文档介绍：工业纯铁的塑性很好,但强度很低,一般不能满足实际需要。通常加入Si、Mn等合金钢元素改善钢材性能,以满足实际要求。另外,钢材在冶炼的过程中不可避免的含有C,S,P等杂质元素。它们的存在,对钢材的性能也有很大影响。
1 对钢材力学性能的影响杂质的影响
碳的影响碳与铁可以形成一系列化合物:Fe3C,Fe2C,FeC等。碳能提高钢材的强度和硬度,但会降低钢材的塑性。%,钢材的抗拉强度可提高70MPa,屈服点提高28 MPa。%的合金脆性大,不具有实际使用价值。海洋工程用钢根据碳的含量一般可分为三类(Section 8, API RP-2A-WSD, 1994): ①普通钢。%。最小屈服应力为280MPA。②高强度钢。%或更高。屈服应力在280MPA和360MPA之间。③对于屈服应力大于360MPA的超高强度钢要限制使用。
硫的影响硫通常以FeS的形式存在于钢材中。FeS塑性差,熔点低。钢水结晶时FeS分布于晶界周围。在800 0C~1200 0C时,轧制或铸造会导致晶界开裂,此现象即通常所说的钢的热脆现象。若钢材中有Mn,则可形成高熔点的MnS(1600 0C)。钢水在结晶时,MnS呈颗粒分布于晶内,这样就可以大大降低硫的危害。作为有害杂质,钢材中的硫含量通常限制在≤%。
磷的影响钢材中的磷能全部溶于中,使其在室温下的强度升高,塑性降低,产生冷脆现象。除上述有害方面外,磷对钢材有很高的强化作用。磷提高钢材的屈服强度比镍高10倍,比锰高5倍,比铬高5倍,,比硅高2倍,。磷提高钢材的极限强度比镍高6倍,比锰高5倍,比铬高3倍,,,比钛稍低。此外,磷、铜共存可大大提高抗腐蚀性。针对磷使钢脆化,冲击韧性降低,%以下。钢中加如铝、钛细化晶粒,这样既可消除冷脆,又能提高钢的塑性和韧性。传统上把磷含量控制在≤%。%~%的磷钢。
.氮的影响氮在中的溶解能力差,在200~300 0C加热过程中常呈氮化合物析出(时效现象),使钢的强度极限升高,塑性下降,这种现象称为钢的兰脆。除氮的有效方法是在钢中加入铝中进行脱氮处理,是氮固定在氮化铝(AlN)中,这样就消除了产生时效的可能。
氧的影响炼钢的过程就是氧化过程,氧化钢中的杂质调整钢中各元素的含量。在氧化的过程中,钢中的一部分氧化成FeO。氧主要以FeO的形式存在于钢中。钢中由于FeO的存在,致使其强度、塑性下降。一般脱氧程度差的沸腾钢比镇静钢具有更大的时效倾向。通常使用锰钢、硅钢或铝进行脱氧。
氢的影响氢在中的溶解能力差,在中的溶解能力大。在钢水的结晶过程中,如果冷却速度太快,氢来不及扩散到金属外部而只能聚集在晶体的缺陷处(空位,滑移线,晶界)。聚集的氢将产生很大的压力,是钢材内部出现裂纹(所谓白点)。对于合金钢,氢的影响尤其显著。合金元素的影响最常见的合金元素有Mn(>%)、Si(>%)、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti、Al等。它们对钢材性能的影响见下表: 合金元