《金属材料热处理》第20章碳素钢.pptx

Lecture20碳素钢一、本课的基本要求：⒈掌握钢中杂质对碳素钢性能的影响。⒉了解碳钢的钢锭结构和缺陷。3.掌握碳钢的分类、编号、性能和用途二、本课的重点、难点：重点：碳钢的分类、编号、性能和用途。难点：钢锭结构和缺陷。三、思考题、作业：1.钢中常存杂质元素有哪些？它们对钢的性能有何影响?2.指出20钢、45钢、Q235AF钢、T10A钢、T12钢的名称，钢中数字和符号的含义。每个牌号列举l—2个应用实例。四、教学参考资料：1.崔忠圻，金属学与热处理，机械工业出版社，2000年。2.胡德林主编，金属学及热处理，西北工业大学出版社，1994年。3.刘毅，金属学与热处理，冶金工业出版社，1996年。

8.碳素钢（CarbonSteel）碳素钢又称为碳钢，是含碳量小于2.11％的铁碳合金。它具有较好的机械性能，能满足工业上一般使用要求。同时工艺性能也较好、容易加工、冶炼方便，日此得到了广泛的应用。椐统汁，碳钢产量约占工业用钢总量的80～90％，在工业用金属材料中占有重要位置。8.1碳素钢的定义8.2钢中常存杂质及对性能的影响碳素钢的主要成分是铁和碳．由于炼钢原料存在杂质．加上钢在冶炼过程中又不可避兔的会带入一些杂质，所以杂质实际上是碳钢的重要组成部分，它们对钢的性能有较大影响．碳钢中常存的杂质有：锰（Mn）、硅（Si）、硫（S）、磷（P）、氮（N）、氧（O）、氢（H）等．⑴碳钢中常存的杂质

⑵杂质元素的影响①硫的影响硫是炼钢时由矿石和燃料带进的。硫在钢中是有害元素，它在钢中的溶解度极小，常以FeS的形式存在，并和铁形成熔点较低（985℃）的(Fe+FeS)共晶体分布在晶界处，因此当钢在1000～1200℃进行热加工时，由于晶界上的低熔点共晶体熔化，从而使钢材沿晶界开裂，这种现象称为热脆。防止热脆的方迭是往钢中加入适当的锰。由于锰与硫的化学亲合力大于铁与硫的化学亲合力，所以在含锰的钢中，硫便与锰形成MnS，避免了FeS的形成。MnS的熔点为1600℃，高于热加工温度，并在高温下具有一定的塑性，故不会产生热脆。在一般工业用钢中，含锰量常为含硫量的5～10倍。钢中的MnS夹杂

②磷的影响磷一般是由生铁带入钢中的，磷在铁中具有较大的溶解度，所以钢中的磷一般都固溶于铁中。磷具有很强的固溶强化作用，它使钢的强度、硬度显著越高，但剧烈地降低钢的韧性，尤其是低温韧性，称为冷脆。磷通常产生有害用途，但在一定条件下也可以利用。例如在易切削钢中，提高磷的含量可以提高钢的切削加工性能，又如在炮钢中加人较多的磷，增大了钢的脆性，使炮弹爆炸时产生更多的碎片，从而提高了杀伤力。还有，钢中含有适量的磷时，会提高钢在大气中的抗蚀能力，特别是钢中含有铜时，它的作用就更为显著。③硅的影响硅是炼钢时用硅铁脱氧而残留在钢中的。硅的脱氧能力很强，能有效地消除钢中的FeO夹杂对钢质量的有害作用。硅大部分溶于铁素体中，使其强化，从而提高了钢的强度、硬度、弹性极限，相应降低了塑性和韧性，所以是有益元素，当硅在钢中作为少量杂质存在时，对钢的性能影响不大。脱氧用硅铁

④锰的影响锰是炼钢时用锰铁脱氧而残留在钢中的，锰也具有较强的脱氧能力（不如硅），可以消除钢中的FeO，降低钢的脆性。另外，锰可以和疏形成硫化锰（MnS），从而抑制了FeS的低熔点共晶体的产生，也就消除了硫的有害作用，改善了钢的热加工性能。锰大部分溶铁素体中，形成置换固溶体并使铁素体强化，提高了钢的强度和硬度。因此，它也是一种有益元素。但含量少时，作用不大。⑤氧的影响炼钢有个氧化过程，为了减少钢中的含氧量，在炼钢末期加入锰铁、硅铁、铝进行脱氧，但也不可能除尽。氧对钢的性能极为不利，会使钢的强度和塑性降低，特别是氧化物夹杂（如Fe3O4、FeO、MnO、SiO2、Al2O3等）对钢的疲劳强度影响很大，因此氧是钢中的有害元素。

⑥氮的影响氮和钢中元素的亲和力极强，能形成非常稳定的氮化物。这些氮化物若以高度弥散状态分布在钢中时，会使钢的强度、硬度、特别是疲劳强度、耐磨性和抗蚀性等极大的提高，但塑性和韧性则急剧下降．这种现象称为时效脆性。若炼钢时用铝，钛进行脱氧处理，使氮固定在AlN和TiN中，便可消除氮的这种影响。⑦氢的影响氢是在炼钢和浇注过程中通过各种途径进入钢中的，凝固过程中来不及逸出仍以原子状态过饱和地固溶于钢中。当钢中溶入微量的氢时，对钢的组织影响不大，但对钢的性能却有很大的危害。氢一旦溶入钢中，就会使钢的塑性和韧性阵低，造成氢脆现象．另外，氢在奥氏体中的溶解度远大于在铁素体中的溶解度，而且氢在铁素体中的溶解度又随温度的下降而剧减。所以，因溶解度的变化而排出的氢，聚集在钢的晶粒缺陷，滑移线