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文檔簡介

1、幾種常用合金元素在鋼中的作用 碳(C)一種非金屬元素,無臭無味的固體。無定形碳有焦炭,木炭等,晶體碳有金剛石和石墨。鋼中含碳量增加,屈服點和抗拉強度升高,但塑性和沖擊性降低,當碳量0.23%超過時,鋼的焊接性能變壞,因此用于焊接的低合金結(jié)構(gòu)鋼,含碳量一般不超過0.20%。碳量高還會降低鋼的耐大氣腐蝕能力,在露天料場的高碳鋼就易銹蝕;此外,碳能增加鋼的冷脆性和時效敏感性。 典型的例子是低碳鋼、高碳鋼、高碳鋼力學性能變化。一、硅(Si)在鋼中的作用:1、提高鋼中固溶體的強度和冷加工硬化程度使鋼的韌性和塑性降低。2、硅能顯著地提高鋼的彈性極限、屈服極限和屈強比,這是一般彈簧鋼。3、耐腐蝕性。硅的質(zhì)量

2、分數(shù)為15一20的高硅鑄鐵,是很好的耐酸材料。含有硅的鋼在氧化氣氛中加熱時,表面也將形成一層SiO2薄膜,從而提高鋼在高溫時的抗氧化性。4、磁鋼中的主要合金元素(含量在0.40%范圍內(nèi)時,改善熱裂傾向,含量高時,易形成柱狀晶,增加熱裂傾向)。5、降低鋼的臨界冷卻速度,提高鋼的淬透性缺點:使鋼的焊接性能惡化。二、錳(Mn)在鋼中的作用:1、在低含量范圍內(nèi),對鋼具有很大的強化作用,提高強度、硬度和耐磨性。2、降低鋼的臨界冷卻速度,提高鋼的淬透性。3、稍稍改善鋼的低溫韌性。4、在高含量范圍內(nèi),作為主要的奧氏體化元素。5、錳對提高低碳和中碳珠光體鋼的強度有顯著的作用6、錳對鋼的高溫瞬時強度有所提高。

3、錳鋼的主要缺點是,含錳較高時,有較明顯的回火脆性現(xiàn)象;錳有促進晶粒長大的作用,因此錳鋼對過熱較敏感t在熱處理工藝上必須注意。這種缺點可用加入細化晶粒元素如鉬、釩、鈦等來克服;當錳的質(zhì)量分數(shù)超過1時,會使鋼的焊接性能變壞;錳會使鋼的耐銹蝕性能降低。三、鉻(Cr)在鋼中的作用:1、鉻可提高鋼的強度和硬度。2、鉻可提高鋼的高溫機械性能。3、使鋼具有良好的抗腐蝕性和抗氧化性。4、降低鋼的臨界冷卻速度,提高鋼的淬透性。5、阻止石墨化缺點:鉻是顯著提高鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度;鉻能促進鋼的回火脆性。四、鎳(Ni)在鋼中的作用:1、可提高鋼的強度而不顯著降低其韌性。2、鎳可降低鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度,即可提高鋼的低溫韌性

4、。3、改善鋼的加工性和可焊性。4、鎳可以提高鋼的抗腐蝕能力,不僅能耐酸,而且能抗堿和大氣的腐蝕。五、鉬(Mo)在鋼中的作用:1、鉬對鐵素體有固溶強化作用,提高鋼的強度和硬度。2、提高鋼的耐熱性和高溫強度。3、抗氫侵蝕的作用。4、降低鋼的臨界冷卻速度,提高鋼的淬透性。缺點:鉬的主要不良作用是它能使低合金鉬鋼發(fā)生石墨化的傾向。六、鎢(W)在鋼中的作用:1、提高強度2、提高鋼的高溫強度。3、提高鋼的抗氫性能。4、是使鋼具有熱硬性。因此鎢是高速工具鋼中的主要合金元素。七、釩(V)在鋼中的作用:1、改善熱強性。2、釩能顯著地改善普通低碳低合金鋼的焊接性能。八、鈦(Ti)在鋼中的作用:1、鈦能改善鋼的熱強

5、性,提高鋼的抗蠕變性能及高溫持久強度。2、能提高鋼在高溫高壓氫氣中的穩(wěn)定性。使鋼在高壓下對氫的穩(wěn)定性高達600以上,在珠光體低合金鋼中,鈦可阻止鉬鋼在高溫下的石墨化現(xiàn)象。因此,鈦是鍋爐高溫元件所用的熱強鋼中的重要合金元素之一。九、鈮(Nb)在鋼中的作用:1、鈮和碳、氮、氧都有極強的結(jié)合力,并與之形成相應的極為穩(wěn)定的化合物,因而能細化晶粒,降低鋼的過熱敏感性和回火脆性。2、有極好的抗氫性能。3、鈮能提高鋼的熱強性。十、硼(B)在鋼中的作用:1、提高鋼的淬透性。2、提高鋼的高溫強度。強化晶界的作用。十一、鋁(Al)在鋼中的作用:1、用作煉鋼時的脫氧定氮劑,細化晶粒,抑制低碳鋼的時效,改善鋼在低溫時

6、的韌性,特別是降低了鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度;2、提高鋼的抗氧化性能。曾對鐵鋁合金的抗氧化性進行了較多的研究;4AI即可改變氧化皮的結(jié)構(gòu),加入6A1可使鋼在980C以下具有抗氧化性。當鋁和鉻配合并用時,其抗氧化性能有更大的提高。例如,含鐵50一55、鉻30一35、鋁10一15的合金,在1400C高溫時,仍具有相當好的抗氧化性。由于鋁的這一作用,近年來,常把鋁作為合金元素加入耐熱鋼中。3、此外,鋁還能提高對硫化氫和V2O5的抗腐蝕性。缺點:脫氧時如用鋁量過多,將促進鋼的石墨化傾向;當含鋁較高時其高溫強度和韌性較低。十二、S(硫)在鋼中的作用:1、硫在鋼中以FeS-Fe共晶體存在于鋼的晶粒周界,降低鋼的力

7、學性能,優(yōu)制鋼含硫量一般應限制在0.04%以下。2、在機械制造中,有時為了改善某些鋼的切削加工性能,人為將含硫量提高,以形成硫化物,起中斷基體連續(xù)性的作用。缺點:硫含量的提高,增加鑄件熱裂傾向。十三、氫(H)在鋼中的作用:煉鋼過程中鋼液從爐氣中吸收氫,鋼液中氫的溶解度隨溫度升高而提高,在緩慢凝固條件下,氫以針孔形態(tài)析出??焖倌虝r,析出氫在鐵的晶格內(nèi)造成高應力狀態(tài),導致脆性。十四、氮(N)在鋼中的作用:煉鋼過程中鋼液從爐氣中吸收氮1、鋼液中溶解的氮在凝固過程中因溶解度降低而析出,并與鋼中的Si、Al、Zr等元素化合,生成SiN、AlN、ZrN等氮化物。少量氮化物能細化鋼的晶粒。氮化物多時,會使

8、鋼的塑性和韌性降低。2、氮屬于擴大奧氏體區(qū)元素,在鋼中可部分代替鎳的作用,是鉻錳氮不銹鋼中的合金元素,在超低碳不銹鋼中,可代替碳的作用,提高鋼的強度。十五、氧(O)在鋼中的作用:1、鋼液中溶解的FeO在凝固前溫度降低過程中與鋼液中的碳起反應,生成一氧化碳氣泡,在鑄件中造成氣孔。2、鋼液凝固過程中,F(xiàn)eO因溶解度下降而析出在鋼的晶粒周界處,降低鋼的性能。 鋼鐵中所含元素在鋼鐵應用的作用2008-11-1215:201、磷(P):使鋼產(chǎn)生冷脆和降低鋼的沖擊韌性;但可改善鋼的切削性能。2、硅(Si):能增加鋼的強度、彈性、耐熱、耐酸性及電阻系數(shù)等。冶煉中的脫氧劑能增加鋼的過熱和脫碳敏感性。3、錳(M

9、m):能提高鋼的強度和硬度及耐磨性。冶煉時的脫氧劑和脫硫劑。4、鉻(Cr):能增加鋼的機械性能和耐磨性,可增大鋼的淬火度和淬火后的變形能力。同時又可增加鋼的硬度、彈性、抗磁力和抗強力,增加鋼的耐蝕性和耐熱性等。5、鎳(Ni):可以提高鋼的強度、韌性、耐熱性、防腐性、抗酸性、導磁性等。增加鋼的淬透性及硬度。6、釩(V):可賦于鋼的一些特殊機械性能:如提高抗張強度和屈服點,明顯提高鋼的高溫強度。7、鈦(Ti):可防止和減少鋼中氣泡的產(chǎn)生,提高鋼的硬度、細化晶粒、降低鋼的時效敏感性、冷脆性和腐蝕性。8、銅(Cu):一般如P、S一樣是殘留有害元素。Cu的存在會降低鋼的機械性能,破壞鋼的焊接性能,會使鋼

10、在鍛軋等加工時產(chǎn)生熱脆性。鋼中加入一定量的Cu,可提高鋼的退火硬度,降低成本。若含Cu0.150.25%時,可使鋼的耐大氣腐蝕的性能。9、鋁(Al):(1)低碳結(jié)構(gòu)鋼中0.51%的Al有助于增加鋼的硬度和強度;(2)鉻鉬鋼和鉻鋼中含Al可增加其耐磨性;(3)高碳工具鋼中Al的存在可使產(chǎn)生淬火脆性。10、鎢(W):可提高鋼的蠕變強度,又是鋼中碳化物的強促進劑,每1%的W可提高鋼的抗張強度和屈服點4#215;9.8N/cm,并使其具有回火穩(wěn)定性和高溫強度。11、鉬(Mo):可增加鋼的強度又不致降低鋼的可塑性和韌性,同時又能使鋼在高溫下具有足夠的強度,能改善鋼的冷脆性和耐磨性等。12、鈷(Co):可

11、以提高和改善鋼的高溫性能,增加其紅硬性,提高鋼的抗氧化性和耐蝕性能等。13、鈮(Nb):可使鋼的晶粒細化,降低鋼的過熱敏感性及回火脆性;改善鋼的焊接性能,提高耐熱鋼的強度和抗蝕性等。14、鉭(Ta):提高鋼的質(zhì)量及機械性能,提高合金的熔點、高溫強度、碳化物及相的穩(wěn)定性。15、鋯(Zr):冶煉過程中的除氧、硫、磷劑,Zr、Hf能提高鋼的強度與硬度,尤其是鋼的持久強度及改善鋼的焊接性能。16、稀土(Re):是很好的脫氧、脫硫劑。能消除或見減弱鋼中許多有害元素的影響,改善鋼的質(zhì)量。在不銹耐熱鋼中加入Re可改善鋼的熱加工性能,結(jié)構(gòu)鋼中加入Re可提高其塑性及韌性。17、硼(B):鋼中的“維生素“。能成倍

12、地增加淬火性;增加鋼的硬度和抗張力;改善鋼的焊接性能等。低碳鋼中加入0.14.5%的B,有吸收中子的功能。18、鈣(Ca):可以提高鋼的強度及切削性能。冶煉過程中的凈化劑。(除氧、硫、磷等)常見元素在鋼中的作用在鋼材中添加不同的元素,可以使鋼產(chǎn)生多種類型的產(chǎn)品,下面是一些元素對鋼起的作用的介紹.(1)碳;含碳量越高,鋼的硬度就越高,但是它的可塑性和韌性就越差.相反,含炭量越低,鋼的硬度就越低,但其塑性和韌性就越好.(2)硫;含硫較高的鋼在高溫進行壓力加工時,容易脆裂,通常叫作熱脆性所以說硫是鋼中的有害雜物,(3)磷;但從另方面看,在低碳鋼中含有較高的硫和磷,能使其切削易斷,對改善鋼的可切削性是

13、有利的但在含炭量高的鋼材中,能使鋼的可塑性及韌性明顯下降,特別的在低溫下更為嚴重,這種現(xiàn)象叫作冷脆性在優(yōu)質(zhì)鋼中,硫和磷要嚴格控制(4)錳;能提高鋼的強度,能消弱和消除硫的不良影響,并能提高鋼的淬透性,含錳量很高的高合金鋼(高錳鋼)具有良好的耐磨性和其它的物理性能(5)硅;它可以提高鋼的硬度,但是可塑性和韌性下降,電工用的鋼中含有一定量的硅,能改善軟磁性能(6)鎢;能提高鋼的紅硬性和熱強性,并能提高鋼的耐磨性(7)鉻;能提高鋼的淬透性和耐磨性,能改善鋼的抗腐蝕能力和抗氧化作用(8)釩;能細化鋼的晶粒組織,提高鋼的強度,韌性和耐磨性當它在高溫熔入奧氏體時,可增加鋼的淬透性;反之,當它在碳化物形態(tài)存

14、在時,就會降低它的淬透性(9)鉬;可明顯的提高鋼的淬透性和熱強性,防止回火脆性,提高剩磁和嬌頑力(10)鈦;能細化鋼的晶粒組織,從而提高鋼的強度和韌性在不銹鋼中,鈦能消除或減輕鋼的晶間腐蝕現(xiàn)象(11)鎳;能提高鋼的強度和韌性,提高淬透性含量高時,可顯著改變鋼和合金的一些物理性能,提高鋼的抗腐蝕能力(12)硼;當鋼中含有微量的(0.0010.005)硼時,鋼的淬透性可以成倍的提高(13)鋁;能細化鋼的晶粒組織,阻抑低碳鋼的時效提高鋼在低溫下的韌性,還能提高鋼的抗氧化性,提高鋼的耐磨性和疲勞強度等(14)銅;它的突出作用是改善普通低合金鋼的抗大氣腐蝕性能,特別是和磷配合使用時更為明顯摘要:化學元素

15、對鋼性能的影響,碳素工具鋼(一)生產(chǎn)品種熱軋棒材圓鋼直徑或方鋼邊長8mm80mm段制棒材圓鋼直徑或方鋼邊長50mm150mm.化學元素對鋼性能的影響1、碳(C):鋼中含碳量增加,屈服點和抗拉強度升高,但塑性和沖擊性降低,當碳量0.23%超過時,鋼的焊接性能變壞,因此用于焊接的低合金結(jié)構(gòu)鋼,含碳量一般不超過0.20%。碳量高還會降低鋼的耐大氣腐蝕能力,在露天料場的高碳鋼就易銹蝕;此外,碳能增加鋼的冷脆性和時效敏感性。2、硅(Si):在煉鋼過程中加硅作為還原劑和脫氧劑,所以鎮(zhèn)靜鋼含有0.150.30%的硅。如果鋼中含硅量超過0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能顯著提高鋼的彈性極限,屈服點和抗

16、拉強度,故廣泛用于作彈簧鋼。在調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼中加入1.01.2%的硅,強度可提高1520%。硅和鉬、鎢、鉻等結(jié)合,有提高抗腐蝕性和抗氧化的作用,可制造耐熱鋼。含硅14%的低碳鋼,具有極高的導磁率,用于電器工業(yè)做矽鋼片。硅量增加,會降低鋼的焊接性能。3、錳(Mn):在煉鋼過程中,錳是良好的脫氧劑和脫硫劑,一般鋼中含錳0.300.50%。在碳素鋼中加入0.70%以上時就算“錳鋼”,較一般鋼量的鋼不但有足夠的韌性,且有較高的強度和硬度,提高鋼的淬性,改善鋼的熱加工性能,如16Mn鋼比A3屈服點高40%。含錳1114%的鋼有極高的耐磨性,用于挖土機鏟斗,球磨機襯板等。錳量增高,減弱鋼的抗腐蝕能力,降低焊接

17、性能。4、磷(P):在一般情況下,磷是鋼中有害元素,增加鋼的冷脆性,使焊接性能變壞,降低塑性,使冷彎性能變壞。因此通常要求鋼中含磷量小于0.045%,優(yōu)質(zhì)鋼要求更低些。5、硫(S):硫在通常情況下也是有害元素。使鋼產(chǎn)生熱脆性,降低鋼的延展性和韌性,在鍛造和軋制時造成裂紋。硫?qū)附有阅芤膊焕?,降低耐腐蝕性。所以通常要求硫含量小于0.055%,優(yōu)質(zhì)鋼要求小于0.040%。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。6、鉻(Cr):在結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼中,鉻能顯著提高強度、硬度和耐磨性,但同時降低塑性和韌性。鉻又能提高鋼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

18、。7、鎳(Ni):鎳能提高鋼的強度,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,故應盡量采用其他合金元素代用鎳鉻鋼。8、鉬(Mo):鉬能使鋼的晶粒細化,提高淬透性和熱強性能,在高溫時保持足夠的強度和抗蠕變能力(長期在高溫下受到應力,發(fā)生變形,稱蠕變)。結(jié)構(gòu)鋼中加入鉬,能提高機械性能。還可以抑制合金鋼由于火而引起的脆性。在工具鋼中可提高紅性。9、鈦(Ti):鈦是鋼中強脫氧劑。它能使鋼的內(nèi)部組織致密,細化晶粒力;降低時效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在鉻18鎳9奧氏體不銹鋼中加入適當?shù)拟仯杀苊饩чg腐蝕。10、釩(V):釩是鋼的優(yōu)良脫氧劑。鋼中加0.5%的釩可細化組織晶粒,提高強度和韌性。釩與碳形成的碳化物,在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕能力。11、鎢(W):鎢熔點高,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

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