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常用金屬材料中各種化學(xué)成分的作用及影響(二)
  發(fā)布時(shí)間:2020年09月04日 點(diǎn)擊數(shù):

  2.鋼

  元素在鋼中的作用

  常存雜質(zhì)元素對(duì)鋼材性能的影響

  鋼除含碳以外,還含有少量錳(Mn)、硅(Si)、硫(S)、磷(P)、氧(O)、氮(N)和氫(H)等元素。這些元素并非為改善鋼材質(zhì)量有意加入的,而是由礦石及冶煉過(guò)程中帶入的,故稱(chēng)為雜質(zhì)元素。這些雜質(zhì)對(duì)鋼性能是有一定影響,為了保證鋼材的質(zhì)量,在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)各類(lèi)鋼的化學(xué)成分都作了嚴(yán)格的規(guī)定。

  1)硫

  硫來(lái)源于煉鋼的礦石與燃料焦炭。它是鋼中的一種有害元素。硫以硫化鐵(FeS)的形態(tài)存在于鋼中,F(xiàn)eS和 Fe形成低熔點(diǎn)(985℃)化合物。而鋼材的熱加工溫度一般在1150~1200℃以上,所以當(dāng)鋼材熱加工時(shí),由于 FeS化合物的過(guò)早熔化而導(dǎo)致工件開(kāi)裂,這種現(xiàn)象稱(chēng)為“熱脆”。嘉峪檢測(cè)網(wǎng)認(rèn)為含硫量愈高,熱脆現(xiàn)象愈嚴(yán)重,故必須對(duì)鋼中含硫量進(jìn)行控制。高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼:S<0.02%~0.03%;優(yōu)質(zhì)鋼:S<0.03%~0.045%;普通鋼:S<0.055%~0.7%以下。 

  2)磷

  磷是由礦石帶入鋼中的,一般說(shuō)磷也是有害元素。磷雖能使鋼材的強(qiáng)度、硬度增高,但引起塑性、沖擊韌性顯著降低。特別是在低溫時(shí),它使鋼材顯著變脆,這種現(xiàn)象稱(chēng)"冷脆"。冷脆使鋼材的冷加工及焊接性變壞,含磷愈高,冷脆性愈大,故鋼中對(duì)含磷量控制較嚴(yán)。高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼: P<0.025%;優(yōu)質(zhì)鋼: P<0.04%;普通鋼: P<0.085%。

  3)錳

  錳是煉鋼時(shí)作為脫氧劑加入鋼中的。由于錳可以與硫形成高熔點(diǎn)(1600℃)的 MnS,一定程度上消除了硫的有害作用。錳具有很好的脫氧能力,能夠與鋼中的FeO成為MnO進(jìn)入爐渣,從而改善鋼的品質(zhì),特別是降低鋼的脆性,提高鋼的強(qiáng)度和硬度。因此,錳在鋼中是一種有益元素。一般認(rèn)為,鋼中含錳量在0.5%~0.8%以下時(shí),把錳看成是常存雜質(zhì)。技術(shù)條件中規(guī)定,優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼中,正常含錳量是0.5%~0.8%;而較高含錳量的結(jié)構(gòu)鋼中,其量可達(dá)0.7%~1.2%。

  4)硅

  硅也是煉鋼時(shí)作為脫氧劑而加入鋼中的元素。硅與鋼水中的FeO能結(jié)成密度較小的硅酸鹽爐渣而被除去,因此硅是一種有益的元素。硅在鋼中溶于鐵素體內(nèi)使鋼的強(qiáng)度、硬度增加,塑性、韌性降低。鎮(zhèn)靜鋼中的含硅量通常在0.1%~0.37%,沸騰鋼中只含有0.03%~0.07%。由于鋼中硅含量一般不超過(guò)0.5%,對(duì)鋼性能影響不大。

  5)氧

  氧在鋼中是有害元素。它是在煉鋼過(guò)程中自然進(jìn)入鋼中的,盡管在煉鋼末期要加入錳、硅、鐵和鋁進(jìn)行脫氧,但不可能除盡。氧在鋼中以FeO、MnO、SiO2、Al2O3等夾雜形式,使鋼的強(qiáng)度、塑性降低。尤其是對(duì)疲勞強(qiáng)度、沖擊韌性等有嚴(yán)重影響。

  6)氮

  鐵素體溶解氮的能力很低。當(dāng)鋼中溶有過(guò)飽和的氮,在放置較長(zhǎng)一段時(shí)間后或隨后在200~300℃加熱就會(huì)發(fā)生氮以氮化物形式的析出,并使鋼的硬度、強(qiáng)度提高,塑性下降,發(fā)生時(shí)效。鋼液中加入Al、Ti或V進(jìn)行固氮處理,使氮固定在AlN、TiN或VN中,可消除時(shí)效傾向。

  7)氫

  鋼中溶有氫會(huì)引起鋼的氫脆、白點(diǎn)等缺陷。白點(diǎn)常在軋制的厚板、大鍛件中發(fā)現(xiàn),在縱斷面中可看到圓形或橢圓形的白色斑點(diǎn);在橫斷面上則是細(xì)長(zhǎng)的發(fā)絲狀裂紋。鍛件中有了白點(diǎn),使用時(shí)會(huì)發(fā)生突然斷裂,造成不測(cè)事故。因此,化工容器用鋼,不允許有白點(diǎn)存在。氫產(chǎn)生白點(diǎn)冷裂的主要原因是因?yàn)楦邷貖W氏體冷至較低溫時(shí),氫在鋼中的溶解度急劇降低。當(dāng)冷卻較快時(shí),氫原子來(lái)不及擴(kuò)散到鋼的表面而逸出,就在鋼中的一些缺陷處由原子狀態(tài)的氫變成分子狀態(tài)的氫。氫分子在不能擴(kuò)散的條件下在局部地區(qū)產(chǎn)生很大壓力,這壓力超過(guò)了鋼的強(qiáng)度極限而在該處形成裂紋,即白點(diǎn)。

來(lái)源:嘉峪檢測(cè)網(wǎng)