢水脱氧完全脱氧必须加铝,同时铝加入钢中后可与氧和氮结合生成颗粒细小的Al2O3AIN,它的熔点高于钢,在钢水凝固过程中和钢材热加工过程中可以起到阻止晶粒长大,从而细化晶粒,使钢材具有良好的冲击韧性,一般作为脱氧剂加入,由于
加量不多又不和碳起直接作用,因此对钢强度影响不大。
7、钒对钢性能影响
钒具有较强的脱氧能力,并且与CN也有较强的亲和力,形成极为稳定的碳化物和氮化物,所开成的碳化钒V4CN4沉淀能强化铁素体和阻碍晶粒长大,因而能有效提高钢的强度,而塑性韧性的减少却不大,钒的碳化物是金属碳化物中最硬和最耐磨的,因此,钒能提高钢的强度和耐磨性。在适当轧制工艺或热处理条件下,钒可提高钢的韧性和降低脆性转变温度,钒可减少钢的时效敏感性,钒有增加焊接后的淬硬倾向。
8、钛对钢性能影响
钛是强脱氧元素,其非金属夹杂物比铝脱氧少,能与氮、氢、氧结合成稳定的化合物,降低钢中有害气体;能减少硫偏析和磷高引起的脆裂倾向。
加入少量的钛,可以提高钢的屈服点和极限强度,细化晶粒提高韧性,降低时效敏感性和冷脆性,同时钢的塑性稍有降低。加入大量的钛,特别是钢中碳含量较高以及有其它强化元素存在时,强度迅速提高,塑性和韧性急剧下降。钛是最强的碳化物形成元素,可显著
提高晶粒长大温度。钛可改善钢的焊接性的耐海水腐蚀能力。
9、稀土对钢性能影响
稀土具有较好的脱氧、脱硫和变质处理效果,可以提高钢的韧性(特别是低温韧性),改善钢材和各向异性,提高热强性,减小白点敏感性。稀土对强度没有明显提高
10、铜对钢性能的影响
铜在0.5%以下时对强度提高不大,但塑性、韧性有所改善。铜能显著提高钢的耐腐蚀特别是耐大气腐蚀能力,缺点是热加工是时易产生热脆。国在为铜的熔点低于钢坯加工,加热后富集于晶粒界下,破坏和减弱了钢的晶粒界的强度,致使钢的表面容易产生网裂(又称铜裂)。采取恰当的加热制度,控制炉内气氛(中性或弱氧化性)和加入合金元素(镍和稀土)可以减弱和消除这种坏影响。
11、铬对钢性能的影响
铬能细化晶粒,提高强度,并且在热处理进,能显著提高钢的淬透性,但也有增加钢的回
火脆性倾向。钢中加入12%铬时,在无其它抗腐蚀元素条件,具有显著的抗硝酸腐蚀和抗氧化能力。铬和镍一样是不锈钢的主要元素。
12、硼对钢性能的影响
微量硼(0.005%)可以大大提高钢的淬透性,多用于保证淬透性的调质结构钢。与钼配合使用构成贝氏体的主要类型。硼对钢的常温机械影响不大,但韧性有所降低。硼能提训钢的热强性能。
13、铌对钢的性能的影响
与钒类似,与CNO有极强的亲和力,形成稳定抡合物,铌用于奥氏体不锈钢以固定其中碳,从而提高其抗晶间冷腐蚀能力。碳化铌沉淀强化了铁素体,细化了晶粒,有效提高了,但同时塑性和韧性下降。
14、镍对钢的性能影响
镍是一种有一定抗腐蚀能力的元素。特别是在钢中含铬很高时(超过15—20%)对硫酸和盐酸有很高的抗腐蚀能力,但不抵抗硝酸的腐蚀。
15、氧化钢性能的影响
氧化固态铁中溶解度很小,多形成氧化物夹杂,使切削加工性能变坏,并使钢变脆。同时,氧还能降低钢的机械性能,特别是钢的疲劳强度和冲击韧性。另外FeOFeS950 oC形成低熔点共晶体,热脆性很大。氧含量超过0.003%时脆性转变温度迅速提高,当超过0.003%后,脆性转变温度与含氧量成正例升高。氧对伸长率、断面收缩率和冲击值都有不利影响,对切削加工和焊接也不利。
16、氢对钢性能和影响
钢中氢为原料和炉气水分在高温下分解成氢原子后溶解于钢中,当温度下降时,氢在钢中溶解度下降,氢原子便析集在枝晶间或夹杂物聚集或疏松空隙处,并结合成氢分子,分子状态的氢不能向它处扩散,产生巨大压力。在相变应力和热应力联合作用下,当其析集压力(可达1800Mpa)超过该钢的强度极限时,即产生细裂纹(发纹)或形成应力区,在钢进行轧制时极易产生裂纹,使钢的机械性能(特别是塑性)极端恶化,甚至断裂。在钢的断口上由氢引起裂纹的部位常呈银白圆点,称炒“白点”。此外,氢还降低钢的塑性和冲击韧性。因此应采取措施降低钢中氢含量,包括:完全干燥的炉料和耐材,钢包烘烤,真
空处理等。顶吹转炉由于吹炼过程熔池搅拌良好,钢液有较强的排气能力,因而其氢含量比平炉、电炉低,而且远低于产生白点的含氢临界值4.5毫升/100克。
17、氮对钢性能的影响
氮在钢液中的溶解度大大高于凝固钢中溶解度,钢液凝固时氮来不及排除,形成过饱和状态,所生产钢材在常温下长时间放置氮 原子慢慢从钢的晶粒中析出,使钢材硬化变脆,这就是钢的时效硬化,便钢材变废,在存在VAlTiNb等元素时可形成稳定的氮化物,减少溶解氮含量,从而大大减缓钢的时效硬化倾向。钢中的氮降低了钢的韧性、塑性和焊接性能、导电率、导磁率及增加磁滞损失,因此除耐热及不锈钢外,氮是和种有害元素。国标要求普碳钢和优质钢中氮含量不大于0.008%

本文发布于:2023-05-15 00:15:54,感谢您对本站的认可!

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