鋼中各種元素的作用

匯聚0005 2016-05-22

展開全文

(1)碳C

碳是影響鑄鋼強度、硬度、韌性及淬透性、耐磨性的至關(guān)重要的元素。碳量過高，熱處理后形成的高碳馬氏體硬度高，但韌性低，且熱處理時易形成裂紋；碳量過低，硬度低，耐磨性不佳。低溫回火的0．2．0．5％C低合金鋼中，拉伸強度與C的重量百分含量保持線性關(guān)系o。(MPa)=2940×C+820這些C在M體中引起間隙固溶強化而達到超高強度，低溫回火時，從M體中共格沉淀出Fe碳化物，但并未引致高強度的再升高。增加C量幾乎傷害強度以外的所有性能，所以在保證強度前提下應盡可能降低其含量。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

硅在低合金高強度鋼中顯示出突出重要的作用。硅在鋼中不形成碳化物，而是以固溶體的形態(tài)存在于鐵素體或奧氏體中。它提高鋼中固溶體的強度，其冷Dn-r變形硬化率的作用極強，僅次于磷，但同時也在一定程度上降低鋼的韌性和塑性。硅的含量若超過％，將顯著降低鋼的塑性、韌性和延展性。硅能顯著提高鋼的彈性極限、屈服極限和屈強比。硅能提高鋼的退火、正火和淬火溫度，降低碳在鐵素體中的擴散速度，增Dn$11的回火穩(wěn)定性。硅還會惡化焊接性。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0.15－0.30%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1.0－1.2%的硅，強度可提高15－20%。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1－4%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

錳是好的脫氧劑和脫硫劑。顯著提高淬透性。錳對鋼的硬度和沖擊韌度影響很大，硬度隨錳含量的提高而上升，沖擊韌度則隨之下降。錳和鐵形成固溶體，提高鋼中鐵素體和奧氏體的硬度和強度；同時又是碳化物形成元素，進入滲碳體中取代一部分鐵原子，錳在鋼中由于降低臨界轉(zhuǎn)變溫度，起到細化珠光體作用，也間接地起到提高珠光體鋼強度的作用。錳還能顯著降低鋼的心l溫度和奧氏體分解速度。但是作為合金元素錳也有它不利的一面。錳含量較高時，有使鋼晶粒粗化的傾向，并增加鋼的回火脆性敏感性。冶煉澆鑄和鍛軋后冷卻不當時，容易使鋼產(chǎn)生白點。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11－14%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，降低焊接性能。

(4)鉻Cr

鉻是耐磨材料的基本元素這一，主要作用是提高鋼的淬透性，同時固溶強化基體，細化組織，顯著改善鋼的抗氧化作用，增加其抗腐蝕的能力，鉻和鐵形成連續(xù)固溶體，與碳形成多種化合物，鉻的復雜碳化物(Cr，Fe)7C3對于鋼的性能有顯著的影響，特別是提高耐磨性，Cr與F e形成金屬間化合物6相(FeCr)。鉻能顯著增加鋼的淬透性，但亦有增加鋼的回火脆性的傾向。鉻提高鋼的回火脆性，降低鋼的馬氏體點Ms。提高強度和硬度。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。

(5)鎳Ni

鎳和碳不形成碳化物，它是形成和穩(wěn)定奧氏體的主要合金元素。在這方面的作用僅次于碳和氮。鎳與鐵以互溶的形式存在于鋼中的O【相和丫相中，使之強化，并通過細化a相中的晶粒，改善鋼的低溫性能，特別是韌性。鎳由于降低臨界轉(zhuǎn)變溫度和降低鋼中各元素的擴散速度，提高鋼的淬透性。鎳在高含量時可顯著改善鋼和合金的一些物理性能。鎳在提高鋼強度的同時，對鋼的韌性、塑性能及其它工藝性能的損害較其它合金元素影響小。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。

(6)鉬Mo

鉬能顯著提高鋼的淬透性，其作用強于鉻而次于錳。提高鋼的硬度和強度，沖擊韌度在中等含量時取得最大值。鉬是中強碳化物形成元素，在鋼中主要以碳化物的形式存在，彌散地分布在基體中強化基體，提高鋼的硬度。但是，隨著鉬含量的提高，鉬碳化物的數(shù)量增多，分布在晶界處的碳化物對基體的割裂作用加強，導致鋼的韌性下降。鉬在鋼中還能夠有效細化鑄態(tài)組織，提高斷面的均勻性；穩(wěn)定提高回火穩(wěn)定性，在相變過程中能減緩馬氏體板狀基體晶界碳化物的析出，從而改善鋼的沖擊韌度，提高綜合性能。與鎳的添加相同，在其中一組成分中添加。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。

(7)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。

(8)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。

(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，可顯著提高紅硬性和熱強性，作切削工具及鍛模具用。

(12)鈮Nb

鈮能細化晶粒和降低鋼的過熱敏感性及回火脆性，提高強度，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。

(13)鈷(Co

鈷是稀有的貴重金屬，多用于特殊鋼和合金中，如熱強鋼和磁性材料。

(14)銅Cu

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