化学元素对钢性能的影响
化学元素对钢性能的影响
钢材中都含有各种各样的杂质,杂志含量的多寡,直接影响到钢材的物理化学性质——
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,当含碳量
超过023%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020%。
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015-030%的
硅。如果钢中含硅量超过050-060%,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10-12%的硅,强度可提高15-20%。
硅和钼、钨、铬等结合,有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用,可制造耐热钢。含硅1-4%的低碳钢
,具有极高的导磁率,用于电器工业做矽钢片。硅量增加,会降低钢的焊接性能。
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030-50%。
在碳素钢中加入070%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0045%,优质钢要求更低些。
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
0055%,优质钢要求小于0040%。在钢中加入008-020%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05%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):武钢用大冶矿石所炼的钢,往往含有铜。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05%塑性显著降低。当铜含量小于
050%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。缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削性能。
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): 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。
从上看,应该是锰和钨元素吧,所以要看钢的型号,是什么牌号的合金钢。
宝钢中大部分线材,都是只有化学成份,没有力学性能的,可能你用还比较少!我公司主营宝钢,邢钢,马钢材料1、冷镦钢盘条(应用于螺丝、标准件行业),代表钢种:SWRCH6A、SWRCH8A、SWRCH10(12、15、16、18、19、20、22)A 、SWRCH10(15、20、25、30、35、38、40)K、SWRCH45K、SWRCH50K、ML20MnTiB、ML35、ML15、ML15AL、SWRM6、SWRM8、ML08AL。
钢板分类有一下几种:
1、按厚度分类
(1)薄板,厚度不大于3mm(电工钢板除外);
(2)中板,厚度在4-20mm;
(3)厚板,厚度在20-60mm;
(4)特厚板,厚度大于60mm。
2、按生产方法分类
(1)热轧钢板;
(2)冷轧钢板。
3、按表面特征分类
(1)镀锌板(热镀锌板、电镀锌板);
(2)镀锡板;
(3)复合钢板;
(4)彩色涂层钢板。
4、按用途分类
(1)桥梁钢板;
(2)锅炉钢板;
(3)造船钢板;
(4)装甲钢板;
(5)汽车钢板;
(6)屋面钢板;
(7)结构钢板;
(8)电工钢板(硅钢片);
(9)弹簧钢板;
(10)耐热钢板;
(11)合金钢板;
(12)其他。
扩展资料
主要加工方法
1、轧制
将金属坯料通过一对旋转轧辊的间隙(各种外形),因受轧辊的压缩使材料截面减小,长度增加的压力加工方法,这是生产钢材最常用 的生产方式,主要用来生产型材、板材、管材。分冷轧、热轧。
2、铸造
利用锻锤的往复冲击力或压力机的压力使坯料改变成我们所需的外形和尺寸的一种压力加工方法。一般分为自由锻和模锻,常用作生产 大型材、开坯等截面尺寸较大的材料。
3、拉拨
将已经轧制的金属坯料(型、管、制品等)通过模孔拉拨成截面减小长度增加的加工方法大多用作冷加工。
4、挤压
将金属放在密闭的挤压简内,一端施加压力,使金属从规定的模孔中挤出而得到有同外形和尺寸的成品的加工方法,多用于生产有色 金属材料。
-钢板
-钢材的生产方法
合金钢是在普通碳素钢基础上添加适量的一种或多种合金元素而构成的铁碳合金。
合金钢的主要合金元素有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、钛、铌、锆、钴、铝、等。其中锰、铬、钨、钼为碳化物形成元素,其中一部分以原子状态进入固溶体中,另一部分形成置换式合金渗碳体;钒、钛、铌、锆等在钢中是强碳化物形成元素,只要有足够的碳,在适当条件下,就能形成各自的碳化物,当缺碳或在高温条件下,则以原子状态进入固溶体中;铝、铜、镍、钴、硅等是不形成碳化物元素,一般以原子状态存在于固溶体中。
钢的性能取决于钢的相组成,相的成分和结构,各种相在钢中所占的体积组分和彼此相对的分布状态。
目前在合金钢中常用的合金元素有:铬(Cr),锰(Mn),镍(Ni),硅(Si),硼(B),钨(W),钼(Mo),钒(V),钛(Ti)和稀土元素(Re)等。
铬是合金结构钢主加元素之一,在化学性能方面它不仅能提高金属耐腐蚀性能,也能提高抗氧化性能。当其含量达到13%时,能使钢的耐腐蚀能力显著提高,并增加钢的热强性。铬能提高钢的淬透性,显著提高钢的强度、硬度和耐磨性,但它使钢的塑性和韧性降低。
锰可提高钢的强度,增加锰含量对提高低温冲击韧性有好处。
镍钢铁性能有良好的作用。它能提高淬透性,使钢具有很高的强度,而又保持良好的塑性和韧性。镍能提高耐腐蚀性和低温冲击韧性。镍基合金具有更高的热强性能。镍被广泛应用于不锈耐酸钢和耐热钢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023%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020%。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015-030%的硅。如果钢中含硅量超过050-060%,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10-12%的硅,强度可提高15-20%。硅和钼、钨、铬等结合,有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用,可制造耐热钢。含硅1-4%的低碳钢,具有极高的导磁率,用于电器工业做矽钢片。硅量增加,会降低钢的焊接性能。
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030-050%。在碳素钢中加入070%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0045%,优质钢要求更低些。
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0055%,优质钢要求小于0040%。在钢中加入008-020%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05%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):武钢用大冶矿石所炼的钢,往往含有铜。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05%塑性显著降低。当铜含量小于050%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。
硅可提高强度、高温疲劳强度、耐热性及耐H2S等介质的腐蚀性。硅含量增高会降低钢的塑性和冲击韧性。
铝为强脱氧剂,显著细化晶粒,提高冲击韧性,降低冷脆性。铝还能提高钢的抗氧化性和耐热性,对抵抗H2S介质腐蚀有良好作用。铝的价格比较便宜,所以在耐热合金钢中常以它来代替铬。
钼能提高钢的高温强度、硬度、细化晶粒、防止回火脆性。钼能抗氢腐蚀。
钒用于固溶体中可提高钢的高温强度,细化晶粒,提高淬透性。铬钢中加少量钒,在保持钢的强度情况下,能改善钢的塑性。
钛为强脱氧剂,可提高强度、细化晶粒,提高韧性,减小铸锭缩孔和焊缝裂纹等倾向。在不锈钢中起稳定碳的作用,减少铬与碳化合的机会,防止晶间腐蚀,还可提高耐热性。稀土元素可提高强度,改善塑性、低温脆性、耐腐蚀性及焊接性能。
一、合金元素对钢力学性能的影响
1. 溶解于铁起固溶强化作用
几乎所有合金元素均能不同程度地溶于铁素体、奥氏体中形成固溶体,使钢的强度、硬度提高,但塑性韧性有所下降。使钢具有强韧性的良好配合。
2.形成碳化物,起第二相强化、硬化作用
按照与碳之间的相互作用不同,常用的合金元素分为非碳化物形成元素和碳化物形成元素两大类。碳化物形成元素包括Ti、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn等,它们在钢中能与碳结合形成碳化物,如TiC、VC、WC等,这些碳化物一般都具有高的硬度、高的熔点和稳定性,如果它们颗粒细小并在钢中均匀分布时,则显著提高钢的强度、硬度和耐磨性。
3.使结构钢中珠光体增加,起强化的作用
合金元素的加入,使Fe-Fe3C相图中的共析点左移,因而,与相同含碳量的碳钢相比,亚共析成分的结构钢(一般结构钢为亚共析钢)含碳量更接近于共析成分,组织中珠光体的数量,使合金钢的强度提高。
工程材料及成形工艺基础
合金元素对铁素体力学性能的影响
二、合金元素对钢工艺性能的影响
1.对热处理的影响
(1)对加热过程奥氏体化的影响 :合金钢热处理可适当提高加热温度和延长保温时间
合金钢中的合金渗碳体、合金碳化物稳定性高,不易溶入奥氏体;合金元素溶入奥氏体后扩散很缓慢,因此合金钢的奥氏体化速度比碳钢慢,为加速奥氏体化,要求将合金钢(锰钢除外)加热到较高的温度和保温较长的时间。除Mn外的所有合金元素都有阻碍奥氏体晶粒长大的作用,尤其是Ti、V等强碳化物形成的合金碳化物稳定性高,残存在奥氏体晶界上,显著地阻碍奥氏体晶粒长大。因此奥氏体化的晶粒一般比碳钢细。
(2)对过冷奥氏体转变的影响 :合金钢淬透性更好,可减小淬火冷速,减小淬火变形。但残余奥氏体增多
除Co外,所有溶于奥氏体中的合金元素,都使过冷奥氏体的稳定性增大,使C曲线右移,马氏体临界冷却速度减小,淬透性提高。这使得合金钢利用较小的冷却速度即能淬成马氏体组织,可减小淬火变形。因此大尺寸、形状复杂或要求精度高的重要零件需要用合金钢制作。除Co、Al外,大多数合金元素都使Ms点降低,使合金钢淬火后的残余奥氏体量比碳钢多,这将对零件的淬火质量会产生不利影响。
(3)对回火转变的影响 :合金钢耐回火性好,回火后强韧性配合更好,有些钢可产生“二次硬化”
合金钢回火时马氏体不易分解,抗软化能力强,即提高了钢的耐回火性,回火后能有更好的强韧性配合。合金元素能提高马氏体分解温度,对于含有较多Cr、Mo、W、V等强碳化物形成元素的钢,当加热至500~600℃回火时,直接由马氏体中析出合金碳化物,这些碳化物颗粒细小,分布弥散,使钢的硬度不仅不降低,反而升高这种现象称为“二次硬化”。但有些合金钢应避免“回火脆性”的产生。
2.对焊接性能的影响
淬透性良好的合金钢在焊接时,容易在接头处出现淬硬组织,使该处脆性增大,容易出现焊接裂纹;焊接时合金元素容易被氧化形成氧化物夹杂,使焊接质量下降,例如,在焊接不锈钢时,形成Cr2O3夹杂,使焊缝质量受到影响,同时由于铬的损失,不锈钢的耐腐蚀性下降,所以高合金钢最好采用保护作用好的氩弧焊。
3.对锻造性能的影响
由于合金元素溶入奥氏体后使变形抗力增加,使塑性变形困难,合金钢锻造需要施加更大的压力吨位;同时合金元素使钢的导热性降低、脆性加大,增大了合金钢锻造时和锻后冷却中出现变形、开裂的倾向,因此合金钢锻后一般应控制终锻温度和冷却速度。
1、化学成分不同
碳素钢:是指含碳量低于025%的碳素钢。
合金钢:是在碳素钢的基础上,在冶炼时特意加入一种或多种合金元素以改善其性能,合金总含量小于等于5%的称为低合金钢、合金总含量为5~10%的称为中合金钢、合金总含量大于10%的称为高合金钢。
2、特性不不同
碳素钢:塑性、可焊性均较好,但强度稍差。
合金钢:由于根据需要加入了不同的合金元素,使得其综合性能较好,或有其特殊的用途。
3、用途不同
碳素钢:一般轧成角钢、槽钢、工字钢、钢管、钢带或钢板,用于制作各种建筑构件、容器、箱体、炉体和农机具等。
合金钢:可用于弹簧材料、滚动轴承、量具材料、抗腐蚀,耐热材料,低温材料(专用钢为镍钢)。
1按化学成分分类 碳素钢按化学成分(即以含碳量)可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。 (1) 低碳钢 又称软钢, 含碳量从010%至030%低碳钢易于接受各种加工如锻造, 焊接和切削, 常用於制造链条, 铆钉, 螺栓, 轴等。 (2) 中碳钢 碳量025%~060%的碳素钢。有镇静钢、半镇静钢、沸腾钢等多种产品。除碳外还可含有少量锰(070%~120%)。按产品质量分为普通碳素结构钢和优质碳素结构钢。热加工及切削性能良好,焊接性能较差。强度、硬度比低碳钢高,而塑性和韧性低于低碳钢。可不经热处理,直接使用热轧材、冷拉材,亦可经热处理后使用。淬火、回火后的中碳钢具有良好的综合力学性能。能够达到的最高硬度约为 HRC55(HB538),σb为600~1100MPa。所以在中等强度水平的各种用途中,中碳钢得到最广泛的应用,除作为建筑材料外,还大量用于制造各种机械零件。 (3)高碳钢 常称工具钢, 含碳量从060%至170%, 可以淬硬和回火。锤, 撬棍等由含碳量075%的钢制造; 切削工具如钻头, 丝攻, 铰刀等由含碳量090% 至100% 的钢制造。
2按钢的品质分类 按钢的品质可分为普通碳素钢和优质碳素钢。 (1)普通碳素结构钢又称普通碳素钢,对含碳量、性能范围以及磷、硫和其他残余元素含量的限制较宽。在中国和某些国家根据交货的保证条件又分为三类:甲类钢(A类钢)是保证力学性能的钢。乙类钢(B类钢)是保证化学成分的钢。特类钢(C类钢)是既保证力学性能又保证化学成分的钢,常用于制造较重要的结构件。中国目前生产和使用最多的是含碳量在020%左右的A3钢(甲类3号钢),主要用于工程结构。 有的碳素结构钢还添加微量的铝或铌(或其他碳化物形成元素)形成氮化物或碳化物微粒,以限制晶粒长大,使钢强化,节约钢材。在中国和某些国家,为适应专业用钢的特殊要求,对普通碳素结构钢的化学成分和性能进行调整,从而发展了一系列普通碳素结构钢的专业用钢(如桥梁、建筑、钢筋、压力容器用钢等)。 (2)优质碳素结构钢和普通碳素结构钢相比,硫、磷及其他非金属夹杂物的含量较低。根据含碳量和用途的不同,这类钢大致又分为三类:①小于025%C为低碳钢,其中尤以含碳低于010%的08F,08Al等,由于具有很好的深冲性和焊接性而被广泛地用作深冲件如汽车、制罐……等。20G则是制造普通锅炉的主要材料。此外,低碳钢也广泛地作为渗碳钢,用于机械制造业。②025~060%C为中碳钢,多在调质状态下使用,制作机械制造工业的零件。③大于06%C为高碳钢,多用于制造弹簧、齿轮、轧辊等。根据含锰量的不同,又可分为普通含锰量(025~08%)和较高含锰量(07~10%和09~12%)两钢组。锰能改善钢的淬透性,强化铁素体,提高钢的屈服强度、抗拉强度和耐磨性。通常在含锰高的钢的牌号后附加标记“Mn”,如15Mn、20Mn以区别于正常含锰量的碳素钢。
3按用途分类 按用途则又可分为碳素结构钢、碳素工具钢。 碳素工具钢 含碳量在065~135%之间,经热处理后可得到高硬度和高耐磨性,主要用于制造各种工具、刃具、模具和量具(见工具钢)。 碳素结构钢按照钢材屈服强度分为5个牌号: Q195、Q215、Q235、Q255、Q275 每个牌号由于质量不同分为A、B、C、D等级,最多的有四种,有的只有一;另外还有钢材冶炼的脱氧方法区别。 脱氧方法符号: F——沸腾钢 b——半镇静钢 Z——镇静钢 TZ——特殊镇静钢。
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