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鋼材中的雜質(zhì)對(duì)鋼性能的影響

發(fā)布時(shí)間:2010/3/15

鋼材中的雜質(zhì)對(duì)鋼性能的影響
實(shí)際使用的鋼中,除了含有鐵、碳與合金元素外,在冶煉過(guò)程中,不可避免地要帶入一些雜質(zhì)(如錳、硅、硫、磷、非金屬類(lèi)雜質(zhì)以及某些氣體,如氮、氫、氧等)。這些雜質(zhì)對(duì)鋼的質(zhì)量有很大的影響。
?? 1.非金屬夾雜物在煉鋼過(guò)程中,少量爐渣、耐火材料及冶煉中反應(yīng)產(chǎn)物可能進(jìn)入鋼液,形成非金屬夾雜物。例如氧化物、硫化物、硅酸鹽、氮化物等。它們都會(huì)降低鋼的機(jī)械性能,特別是降低塑性、韌性及疲勞極限。嚴(yán)重時(shí),還會(huì)使鋼在熱加工與熱處理時(shí)產(chǎn)生裂紋或使用時(shí)突然脆斷。非金屬夾雜物也促使鋼形成熱加工纖維組織與帶狀組織,使材料具有各向異性。嚴(yán)重時(shí),橫向塑性?xún)H為縱向的一半,并使沖擊韌性大為降低。因此,對(duì)重要用途的鋼(如滾動(dòng)軸承鋼、彈簧鋼等)要檢查非金屬夾雜物的數(shù)量、形狀、大小與分布情況。此外,鋼在整個(gè)冶煉過(guò)程中,都與空氣接觸,因而鋼液中總會(huì)吸收一些氣體,如氮、氧、氫等。它們對(duì)鋼的質(zhì)量也會(huì)產(chǎn)生不良影響。

?? 2.硅硅在鋼中作為雜質(zhì)存在時(shí),一般均小于0.4%,它也來(lái)自生鐵與脫氧劑。在室溫下硅能溶于鐵素體,對(duì)鋼有一定的強(qiáng)化作用。但硅作為少量雜質(zhì)存在時(shí),它對(duì)鋼的性能影響也不顯著。

?? 3.錳錳在鋼中作為雜質(zhì)存在時(shí),一般均小于0.8%。它來(lái)自作為煉鋼原料的生鐵及脫氧劑錳鐵。錳有很好的脫氧能力,還能與硫形成MnS,以消除硫的有害作用。這些反應(yīng)產(chǎn)物大部分進(jìn)入爐渣而被除去,小部分殘留于鋼中成為非金屬夾雜物。此外,在室溫下錳能溶于鐵素體,對(duì)鋼有一定強(qiáng)化作用。錳也能溶于滲碳體中,形成合金滲碳體。但錳作為少量雜質(zhì)存在時(shí),它對(duì)鋼的性能影響不顯著。

?? 4.磷磷由生鐵帶入鋼中,在一般情況下,鋼中的磷能全部溶于鐵素體中。磷有強(qiáng)烈的固溶強(qiáng)化作用,使鋼的強(qiáng)度、硬度增加,但塑性、韌性則顯著降低。這種脆化現(xiàn)象在低溫時(shí)更為嚴(yán)重,故稱(chēng)為冷脆。一般希望冷脆轉(zhuǎn)變溫度低于工件的工作溫度,以免發(fā)生冷脆。而磷在結(jié)晶過(guò)程中,由于容易產(chǎn)生晶內(nèi)偏析,使局部地區(qū)含磷量偏高,導(dǎo)致冷脆轉(zhuǎn)變溫度升高,從而發(fā)生冷脆。冷脆對(duì)在高寒地帶和其它低溫條件下工作的結(jié)構(gòu)件具有嚴(yán)重的危害性,此外,磷的偏析還使鋼材在熱軋后形成帶狀組織。因此,通常情況下,磷也是有害的雜質(zhì)。在鋼中也要嚴(yán)格控制磷的含量。但含磷量較多時(shí),由于脆性較大,在制造炮彈鋼以及改善鋼的切削加工性方面則是有利的。
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?? 5.硫硫是由生鐵及燃料帶入鋼中的雜質(zhì)。在固態(tài)下,硫在鐵中的溶解度極小,而是以FeS的形態(tài)存在于鋼中。由于FeS的塑性差,使含硫較多的鋼脆性較大。更嚴(yán)重的是,F(xiàn)eS與Fe可形成低熔點(diǎn)(985℃)的共晶體,分布在奧氏體的晶界上。當(dāng)鋼加熱到約1200℃進(jìn)行熱壓力加工時(shí),晶界上的共晶體已溶化,晶粒間結(jié)合被破壞,使鋼材在加工過(guò)程中沿晶界開(kāi)裂,這種現(xiàn)象稱(chēng)為熱脆性。為了消除硫的有害作用,必須增加鋼中含錳量。錳與硫優(yōu)先形成高熔點(diǎn)(1620℃)的硫化錳,并呈粒狀分布在晶粒內(nèi),它在高溫下具有一定塑造性,從而避免了熱脆性。硫化物是非金屬夾雜物,會(huì)降低鋼的機(jī)械性能,并在軋制過(guò)程中形成熱加工纖維組織。因此,通常情況下,硫是有害的雜質(zhì)。在鋼中要嚴(yán)格限制硫的含量。但含硫量較多的鋼,可形成較多的MnS,在切削加工中,MnS能起斷屑作用,可改善鋼的切削加工性,這是硫有利的一面。

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