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钢铁各元素对其性能的影响

来源:本站  发布时间:2019年01月11日  字体大小:[大] [中] [小]

钢铁中除基体元素铁以外的杂质元素有碳、锰、硅、硫、磷等。对于铁合金或合金钢来说,随其品种的不同常含有一定量的合金元素,如镍、铬、钨、钼、钒、钛、稀土等。所以我们国家标准通常是要求检测这些元素,也是为了保证材料的合格。因为这些含量的高低直接影响钢铁的性能,性能不同所使用的方面也不同。

碳在钢铁中有的以固溶体状态存在,有的生成碳化物(Fe2C、Mn3C、Cr5C2、WC、MoC等)。碳是决定钢铁性能的主要元素之一。一般含碳量高,硬度增强,延展性及冲击韧性降 低,熔点较低;含碳量低,则硬度较弱,延展性及冲击韧性增强,熔点较高。钢铁的分类常常以碳含量的高低为主要依据.含碳低于0.2%的称纯铁(或熟铁或低碳钢);含碳童在0.2%和1.7%之间的称为钢;含碳进高于1.7%,即为生铁。当然,通常高炉冶炼出来的生铁的碳含量常常更高,在2.5%和4%之间。另外,碳在钢铁中的存在状态对钢铁的性质影响也不小,灰口铁中含石墨碳较多,质软而韧;白口铁中含化合碳较多,则性质硬而脆。

硫在钢铁中以MnS、FeS状态存在。FeS的熔点低,最后凝固,夹杂于钢铁的晶格之间。 当加热压制时,FeS熔融,钢铁的晶粒失去连接作用而碎裂。硫的存在所引起的这种“热脆性”严重影响钢铁的性能。因此国家标准规定碳素钢中硫含量不得超过0.05%,优质钢中含硫量应不超过0.02%。

硅在钢铁中主要以FeSi、MnSi、FeMnSi等形态存在,也有时形成固溶体或非金属夹杂物,如2FeO .SiO2、2MnO.SiO2硅酸盐。在高碳硅钢中有一部分以SiC状态存在,硅增强钢 的硬度、弹性及强度,并提高钢的抗氧化力及耐酸性。硅促使碳游离为石墨状态,使钢铁富于流动性,易于铸造。生铁中,一般含硅0.5%到3%当含硅高于2%而猛低于2%时,则其 中的碳主要以游离的石墨状态存在,熔点较高,约为1200℃,断口呈灰色,称为灰口生铁。 因为含硅量较高,流动性较好,而且质软,易于车削加工,故灰口铁多用于铸造,如果含硅量低于0.5%而含锰量高于4%,则锰阻止碳以石墨状态析出而主要以碳化物状态存在,熔点 较低,约为1100℃,断口呈银白色,易于炼钢。含硅12%到14%的铁合金称为硅铁,含硅12%、锰20%的铁合金称为硅锰铁,主要用作炼钢的脱氧剂。

锰在钢铁中主要以MnC、MnS、FeMnSi或固溶体状态存在。生铁中一般含锰0.5%到6%;碳素钢中锰含量较低;含锰0.8%到14%的为高锰钢;含锰12%到20%的铁合金称为镜铁;含猛60%到80%的铁合金称为猛铁。锰能增强钢的硬度,减弱延展性。高锰钢具有良好的弹性及耐磨性,用于制造弹簧、齿轮、铁路道岔、磨机的钢球、钢棒等。

磷在钢铁中以Fe2P或Fe3P状态存在。磷化铁硬度较强,以致钢铁难于加工,并使钢铁产生“冷脆性”。但是当钢铁中含磷量稍高时.能使流动性增强而易于铸造,并可避免在轧钢 时轧辊与轧件黏合,所以在特殊情况下又常有意加入一定量的磷以达此目的。

镍能增强钢的强度和韧性,铬使钢的硬度、耐热性和耐腐蚀性增强,钨、铝、钒、钛等元素也能使钢的强度和耐热性能得到改善。

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