了合金化而加入的合金元素,最常用的有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒,钛,铌、硼、铝等。现分别说明它们在钢中的作用。
1、硅在钢中的作用:
(1)提高钢中固溶体的强度与冷加工硬化程度使钢的韧性与塑性降低。
(2) 硅能显著地提高钢的弹性极限、屈服极限与屈强比,这就是一般弹簧钢。(3)耐腐蚀性。硅的质量分数为15％一20％的高硅铸铁,就是很好的耐酸材料。含有硅的钢在氧化气氛中加热时,表面也将形成一层SiO2薄膜,从而提高钢在高温时的抗氧化性。
缺点:(4)使钢的焊接性能恶化。
2、锰在钢中的作用
(1)锰提高钢的淬透性。
(2)锰对提高低碳与中碳珠光体钢的强度有显著的作用。
(3)锰对钢的高温瞬时强度有所提高。
锰钢的主要缺点就是,①含锰较高时,有较明显的回火脆性现象;②锰有促进晶粒长大的作用,因此锰钢对过热较敏感t在热处理工艺上必须注意。这种缺点可用加入细化晶粒元素如钼、钒、钛等来克服:⑧当锰的质量分数超过1％时,会使钢的焊接性能变坏,④锰会使钢的耐锈蚀性能降低。
3、铬在钢中的作用
(1)铬可提高钢的强度与硬度。
(2)铬可提高钢的高温机械性能。
(3)使钢具有良好的抗腐蚀性与抗氧化性
(4)阻止石墨化
(5)提高淬透性。
缺点:①铬就是显著提高钢的脆性转变温度②铬能促进钢的回火脆性。4、镍在钢中的作用
(1)可提高钢的强度而不显著降低其韧性。
(2)镍可降低钢的脆性转变温度,即可提高钢的低温韧性。
(3)改善钢的加工性与可焊性。
(4)镍可以提高钢的抗腐蚀能力,不仅能耐酸,而且能抗碱与大气的腐蚀。
5、钼在钢中的作用
(1)钼对铁素体有固溶强化作用。
(2)提高钢热强性
(3)抗氢侵蚀的作用。
(4)提高钢的淬透性。
缺点:钼的主要不良作用就是它能使低合金钼钢发生石墨化的倾向。6、钨在钢中的作用
(1) 提高强度
(2)提高钢的高温强度。
(3)提高钢的抗氢性能。
(4)就是使钢具有热硬性。因此钨就是高速工具钢中的主要合金元素。7、钒在钢中的作用
(1)热强性。
(2)钒能显著地改善普通低碳低合金钢的焊接性能。8、钛在钢中的作用
(1)钛能改善钢的热强性,提高钢的抗蠕变性能及高温持久强度;(金属材料长期在高温条件下受热应力的作用而产生缓慢、连续的塑性变形的现象,叫金属的蠕变)
(2)并能提高钢在高温高压氢气中的稳定性。使钢在高压下对氢的稳定性高达600℃以上,在珠光体低合金钢中,钛可阻止钼钢在高温下的石墨化现象。因此,钛就是锅炉高温元件所用的热强钢中的重要合金元素之一。
9、铌在钢中的作用
(1)铌与碳、氮、氧都有极强的结合力,并与之形成相应的极为稳定的化合物,因而能细化晶粒,降低钢的过热敏感性与回火脆性。
(2)有极好的抗氢性能。
(3)铌能提高钢的热强性
10、硼在钢中的作用 ;
(1)提高钢的淬透性。
(2)提高钢的高温强度。强化晶界的作用。
11、铝在钢中的作用
(1)用作炼钢时的脱氧定氮剂,细化晶粒,抑制低碳钢的时效,改善钢在低温时的韧性,特别就是降低了钢的脆性转变温度;
(2)提高钢的抗氧化性能。曾对铁铝合金的抗氧化性进行了较多的研
究;4％AI即可改变氧化皮的结构,加入6％A1可使钢在980C以下具有抗氧化性。当铝与铬配合并用时,其抗氧化性能有更大的提高。例如,含铁50％一55％、铬30％一35％、铝10％一15％的合金,在1 400C高温时,仍具有相当好的抗氧化性。由于铝的这一作用,近年来,常把铝作为合金元素加入耐热钢中。
(3)此外,铝还能提高对硫化氢与V2O5的抗腐蚀性。
缺点:①脱氧时如用铝量过多,将促进钢的石墨化倾向。②当含铝较高时.其高温强度与韧性较低。
氮(N):氮能提高钢的强度,低温韧性与焊接性,增加时效敏感性。
时效硬化就就是钢材在热处理后的放置过程中内部组织发生变化,通常就是第二相的析出导致的钢材在放置后比放置前变硬的现象,通常有室温时效与人工时效两种,两者的区别就是时效温度的不同
钢的应变时效定义为塑性变形时或变形后,固溶状态的间隙溶质(C、N)与位错交互作用,“钉扎”位错阻止变形的物理本质,从而导致强度提高,韧性下降的力学冶金现象。
如果钢中的自由碳、氮浓度足够大,就会在变形过程中,强度迅速提高,延性急剧下降,以致脆化。这一过程决定于碳、氮,主要就是氮的浓度、温度与变形速率。溶质原子与各种位错均能发生反应,断裂就是快速传递的。应变时效脆化事故,往往就是灾难性的,顷刻间发生,防不胜防。
为确保建筑的安全,建筑用钢,如螺纹钢筋在实际使用中,都要求抗应变时效性。采用模拟应变时效状态:一般就是施以10%的塑性变形,然后在100℃加热不大于12h时效,空冷至室温继续变形至断裂,检测应变时效性能。螺纹钢筋的标准方法就是反弯试验,试验方法在国际标准与发达国家的标准中都有规定。
方法就是正弯(按规定弯曲半径)90°后,100℃加热不大于2h,空冷至室温后,反向弯曲20°。观察弯曲面,如果断或裂,均为应变时效脆化的反应。应
变时效性就是由钢中间隙溶质碳、氮原子引起,主要就是氮。碳在100℃以下的作用就是微弱的。成分设计的中心内容就是降低游离氮含量,达到无时效的水平。铁中有0、0001%(1ppm)的氮即出现时效现象,而0、002%应变时效就达到最大值。以当前炼钢技术,达到这个水平,在经济上不现实,普遍的就是0、005%～0、006%。冶金学家的方法就是加入固定氮元素,使钢中的起时效作用的游离氮浓度接近于“0”。
目的:
1、改善热轧过程中产生的内应力与偏析,使珠光体均匀化
2、可以提高钢材的强度,硬度
3、消除内应力保证钢材的公差尺寸
铜就是奥氏体形成元素。由于铜有石墨化作用,所以其加入低碳钢中,并且数量不大于1、5%
铜的主要作用就是:1、改善耐蚀能力。低碳钢含铜1％,抵抗大气腐蚀较不含铜的高出4倍。不锈钢中加铜3－4％,也有帮助不锈钢防蚀作用。
可以增加钢的强度,不宜超过0、2％。2、借助沉淀硬化来提高合金的抗拉强度。
3、铜在那些不发生沉淀硬化的钢中能够轻微的提高屈服强度。
4、在碳钢中它提高淬透性并降低延展性。钢中加入Cu的作用:1、耐候钢使用,提高耐大气腐蚀能力,我个人认为作用有限,就就是省钱;2、提高钢的深冲性能,如0Cr18Ni9Cu3,可以做成各种耐蚀的铆钉。3、作为强化元素加入,如0Cr17Ni4Cu4Nb(17－4PH),15－5PH,起到沉淀硬化的作用。3、在抗菌不锈钢中加入,特殊处理后,析出相有较好的杀菌作用。
碳(C):
就是对钢的性能影响最大的基本元素。不同的碳含量依据钢中杂质元素含量与轧后冷却条件的不同对于钢的性能影响就是不同的,随着钢中碳含量的增加,碳钢在热轧状态下的硬度直线上升,塑性与韧性降低。在亚共析范围内,碳对抗拉强度的影响就是,随着碳含量增加,抗拉强度不断提高,超过共析范围后,抗拉强度随碳含量的增加减缓,最后发展到随碳含量的增加抗拉强度降低。另外,含碳量增加时碳钢的耐蚀性降低,同时碳也使碳钢的焊接性能与冷加工(冲压、垃拔)性能变
