钢铁材料基础相关知识.ppt

* 一、有害元素 2、磷（P） 一般来说，磷是有害杂质元素。钢中含磷高时，会引起钢的“冷脆”（即在常温或低温条件下出现钢的脆裂或断裂现象），降低钢的塑性和冲击韧性，并使焊接性能变坏、冷弯性能变差。由于磷的有害影响，同时考虑到磷有比较大的偏析，因而对其含量要严格加以限制。磷来源于矿石和生铁等炼钢原料。 在含碳量比较低的钢中，磷的冷脆危害较小。在这种情况下可以利用磷来提高钢的强度，如含磷汽车板。此外，在适当情况下，还利用磷的其它一些有益作用，如增加钢的抗大气腐蚀能力(常加入0.07～0.12%的磷)，提高磁性，改善钢材的切削加工性(在易削钢中常加入0.08～0.15%的磷)，减少热轧薄板的粘结等。 * 一、有害元素 3、氧(O) 氧是炼钢中不可缺少的元素，但是氧与其他许多元素亲和力强，易在钢中形成各种夹杂物，这对于钢的性能不利。另外，如果氧含量过高也会影响其他元素的效果。因此需要用Al和Si脱氧。 4、氮（N） 氮主要使钢产生时效或“老化”。对钢的影响与磷相似，它能引起钢的冷脆。在1600℃时，溶解度达0.04%，而在室温时为0.001%，因此，氮在室温下要从钢中析出，由于氮在低温时很稳定，钢中氮不是以气态逸出，而是呈固态氮化物析出，从而，引起金属晶格扭曲和巨大内应力，恶化了钢的塑性、韧性。由于氮析出很缓慢，故对性能的影响也是逐渐的，这就是我们平时所说的时效或“老化”。氮含量越高，“老化”或时效越历害，它使钢的硬度增加，脆性增加。利用这种特性，也可以生产时效硬化钢。 * 一、有害元素 5、氢（H） 氢与其他元素相比，虽然在钢中含量较低，但对钢的危害很大。使钢产生裂缝、发纹、白点、层片状断口等缺陷。氢在液态钢中比在固态钢中的溶解度大得多，在凝固过程中会析出。在固态钢的冷却过程中，还会继续扩散析出。在显微孔隙，在夹杂物附近或晶界小孔中聚集，形成分子，因H2分子较大，不具备穿过晶格继续扩散的能力，因而在氢分子聚集的地方引起内应力。当内应力与组织应力、热应力、变形应力共同作用超过抗张强度，就会产生裂缝。同时还会使钢产生发纹、白点、层片状断口等缺陷，还会增加钢的脆性，重轨要在缓冷坑缓冷，就是为了让钢中的氢在一定温度下析出，从而提高重轨的质量。如果进行真空处理，则此工序可不进行。 * 二、合金元素 1、碳（C） 碳是决定碳钢性能的主要元素。随着钢中碳含量增加，钢的强度和硬度增加塑性降低，使钢的冷脆倾向和时效倾向提高，当碳含量超过0.23%时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接结构的钢，含碳量一般不宜超过0.20%。提高碳含量还会降低钢的耐大气腐蚀性能。因此，碳在钢中的主要作用是提高强度，对其它性能都是不利的，所以在低合金高强度钢中，在保证一定强度的条件下，降低碳含量是有利的。 在过共析范围内，抗拉强度的变化是因为先共析渗碳体量增多，并沿原奥氏体晶界析出，形成网状，使钢的脆性增大，容易发生早期断裂，从而降低抗拉强度。 * 二、合金元素 2、锰（Mn） 在碳钢中锰属于有益元素，锰对碳钢的力学性能有良好影响。锰是良好的脱氧剂，锰与硫结合能消除钢的热脆，改善结构钢的热加工性能，同时还可降低冷脆。当钢中Mn/S6时，便可抵消硫的有害影响。增加锰含量，能显著提高的强度极限、屈服极限和硬度，使钢的延伸率略为降低，但并不降低断面收缩率和冲击值。然而，过高的增加含锰量，虽能提高钢的耐磨性，却使钢的焊接性能恶化，减弱钢的抗腐蚀能力。 锰提高热轧碳钢强度和硬度的原因是它溶入铁素体引起固溶强化，并使钢材在轧后冷却时得到比较细的而且强度较高的珠光体，在同样含碳量和同样冷却条件下珠光体的相对量增加。 * 二、合金元素 3、硅（Si） 硅作为脱氧剂，所以硅脱氧镇静钢含有0.15-0.30%的硅。硅在钢中大部分溶于铁素体，使其强化。少量的硅对钢的性能影响较小，一般认为随着含硅量的增加，可以提高钢的强度极限、屈服点和硬度，而弹性极限提高的更多。钢的延伸率，收缩率和冲击韧性有所降低。广泛用于作弹簧钢。含硅高时能增加钢液的流动性，提高钢的磁导率和电阻，降低磁滞损失，减少涡流电能损失。含硅量达1.0～4.0％的硅钢可用作电机硅钢片；含硅量达3.8～4.2%的硅钢则用来制作变压器铁蕊，但含硅量≥5％时，将使钢变得硬脆而不能锻轧。在含碳高的钢中硅能增加钢的脆性。 * 二、合金元素 4、铬（Cr） 铬具有显著改变钢的抗腐蚀和抗氧化能力，它可以在酸类作用下或在大气中不生锈，并有助于提高耐磨性和保持高温强度，因而是不锈钢和耐热钢的重要合金元素。在结构钢和工具钢中，铬能提高钢的强度极限，屈服极限