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了解
(一)合金元素的作用综述
在钢中质量分数低于0.1%左右,而对钢的性能和微观组织有显著或特殊影响的合金添加元素,称为微合金元素,如Al、Nb、V、Ti、B、Ni、Cr、Mo等。
Nb、V、Ti是其中最为重要的微合金元素。
在钢中添加微量的Nb、V、Ti,可保证钢在碳当量较低的情况下,通过其碳、氮化物质点的弥散析出及Nb、V、Ti的固溶,细化晶粒,极大地提高钢的强度、韧性,特别是低温韧性,使钢具有良好的焊接性能和使用性能。
Nb、V、Ti为强碳化物形成元素,常温时,在钢中大部分以碳化物、氮化物、碳氮化物形式存在,少部分固溶在铁素体中。
在脱氧不完全的钢中,也会出现氧化物TiO2、V2O3等,这对Nb、V、Ti是一种浪费,且氧化物对性能有害。
钢加热时,其碳、氮化物随温度升高,逐渐溶解,直至全部溶解到奥氏体中;冷却时,随温度降低,溶解度减小,其碳、氮化物逐渐析出。
正是这种行为使得Nb、V、Ti对钢性能起到改善作用。
微合金元素的作用主要是细化铁素体晶粒及析出强化作用。
在控制轧制中对下述几个方面,即加热时的奥氏体晶粒、再结晶的抑制、相变行为及析出强化有很大影响。
(1)加热时阻止奥氏体晶粒长大
在钢材中加入Nb、Ti、V等元素可以阻止奥氏体晶粒长大,提高钢的粗化温度。
微合金元素与碳、氮形成的析出相在高温阶段稳定存在或者溶于奥氏体中的微合金元素在高温阶段的固溶拖曳作用,从而阻碍再结晶晶粒粗化。
高温阶段存在的细小析出相钉扎在晶界,对晶界的移动有明显的阻碍作用;晶界移动与第二相质点交割时,这种相互作用会吸收界面能量,从而延迟界面的移动,阻止奥氏体晶粒的长大。
由于TiN的稳定性高,从而在各种微合金元素中Ti对奥氏体晶粒长大的抑制作用最强,因而在钢的化学成分设计时考虑加入0.01~0.02%的Ti进行微Ti处理,可以有效抑制板坯加热过程中过大原始奥氏体晶粒的出现,同时也可抑制焊接过程热影响区晶粒长大。
(2)在轧制过程中抑制奥氏体的再结晶
由于微合金元素的固溶塞积和拖曳作用以及微合金元素碳氮化合物的析出,显著延缓或抑制形变奥氏体的再结晶。
微合金元素的这种作用是由于形变奥氏体晶内的位错组列或者回复的亚晶界被钉扎所致:
1)加热时,固溶在奥氏体中的微量溶质原子往往偏聚在位错及晶界处,从而阻止了位错的滑移和攀移,以及晶界的迁移,阻碍了再结晶;2)未发生溶解或在形变时从固溶体中析出的弥散细小的碳氮化物颗粒,同时也钉扎了亚晶界或晶界,阻止了形变奥氏体中细小亚晶的合并或迁移,使再结晶核心长大受阻。
第二相粒子抑制奥氏体再结晶的程度与加热温度,形变温度等因素有关,前者主要影响到碳氮化物溶解度,后者主要影响诱发析出相的量。
(3)抑制再结晶后晶粒和铁素体晶粒长大
由于微量元素形成高度弥散的碳氮化物粒子,可以阻碍奥氏体晶界迁移及晶粒的长大,其作用与第二相粒子的尺寸及数量有关。
粒子半径愈小或单位体积中粒子数愈大,阻止晶界移动的阻力愈大。
微合金元素所形成的强碳氮化物熔点高、稳定性好,不易聚集长大,弥散分布在奥氏体晶界上,故能有效地阻止高温下奥氏体晶粒的长大,并最终导致成品中细小的铁素体组织。
(4)在低温起到析出强化的作用
微合金钢冷却时,Nb、Ti、V等的碳氮化物在奥氏体和铁素体中的脱溶析出构成了微合金高强度钢的发展基础。
通过控制它们在奥氏体中的析出过程,可有效控制变形奥氏体再结晶过程和阻止奥氏体晶粒的长大,从而在奥氏体向铁素体相变时富化生核,得到细小的铁素体晶粒,另外,若能控制碳氮化物的尺寸使之相当的细小,则产生沉淀强化作用。
微合金碳氮化物的在铁素体中的析出,不仅能够阻止铁素体晶粒长大,还可以产生强烈的沉淀强化效果。
Stntella在研究再结晶奥氏体中Nb析出状况中指出Nb(C,N)几乎毫无例外地在晶界上形成,而铸件中的析出确实如此,析出物呈点状分布在原奥氏体晶界或亚晶界上。
Nb(C,N)的出现总是与晶体缺陷如晶界、非共格的孪晶、堆垛层错晶界、亚晶界或位错等联系在一起。
析出强化是钢铁材料重要强化手段之一。
根据Orowan-Asbby修正模型,析出强化效果主要受二相粒子半径和二相粒子的体积分数影响,二相粒子半径越小,二相粒子的体积分数越大,析出强化作用越强。
(5)改善钢的焊接性能
钢在使用过程中,经常要进行焊接,焊接接头是其薄弱环节,特别是热影响区,最易在此破坏。
在钢中添加微量的Nb、V、Ti、Mo,一方面,可在减少碳当量的同时,提高强度,从而提高钢的焊接性能;另一方面,将不纯物质如氧、氮、硫等固定起来,从而改善钢的可焊性;其次,由于其微观质点的作用,例如TiN在高温下的未溶解性,可阻止热影响区晶粒的粗化,提高热影响区的韧性,从而改善钢的焊接性能。
因此,通过研究Nb、V、Ti在钢中的作用机理和微观行为,发挥微合金元素在钢中的有利作用,对钢的品种开发,生产高质量、高附加值的产品如汽车用钢、船板、管线钢等有重要的作用。
(二)各种合金元素对钢性能的影响
1、Al
简介:
是炼钢时的脱氧定氮剂,并且能细化钢的晶粒,提高钢在低温下的韧性,铝对氮有极大的亲和力,含铝的钢渗氮后,在钢种表面牢固地形成一层薄而硬的弥散分布的氮化铝层,从而提高其硬度和疲劳强度,并改善其耐磨性。
铝还具有耐腐蚀性和抗氧化性,可作为不锈耐酸钢的主要合金元素。
在钢的表面镀铝或渗铝,可提高其抗氧化性。
铝和铬、硅复合应用,可以显著提高钢的高温不起皮性和耐高温腐蚀能力。
铝还适用于作电热合金材料和磁性材料。
但是,铝会影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。
(1)Al当钢中其含量小于3~5%时,是一有益的元素。
Al的主要特点和作用表现在高的抗氧化性和电阻。
①作为强烈脱氧剂加进的Al,可生成高度细碎的、超显微的氧化物,分散于钢体积中。
因而可阻止钢加热时的晶粒长大(含Al<10%,在加热<1200℃才有细化作用,否则其作用甚小)和改善钢的淬透性。
所以这些氧化物成为结晶的中心,而在钢冷却时又对A体分解起促进作用。
②作为合金元素,有助于钢的氮化,因而可提高钢的热稳定性。
所以AlN本身在加热时具有高稳定性,①与②都有利于减弱钢的过热倾向。
③可改善钢的抗氧化性,考虑②和③,
④能提高钢的电阻,与Cr共同用于制造高电阻铬铝合金:
如Cr13Al4、1Cr17Al5、1Cr25Al5。
Al使电阻增高的程度比Cr还高的多。
在Cr钢中加Al,会粗晶易脆,所以其量一般不超过5%,个别才有8~9%。
⑤对硅钢而言,Al可减少α铁心损失,降低磁感强度,与氧结合可减弱磁时效现象,但Al的氧化物会使磁性变坏。
Al(>0.5%)也会使硅钢变脆。
(2)Al的不良影响
①促进钢的石墨化,减少合金相中的碳溶浓度,所以硬度、强度降低。
②加速脱碳
当Al含量增加至3~5%时,8~9%将会大大地促进钢锭的柱状结晶过程。
因此而大大增加钢的机械热加工的困难,也使钢极易脱碳。
(其热加工之所以困难是因为该合金钢锭具有粗晶结构,且其晶体的解理极弱,所以导热性低,加热时容易出现大的温度差而锻裂,甚至钢锭的去皮加工都会使其晶界氧化而破坏。
此外,它在800℃以上的高温长时间停置也极易变脆。
一般合金钢中含Al量:
合金结构钢:
Al=0.4~1.1%(38CrAlA、38CrMoAlA、38CrWVAlA等)
耐热不起皮钢:
Al=1.1~4.5%(Cr13SiAl、Cr24Al2Si、Cr17Al4Si等)
电热合金:
Al=3.5~6.5%(Cr13Al4、1Cr17Al5、Cr8Al5、0Cr17Al5等)
甚至Al=8%Cr7Al7:
考虑电热合金受荷不大,虽有脆性,仍可使用。
2、Si
简介:
钢中常见元素之一,在炼钢过程中用作还原剂和脱氧剂。
所以钢中常含有0.20%~0.30%的硅。
如果钢中硅含量超过0.50%~0.60%时,硅就算作特殊的合金元素,这种钢就称为“硅钢。
硅能显著提高钢的弹性极限、屈服强度和抗拉强度,故可广泛用于制造重负的弹簧钢。
在凋质结构钢中,硅不仅能增加钢的淬透性,还增加钢淬火后的抗回火性。
因此,常被用作调质结构钢的合金元素,并可用于制造承受重负荷的较大截面零件的无镍铬、高强度、高韧性的高级调质钢。
硅和其他合金元素如钼、钨、铬等结合,有提高钢抗腐蚀和抗高温氧化的作用,可用于制造无镍低铬的不锈耐热钢。
含硅1.0%~4.5%低碳和超低碳钢,具有极高的导磁率,可做电气制造业中的硅钢片。
在热处理时硅易于促使石墨化、产生脱碳现象,故在弹簧中,常加入钨、钒、铬等元素来加以防止。
也用于制造耐磨的石墨钢或模具钢。
但钢中含硅量较高时,在焊接时喷溅较严重,有损焊缝质量,并易导至冷脆,会增加镀锌时锌对铁的破坏作用。
(1)一般合金钢中的Si含量不会高于3.5%,更多时(4.8~6.5%)将使钢具有很高的脆性。
Si的有益作用:
高的热强性和弹性极限,高的导磁率,涡流损失少。
①象Al、Cr一样,其氧化物均是尖晶石类型的组织。
其晶格常数与α-Fe、γ-Fe区别小。
因为其氧化物与金属分界处的晶胞之间就紧密而强固地结合在一起,氧化皮紧密地被贴在金属上,甚至在高温下也不剥落。
所以它具有很强的抗氧化性和耐热性能,而被加入耐热钢。
②有利于提高钢的弹性极限,在中碳钢中加入1~2%的Si,调质中σb将增15~20%,而Aku也提高了,还提高了σs和δ。
③利于促进钢中石墨化而用于炼制石墨钢。
此钢可制轴承,甚至作为工具钢代替,制冲头,拉模、弯曲模等。
④脱氧能力较强,是炼钢常用的脱氧剂,故一般钢中均含Si,其量≤0.5%。
⑤硅可减小晶体的各向异性,使磁化容易,使磁阻减小,它还可减轻钢中其他杂质对磁场磁感的危害(使%C石墨化,脱氧,与N形成氢化硅等)。
所以可大大减少涡流损失。
由于硅的脆性,目前高硅钢片硅含量规定为低于4.5%,最多只为4.8%,正在研究提高至6.5%。
⑥硅可显著地减慢回火马氏体在低温(200℃)时的分解速度。
(在较高温度即400~500℃则作用并不显著)Si是铁素体形成元素,多加Si会使A-α转化。
(2)Si的不良影响
①促使石墨化,促进脱碳(它是阻止碳化物形成的一种元素),含Si钢一般不作渗碳。
②促进回火脆性的发展,使塑性降低。
Si对冲击韧性和韧性的温度储量的影响不是等值的。
当Si=1~1.5%时作用尚良好。
Si=2.5~3%时则影响不良,含Si=2~2.5%,则难以锻造。
当Si≤2.3%时,矽铬钢对回火脆性的敏感性还很低,但对当Si=2.5~3.5%时,对回火脆性和敏感性就高。
用这种钢必须采取韧性处理(回火后在水中浸渍,锻时用少韧处理),而当Si>3.5%时,甚至持用韧性处理也已不能消除矽铬钢的脆性。
(不过,Mo的加入可使其脆性稍许改善),SI=4%时,室温下即可能脆裂。
③对碳素工具钢,Si含量上升时,将降低其淬透性等级。
一般结构钢中均不宜加Si,对于高速钢,不大于0.4%。
④由于硅的存在,使钢中增碳困难,并使渗碳速度降低,所以此类钢多不作渗碳处理。
⑤硅锰结合,Mn可下降,因为Si引起的脱碳,Si有微弱的抑制晶粒长大的作用,可稍下降,Mn引起的调质粗晶,有相互改善作用,但易生白点,应注意冶炼时原材料的干燥烘烤。
⑥硅在钢中还常以Fe、Mn的硅酸盐类夹杂物而存在,均会降低钢的各种性能,塑性比硫化物低。
这类夹杂物透光度很高,而反光度则低,故显微镜下常呈灰黑色。
(3)一般合金钢中Si含量
一般碳钢:
Si<0.5%
合金结构钢:
Si=0.9~1.6%(27SiMn、40CrSi、20CrMnSi、35CrMnSiA等)
弹簧钢:
Si=1.5~2%(55Si2Mn、60Cr2Mn等)
轴承钢:
Si=0.4~0.7%(GCr9SiMn、GCr15SiMn、GCr6SiMn等)
工具钢:
Si=0.65~1.8%(SiMn、9SiCr、5SiMnMoV、6SiMoV等)
耐热钢:
Si=1~4.3%(Cr17Al4Si、Cr20Si3、4Cr9Si2、4Cr3Si4等)
电机硅钢片:
Si=0.8~1.8%、1.8~2.8%、2.8~3.8%、3.8~4.8%为低、中、较高、高级硅钢片
3、Mn
简介:
是良好的脱氧剂和脱硫剂。
因此,钢中含0.30%~0.50%的锰是经常的。
在碳素钢中加入0.7%~1.8%或以上的锰时,就算是特殊钢“锰钢”了。
这种含锰量较高的碳素钢的力学性能,要比一般含锰量的好得多,不但有足够的韧性(在适当的热处理条件之下),且有较高的强度和硬度,能提高钢的淬透性,改善钢的热加工性能。
故在低合金结构钢中,含锰钢种发展十分迅速。
利用锰和硫化合所生成的硫化锰(MnS)夹杂,有使切屑易于碎断的作用。
所以在钢中可加适量的锰和硫来生产易切削钢。
此外,锰在合金结构钢、弹簧钢、轴承钢,工具钢、耐磨钢、无磁钢、不锈钢、耐热钢中,也获得广泛的应用。
但锰能使钢的抗腐蚀能减弱,对钢的焊接性能也有不利的影响。
(1)锰的有益作用是高的强度和耐磨性,淬透、渗碳、冷工硬化。
Mn含量:
14%(高耐磨钢),17~19%(护环钢)
①作为炼钢的脱氧剂用,因为一般钢中均含Mn,其量≤0.7%。
②Mn和S作用抵消S对铁的红脆影响。
③Mn对各类钢的作用是:
珠光体Mn钢:
可提高其强度和耐磨性,塑性亦不错。
所以它能细化珠光体组织。
(对含碳量较高的钢,Mn↑,塑性稍有降低。
对低碳钢则含Mn↑,而韧性↑。
奥氏体Mn钢:
有足够高的塑性和很高的耐磨性。
所以Mn能增加奥氏体的稳定性,扩大γ相区得奥氏体。
降低淬火时的临界冷却速度。
降低钢的临界点(A1和A3)同碳量碳素钢低25~30℃,所以可提高钢的淬透性,淬火时的变形也比较小,因此适于制大截面和复杂的零件。
Mn=5%时,Mn降至0℃。
马氏体Mn钢:
易使之发脆、淬裂。
Mn易溶于铁素体内,形成弱碳化物其稳定性不强。
所以加热过程中极易完全溶入奥氏休中,加之其临界点又低,所以晶粒极易粗化、极易淬裂,为此应严格控制淬火加热温度和保温时间,一般均以油淬或流动空气中冷却为宜,只有形状简单件才好用水淬。
调质钢:
将降低其塑性(回火脆性影响)。
渗碳钢:
Mn的存在能促进渗碳作用,所以能大大提高钢的表面硬度与耐磨性,尤其可贵的是在渗碳时表面软点较少,也不改变过分增碳的倾向。
(渗碳后的锰钢,在最后淬火前,应进行一次正火或退火处理,以消除因长时间渗碳造成的心部过热)。
结构钢:
将促使其回火脆性增强。
工具钢:
加入约1%Mn,可减少淬火时的体积变形,这对于精密工具和长形工具来说有重要的意义。
(如CrMn、CrWMn钢等)。
④Mn可改善钢的焊接性和低温性能,还可减慢钢的脱碳作用。
⑤Mn量中还可适当改善钢的切削性能。
⑥对某些钢,Mn的作用可代Ni,能扩大γ相区得奥氏体,如模具钢(增强淬透性)、奥氏体钢等。
⑦高锰钢对冷工硬化敏感,可提高钢的强度和耐磨性。
(Mn=10~14%,而C=1~1.4%)
⑧铬锰奥氏体钢的热强性很好,甚至可超过Cr、Ni钢,加4%Cr、Ni红热耐磨性更好。
Mn价廉。
(2)锰的不良影响是:
①增加钢的过热敏感性(粗晶):
这是由于含Mn渗碳体的稳定性不强,在加热过程中很容易完全溶于奥氏体中。
加之,Mn钢的临界点亦较低,所以就易粗晶了。
为此锻造和热处理加热都要严格控制加热温度和保温时间。
所有合金元素中,Mn是不能减低奥氏体晶粒长大倾向的元素,相反引起粗晶。
②增强钢对白点的敏感性,故要缓冷。
(含C>0.3%时影响即较大)
③增强回火脆性,且易形成带状和纤维组织。
故纵、横向性能差较大(Mn>2.4%延伸率↓↓)
④高锰钢熔点低(Mn13~14%,T熔1350~1400℃)平均线膨胀系数大(相当于钢类矽钢的1.9倍),导热系数小(约为同类矽钢的1/3~1/4),热加工稍难。
⑤高锰钢在冷速不够时,易生成块状碳化物沿晶界析出,使钢变脆,采用水淬速冷时,可使碳化物来不及析出,得到均匀奥氏体组织,性能改善。
但因为含Mn量高,导热性差,速冷则温差应力大而易淬裂,所以淬火次数不宜多。
(3)含Mn钢的分类
①碳钢:
a、正常含Mn量碳钢Mn=0.25~0.8%
b、较高含Mn量碳钢Mn=0.7~1.0%及0.9~1.2%
②锰钢:
Mn=1.1~1.8%少数~2.4%
③高锰钢:
Mn=13~14%(C=1.0~1.3%)
注:
Mn<1.2%为炼钢脱氧及稍许改变钢性能,作一般矽钢。
Mn=1.1~1.8%或2.4%为具高塑性、耐磨性,强度而被采用。
Mn=2.4~13%为粗晶极脆而不可用。
Mn=13~14%为冷工硬化而成为高耐磨钢。
4、Ni
简介:
能使钢强化,改善钢的低温性能,特别是韧性,还可以提高钢的淬透性。
镍钢的抗锈性也很强,具有较高的对酸、碱和海水的耐腐蚀能力,但在高温高压下对氧介质的抗腐蚀能力无明显效果,反会造成脱碳促使钢腐蚀破裂。
一般国产低合金结构钢中不加入镍。
镍在高含量时,可显著改变钢和合金的一些物理性能。
但镍是一种重要的战略物资,在全世界范围内比较稀缺,所以作为钢的一种合金元素,应该只在不能用其他元素来获得所需的性能时,才考虑使用镍。
譬如需要在高强度时具有高韧性的重要用途的结构钢,在低温工作条件下具有高韧性的钢,高合金铬镍奥氏体不锈耐热钢,以及要求具有特殊物理性能的钢等。
(1)镍的有益作用是:
高的强度、高的韧性和良好的淬透性、高电阻、高的耐腐蚀性。
①一方面既强烈提高钢的强度,另方面又始终使铁的韧性保持极高的水平。
其变脆温度则极低。
(当镍<0.3%时,其变脆温度即达-100℃以下,当Ni量增高时,约4~5%,其变脆温度竞可降至-180℃。
所以能同时提高淬火结构钢的强度和塑性。
含Ni=3.5%,无Cr钢可空淬,含Ni=8%的Cr钢在很小冷速下也可转变为M体。
②Ni的晶格常数与γ-铁相近,所以可成连续固溶体。
这就有利于提高钢的淬硬性,Ni可降低临界点并增加奥氏体的稳定性,所以其淬火温度可降低,淬透性好。
一般大断面的厚重伯都用加Ni钢。
当它同Cr、W或Cr、Mo结合的时候,淬透性尤可增高。
镍钼钢还具有很高的疲劳极限。
(Ni钢有良好的耐热疲劳性,工作在冷热反复。
σ、αk高)
③在不锈钢中用Ni,是为了使钢具有均匀的A体组织,以改善耐蚀性。
④有Ni钢一般不易过热,所以它可阻止高温时晶粒的增长,仍可保持细晶粒组织。
⑤含Ni量相当高的钢,其热膨胀系数很小而用作不变钢(Ni36%)和代用白金(Ni42%)。
⑥含Ni更高时,与Cr结合作高电阻合金(Cr15Ni60、Cr20Ni80)。
⑦Ni和V一样,对脱碳过程没有影响。
Ni本身不是有效的抗氧化学元素,所以很少单独用作不锈钢的合金元素,但对浓苛性碱有好的作用。
⑨Ni可提高A体钢的蠕变抗力,但还一定值作用则减弱,须加入别的合金元素,通过固溶强化或沉淀硬化的途径来解决。
⑩Cr、Ni钢的焊接性能和低温性能也不错。
(2)Ni的不良作用:
①Ni不能提高铁素体的蠕变抗力,相反会使珠光体M体钢热脆性增大。
所以珠光体、马氏体钢不加镍。
②含硫气氛中的Ni钢耐蚀性也不及无Ni钢,因硫化镍会引起钢的赤热脆性。
③铬镍钢容易感受回火脆性和易形成白点(前者可在回火后采用速冷防止,后者应采用正确的熔炼规范和锻造、冷却规范防止。
)
④对高速钢,因为它降低了它的硬度而被视为有害杂质,当Ni≈2%时或更高时,由于其抗600~660℃回火稳定性降低而热硬性变坏(使A体稳定不分解),所以硬度降低。
⑤同样,因为Ni降低钢之淬火层的硬度,在轴承钢中也不希望有它,Ni不大于0.30%,且Ni+Cu不大于0.50%(Cu不大于0.25%)。
⑥Ni虽可提高电阻,促使矽石墨化,但会降低磁感和最大磁导率。
所以硅钢片也不希望有Ni。
⑦Ni在我国早,价钱高。
⑧Ni钢氧化容易起鳞,所镍钢的氧化铁皮粘在钢表面上不易脱落。
(3)一般合金钢中的Ni含量:
渗碳钢:
含C=0.15~0.25%Ni=1~4.5%
调质钢:
含C=0.35~0.55%Ni=1~1.75%
不锈钢:
含Ni≤2%M体不锈钢,含Ni=8~18%
A体不锈钢:
含Ni=2~8%
M-P体类不锈钢。
耐热不起皮钢:
含Ni达9~36%,属A体钢。
磁钢:
含Ni<25%的(Ni25、Ni9Mn9等)为弱磁性钢,用930~1000℃淬火能很好不被磁化,可用于制机器,仪表等不应被磁化零件(电机环、指南针盒、电阻等)。
含Ni=25~30%的是陈化磁性钢,它具有非常高的磁性,当残余磁感应为5000~7500高斯时,矫顽磁力可达500~700奥斯特甚至1000,但它具有高的脆性(和硬度),所以多做铸造磁铁。
含Ni=35~37%的是恒范合金(不变合金)
Ni=42~44%的是类铂合金。
含Ni=50~80%的是高导磁率的合金,(但要很纯,才能发挥作用)
5、Cr
简介:
加入钢中能显著提高钢的抗氧化作用,增加钢的抗腐蚀能力。
并能提高钢的强度和耐磨性。
由于铬加入钢中能改善钢的力学性能及物理和化学性能,因此在各种用途的合金钢中,普遍含有不同数量的铬。
由于目前我国铬资源较少,故因尽量节约使用,特别是在大量生产的结构钢中,应当少用或不用铬。
(1)铬的有益作用:
具有许多有价值的性能:
高硬度、高强度、屈服点、高的耐磨性而对塑性、韧性影响又不大,高的抗氧化性,耐蚀性,还能提高电阻和导磁率等等。
1)Cr是中等碳化物形成元素,在所有各种碳化物中,铬碳化物是最细小的一种,它可均匀地分布在钢体积中,所以具有高的强度、硬度、屈服点和高的耐磨性。
由于它能使组织细化而又均分布,所以塑性、韧性也好,这对工具钢尤有价值。
2)Cr的碳化物也较难溶解,在短时间加热下有阻碍晶粒长大作用,长时间渗碳还会粗晶。
所以可减小过热敏感效应。
3)Cr可使A体分解速度减缓,降低淬火时的临界冷却速度,因而有助于M体形成和提高M体的稳定性,所以Cr钢均有优良的淬透性,且淬火变形较小。
注意:
Cr是铁素体形成元素,缩小γ区,所以在没A体化元素存在时,高Cr钢将呈铁素体组织。
4)Cr与W或Mo结合,能使淬火钢中残余奥氏体增加,而有助于获得需要粉碎程度的碳化物相。
5)Cr能大大提高结构钢的强度和塑性,这种影响在Cr与Ni结合的钢中尤其显著。
如12CrNi3N等。
6)Cr≥12%时,有好的耐蚀性,再加8~9%的Ni,耐蚀性更会大大提高。
Cr提高耐蚀能力的作用随含碳量增加而会有所降低,因为Cr与C结合后不起作用。
7)Cr≥25~30%时,有好抗氧化性。
如Cr=27~28%即可作1300℃的热电偶温度计的防护罩,当Cr与Si、Al结合时,甚至Cr相当少而抗氧化性也很高。
如Cr6~10%+Si2~3%就有高的耐热性和抗氧性。
8)Cr、Al结合(1Cr17AL5、Cr13AL4等)及Cr、Ni结合(如Cr15Ni60、Cr20Ni80等)均有很高的电阻。
9)Cr能提高钢的矫顽力和阻止钢的组织时效,所以Cr钢用于制造永久磁铁。
10)Cr价较低。
11)因为Cr可形成稳定的碳化物,减缓碳的扩散和生成紧固的氧化皮膜,所以可降低脱碳作用。
12)
a含Cr>2.5%的多元素合金钢。
(18Cr3MoWVA、20Cr3MoWVA等)是良好的抗氢蚀钢。
b含Cr<0.08%这是石墨钢的要求,所以Cr是阻止石墨化的一种元素。
含Cr≯1.2%低合金高强度钢(一般Mn钢和SiMn钢)
c含Cr=0.5~1.65%作轴承钢(C≈1%)——其合金含量低,价廉,而又具有高强度、高耐磨性、良好的耐疲劳性和淬透性,且热处理也简便。
d含Cr=3~10
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