钢中合金元素的影响-第1章

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字体大小：大　…　中　…　小　jurentg　　　发表于　07…12…11　10：38　　　　　阅读（683）　　　评论（1）　
工业纯铁的塑性很好，但强度很低，一般不能满足实际需要。通常加入Si、Mn等合金钢元素改善钢材性能，以满足实际要求。

　　　　　　另外，钢材在冶炼的过程中不可避免的含有C，S，P等杂质元素。它们的存在，对钢材的性能也有很大影响。

　

1　　对钢材力学性能的影响

1。1　　杂质的影响

1。1。1　　碳的影响

碳与铁可以形成一系列化合物：Fe3C，Fe2C，FeC等。碳能提高钢材的强度和硬度，但会降低钢材的塑性。碳含量增加0。1％，钢材的抗拉强度可提高70MPa，屈服点提高28　MPa。含碳量大于6。67％的合金脆性大，不具有实际使用价值。海洋工程用钢根据碳的含量一般可分为三类（Section　8；　API　RP…2A…WSD；　1994）：

①普通钢。含碳量小于或等于0。4％。最小屈服应力为280MPA。

②高强度钢。碳含量为0。45％或更高。屈服应力在280MPA和360MPA之间。

③对于屈服应力大于360MPA的超高强度钢要限制使用。

1。1。2　　硫的影响

硫通常以FeS的形式存在于钢材中。FeS塑性差，熔点低。钢水结晶时FeS分布于晶界周围。在800　0C~1200　0C时，轧制或铸造会导致晶界开裂，此现象即通常所说的钢的热脆现象。

若钢材中有Mn，则可形成高熔点的MnS（1600　0C）。钢水在结晶时，MnS呈颗粒分布于晶内，这样就可以大大降低硫的危害。

作为有害杂质，钢材中的硫含量通常限制在≤0。04％。

　1。1。3　　磷的影响

钢材中的磷能全部溶于　中，使其在室温下的强度升高，塑性降低，产生冷脆现象。除上述有害方面外，磷对钢材有很高的强化作用。磷提高钢材的屈服强度比镍高10倍，比锰高5倍，比铬高5倍，比铜高2。5倍，比硅高2倍，比钛高1。7倍。磷提高钢材的极限强度比镍高6倍，比锰高5倍，比铬高3倍，比铜高1。1倍，比硅高1。3倍，比钛稍低。此外，磷、铜共存可大大提高抗腐蚀性。

针对磷使钢脆化，冲击韧性降低，生产中一般把磷控制在0。12％以下。钢中加如铝、钛细化晶粒，这样既可消除冷脆，又能提高钢的塑性和韧性。传统上把磷含量控制在≤0。04％。而我国针对磷的有害和有益两方面作用研究出一系列含磷量为0。07％~0。15％的磷钢。

1。1。4　　．氮的影响

氮在　中的溶解能力差，在200~300　0C加热过程中常呈氮化合物析出（时效现象），使钢的强度极限升高，塑性下降，这种现象称为钢的兰脆。除氮的有效方法是在钢中加入铝中进行脱氮处理，是氮固定在氮化铝（AlN）中，这样就消除了产生时效的可能。

1。1。5　　氧的影响

炼钢的过程就是氧化过程，氧化钢中的杂质调整钢中各元素的含量。在氧化的过程中，钢中的一部分氧化成FeO。氧主要以FeO的形式存在于钢中。钢中由于FeO的存在，致使其强度、塑性下降。

一般脱氧程度差的沸腾钢比镇静钢具有更大的时效倾向。通常使用锰钢、硅钢或铝进行脱氧。

1。1。6　　氢的影响

氢在　中的溶解能力差，在　中的溶解能力大。在钢水的结晶过程中，如果冷却速度太快，氢来不及扩散到金属外部而只能聚集在晶体的缺陷处（空位，滑移线，晶界）。聚集的氢将产生很大的压力，是钢材内部出现裂纹（所谓白点）。对于合金钢，氢的影响尤其显著。

　

1。2　　合金元素的影响

最常见的合金元素有Mn（》0。08％）、Si（》0。5％）、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti、Al等。它们对钢材性能的影响见下表：

合金元素的影响

元素
　晶粒大小
　过热的可能性
　淬透性
　退火、正火淬火的温度
　强度和硬度
　塑性
　
C
　　
　增
　增
　降
　增
　降
　
Mn
　稍增
　稍增
　增
　降
　含量增加1％，抗拉强度增加90MPa，屈服点上升82MPa。
　低碳钢中〈1％C不降，高碳钢中降
　
Si
　低含量时减小，2％时增大
　影响小
　增
　增
　含量增加1％，抗拉强度增加10MPa，屈服点上升55MPa。
　降；含量超过0。5％，对冲击韧性不利。
　
Mo
　减小
　影响小
　急增
　增
　增