硫磷對鋼材的影響

1、硫磷對鋼材的影響1 .硫硫是由生鐵及燃料帶入鋼中的雜質(zhì)。在固態(tài)下，硫在鐵中的溶解度極小，而是以FeS的形態(tài)存在于鋼中。由于FeS的塑性差，使含硫較多的鋼脆性較大。更嚴重的是，F(xiàn)eS與Fe可形成低熔點（985C）的共晶體，分布在奧氏體的晶界上。當鋼加熱到約1200c進行熱壓力加工時，晶界上的共晶體已溶化，晶粒間結(jié)合被破壞，使鋼材在加工過程中沿晶界開裂，這種現(xiàn)象稱為熱脆性。為了消除硫的有害作用，必須增加鋼中含鈕量。鈕與硫優(yōu)先形成高熔點（1620C）的硫化鈕，并呈粒狀分布在晶粒內(nèi)，它在高溫下具有一定塑造性，從而避免了熱脆性。硫化物是非金屬夾雜物，會降低鋼的機械性能，并在軋制過程中形成熱加工纖維組織。

2、因此，通常情況下，硫是有害的雜質(zhì)。在鋼中要嚴格限制硫的含量。但含硫量較多的鋼，可形成較多的MnS在切削加工中，MnS能起斷屑作用，可改善鋼的切削加工性，這是硫有利的一面。2 .磷磷由生鐵帶入鋼中，在一般情況下，鋼中的磷能全部溶于鐵素體中。磷有強烈的固溶強化作用，使鋼的強度、硬度增加，但塑性、韌性則顯著降低。這種脆化現(xiàn)象在低溫時更為嚴重，故稱為冷脆。一般希望冷脆轉(zhuǎn)變溫度低于工件的工作溫度，以免發(fā)生冷脆。而磷在結(jié)晶過程中，由于容易產(chǎn)生品內(nèi)偏析，使局部地區(qū)含磷量偏高，導致冷脆轉(zhuǎn)變溫度升高，從而發(fā)生冷脆。冷脆對在高寒地帶和其它低溫條件下工作的結(jié)構(gòu)件具有嚴重的危害性，止匕外，磷的偏析還使鋼材在熱軋后形成

3、帶狀組織。因此，通常情況下，磷也是有害的雜質(zhì)。在鋼中也要嚴格控制磷的含量。但含磷量較多時，由于脆性較大，在制造炮彈鋼以及改善鋼的切削加工性方面則是有利的。硫磷氮氧對鋼材性能有何影響非金屬夾雜物對鋼的強度、塑性、斷裂韌性、切削、疲勞、熱脆以及耐蝕等性能有很大影響。一般認為，夾雜物的成分、數(shù)量、形狀、分布以及在基體中的空間分布等影響鋼的性能。S.Ruddnik26指出，只有當非金屬夾雜物的尺寸小于lm,且其數(shù)量少、夾雜物彼此之間的距離大于10m時，才不會對材料的宏觀性能造成影響。當然，不同鋼種用途不同，對夾雜物的要求也不一樣，例如，不同鋼種和不同受力狀態(tài)時，夾雜物對性能無害的臨界尺寸是不同的。（1

4、）非金屬夾雜物對鋼的強度影響夾雜物對鋼的強度的影響與顆粒尺寸密切相關(guān)。通過在燒結(jié)鐵中加入不同尺寸(0.01-35項、形狀(球形和才8角的)、比例(08%的氧化鋁顆粒進行試驗得出26:室溫下，氧化鋁顆粒超過1m時，使屈服強度和抗張強度降低；當夾雜物的含量很低時，對屈服強度的降低特別敏感。長谷川正義27向澆注的鋼流中噴射高熔點氧化物，研究了不同的氧化物顆粒直徑，體積比對常溫抗張強度的影響，結(jié)果表明：無論噴射氧化鋁或氧化結(jié)試樣，屈服和抗張強度都隨粒子體積比的增大而升高。另外，金屬斷裂時，裂紋不僅在基體中形成，而且也經(jīng)常在夾雜物中形成，造成鋼的斷裂，Sm此提出邊界夾雜物開裂的強度斷裂理論28。(2)非

5、金屬夾雜物對鋼的塑性影響通常夾雜物對鋼材的縱向延性影響不大，而對橫向延性的影響卻很顯著。研究表明，高強度鋼的橫向斷面收縮率隨夾雜物總量的增加而降低。夾雜形狀對對橫向延性的影響更為顯著，隨著帶狀夾雜物的增加，橫向斷面收縮率明顯降低，這種帶狀夾雜物主要是硫化物。Funnell等29研究指出，夾雜物對鋼的高溫延性有很大影響，低碳鋼在奧氏體區(qū)延性大大降低，其原因是細小的第二相析出物(如AlN、TiN、Nb(C,N)等)能有效釘扎奧氏體晶界，從而降低延性。(3)非金屬夾雜物對鋼的斷裂韌性影響文獻30,31中指出，S及硫化物的含量增加降低鋼的各種韌性指標，鋼的斷裂韌性隨著夾雜物數(shù)量或長度的增加而下降。曾光

6、廷等31研究了硫化物和氮化物夾雜對鋼的斷裂韌性的影響，并與Krafft模型計算值進行了比較，結(jié)果得出：對斷裂韌性的危害由小到大依次為VNTiS-AlN-NbN>ZrN-Al2S3CeS>MnS;夾雜物含量與斷裂韌性大小呈線性反比關(guān)系，TiS對斷裂韌性沒有影響。一些研究工作討論了夾雜物作為裂紋根源的作用問題29，研究證明，鋼中的脆性夾雜物由于與鋼基體的熱膨脹系數(shù)不同，在夾雜物周圍容易產(chǎn)生內(nèi)應力。李代錘30認為，為使鋼材具有良好的韌性和使韌性各向異性盡可能降低，對夾雜物的要求是：夾雜物的體積分數(shù)盡可能低；夾雜物分布均勻；夾雜物要有緊湊的外形；夾雜物的硬度最好為鋼基體的兩倍，以使夾雜物在

7、熱加工時變形最小。碳，硅，鎰，磷，硫還有磯等對鋼鐵的影響和作用是碳(C):是對鋼的性能影響最大的基本元素。不同的碳含量依據(jù)鋼中雜質(zhì)元素含量和軋后冷卻條件的不同對于鋼的性能影響是不同的，隨著鋼中碳含量的增加，碳鋼在熱軋狀態(tài)下的硬度直線上升，塑性和韌性降低。在亞共析范圍內(nèi)，碳對抗拉強度的影響是，隨著碳含量增加，抗拉強度不斷提高，超過共析范圍后，抗拉強度隨碳含量的增加減緩，最后發(fā)展到隨碳含量的增加抗拉強度降低。另外，含碳量增加時碳鋼的耐蝕性降低，同時碳也使碳鋼的焊接性能和冷加工（沖壓、垃拔）性能變壞。硅（Si）：硅在碳鋼的含量00.50%。硅也是鋼中的有益元素。在沸騰鋼中，含硅量很低，硅是作為脫氧元

8、素加入到鋼中。在鎮(zhèn)靜鋼中硅的含量一般為0.120.37%。硅增大了鋼液的流動性，除了形成非金屬夾雜外，硅溶于鐵素體中。隨著硅含量的提高，鋼的抗拉強度提高，屈服點提高，伸長率下降，鋼的面縮率和沖擊韌性顯著降低。鈕（Mr）:在碳鋼中，鈕是有益元素。鈕是作為脫氧除硫的元素加入到鋼中的。對于鎮(zhèn)靜鋼來說，鈕可以提高硅和鋁的脫氧效果，可以同硫形成硫化鉆，相當程度上降低硫在鋼中的危害。鈕對碳鋼的力學性能有良好的影響，它能提高鋼熱軋后的硬度和強度，原因是鉆溶入鐵素體中引起固溶強化。因此，精煉過程中要按照技術(shù)要求嚴格穩(wěn)定控制各爐次的鈕含量。磷（P）：一般來說，磷是鋼中的有害元素。它來源于礦石和生鐵等煉鋼原料。磷

9、能提高鋼的強度，但使塑性和韌性降低，特別是使鋼的脆性轉(zhuǎn)折溫度急劇上升，即提高鋼的冷脆性（低溫變脆）。由于磷的有害影響，同時考慮到磷有較大的偏析，因而對其含量要嚴格的控制。但是在含碳量比較低的鋼種中，磷的冷脆危害比較小。在這種情況下，可以用磷來提高鋼的強度，如鞍鋼生產(chǎn)的高強度IF鋼就需要加入磷。另外，在適當?shù)那闆r下，還利用磷的其他一些有益作用，如增加鋼的抗大氣腐蝕能力，如集裝箱用鋼；提高磁性，如電工硅鋼；改善鋼材的易切削加工性，減少熱軋薄板的粘結(jié)等。硫（S）:一般來說，硫是有害元素，他主要來自于煉鐵、煉鋼時加入的原材料和燃燒產(chǎn)物，二氧化硫。硫最大的為危害是引起鋼在熱加工時開裂，即產(chǎn)生所謂的熱脆。

10、硫能提高鋼材的切削加工性，這是硫的有益作用。氮（N）:鋼中的氮來自爐料，同時，在冶煉、澆鑄時鋼液也會從爐氣和大氣中吸收氮。氮引起碳鋼的淬火時效和形變時效，從而對碳鋼的性能發(fā)生顯著的影響。由于氮的時效作用，鋼的硬度、強度固然提高，但是塑性和韌性降低，特別是在形變時效的情況下，塑性和韌性的降低比較顯著。因此，對于普通低合金鋼來說，時效現(xiàn)象是有害的，因而氮是有害元素。但對于一些細晶粒鋼以及含銳、鋰鋼，由于氮化物的強化細化晶粒作用，氮成為有益元素。另外，作為合金元素，氮在不銹耐酸鋼中得到應用，止匕外，氮化處理方法能使機器零件獲得極好的綜合力學性能，從而使零件的使用壽命延長。氫（H）:鋼中的氫是由銹蝕含

11、水的爐料或從含有水蒸氣的爐氣中吸收的。氫對鋼的危害是很大的。一是引起氫脆，即在低于鋼材極限應力的作用下，經(jīng)一定的時間后，在無任何預兆的情況下突然斷裂，往往造成災難性的后果。二是導致鋼材內(nèi)部產(chǎn)生大量細微裂紋缺陷一一白點，在鋼材縱端面上呈光滑的銀白的斑點，在酸洗后的端面上呈較多的發(fā)絲狀裂紋，白點使鋼材的延伸率顯著下降，尤其是端面收縮率和沖擊韌性降低得更多，有時可能接近于零值。因此具有白點的鋼是不能用的，這類缺陷主要發(fā)生在合金鋼中。氧（O）及其他非金屬夾雜物：氧在鋼中的溶解度很低，幾乎全部以氧化物夾雜形式存在于鋼中，如FeOAL2O3MnOCaOMgOo除此之外，鋼中還存在FeSMnS硅酸鹽、氮化物

12、及磷化物等。這些夾雜物破壞了鋼的基體的連續(xù)性，在靜載荷和動載荷的情況下往往成為裂紋的起點。這些非金屬夾雜物的各種狀態(tài)不同程度的影響到鋼的各種性能，尤其是對于鋼的塑性、韌性、疲勞強度和抗腐蝕性等危害很大。因此，對于非金屬夾雜物應嚴格控制。化學元素對鋼性能的影響1、碳（C）: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）: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0.1

13、50.30%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1.01.2%的硅，強度可提高1520%。硅和電目、鴇、銘等結(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、鎰（Mn）:在煉鋼過程中，鎰是良好的脫氧劑和脫硫劑，一般鋼中含鎰0.300.50%。在碳素鋼中加入0.70%以上時就算鎰鋼”，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

14、高40%。含鎰11-14%的鋼有極高的耐磨性，用于挖土機鏟斗，球磨機襯板等。鎰量增高，減弱鋼的抗腐蝕能力，降低焊接性能。4、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。5、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档湍透g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。6、銘（Cr）:在結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼中，銘能顯著

15、提高強度、硬度和耐磨性，但同時降低塑性和韌性。銘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。7、饃（Ni）:饃能提高鋼的強度，而又保持良好的塑性和韌性。饃對酸堿有較高的耐腐蝕能力，在高溫下有防銹和耐熱能力。但由于饃是較稀缺的資源，故應盡量采用其他合金元素代用饃銘鋼。8、鋁（Mo）:鋁能使鋼的晶粒細化，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)鋼中加入鋁，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。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

16、和冷脆性。改善焊接性能。在專&18饃9奧氏體不銹鋼中加入適當?shù)拟?，可避免晶間腐蝕。10、銳（V）:鈕是鋼的優(yōu)良脫氧劑。鋼中加0.5%的銳可細化組織晶粒，提高強度和韌性。銳與碳形成的碳化物，在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕能力。11、鴇（W）:鴇熔點高，比重大，是貴生的合金元素。鴇與碳形成碳化鴇有很高的硬度和耐磨性。在工具鋼加鴇，可顯著提高紅硬性和熱強性，作切削工具及鍛模具用。12、鋁（Nb）:鋰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鋁，可提高抗大氣腐蝕及高溫下抗氫、氮、氨腐蝕能力。鋁可改善焊接性能。在奧氏體不銹鋼中加鋁，可防止晶間腐蝕現(xiàn)象。13、鉆（Co）:鉆是稀有的貴重金屬，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。15、鋁（Al）:鋁是鋼中常用的脫氧劑。鋼中加入少量的鋁，可細化晶粒，提高沖擊韌性，如作深沖薄板的08Al鋼。鋁還具有抗氧化性和抗腐蝕性能，鋁與銘、硅合用，可顯著提