鋼中的雜質(zhì)元素

1、鋼中不可能除盡所有的雜質(zhì)在鋼的冶煉過程中，不可能除盡所有的雜質(zhì)，所以實際使用的碳鋼中除碳以外，還含有少量的錳、硅、硫、磷、氧、氫、氮等元素，它們的存在，會影響鋼的質(zhì)量和性能。錳和硅的影響l 錳和硅是煉鋼過程中必須加入的脫氧劑，用以去除溶于鋼液中的氧。l 它還可把鋼液中的FeO還原成鐵，并形成MnO和。l 錳除了脫氧作用外，還有除硫作用，即與鋼液中的硫結(jié)合成MnS，從而在相當(dāng)大程度上消除硫在鋼中的有害影響。l 這些反應(yīng)產(chǎn)物大部分進入爐渣， 小部分殘留于鋼中，成為非金屬夾雜物。l 脫氧劑中的錳和硅總會有一部分溶于鋼液中，冷至室溫后即溶于鐵素體中，提高鐵素體的強度。l 此外，錳還可以溶入滲碳體中，形

2、成 錳和硅的固溶強化作用鐵素體提高鋼的強度和硬度l 錳對碳鋼的機械性能有良好的影響，它能提高鋼的強度和硬度，當(dāng)含錳量不高<0.8%時，可以稍微提高或不降低鋼的塑性和韌性。l 錳提高強度的原因是它溶入鐵素體而引起的固溶強化，并使鋼材在軋后冷卻時得到層片較細、強度較高的珠光體，在同樣含錳量和同樣冷卻條件下珠光體的相對量增加。l 硅溶于鐵素體后有很強的固溶強化作用，顯著提高鋼的強度和硬度，但含量較高時，將使鋼的塑性和韌性下降。硫的影響來源：硫是鋼中的有害元素，它是在煉鋼時由礦石和燃料帶到鋼中來的雜質(zhì)。存在形式：從FeS相圖4.25可以看出，硫只能溶于鋼液中，在固態(tài)鐵中幾乎不能溶解，而是以FeS

3、夾雜的形式存在于固態(tài)鋼中。熱加工開裂即熱脆：1. 硫的最大危害是引起鋼在熱加工時開裂，這種現(xiàn)象稱為熱脆2. 造成熱脆的原因是由于FeS的嚴(yán)重偏折3. 即使鋼中含硫量不算高，也會出現(xiàn)Fe+FeS共晶4. 鋼在凝固時，共晶組織中的鐵依附在先共晶相一鐵晶體上生長，最后把FeS留在晶界處，形成離異共晶。共晶的熔化溫度很低989度， 而熱加工的溫度一般為11501250度，這時位于晶界上的共晶已處于熔融狀態(tài)，從而導(dǎo)致熱加工時開裂5. 如果鋼液中含氧量也高，還會形成熔點更低的（940度）三相共晶，其危害性更大防止熱脆的方法和原理：防止熱脆的方法是往鋼中加入適當(dāng)?shù)腻i。由于錳與硫的化學(xué)親合力大于鐵與硫的化學(xué)親

4、合力，所以在含錳的鋼中，硫便與錳形成MnS，避免了FeS的形成。MnS的熔點為1600度，高于熱加工溫度，并在高溫下具有一定的塑性，故不會產(chǎn)生熱脆。在一般工業(yè)用鋼中含錳量常為含硫量的510倍熱裂紋和氣孔縮松：此外，含硫量高時，還會使鋼鑄件在鑄造應(yīng)力作用下產(chǎn)生熱裂紋，同樣，也會使焊接件在焊縫處產(chǎn)生熱裂紋。在焊接時產(chǎn)生的S02氣體，還使焊縫產(chǎn)生氣孔和縮松。硫能提高鋼的切削加工性能在易削鋼中，同時含錳磷的影響來源：般說來，磷是有害的雜質(zhì)元素，它是由礦石和生鐵等煉鋼原料帶入的。存在形式從鐵磷相圖4.25可以看出，無論是在高溫，還是在低溫，磷在鐵中具有較大的溶解度，所以鋼中的磷一般都固溶于鐵中。冷脆和偏

5、析：1. 磷具有很強的固溶強化作用，它使鋼的強度、硬度顯著提高，但劇烈地降低鋼的韌性，尤其是低溫韌性，稱為冷脆。磷的有害影響主要就在于此。2. 此外，磷還具有嚴(yán)重的偏析傾向，并且它在和中的擴散速度很小，很難用熱處理的方法予以消除。在一定條件下磷也具有一定的有益作用例如由于它降低鐵素體的韌性，可以用來提高鋼的切削加工性，與銅共存時可以顯著提髙鋼的抗大氣腐蝕能力。氮的影響氮的淬火時效：氮在中的溶解度在591度時最大，約為0.1%。隨著溫度的降低，溶解度急劇下降，在室溫時小于0.001%，如果將含氮較高的鋼從高溫急速冷卻下來（淬火）時，就會得到氮在中的過飽和固溶體，將此鋼材在室溫下長期放置或稍加熱時

6、，教就逐漸以氮化鐵的形式從鐵素體中析出，使鋼的強度硬度升高，塑性韌性下降，使鋼材變脆，這種現(xiàn)象叫做淬火時效。氮的應(yīng)變時效：另外，含有氮的低碳鋼材經(jīng)冷塑性變形后，性能也將隨著時間而變化，即強度硬度升高， 塑性韌性明顯下降，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變時效不管是淬火時效還是應(yīng)變時效對低碳鋼材性能的影響都是十分有害的兩種時效的防止和AlN細化晶粒：解決的方法是往鋼中加入足夠數(shù)量的鋁，鋁能與氮結(jié)合成AlN、這樣就可以減弱或完全消除這兩種在較低低溫度下發(fā)生的時效現(xiàn)象。此外，AlN還阻礙加熱對奧氏體晶粒的長大，從而起細化晶粒作用。氫的影響氫的來源：鋼中的氫是由銹蝕含水的爐料或從含有水蒸氣的爐氣吸入的。此外，在含氫的還

7、原性氣氛中加熱鋼材、酸洗及電鍍等，氫均可被鋼件吸收，并通過擴散迸入鋼內(nèi)。氫對鋼的危害是很大的：一是引起氫脆即在低于鋼材強度極限的應(yīng)力作用下，經(jīng)一定時間后，在無任何預(yù)兆的情況下突然斷裂，往往造成災(zāi)難性的后果。鋼的強度越高，對氫脆的敏感性往往越大。二是導(dǎo)致鋼材內(nèi)部產(chǎn)生大量細微裂紋缺陷白點在鋼材縱斷面上呈光滑的銀白色的斑點，在酸洗后的橫斷面上則呈較多的發(fā)絲狀裂紋，如圖4.27所示白點對性能的影響白點使鋼材的延伸率顯著下降，尤其是斷面收縮率和沖擊韌性降低得更多，有時可接近于零值。因此具有白點的鋼是不能使用的。這些缺陷上主要發(fā)生在合金鋼中氧及其它非金屬夾雜物的影響氧化物和非金屬夾雜物舉例：1. 氧在鋼中的溶解度非常小，幾乎全部以氧化物夾雜物的形式存在于鋼中，如等2. 除此之外，鋼中往往還存在硫化鐵、硫化錳, 硫酸鹽，氮化物及磷化物非金屬夾雜物的影響：1. 這些非金屬夾雜物破壞了鋼的基體的連續(xù)性,在靜載荷和動載荷的作用下，往往成為裂紋的起點。2. 它們的性質(zhì)，大小、數(shù)量及分布狀態(tài)不同程度地彩響著鋼的各種性能，尤其是對鋼的