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對鋼性能產(chǎn)生影響的19種化學(xué)元素

來源:新鄉(xiāng)市天馬工業(yè)爐有限公司 發(fā)布時(shí)間:2019-08-14 03:34 瀏覽次數(shù):

鋼鐵中有著各種各樣的化學(xué)元素,組成成百上千的不同牌號,那么這些化學(xué)元素在鋼材中到底發(fā)揮了些什么作用呢?今天帶您走進(jìn)鋼材中化學(xué)元素的世界。

 

1.碳(Carbon):

碳元素在鋼材中的作用是把雙刃劍,隨著碳含量的增高,材料屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度會逐漸提高,但是可塑形和沖擊性卻會降低。因此碳含量需要根據(jù)不同的材料用途而量身定做。

當(dāng)含碳量超過0.23%時(shí),焊接性能會大幅下滑,使得用于焊接場合的低合金結(jié)構(gòu)鋼的含碳量不能超過0.20%。過高的碳含量也會導(dǎo)致鋼材的耐大氣腐蝕能力下滑,在露天料場的高碳鋼就很容易遭到腐蝕。

碳含量高也不凈是缺點(diǎn),高碳含量能提高鋼的冷脆性和時(shí)效敏感性。

 

2.硅(Silicon):

硅元素作為還原劑和脫氧劑被添加在煉鋼過程中,因此鎮(zhèn)靜鋼中會含有0.15-0.30%的硅,當(dāng)鋼中含硅量超過0.50-0.60%,那么硅就算是合金元素。

硅元素能顯著提升鋼的彈性極限、屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度,故廣泛用于彈簧鋼中,如65Mn和82B這類彈簧鋼就含有0.15-0.37%的硅。在調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼中加入1.0-1.2%的硅,可以提升鋼材15-20%的強(qiáng)度;硅與鉬、鎢、鉻等接合,有提高抗腐蝕性和抗氧化的作用,可制造耐熱鋼;含硅1.0-4.0%的低碳鋼,具有極高的導(dǎo)磁率,用于電器工業(yè)做矽鋼片。

當(dāng)然,硅也不是百利而無一害的,會降低鋼的焊接性能

 

3.錳(Manganese):

在煉鋼過程中,錳是良好的脫氧劑和脫硫劑,一般鋼中含錳0.30-0.50%。在碳素鋼中加入0.70%以上時(shí)就算“錳鋼”,較一般的鋼不但有足夠的韌性,且有較高的強(qiáng)度和硬度,提高鋼的淬性,改善鋼的熱加工性能,如16Mn鋼比A3屈服點(diǎn)高40%。含錳11-14%的鋼有極高的耐磨性,用于挖土機(jī)鏟斗,球磨機(jī)襯板等。

含錳量高也是有缺點(diǎn)的。含錳量較高時(shí),鋼材有較明顯的回火脆性現(xiàn)象;錳元素有促進(jìn)晶粒增長的作用,在熱處理過程中需要注意;當(dāng)錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過1%時(shí),會降低鋼材焊接性能。

 

 4.硫(Sulfur):

硫來源于煉鋼的礦石和燃料焦炭,是鋼材中的一種有害元素。

硫以硫化鐵(FeS)的形態(tài)存在于鋼材中,F(xiàn)eS和Fe形成低熔點(diǎn)(985℃)的化合物,而鋼材的熱加工溫度一般在1150-1200℃,所以當(dāng)鋼材熱加工時(shí),F(xiàn)eS化合物會過早熔化導(dǎo)致工件開裂,這種現(xiàn)象稱為“熱脆”。含硫量越高,熱脆現(xiàn)象越嚴(yán)重,故必須對鋼材中的含硫量進(jìn)行控制。

高級優(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%-0.07%在個(gè)別情況下也會有需要添加硫的情況,比如在鋼中加入0.08-0.20%的硫,可以改善切削加工性,通常稱易切削鋼。

硫?qū)附有阅芤膊焕瑫档湍透g性。

 

5.磷(Phosphorus):

磷是由礦石帶入鋼中的,一般說磷也是有害元素。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"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,故鋼中對含磷量控制較嚴(yán)。高級優(yōu)質(zhì)鋼:P<0.025%;優(yōu)質(zhì)鋼:P<0.04%;普通鋼:P<0.085%。


6.氧(Oxygen):

  氧在鋼中是有害元素。它是在煉鋼過程中自然進(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。尤其是對疲勞強(qiáng)度、沖擊韌性等有嚴(yán)重影響。

 

7.氮(Nitrogen)

  鐵素體溶解氮的能力很低。當(dāng)鋼中溶有過飽和的氮,在放置較長一段時(shí)間后或隨后在200~300℃加熱就會發(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。

  

8.鉻 (Chromium):

在結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼中,鉻能顯著提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性,使鋼材具有良好的的抗氧化性和耐腐蝕性,因而是不銹鋼,耐熱鋼的重要合金元素;還能提高鋼材的淬透性,是很重要的合金元素。

但是鉻也會提高鋼材的脆性轉(zhuǎn)變溫度,提高鋼材的回火脆性,對于加工過程會導(dǎo)致不必要的困擾。

9.鎳(Nickel):

鎳能提高鋼的強(qiáng)度,而又保持良好的塑性和韌性。鎳對酸堿有較高的耐腐蝕能力,在高溫下有防銹和耐熱能力。但由于鎳是較稀缺的資源,故應(yīng)盡量采用其他合金元素代用鎳鉻鋼。

 

 

10.鉬(Molybdenum):

鉬能使鋼的晶粒細(xì)化,提高淬透性和熱強(qiáng)性能,在高溫時(shí)保持足夠的強(qiáng)度和抗蠕變能力(長期在高溫下受到應(yīng)力,發(fā)生變形,稱蠕變)。結(jié)構(gòu)鋼中加入鉬,能提高機(jī)械性能。還可以抑制合金鋼由于火而引起的脆性。在工具鋼中添加鉬元素,則可提高紅性。

 

11.鈦(Titanium):

鈦是鋼中強(qiáng)脫氧劑。它能使鋼的內(nèi)部組織致密,細(xì)化晶粒力;降低時(shí)效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在Cr18Ni9奧氏體不銹鋼中加入適當(dāng)?shù)拟仯杀苊饩чg腐蝕。

12.釩(Vanadium):

釩是鋼的優(yōu)良脫氧劑。鋼中加0.5%的釩可細(xì)化組織晶粒,提高強(qiáng)度和韌性。釩與碳形成的碳化物,在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕能力。

13.鎢(Tungsten):

鎢熔點(diǎn)高,比重大,是貴生的合金元素。鎢與碳形成碳化鎢有很高的硬度和耐磨性。在工具鋼加鎢,可顯著提高紅硬性和熱強(qiáng)性,作切削工具及鍛模具用。

14.鈮(Niobium):

鈮能細(xì)化晶粒和降低鋼的過熱敏感性及回火脆性,提高強(qiáng)度,但塑性和韌性有所下降。在普通低合金鋼中加鈮,可提高抗大氣腐蝕及高溫下抗氫、氮、氨腐蝕能力。鈮可改善焊接性能。在奧氏體不銹鋼中加鈮,可防止晶間腐蝕現(xiàn)象。

15.鈷(Cobalt):

鈷是稀有的貴重金屬,多用于特殊鋼和合金中,如熱強(qiáng)鋼和磁性材料。

 

16.銅(Copper):

武鋼用大冶礦石所煉的鋼,往往含有銅。銅能提高強(qiáng)度和韌性,特別是大氣腐蝕性能。缺點(diǎn)是在熱加工時(shí)容易產(chǎn)生熱脆,銅含量超過0.5%塑性顯著降低。當(dāng)銅含量小于0.50%對焊接性無影響。

 

17.鋁(Aluminum):

鋁是鋼中常用的脫氧劑。鋼中加入少量的鋁,可細(xì)化晶粒,提高沖擊韌性,如作深沖薄板的08Al鋼。鋁還具有抗氧化性和抗腐蝕性能,鋁與鉻、硅合用,可顯著提高鋼的高溫不起皮性能和耐高溫腐蝕的能力。鋁的缺點(diǎn)是影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能。

18.硼(Boron):

鋼中加入微量的硼就可改善鋼的致密性和熱軋性能,提高強(qiáng)度。

 

19.稀土(Rare Earth Element):

 

稀土元素是指元素周期表中原子序數(shù)為57-71的15個(gè)鑭系元素。這些元素都是金屬,但他們的氧化物很象“土”,所以習(xí)慣上稱稀土。鋼中加入稀土,可以改變鋼中夾雜物的組成、形態(tài)、分布和性質(zhì),從而改善了鋼的各種性能,如韌性、焊接性,冷加工性能。在犁鏵鋼中加入稀土,可提高耐磨性。


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