金属元素对钢材性能的影响

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号类别标记代号序号类别标记代号l加工状态:(1)热轧(含热扩、热挤、热锻)(2)冷轧(含冷挤压)(3)冷拉(拔)WWHWCWCD8软化程度:(1)半软(2)软(3)特软SS1/2Ss22截面形状和型号用表示产品截面形状特征的英文字母作为标记代号。例如:方型空心型钢的代号QHS。如果产品有型号,应在表示产品形状特征的标记代号后加上型号9硬化程度:(1)低冷硬(2)半冷硬(3)冷硬(4)特硬HH1/4H1/2HH23尺寸精度:(1)普通精度(2)较高精度(3)高级精度(4)厚度较高精度(5)宽度较高精度(6)厚度宽度较高精度PPAPBPCPTPWPTW10热处理:(1)退火(2)球化退火(3)光亮退火(4)正火(5)回火(6)淬火+回火(7)正火+回火(8)固溶TTATGTLTNTTTQTTNTTS4边缘状态:(1)切边(2)不切边(3)磨边EECEMERll力学性能:(1)低强度(2)普通强度MMAMB5表面质量:F(1)普通级(2)较高级(3)高级FAFBFC(3)较高强度(4)高强度(5)超高强度MCMDME6表面种类:(1)酸洗(喷丸)(2)剥皮(3)光亮(4)磨光(5)抛光(6)麻面(7)发蓝(8)热镀锌(9)电镀锌(10)热镀锡(11)电镀锡SSASFSLSPSBSGSBLSZHSZESSHSSE12冲压性能:(I)普通冲压(2)深冲压f3)韶深冲乐QCQDQDDQ13用途:(1)一般用途(2)重要用途(3)特殊用途(4)其他用途(5)压力加工用(6)切削加工用(7}顶锻用(8)热加工用(9)冷加工用UUGUMUSUOUPUC7表面化学处理:(1)钝化(铬酸)(2)磷化(3)锌合金化STSTCSTPSTZUFUHUC注:1.本标准适用于钢丝、钢板、型钢、钢管等的标记代号。2.钢材标记代号采用与类别名称相应的英文名称首位字母(大写)和阿拉伯数字组合表示。类别牌号或组别涂色标记优质碳素结构钢05~15白色20~25棕色+绿色30~40白色+蓝色45~85白色+棕色15Mn~40Mn白色二条45Mn~70Mn绿色三条合金结构钢锰钢黄色+蓝色硅锰钢红色+黑色锰钒钢蓝色+绿色铬钢绿色+黄色铬硅钢蓝色+红色铬锰钢蓝色+黑色铬锰硅钢红色+紫色铬钒钢绿色+黑色铬锰钛钢黄色+黑色铬钨钒钢棕色+黑色钼钢紫色铬钼钢绿色+紫色铬锰钼钢绿色+白色铬钼钒钢紫色+棕色铬硅钼钒钢紫色+棕色铬铝钢铝白色铬钼铝钢黄色+紫色铬钨钒铝钢黄色+红色硼钢紫色+蓝色铬钼钨钒钢紫色+黑色高速工具钢W12Cr4V4Mo棕色一条+黄色一条W18Cr4V棕色一条+蓝色一条W9Cr4V2棕色二条W9Cr4V棕色一条铬轴承钢GCr6绿色一条+白色一条GCr9白色一条+黄色一条GCr9SiMn绿色二条GCrl5蓝色一条GCrl5SiMn绿色一条+蓝色一条铬钢铝色+黑色铬钛钢铝色+黄色铬锰钢铝色+绿色铬钼钢铝色+白色铬镍钢铝色+红色不锈耐酸钢铬锰镍钢铝色+棕色铬镍钛钢铝色+蓝色铬镍铌钢铝色+蓝色铬钼钛钢铝色+白色+黄色铬钼钒钢铝色+红色+黄色铬镍钼钛钢铝色+紫色铬钼钒钴钢铝色+紫色铬镍铜钛钢铝色+蓝色+白色铬镍钼铜钛钢铝色+黄色+绿色铬镍钼铜铌钢铝色+黄色+绿色(铝色为宽条,余为窄色条)耐热钢铬硅钢红色+白色铬钼钢红色+绿色铬硅钼钢红色+蓝色铬钢铝色+黑色铬钼钒钢铝色+紫色铬镍钛钢铝色+蓝色铬铝硅钢红色+黑色铬硅钛钢红色+黄色铬硅钼钛钢红色+紫色铬硅钼钒钢红色+紫色铬铝钢红色+铝色铬镍钨钼钛钢红色+棕色铬镍钨钼钢红色+棕色铬镍钨钛钢铝色+白色+红色(前为宽色条,后为窄色条)18种金属元素对钢性能的影响1、Al(1)Al当钢中其含量小于3~5%时,是一有益的元素。其作用是: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。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(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(1)锰的有益作用是高的强度和耐磨性),淬透、渗碳、冷工硬化。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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