各种合金元素在钢铁中的作用.docx
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各种合金元素在钢铁中的作用
各种合金元素在钢铁中的作用
序号
元素名称
作用
备注
1
碳(C)
钢中含碳量增加,屈服点和抗拉强度升高,但塑性和冲击性降低,当碳量0.23%超过时,钢的焊接性能变坏,因此用于焊接的低合金结构钢,含碳量一般不超过0.20%。
碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力,在露天料场的高碳钢就易锈蚀;此外,碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性
2
硅(Si)
在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂,所以镇静钢含有0.15-0.30%的硅。
如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。
硅能显著提高钢的弹性极限,屈服点和抗拉强度,故广泛用于作弹簧钢。
在调质结构钢中加入1.0-1.2%的硅,强度可提高15-20%。
硅和钼、钨、铬等结
3
锰(Mn)
在炼钢过程中,锰是良好的脱氧剂和脱硫剂,一般钢中含锰0.30-0.50%。
在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”,较一般钢量的钢不但有足够的韧性,且有较高的强度和硬度,提高钢的淬性,改善钢的热加工性能,如16Mn钢比A3屈服点高40%。
含锰11-14%的钢有极高的耐磨性,用于挖土机铲斗,球磨机衬板等。
锰量增高,减弱钢的抗腐蚀能力,降低焊接性能
4
磷(P)
在一般情况下,磷是钢中有害元素,增加钢的冷脆性,使焊接性能变坏,降低塑性,使冷弯性能变坏。
因此通常要求钢中含磷量小于0.045%,优质钢要求更低些。
304不锈钢管
5
硫(S)
硫在通常情况下也是有害元素。
使钢产生热脆性,降低钢的延展性和韧性,在锻造和轧制时造成裂纹。
硫对焊接性能也不利,降低耐腐蚀性。
所以通常要求硫含量小于0.055%,优质钢要求小于0.040%。
在钢中加入0.08-0.20%的硫,可以改善切削加工性,通常称易切削钢
6
铬(Cr)
在结构钢和工具钢中,铬能显著提高强度、硬度和耐磨性,但同时降低塑性和韧性。
铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性,因而是不锈钢,耐热钢的重要合金元素
7
镍
Ni)
镍能提高钢的强度,而又保持良好的塑性和韧性。
镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力,在高温下有防锈和耐热能力。
但由于镍是较稀缺的资源,故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢
8
钼(Mo)
钼能使钢的晶粒细化,提高淬透性和热强性能,在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力,发生变形,称蠕变)。
结构钢中加入钼,能提高机械性能。
还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。
在工具钢中可提高红性
9
钛(Ti)
钛是钢中强脱氧剂。
它能使钢的内部组织致密,细化晶粒力;降低时效敏感性和冷脆性。
改善焊接性能。
在铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛,可避免晶间腐蚀
10
钒(V)
钒是钢的优良脱氧剂。
钢中加0.5%的钒可细化组织晶粒,提高强度和韧性。
钒与碳形成的碳化物,在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力
11
钨(W)
钨熔点高,比重大,是贵生的合金元素。
钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性。
在工具钢加钨,可显著提高红硬性和热强性,作切削工具及锻模具用
12
铌(Nb)
铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性,提高强度,但塑性和韧性有所下降。
在普通低合金钢中加铌,可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力。
铌可改善焊接性能。
在奥氏体不锈钢中加铌,可防止晶间腐蚀现象
13
钴(Co)
钴是稀有的贵重金属,多用于特殊钢和合金中,如热强钢和磁性材料
14
铜(Cu)
铜能提高强度和韧性,特别是大气腐蚀性能。
缺点是在热加工时容易产生热脆,铜含量超过0.5%塑性显著降低。
当铜含量小于0.50%对焊接性无影响
15
铝(Al)
铝是钢中常用的脱氧剂。
钢中加入少量的铝,可细化晶粒,提高冲击韧性,如作深冲薄板的08Al钢。
铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能,铝与铬、硅合用,可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。
铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能
16
硼(B)
钢中加入微量的硼就可改善钢的致密性和热轧性能,提高强度
17
氮(N)
氮能提高钢的强度,低温韧性和焊接性,增加时效敏感性
18
稀土(Xt)
稀土元素是指元素周期表中原子序数为57-71的15个镧系元素。
这些元素都是金属,但他们的氧化物很象“土”,所以习惯上称稀土。
钢中加入稀土,可以改变钢中夹杂物的组成、形态、分布和性质,从而改善了钢的各种性能,如韧性、焊接性,冷加工性能。
在犁铧钢中加入稀土,可提高耐磨性
碳含量与Ac3和Ar3关系
最低点的含碳量为0.48%,其Ac3约为750-760℃,Ar3约为720℃.故按标准,钢的含碳量为约0.42-0.49%,制定淬火工艺时,若碳含量为0.42%,其Ac3为780℃,按840℃进行加热淬火是合适的,若其含碳量为0.47-0.49时,其Ac3约为750-760℃,若仍按840℃加热,则必然造成过热,增大了淬火开裂倾向。
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