合金元素在钢铁中的存在形式及其影响

-1-合金元素在钢铁中的存在形式及其影响1.碳（C）碳是钢铁中的重要元素，它是区分钢铁的主要标志之一。在决定钢号时，往往注意碳的含量。碳对钢铁的性能起决定性的作用。由于碳的存在，才能将钢进行热处理，才能调节和改变其机械性能。当碳含量在一定范围内时。随着碳含量的增加，钢的硬度和强度得到提高，其塑性和韧性下降；反之，则硬度和强度下降，而塑性和韧性提高。由于碳含量在钢铁中的重要作用，所以快速、准确地测定钢铁中的碳含量也就具有相当重要的意义。2.硅（Si）硅在钢铁中主要以固溶体形式存在，还可形成硅化物，其形式有MnSi或FeMnSi等；也有少许以硅酸盐以及游离SiO2的形式成为钢铁中非金属夹杂物而存在；在高碳钢中可能有少量SiC形式存在。硅能增强钢的抗张力、弹性、耐酸性和耐热性，又能增大钢的电阻系数。故钢中含量硅一般不小于0.10%；作为一种合金元素，一般不低于0.4%；耐酸耐热钢及弹簧钢中、含量硅较高；而硅钢中含硅量可高达4%以上。3．磷（P）磷在钢中以固溶体和磷化物形态存在。磷化物形态有Fe3P，Fe2P等。Fe3P是一种很硬而脆性大的物质。当磷含量高时易形成Fe3P，增加钢的冷脆敏感性，增加钢的回火脆性以及焊接裂纹敏感性。一般认为在钢中含磷量高于0.1%，便会发生上述的危害性。通常的情况下认为磷是钢中的有害的元素，但是它也是可利用的一面。例如，磷和铜联合作用时，能提高钢的抗蚀性；它和锰、硫联合作用时，能改善钢的切削加工性。4.硫（S）硫主要以硫化物的形态存在于钢中。一般认为硫是钢中的有害元素之一。硫在钢中易于偏析，恶化钢的质量。如以熔点较低的FeS的形式存在时，将导致钢的热脆现象。此外，硫存在于钢内能使钢的机械性能降低，同时对钢的耐蚀性、可焊性也不利。5.锰（Mn）锰在钢中能形成固溶体。在冶炼钢铁过程中，通常作为脱氧剂及脱硫剂而特意加入。锰与硫能形成熔点较高的MnS，可防止因FeS而导致的热脆现象，并提高了钢的可锻性。锰还能使钢铁的硬度和强度的增加。-2-6.铬（Cr）铬是合金钢生产中应用最广的元素之一。铬能增强钢的机械性能和耐磨性，增加钢的淬透性及淬火后的抗变形能力，增强钢的弹性、抗磁性、耐蚀性和耐热性。7.镍（Ni）普通钢中的含镍量在0.3%以下，不起合金元素作用。平均含镍量在0.5%以上的钢就可算镍钢。镍作为合金元素能使钢具有高级的机械性能，即可使钢具有韧性、防腐抗酸性、高导磁性，并使晶粒细化提高淬透性，增加硬度等。在许多特殊钢和合金中镍含量更高。在奥氏体钢中的镍含量超过8%，从而增加钢的耐蚀性能和良好的可焊性，耐热钢中含镍量有的超过20%，从而增加钢的耐热性。含镍25%的钢即具有抗熔融碱的特殊性能，而含镍量36%的高镍钢对热膨胀以及电磁的敏感性很强。8.钛（Ti）钛是较为活泼的金属元素之一，是固定碳和氮的有效元素。加入适当的钛能改变钢的品质和提高机械性能，能提高耐热钢的抗氧化性和热强性，提高不锈钢的耐蚀性，并对钢的焊接也有利。9.钒（V）钒是钢铁中很重要的合金元素之一，就我国钢铁体系来讲，Mo，W，V，Ti，Nb和Xt等合金元素是我国合金元素的重要组成部分。钢中含有钒使钢具有特殊的机械性能，提高钢的抗张强度和屈服点，尤其是提高钢的高温强度，提高工具钢的使用寿命。10.钼（Mo）钼作为合金元素加入钢中，能增加的强度而不减其塑性和韧性，同时能使钢在高温下有足够的强度，且改善钢的耐蚀、冷脆性等。11.钨（W）钨是重要的合金元素之一。它的作用主要是增加钢的回火稳定性、红硬性、热强性以及形成特殊碳化物而增加其耐磨性，高速工具钢和硬质合金都必须含有较多量的钨。12.铝（Al）铝是钢的良好的脱氧剂、去气剂和致密剂之一。在不同的条件下，铝对钢影响不一样。作为合金元素加入，可提高钢的抗氧化性，改善钢的电磁性能，在耐热钢中提高热强性，在渗氮钢中促使形成坚硬耐磨耐蚀的渗氮层。-3-13.铌（Nb）铌在钢中主要以铌化物的形态存在。铌作为合金元素加入钢中，能显著地提高钢的强度和抗腐蚀性，改善钢的焊接性能。钢中铌通常为0.1%~1%，普通低合金钢中铌含量为0.015%~0.050%，而在高温用的结构钢中含铌量可达3%。14.钴（Co）钴是世界上稀少的贵重金属。因此多用于冶炼特殊的钢和合金。钴在特殊钢种中，能改善钢的高温性能，增强钢的红硬性，提高抗氧化及耐腐蚀能力，为超硬高速钢及高温合金的重要合金化元素。钴在钢和合金中的含量范围较大，在特殊的钴基高温合金中可高达50%左右，而在原子能和某些工业的钢种里，含钴量要求低于一定范围（例如，在0.01%左右）15.硼（B）为了改善钢的某些性能，常常向钢中加入一定量的硼。比如在普通钢和结构钢中加入微量硼（一般平均含量在0.003%左右），可提高钢的淬透性，从而能提高零件截面性能的均匀性，在球光体耐热钢中加入微量的硼可提高钢的高温强度，而在奥氏体钢中加入0.025%硼可提高钢的蠕变强度。16.稀土元素（Xt）稀土元素在钢中，半数以上进入碳化物中，小部分进入夹杂物中，其余部分存在于固溶体中。钢中加入少量稀土，能提高钢的流动性，从而改善钢的表面质量；能显著提高不锈耐酸钢的热加工塑性。结构钢中加入稀土元素能提高其塑性和韧性，减弱可逆回火脆性等。17.铜(Cu)铜在钢中的含量一般在0.02%以下。通常它是钢中的有害物质，使钢的机械性能降低，并在加热时导致金属表面的氧化，影响钢的质量。但有时也特意往钢中加入铜以代替部分镍。在低碳低合金钢中，特别与磷同时存在时，可提高钢的抗大气腐蚀性能。2%~3%铜在奥氏体不锈钢中可提高其对硫酸、磷酸及盐酸等的抗腐蚀性及对应力腐蚀的稳定性。18.氮（N）氮在钢中一般含量不大于0.008%，但在某些情况下，例如在镍铬钢、铬锰钢中加入少量氮，将起加入合金元素的作用。它代替了相当部分的镍。除此，根据需要还对钢进行表面渗氮处理，以此增加钢的硬度和耐磨性能，也能显著改其善耐蚀性能。