鋼中各種元素的作用

1、合金鋼中各種元素的作用及其作用原理碳碳是影響鑄鋼強(qiáng)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(shí)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(qiáng)度與C的重量百分含量保持線性關(guān)系o。（MPa）=2940XC+820這些C在M體中引起間隙固溶強(qiáng)化而達(dá)到超高強(qiáng)度，低溫回火時(shí)，刖體中共格沉淀出Fe碳化物，但并未引致高強(qiáng)度的再升高。增加C量幾乎傷害強(qiáng)度以外的所有性能，所以在保證強(qiáng)度前提下應(yīng)盡可能降低其含量。鋼中 含碳量增加，屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度升高，但塑性和沖擊性降低，當(dāng)碳量0.23%超過時(shí)，鋼

2、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，rnr，nnw，nnw，nnw，nnw，nnW，nnW，nnp in w，n * Wi *n Li n Li n Li n Li n Li n Li rn frnn frnn，??； frnn，偵 nn frnn frnn frnn，斤會(huì)降低鋼的耐大氣腐蝕能力，在露天料場(chǎng)的高碳鋼就易銹蝕；此外，碳能增加鋼的冷 脆性和時(shí)效敏感性。(2)硅 硅在低合金高強(qiáng)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(qiáng)度，其冷Dn-r變形硬化率 的作用極強(qiáng)，僅次于磷，但

3、同時(shí)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(qiáng)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(kuò)散速度，增Dn$11的回火穩(wěn)定性。硅還會(huì)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0.150.30%的硅。如果鋼中含硅量超過0.50-0.60%,硅就算合金元素。1. n . i. n 小m七土m七土m七土m七土m七土m七土小m七土小m七土小m七土小m七土土七土一m*一七土一m*一七土一m*一七土一m*一七土一m*一土土珈f-土土珈f-*g珈f-土土珈*誠土土珈*誠土土珈*誠土土珈*誠土

4、土珈*誠土土珈*誠土土珈f-土土珈土n土n土n土n土n土n土n土n土n土 硅能顯著提高鋼的彈性極限，屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)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(qiáng)度可提高15 20%。硅和鉬、鎢、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(dǎo)磁率，用于 電器工業(yè)做矽鋼片。硅量增加，會(huì)降低鋼的焊接性能。土土rq.U產(chǎn)產(chǎn)產(chǎn)產(chǎn)產(chǎn)產(chǎn)產(chǎn)產(chǎn)產(chǎn)產(chǎn)LIf 土LIf 土LIf 土LIf 土LIf 土LIf 土If 土LIf 土LIf 土LIf 土L錳錳是好的脫氧劑和脫硫劑。顯著提高淬透性。錳對(duì)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，

5、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(qiáng)度；同時(shí)又是碳化物形成元素，進(jìn)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(xì)化珠光體作用，也間接地起到提高珠光 體鋼強(qiáng)度的作用。錳還能顯著降低鋼的心1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(shí)，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(dāng)時(shí)，容易使鋼產(chǎn)生白點(diǎn)。在煉鋼過程中，錳是良 好的脫氧劑和脫硫劑，一般鋼中含錳0.300.50%。在碳素鋼中加入0.70%以上時(shí)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(qiáng)度和硬度，提高鋼的淬 性

6、，改善鋼的熱加工性能，如16Mn鋼比A3屈服點(diǎn)高40%。含錳11 14%的鋼有極高的 耐磨性，用于挖土機(jī)鏟斗，球磨機(jī)襯板等。錳量增高，減弱鋼的抗腐蝕能力，降低焊 接性能。銘銘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(shí)固溶強(qiáng)化基體，細(xì) 化組織，顯著改善鋼的抗氧化作用，增加其抗腐蝕的能力，銘和鐵形成連續(xù)固溶體， 與碳形成多種化合物，銘的復(fù)雜碳化物(Cr，F(xiàn)e)7C3對(duì)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)。銘能顯著增加鋼的淬透性，但 亦有增加鋼的回火脆性的傾向。銘提高鋼的回火脆性，降低鋼的馬氏體點(diǎn)Ms。提高強(qiáng) 度和硬度。在結(jié)構(gòu)鋼和工具

7、鋼中，銘能顯著提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但同時(shí)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。鎳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(qiáng)化，并通過細(xì) 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(kuò)散速度，提高鋼的淬透性。鎳在高含量時(shí)可顯著改善鋼和合金的一些 物理性能。鎳在提高鋼強(qiáng)度的同時(shí)，對(duì)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(qiáng)度，而又保持良好的塑性和韌性。鎳對(duì)酸堿有較 高的耐腐

8、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(yīng)盡量 采用其他合金元素代用鎳銘鋼。鉬鉬能顯著提高鋼的淬透性，其作用強(qiáng)于銘而次于錳。提高鋼的硬度和強(qiáng)度，沖擊韌度 在中等含量時(shí)取得最大值。鉬是中強(qiáng)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(qiáng)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(duì)基體的割裂作用加強(qiáng)，導(dǎo)致鋼的韌性下降。 鉬在鋼中還能夠有效細(xì)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

9、。鉬能使鋼的晶粒細(xì)化，提高淬透 性和熱強(qiáng)性能，在高溫時(shí)保持足夠的強(qiáng)度和抗蠕變能力(長期在高溫下受到應(yīng)力，發(fā)生 變形，稱蠕變)。結(jié)構(gòu)鋼中加入鉬，能提高機(jī)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。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(shí)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

10、.08-0.20%的硫，可以改善切削 加工性，通常稱易切削鋼。鈦(Ti)：鈦是鋼中強(qiáng)脫氧劑。它能使鋼的內(nèi)部組織致密，細(xì)化晶粒力；降低時(shí)效敏感 性和冷脆性。改善焊接性能。在銘18鎳9奧氏體不銹鋼中加入適當(dāng)?shù)拟?，可避免晶間 腐蝕。釩(V)：釩是鋼的優(yōu)良脫氧劑。鋼中加0.5%的釩可細(xì)化組織晶粒，提高強(qiáng)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。鎢(W)：鎢熔點(diǎn)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(qiáng)性，作切削工具及鍛模具用。鈮(Nb)：鈮能細(xì)化晶粒和降低鋼的過熱敏感性及回火脆性，提高強(qiáng)度，但塑性和韌 性有所下降。在

11、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。鉆(Co)：鉆是稀有的貴重金屬，多用于特殊鋼和合金中，如熱強(qiáng)鋼和磁性材料。銅(Cu)：武鋼用大冶礦石所煉的鋼，往往含有銅。銅能提高強(qiáng)度和韌性，特別是大 氣腐蝕性能。缺點(diǎn)是在熱加工時(shí)容易產(chǎn)生熱脆，銅含量超過0.5%塑性顯著降低。當(dāng)銅 含量小于0.50%對(duì)焊接性無影響。鋁(Al)：鋁是鋼中常用的脫氧劑。鋼中加入少量的鋁，可細(xì)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 提高鋼的高溫不起皮性能和耐高溫腐蝕的能力。鋁的缺點(diǎn)是影響鋼的熱加工性能、焊 接性能和切削加工性能。硼(B)：鋼中加入微量的硼就可改善鋼的致密性和熱軋性能，提高強(qiáng)度