钢材中化学成分与性能间的关系

钢铁中化学成分与性能间的关系1、生铁碳：在生铁中以两种形态存在，一种是游离碳〔石墨，主要存在于铸造生铁中，另一种是化合碳〔碳化物，主要存在于炼钢生铁中，碳化物硬而脆，塑性低，含量适当可提高石墨很软，强度低，它的存在能增加生铁的铸造性能。硅S化生铁的流淌性，降低铸件的收缩量，但含硅过多，也会使生铁变硬变脆。锰M能和切削性能，在高炉里锰还可以和有害杂质硫形成硫化锰，进入炉渣。磷〔P：属于有害元素，但磷可使铁水的流淌性增加，这是由于硫减低了生铁熔点，所以在有的制品内往往含磷量较高。然而磷的存在又使铁增加硬脆性，优良的生铁含磷量应少，有时为了要增加流淌性，含磷量可达1.2%.硫〔S：在生铁中是有害元素，它促使铁与碳的结合，使铁硬脆，并与铁化合成低熔点的0.06%。钢元素在钢中的作用常存杂质元素对钢材性能的影响钢除含碳以外，还含有少量Mn、Si、S、P、O、N、H等元素。这些元素并非为改善钢材质肯定影响，为保证钢材质量，在国家标准中对各类钢的化学成分都做了严格的规定。1〕硫硫来源于炼钢的矿石与燃烧焦炭。它是钢中的一种有害元素。硫以硫化铁(FeS)的形态存在于钢中，FeSFe形成低熔点(985℃)化合物。而钢材料的热加工温度一般在1150～1200℃以上，所以当钢材热加工时，由于FeS化合物的过早熔化而导致工件开裂，这种现象称为S<0.02%～0.03％；优质钢：S<0.03%～0.045％；一般钢：S<0.055%～0.07％以下。磷塑性、冲击韧性显著降低。特别是在低温时，它使钢材显著变脆，这种现象称“冷脆优质钢：P<0.025%;优质钢：P<0.04%;一般钢：P<0.085％。锰(1600℃)的MnS，肯定程度上消退了硫的有害作用。锰具有很好的脱氧力量，能够与钢中的FeO称为MnO进入炉渣，益元素。一般认为，钢中含锰量在0.5％～0.8％以下时，把锰看成是常存杂志。技术条件中规定，优质碳素构造钢中，正常含锰量是0.5％～0.8％；而较高含锰量的构造钢中，其量可0.7％～1.2％。硅硅也是炼钢时作为脱氧剂而参加钢中的元素。硅与钢水中的FeO能结成密度较小的硅酸盐0.1％～0.370.03％～0.07％。由0.5％，对钢性能影响不大。氧氧在钢中是有害元素。它是在炼钢过程中自然进入钢中的，尽管在炼钢末期要参加锰、硅、铁和铝进展脱氧，但不行能除尽。氧在钢中以FeO、MnO、SiO2、Al2O3等杂质形式，使钢的强度、塑性降低。尤其是对疲乏强度、冲击韧性等有严峻影响。氮铁素体溶解氮的力量很低。当钢中溶有过饱和的氮，在放置较长一段时间后或随后在200～300℃加热就会发生氮以氮化物形式的析出，并使钢的强度、硬度提高，塑性下降，发生时效。钢液中参加Al、TiV进展固氮处理，使氮固定在AlN、TiNVN中，可消退时效倾向。氢中可看到圆形或椭圆形的白色斑点；在横断面上则是瘦长的发丝状裂纹。锻件中有了白点，使用时发生突然断裂，造成不测事故。因此，化工容器用钢，不允许有白点存在。氢产生白度极限而在该处形成裂纹，即白点。为了合金化而参加的合金元素，最常用的有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、钛、铌、硼、铝等，先分别说明他们在钢中的作用。硅提高钢中固溶体的强度和冷加工硬度程度使钢的韧性和塑性降低；硅能显著提高钢的弹性极限、屈服极限和屈强比；耐腐蚀性。硅的质量分数为15％-20％的高硅铸铁，是很好的耐酸材料，含有硅的钢在氧化气氛中加热时，外表也将形成一层SiO2薄膜，从而提高钢的高温时的抗氧化性。缺点：使钢的焊接性能恶化。锰锰能提高钢的淬透性。锰对提凹凸碳和中碳珠光体钢的强度有显著的作用。锰对钢的高温瞬时强度有所提高。缺点：1〕含锰较高时，有较明显的回火脆性现象〔2〕锰有促进晶粒长大的作用，因此锰钢对〕当锰的质量分数超过1％时，会使钢的焊接性能变坏〕锰会使钢的耐锈蚀性能降低。铬在钢中的作用1〕铬可提高钢的强度和硬度〔〕铬可提高钢的高温机械性能〔〕〔4〕〕提高淬透性。1〕铬是显著提高钢的脆性转变温度2〕铬能促进钢的回火脆性。镍在钢中的作用1〕可提高钢的强度而不显著降低其韧性〔〕镍可降低钢的脆性转变温度，即可提高钢的低温韧性3改善钢的加工性和可焊性〔4而且能抗碱和大气的腐蚀。钼在钢中的作用1〕钼对铁素体有固溶强化作用〔2〕〔〕〔4〕钢的淬透性。缺点：钼的主要不良作用是它能使低合金钼钢发生石墨化的倾向。钨在钢中的作用1〕提高强度2〕提高钢的高温强度3〕提高钢的抗氢性能4〕因此钨是高速工具钢中的主要合金元素。钒在钢中的作用1〕2〕钒能显著地改善一般低合金钢的焊接性能。钛在钢中的作用1〕能改善钢的热强性，提高钢的抗蠕变性能及高温长久强度2〕能提高钢在高温高压氢气中的稳定性，使钢在高压下对氢的稳定性高达600℃以上，在珠光体低合金钢中，钛可之一。铌在钢中的作用〔1〕铌和碳、氮、氧都有极强的结合力，并与之形成相应的极为稳定的化合物，因而能细;(2有极好的抗氢性能〔10〕硼在钢中的作用1〕〕提高钢的高温强度，强化晶界的作用。11〕铝在钢中的作用〔1〕用作炼钢时的脱氧定氮剂，细化晶粒，抑制低碳钢的时效，改善钢在低温时的韧性，特别是降低了钢的脆性转变温度2了较多的争论：4％Al6％Al980℃以下具有抗氧化性。当铝和铬协作并用时，其抗氧化性能有更大的提高，如含铁50％-55％、铬30％-35％、铝10％-15％的合金，在1400℃高温时，仍具有相当好的抗氧化性。由于铝的这一作用，近年来常作为合金元素参加到耐热钢中〔〕此外，铝还能提高硫化氢和V2O5的抗腐蚀性。1〕脱氧时如用铝量过多，将促进钢的石墨化倾向〔〕和韧性较低。合金元素对钢的主要工艺性能的影响钢的主要工艺性能有：冷态成型性、切削性、焊接性能、热处理工艺性能、铸造性能等。合金元素对钢的冷态成型性的影响〔速度、润滑条件等。与冷态成型性有关的材料性能参量有：(1)〔2〕〔3〕〔4〕高的加工硬化率〔n值；5〕高的深冲性参量〔r值〔6〕〔7〕掌握夹杂物的形态和分布；〔8〕游离渗碳体的数量和分布。1〕冷轧薄钢板碳：碳含量增加会使拉延力量变坏，因此绝大局部钢板都承受低碳钢。锰：锰的影响与碳相像，但适当的含量可以减轻硫的不良作用；磷、硅：磷和硅溶于铁素体引起强化并略影响塑性，降低拉延性能。2〕热轧钢板选用冲压用热轧钢板时，既要考虑强度要求，也要考虑冲压性能。的方法来提高强度，应承受添加合金元素来提高钢的强度；硫：硫在钢中形成硫化物夹杂，在轧制中拉长，分割金属基体降低塑性，影响冲压性能。合金元素对钢的切削加工性的影响物必需满足以下四个条件：在切削运动平面上，夹杂物必需作为应力集中源，从而引起裂纹和脆化切屑的作用；夹杂物必需具有肯定的塑性，而不致切断金属的塑性流变，从而损害刃具的外表；夹杂物必需在刃具的前面与切屑之间形成热量传播的障碍；夹杂物必需具有光滑的外表，而不能在刃具的侧面作为磨料。钢的切屑性的提高主要还是通过参加易削添加剂，例如S、P、Bi、Ca、Se、Te等。硫是了解最清楚和广泛应用的易削添加剂：当钢中含足够量的Mn时，S的参加将形成MnS夹杂物。加S的碳钢可以提高切屑速度25S1％体积份额的MnS，可以使高速钢刃具的磨损速率快速下降。MnS夹杂物在切屑剪切区作为应力集中源，可以起裂纹源的作用，并随后引起切屑断裂。因此，随着MnS体积份额的增加，切屑破断力量得到改善。MnS夹杂物还可能在切削刃具外表沉积为MnS薄层，这种薄层可以激扬地刃具与切屑的摩擦，导用寿命。Pb是仅次于S的常用易削添加剂Pb对切削加工性的有益效应，不取决于MnS的存在，因而可以加到低S钢好加S钢中。在S的钢中，Pb以分散的质点形式分布于钢中。在加S钢中，PbMnS结合，与S相像，Pb可以作为内部润滑剂降低摩擦力，并转过来降低剪切抗力，并减小切屑与刃具的接触面积，从而降低刃具的磨损。近年来很多留意力已经转到通过Ca脱氧生产易削构造钢上。通过用Ca-SiSi-FeCaO-MnO-SiO2-Al3O4四元非金属夹〔约20u碍，因而可延长碳化物刃具的使用寿命。合金元素对钢的焊接性的影响试验温度下所要求的韧性有亲热联系。一般认为，高强度低合金的焊接性是良好的，并且随含碳量的降低，焊接性得到改善。钢材的焊接性能。其近似公式如下:碳当量=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)5式中，元素符号代表该素重量百分比。碳当量越低，焊接性能越好，碳当量≤0.35%时，焊接性能良好，碳当量≥0.4-0.5%时，焊接性能较差。Q345、Q390 综合力学性能好，焊接性能、冷热加工性能好耐蚀性能均好，C、D、E级钢具有良好的低温韧性。主要用于船舶，锅炉，压力容器，石油储罐，桥梁，电站设备，起重运输机械及其他较高载荷的焊接构件。Q420 强度高，特别是在正火或正火加回火状态有较高的综合力学性能。主要用于大型船舶，桥梁，电站设备，中、高压锅炉，高压容器，机车车辆，起重机械，矿山机械及其他大型焊接构造件。Q460强度高，在正火，正火加回火或淬火加回火状态有很高的综合力学性能，全部用铝补充脱氧，质量等级为C、D、E级，可保证钢的良好韧性的备用钢种。用于各种大型工程机械及要求强度高，载荷大的轻型构造。优质碳素构造钢一般含锰钢08钢用于轧制薄板，深冲制品、油桶、高级搪瓷制品，也可用于制作管子，垫片及心部强度要求不高的渗碳和氰化零件，电焊条等。08F 冷塑性好，易成形，焊接性能优良，时效敏感，切削性良好，冷拉正火较退火态良好。主要用于轧制薄板，深冲制品、油桶、高级搪瓷制品，也可用于制作管子，垫片及心部要求不高的渗碳和氰化零件，电焊条等。10#钢 用于拉杆、夹头、钢管、垫片、垫圈、机床上的外表硬化零件、焊接零件等。10F具有冷塑性好，板材正火或高温回火后性能极佳，切削性好，冷拉正火较退货态好，易焊接。用于4mm以下冷压深冲制品，如深冲器皿、炮弹弹体，也可制造锅炉管、油桶顶盖及钢带、钢丝、焊接件、机械零件。1515F用于紧固件、冲模锻件、冷拉制品以及螺钉、螺栓、法兰盘等低负荷零件。20#用于不常常受很大应力而要求很大韧性的各种零件，如杠杆、轴套、螺钉、拉杆、起重钩等。25# 中负荷不大的轴、辊子、螺栓、螺帽等，还可用作铸钢件。30# 用于重型和一般机械中的轴、拉杆、套环、套筒轴、丝杆、螺钉以及汽缸、机架等。35# 冷塑性较好，各种焊接性能良好，切削性好，用于制作受力不大的机械零件及中小尺寸锻件。主要用于转轴、曲轴、轴销、连杆、横梁、汽缸、套筒、螺母、垫圈等。40#用于金属切削机床的零件，重型和中型机械中的曲轴、齿轮、轴、连接杆等。45#中碳优质高强度钢，淬透性低，一般正火态使用；只有要求高的零件才进展调质处理，冷塑性一般；退火，正火的比调质的切削性好，适于氢焊和氩弧焊，不适于气焊。该材料主要用于制造蒸汽透平机、压缩机、泵的运动零件；还可代替渗碳钢制齿轮、轴、活塞销等零件；并可用作铸件。50#用于制作耐磨性要求高、动载荷及冲击作用不大的零件，如铸造齿轮、拉杆、轧辊等；制造比较次要的弹簧、农机上的掘土犁铧、重负荷的心轴与轴等，并可制造铸件。60-65# 用于制造弹簧、弹簧圈、各种垫片、离合器以及制造一般机械中的轴、轧辊、偏心轴等。70-85#用于制造弹簧盒发条、制造钢丝绳用的钢丝及高硬度的机件，如犁、铧、电车车轮等。较高含锰量：15Mn 用于中心局部机械性能要求较高的渗碳零件和焊接零件，如齿轮、凸轮轴联轴器、托杆等，不渗碳则用于受力不大而要求韧性较好的零件，如支架、铰链、螺钉、螺母和铆焊构造件等。20Mn、25Mn、30Mn主要用来制造螺栓、螺帽、螺钉杠杆、制动踏板等，并可用冷拉制造在高应力下工作的细小零件，如农机上的钩、环、链等。35Mn、40Mn 用于制造承受疲乏负荷下的零件，如曲轴、连杆等，也可用作高应力下工作的螺钉、螺帽等。45Mn、50Mn 用于制造耐磨性要求高、在高负荷下热处理的零件，如齿轮、齿轮轴、摩擦盘、滚子及弹簧。4、合金构造钢是在优质碳素构造钢的根底上，适当参加一种或数种合金元素〔<5%〕而制成的钢种。5、易切削构造钢用途易切削构造钢是含有少量易削元素，具有良好的被切削加工性能的钢种。Y12硫磷复合低碳易切削钢是目前已切削钢中磷含量最多的一个钢种。常用于制造对力学性能要求不高的各种机器和仪器仪表零件，如螺栓、螺母、销钉、轴、管接头等。Y12Pb用于制造较重要的机械零件，周密仪表零件等。Y15复合高硫低硅易切削钢是我国自行研制成功的钢种，被切削性高于Y12，常用于制造不重要的标准件，如螺栓、螺母、管接头、弹簧座等。Y15Pb 同Y12Pb一样，被切削加工性好。Y202012钢，可进展渗碳处理，常用于制造要求外表硬度、心部韧性高的仪器、仪表、轴类耐磨零件。Y30高的标准件。Y35 用Y30一样，可进展调质处理。Y40Mn高硫中碳易切削钢有较高的强度、硬度和良好的被切削加工性，适于加工要求刚性高的机床零部件，如机床丝杆、光杠、花键轴、齿条等。Y45Ca较重要的机器构造件，如机床齿轮轴、花键轴、拖拉机传动轴等。6、常用弹簧钢特性及用途弹簧钢是用于制造弹簧或其他弹性元件的钢种，按成分分为碳素弹簧钢和合金弹簧钢。65Mn碳素构造钢，最终热处理为淬火+回火，其强度较高，淬透性较大，脱碳倾向小，但冷变形塑性地，带材可供一般弯曲。主要用于制造弹簧机犁铧等。50CrVA+回火，热河粗粒后具有较好的任性，高的比度达300℃时，其弹性仍可保持。钢的切削加工尚好，冷变形时塑性低，焊机性差。主要用于制造弹簧。7、滚动轴承钢特性和用途主要是用于制造各种滚动轴承的套圈和滚动体的钢种。8、碳素工具钢特性和用途其冷、热加工性能，耐磨性能好，价格低廉，在