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钢的合金化

发布时间:2019-03-29 16:14        编辑:钢格板        点击次数:

  谈到钢铁制件,大家普遍的印象不外乎冰冷坚硬、毫无美感。然而,每一件使用环境不同的制件,根据其功用的差异,都隐藏着一颗颗“绚烂多彩的”心脏,可谓可有千秋。

  这一个个形态各异的“心脏”,指的就是钢铁的合金化。

  不同类型的制件为获得所要求的组织结构、力学性能、物理性能、化学性能而特别在钢铁中加入某些元素,即称为合金化。铁、碳和合金元素是合金钢的基本组元,它们之间的相互作用构成的不同的性能结构。合金元素不仅可以改变相稳定性和组织演化过程,而且可能产生新相,从而改变材料原有的组织和性能。这些元素之间在原子结构、原子尺寸及晶体点阵上的差异,是材料成分、工艺、组织性能之间相互差异的根源所在。

  一般来说,钢中的元素包括杂质元素与合金元素。杂质元素一般有三种情况:

  1) 常存杂质:由冶炼工艺所残留的杂质,多为Mn、Si、Al,它们是由脱氧剂带入。作为杂质元素时,一般含量限制在:0.3%—0.7%Mn;0.2%—0.4%Si;0.01%—0.02%Al;0.01%—0.05%P;0.01%—0.04%S。

  2) 隐存杂质:钢中极其微量的O、N、H,在钢中有一定的溶解度,难以测量。

  3) 偶存杂质:这与炼钢过程中所使用的矿石和废钢有关,如Cu、Sn、Pb、Ni、Cr等。

  杂质元素的存在,一般是有害的,会影响钢的性能,所以在冶金质量中都规定了其最高允许量。最典型的杂质元素是S、P、H、。S容易和Fe结合形成熔点为989℃的FeS相,会使钢在热加工过程中产生热脆性;P和Fe结合形成硬脆的Fe3P相,使钢在冷变形加工过程中产生冷脆性。H也可以留在钢中,形成所谓的白点,可导致的钢的氢脆。

  在许多情况下,碳素钢的性能不能满足使用要求。为了提高钢的性能,必须在钢中加入合金元素,以改变其性能。为合金化目的加入其含量有一定范围的元素称为合金元素,相应的钢就称为合金钢。根据需要,加入的合金元素可多可少,多的可达20%—30%,如Cr;一般加入量为1%—2%,如Mn;少的是微量,如0.005%B。习惯上,把加入合金元素总量<5%的钢,称为低合金钢‘合金元素总量>10%的,称为高合金钢。在5%—10%之间的钢称为中合金钢。

  目前钢铁中常用的合金元素有十几个,主要有Si、Mn、Cr、Ni、W、Mo、V、Ti、Nb、Al、Cu、B等。正是通过这些合金元素的加入,钢铁制件才真正拥有了“钢筋铁骨”。