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钢中常见的元素、夹杂物对钢性能的作用及影响

钢中常见的元素、夹杂物对钢性能的作用及影响


常见元素主要有C、Si、Mn、P、S、N、H、O及其他非金属夹杂物。
        碳(C):

       是对钢的性能影响最大的基本元素。不同的碳含量依据钢中杂质元素含量和轧后冷却条件的不同对于钢的性能影响是不同的,随着钢中碳含量的增加,碳钢在热轧状态下的硬度直线上升,塑性和韧性降低。在亚共析范围内,碳对抗拉强度的影响是,随着碳含量增加,抗拉强度不断提高,超过共析范围后,抗拉强度随碳含量的增加减缓,最后发展到随碳含量的增加抗拉强度降低。另外,含碳量增加时碳钢的耐蚀性降低,同时碳也使碳钢的焊接性能和冷加工(冲压、垃拔)性能变坏。
        硅(Si):

       硅在碳钢的含量≤0.50%。硅也是钢中的有益元素。在沸腾钢中,含硅量很低,硅是作为脱氧元素加入到钢中。在镇静钢中硅的含量一般为0.12~0.37%。硅增大了钢液的流动性,除了形成非金属夹杂外,硅溶于铁素体中。随着硅含量的提高,钢的抗拉强度提高,屈服点提高,伸长率下降,钢的面缩率和冲击韧性显著降低。
        锰(Mn):

       在碳钢中,锰是有益元素。锰是作为脱氧除硫的元素加入到钢中的。对于镇静钢来说,锰可以提高硅和铝的脱氧效果,可以同硫形成硫化锰,相当程度上降低硫在钢中的危害。锰对碳钢的力学性能有良好的影响,它能提高钢热轧后的硬度和强度,原因是锰溶入铁素体中引起固溶强化。因此,精炼过程中要按照技术要求严格稳定控制各炉次的锰含量。
        磷(P):

       一般来说,磷是钢中的有害元素。它来源于矿石和生铁等炼钢原料。磷能提高钢的强度,但使塑性和韧性降低,特别是使钢的脆性转折温度急剧上升,即提高钢的冷脆性(低温变脆)。由于磷的有害影响,同时考虑到磷有较大的偏析,因而对其含量要严格的控制。但是在含碳量比较低的钢种中,磷的冷脆危害比较小。在这种情况下,可以用磷来提高钢的强度,如鞍钢生产的高强度IF钢就需要加入磷。另外,在适当的情况下,还利用磷的其他一些有益作用,如增加钢的抗大气腐蚀能力,如集装箱用钢;提高磁性,如电工硅钢;改善钢材的易切削加工性,减少热轧薄板的粘结等。
         硫(S):

        一般来说,硫是有害元素,他主要来自于炼铁、炼钢时加入的原材料和燃烧产物,二氧化硫。硫最大的为危害是引起钢在热加工时开裂,即产生所谓的热脆。硫能提高钢材的切削加工性,这是硫的有益作用。
        氮(N):

       钢中的氮来自炉料,同时,在冶炼、浇铸时钢液也会从炉气和大气中吸收氮。氮引起碳钢的淬火时效和形变时效,从而对碳钢的性能发生显著的影响。由于氮的时效作用,钢的硬度、强度固然提高,但是塑性和韧性降低,特别是在形变时效的情况下,塑性和韧性的降低比较显著。因此,对于普通低合金钢来说,时效现象是有害的,因而氮是有害元素。但对于一些细晶粒钢以及含钒、铌钢,由于氮化物的强化细化晶粒作用,氮成为有益元素。另外,作为合金元素,氮在不锈耐酸钢中得到应用,此外,氮化处理方法能使机器零件获得极好的综合力学性能,从而使零件的使用寿命延长。
         氢(H):

        钢中的氢是由锈蚀含水的炉料或从含有水蒸气的炉气中吸收的。氢对钢的危害是很大的。一是引起氢脆,即在低于钢材极限应力的作用下,经一定的时间后,在无任何预兆的情况下突然断裂,往往造成灾难性的后果。二是导致钢材内部产生大量细微裂纹缺陷——白点,在钢材纵端面上呈光滑的银白的斑点,在酸洗后的端面上呈较多的发丝状裂纹,白点使钢材的延伸率显著下降,尤其是端面收缩率和冲击韧性降低得更多,有时可能接近于零值。因此具有白点的钢是不能用的,这类缺陷主要发生在合金钢中。
        氧(O)及其他非金属夹杂物:

       氧在钢中的溶解度很低,几乎全部以氧化物夹杂形式存在于钢中,如FeO、AL2O3、MnO、CaO、MgO等。除此之外,钢中还存在FeS、MnS、硅酸盐、氮化物及磷化物等。这些夹杂物破坏了钢的基体的连续性,在静载荷和动载荷的情况下往往成为裂纹的起点。这些非金属夹杂物的各种状态不同程度的影响到钢的各种性能,尤其是对于钢的塑性、韧性、疲劳强度和抗腐蚀性等危害很大。因此,对于非金属夹杂物应严格控制。

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