一.生鐵:
生鐵中除鐵外,還含有碳、矽、錳、磷和(hé / huò)硫等元素。這(zhè)些元素對生鐵的(de)功能均有必定的(de)影響。
碳(C):在(zài)生鐵中以(yǐ)兩種形狀存在(zài),一種是(shì)遊離碳(石墨),首要(yào / yāo)存在(zài)于(yú)鑄造生鐵中,另一種是(shì)化合碳(碳化鐵),首要(yào / yāo)存在(zài)于(yú)煉鋼生鐵中,碳化鐵硬而(ér)脆,塑性低,含量恰當可進步生鐵的(de)強度和(hé / huò)硬度,含量過多,則使生鐵難于(yú)削切加工,這(zhè)是(shì)煉鋼生鐵切削功能差的(de)原因。石墨很軟,強度低,它的(de)存在(zài)能添加生鐵的(de)鑄造功能。
矽(Si):能促進生鐵中所含的(de)碳分離爲(wéi / wèi)石墨狀,能去氧,還能削減鑄件的(de)氣眼,能進步熔化生鐵的(de)流動性,下降鑄件的(de)縮短量,但含矽過多,也(yě)會使生鐵變硬變脆。
錳(Mn):能溶于(yú)鐵素體和(hé / huò)滲碳體。在(zài)高爐煉制生鐵時(shí),含錳量恰當,可進步生鐵的(de)鑄造功能和(hé / huò)削切功能,在(zài)高爐裏錳還可以(yǐ)和(hé / huò)有害雜質硫構成硫化錳,進入爐渣。
磷(P):屬于(yú)有害元素,但磷可使鐵水的(de)流動性添加,這(zhè)是(shì)因爲(wéi / wèi)硫減低了(le/liǎo)生鐵熔點,所以(yǐ)在(zài)有的(de)制品内往往含磷量較高。然而(ér)磷的(de)存在(zài)又使鐵添加硬脆性,優良的(de)生鐵含磷量應少,有時(shí)爲(wéi / wèi)了(le/liǎo)要(yào / yāo)添加流動性,含磷量可達1.2%。
硫(S):在(zài)生鐵中是(shì)有害元素,它促進鐵與碳的(de)結合,使鐵硬脆,并與鐵化合成低熔點的(de)硫化鐵,使生鐵産生熱脆性.減低鐵液的(de)流動性,顧含硫高的(de)生鐵不(bù)适于(yú)鑄造細件。鑄造生鐵中硫的(de)含量規則較多不(bù)得超越0.06%(車輪生鐵除外)。
二.鋼:
元素在(zài)鋼中的(de)效果
常存雜質元素對鋼材功能的(de)影響
鋼除含碳以(yǐ)外,還含有少數錳(Mn)、矽(Si)、硫(S)、磷(P)、氧(O)、氮(N)和(hé / huò)氫(H)等元素。這(zhè)些元素并非爲(wéi / wèi)改進鋼材質量有意參加的(de),而(ér)是(shì)由礦石及冶煉過程中帶入的(de),故稱爲(wéi / wèi)雜質元素。這(zhè)些雜質對鋼功能是(shì)有必定影響,爲(wéi / wèi)了(le/liǎo)确保鋼材的(de)質量,在(zài)國(guó)标準中對各類鋼的(de)化學成分都作了(le/liǎo)嚴格的(de)規則。
1)硫
硫來(lái)源于(yú)煉鋼的(de)礦石與燃料焦炭。它是(shì)鋼中的(de)一種有害元素。硫以(yǐ)硫化鐵(FeS)的(de)形狀存在(zài)于(yú)鋼中,FeS和(hé / huò)Fe構成低熔點(985℃)化合物。而(ér)鋼材的(de)熱加工溫度一般在(zài)1150~1200℃以(yǐ)上(shàng),所以(yǐ)當鋼材熱加工時(shí),因爲(wéi / wèi)FeS化合物的(de)過早熔化而(ér)導緻工件開裂,這(zhè)種現象稱爲(wéi / wèi)“熱脆”。含硫量愈高,熱脆現象愈嚴峻,故有必要(yào / yāo)對鋼中含硫量進行操控。優質鋼:S<0.02%~0.03%;優質鋼:S<0.03%~0.045%;普通鋼:S<0.055%~0.7%以(yǐ)下。
2)磷
磷是(shì)由礦石帶入鋼中的(de),一般說(shuō)磷也(yě)是(shì)有害元素。磷雖能使鋼材的(de)強度、硬度增高,但引起塑性、沖擊耐性明顯下降。特别是(shì)在(zài)低溫時(shí),它使鋼材明顯變脆,這(zhè)種現象稱"冷脆"。冷脆使鋼材的(de)冷加工及焊接性變壞,含磷愈高,冷脆性愈大(dà),故鋼中對含磷量操控較嚴。優質鋼:P<0.025%;優質鋼:P<0.04%;普通鋼:P<0.085%。
3)錳
錳是(shì)煉鋼時(shí)作爲(wéi / wèi)脫氧劑參加鋼中的(de)。因爲(wéi / wèi)錳可以(yǐ)與硫構成高熔點(1600℃)的(de)MnS,必定程度上(shàng)消除了(le/liǎo)硫的(de)有害效果。錳具有很好的(de)脫氧才能,可以(yǐ)與鋼中的(de)FeO成爲(wéi / wèi)MnO進入爐渣,從而(ér)改進鋼的(de)品質,特别是(shì)下降鋼的(de)脆性,進步鋼的(de)強度和(hé / huò)硬度。因而(ér),錳在(zài)鋼中是(shì)一種有利元素。一般以(yǐ)爲(wéi / wèi),鋼中含錳量在(zài)0.5%~0.8%以(yǐ)下時(shí),把錳看成是(shì)常存雜質。技能條件中規則,優質碳素結構鋼中,正常含錳量是(shì)0.5%~0.8%;而(ér)較高含錳量的(de)結構鋼中,其量可達0.7%~1.2%。
4)矽
矽也(yě)是(shì)煉鋼時(shí)作爲(wéi / wèi)脫氧劑而(ér)參加鋼中的(de)元素。矽與鋼水中的(de)FeO能結成密度較小的(de)矽酸鹽爐渣而(ér)被除去,因而(ér)矽是(shì)一種有利的(de)元素。矽在(zài)鋼中溶于(yú)鐵素體内使鋼的(de)強度、硬度添加,塑性、耐性下降。鎮靜鋼中的(de)含矽量通常在(zài)0.1%~0.37%,沸騰鋼中隻含有0.03%~0.07%。因爲(wéi / wèi)鋼中矽含量一般不(bù)超越0.5%,對鋼功能影響不(bù)大(dà)。
5)氧
氧在(zài)鋼中是(shì)有害元素。它是(shì)在(zài)煉鋼過程中自然進入鋼中的(de),盡管在(zài)煉鋼晚期要(yào / yāo)參加錳、矽、鐵和(hé / huò)鋁進行脫氧,但不(bù)可能除盡。氧在(zài)鋼中以(yǐ)FeO、MnO、SiO2、Al2O3等夾雜方式,使鋼的(de)強度、塑性下降。尤其是(shì)對疲勞強度、沖擊耐性等有嚴峻影響。
6)氮鐵素體溶解氮的(de)才能很低。當鋼中溶有過飽和(hé / huò)的(de)氮,在(zài)放置較長一段時(shí)間後或随後在(zài)200~300℃加熱會産生氮以(yǐ)氮化物方式的(de)析出(chū),并使鋼的(de)硬度、強度進步,塑性下降,産生時(shí)效。鋼液中參加Al、Ti或V進行固氮處理,使氮固定在(zài)AlN、TiN或VN中,可消除時(shí)效傾向。
7)氫
鋼中溶有氫會引起鋼的(de)氫脆、白點等缺陷。白點常在(zài)軋制的(de)厚闆、大(dà)鍛件中發現,在(zài)縱斷面中可看到(dào)圓形或橢圓形的(de)白色斑駁;在(zài)橫斷面上(shàng)則是(shì)細長的(de)發絲狀裂紋。鍛件中有了(le/liǎo)白點,使用時(shí)會産生突然斷裂,造成意外事故。因而(ér),化工容器用鋼,不(bù)允許有白點存在(zài)。氫産生白點冷裂的(de)首要(yào / yāo)原因是(shì)因爲(wéi / wèi)高溫奧氏體冷至較低溫時(shí),氫在(zài)鋼中的(de)溶解度急劇下降。當冷卻較快時(shí),氫原子(zǐ)來(lái)不(bù)及分散到(dào)鋼的(de)外表而(ér)逸出(chū),在(zài)鋼中的(de)一些缺陷處由原子(zǐ)狀況的(de)氫變成分子(zǐ)狀況的(de)氫。氫分子(zǐ)在(zài)不(bù)能分散的(de)條件下在(zài)局部地(dì / de)區産生很大(dà)壓力,這(zhè)壓力超越了(le/liǎo)鋼的(de)強度極限而(ér)在(zài)該處構成裂紋,即白點。
三.合金鋼
合金鋼中元素的(de)效果
爲(wéi / wèi)了(le/liǎo)合金化而(ér)參加的(de)合金元素,較常用的(de)有矽、錳、鉻、鎳、钼、鎢、釩,钛,铌、硼、鋁等。現分别說(shuō)明它們在(zài)鋼中的(de)效果。
1)矽
①進步鋼中固溶體的(de)強度和(hé / huò)冷加工硬化程度使鋼的(de)耐性和(hé / huò)塑性下降;
②矽能明顯地(dì / de)進步鋼的(de)彈性極限、屈從極限和(hé / huò)屈強比;
③耐腐蝕性。矽的(de)質量分數爲(wéi / wèi)15%一20%的(de)高矽鑄鐵,是(shì)很好的(de)耐酸資料。含有矽的(de)鋼在(zài)氧化氣氛中加熱時(shí),外表也(yě)将構成一層SiO2薄膜,從而(ér)進步鋼在(zài)高溫時(shí)的(de)抗氧化性。
缺陷:使鋼的(de)焊接功能惡化。
2)錳
①錳能進步鋼的(de)淬透性。
②錳對進步低碳和(hé / huò)中碳珠光體鋼的(de)強度有明顯的(de)效果。
③錳對鋼的(de)高溫瞬時(shí)強度有所進步。
缺陷:
①含錳較高時(shí),有較明顯的(de)回火脆性現象;
②錳有促進晶粒長大(dà)的(de)效果,因而(ér)錳鋼對過熱較敏感t在(zài)熱處理工藝上(shàng)有必要(yào / yāo)留意。這(zhè)種缺陷可用參加細化晶粒元素如钼、釩、钛等來(lái)克服:
③當錳的(de)質量分數超越1%時(shí),會使鋼的(de)焊接功能變壞
3)鉻在(zài)鋼中的(de)效果
①鉻可進步鋼的(de)強度和(hé / huò)硬度。
②鉻可進步鋼的(de)高溫機械功能。
③使鋼具有傑出(chū)的(de)抗腐蝕性和(hé / huò)抗氧化性
④阻撓石墨化
⑤進步淬透性。
缺陷:
①是(shì)明顯進步鋼的(de)脆性改變溫度
②鉻能促進鋼的(de)回火脆性。
4)鎳在(zài)鋼中的(de)效果
①可進步鋼的(de)強度而(ér)不(bù)明顯下降其耐性;
②鎳可下降鋼的(de)脆性改變溫度,即可進步鋼的(de)低溫耐性;
③改進鋼的(de)加工性和(hé / huò)可焊性;
④鎳可以(yǐ)進步鋼的(de)抗腐蝕才能,不(bù)隻能耐酸,而(ér)且能抗堿和(hé / huò)大(dà)氣的(de)腐蝕。
5)钼在(zài)鋼中的(de)效果
①钼對鐵素體有固溶強化效果。
②進步鋼熱強性
③抗氫腐蝕的(de)效果。
④進步鋼的(de)淬透性。
缺陷:
钼的(de)首要(yào / yāo)不(bù)良效果是(shì)它能使低合金钼鋼産生石墨化的(de)傾向。
6)鎢在(zài)鋼中的(de)效果
①進步強度
②進步鋼的(de)高溫強度。
③進步鋼的(de)抗氫功能。
④是(shì)使鋼具有熱硬性。因而(ér)鎢是(shì)高速工具鋼中的(de)首要(yào / yāo)合金元素。
7)釩在(zài)鋼中的(de)效果
①熱強性。
②釩能明顯地(dì / de)改進普通低碳低合金鋼的(de)焊接功能。
8)钛在(zài)鋼中的(de)效果
①钛能改進鋼的(de)熱強性,進步鋼的(de)抗蠕變功能及高溫持久強度;
②并能進步鋼在(zài)高溫高壓氫氣中的(de)安穩性。使鋼在(zài)高壓下對氫的(de)安穩性高達600℃以(yǐ)上(shàng),在(zài)珠光體低合金鋼中,钛可阻撓钼鋼在(zài)高溫下的(de)石墨化現象。因而(ér),钛是(shì)鍋爐高溫元件所用的(de)熱強鋼中的(de)重要(yào / yāo)合金元素之(zhī)一。
9)铌在(zài)鋼中的(de)效果
①铌和(hé / huò)碳、氮、氧都有極強的(de)結合力,并與之(zhī)構成相應的(de)極爲(wéi / wèi)安穩的(de)化合物,因而(ér)能細化晶粒,下降鋼的(de)過熱敏感性和(hé / huò)回火脆性。
②有極好的(de)抗氫功能。
③铌能進步鋼的(de)熱強性
10)硼在(zài)鋼中的(de)效果;
①進步鋼的(de)淬透性。
②進步鋼的(de)高溫強度。強化晶界的(de)效果。
11)鋁在(zài)鋼中的(de)效果
①用作煉鋼時(shí)的(de)脫氧定氮劑,細化晶粒,按捺低碳鋼的(de)時(shí)效,改進鋼在(zài)低溫時(shí)的(de)耐性,特别是(shì)下降了(le/liǎo)鋼的(de)脆性改變溫度;
②進步鋼的(de)抗氧化功能。曾對鐵鋁合金的(de)抗氧化性進行了(le/liǎo)較多的(de)研讨;4%AI即可改變氧化皮的(de)結構,參加6%A1可使鋼在(zài)980C以(yǐ)下具有抗氧化性。當鋁和(hé / huò)鉻合作并用時(shí),其抗氧化功能有更大(dà)的(de)進步。例如,含鐵50%一55%、鉻30%一35%、鋁10%一15%的(de)合金,在(zài)1400C高溫時(shí),仍具有相當好的(de)抗氧化性。因爲(wéi / wèi)鋁的(de)這(zhè)一效果,近年來(lái),常把鋁作爲(wéi / wèi)合金元素參加耐熱鋼中。
③此外,鋁還能進步對硫化氫和(hé / huò)V2O5,的(de)抗腐蝕性。
缺陷:
①脫氧時(shí)如用鋁量過多,将促進鋼的(de)石墨化傾向。
②當含鋁較高時(shí),其高溫強度和(hé / huò)耐性較低。
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