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| 山東無縫鋼管廠：合金元素在鋼材中的作用 |
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發(fā)布者：www.queencharlottesoaps.com 發(fā)布時間：2015/11/23 閱讀：2034次 【字體：大 中 小】 |
山東無縫鋼管廠：合金元素在鋼材中的作用
合金元素在鋼材中的作用
鋼中除鐵以外，碳、錳、硅、硫、磷為基本五大元素，元素則稱為合金元素。這些元素在鋼中都起一定的作用。
壓力容器用鋼中所包含的元素按作用可分為基本元素、素三大類。加入一些其他金屬添加元素和殘留元基本元素有鐵和碳。一般鑄鐵多用于低壓容器，其含碳量大于2．11％；碳鋼可用于各種壓力容器，它含碳量為o．02％一2．11％。
殘留元素有硫、磷、錳、硅、氧、氫、氮等，其中硫、磷、氫鋼是有害的。氧元素對鋼材質(zhì)量是有害的。
添加元素是根據(jù)壓力容器對鋼的不同要求，需添加不同的元素。如中強(qiáng)度鋼添加錳、鉑及少量釩、鎳、硼等。高強(qiáng)度鋼則添加鉻、錳、鉑、鎳等(如30CrMnSiNi2A)。熱強(qiáng)鋼要添加鉬、鉻及少量鎢、釩、鎳、硼等(如lCr13)抗蝕性鋼需要添加鉻、鎳等(如1Crl8Ni9Ti)。低強(qiáng)鋼添加錳、鎳、鉻等(如09Mn2VDR)。
碳(C)在低合金鋼中常與合金元素形成碳化物。在常溫和較低的溫度下，能夠起強(qiáng)化作用。但在高溫下這些碳化物容易分解，還會聚集長大，對蠕變抗力和持久強(qiáng)度能起不良影響。碳對于鋼的塑性、耐蝕性和抗氧化性等也有同樣不良影響。隨著含碳量的增加，鋼的可焊性下降。所以耐熱鋼中含碳量一般要限制在o．20％以下。
錳(Mn)是一種良好的脫氧劑，又是一種很好的脫硫劑，焊接時經(jīng)常利用它脫氧和脫硫。錳在鋼中含量小于2％時，對于低合金鋼來說，可提高鋼的強(qiáng)度和韌性。對于中、高合金鋼而言，隨著強(qiáng)度的增加，其塑性和韌性則要降低。增高含錳量可以提高鋼的耐磨性。錳能形成碳化物，大量的碳可與鐵素體形成固溶體，使馬氏體轉(zhuǎn)變溫度(Ms)急劇下降。錳還能增大鋼對淬火、過熱的敏感性。
硅(Si)是強(qiáng)脫氧劑。若含量超過2％時會使鋼的塑性和韌性降低。硅在高溫下可以提高抗氧化性能，焊接時硅易形成高熔點夾雜物，即二氧化硅(Si02)殘留在焊縫中。
鉻(Cr)能提高鋼的硬度、耐蝕性和抗氧化性。因為鉻在鋼材表面形成一層附著性很強(qiáng)的氧化膜，使鋼材的氧化速度減慢，從而提高鋼的抗氧化性能。當(dāng)含鉻量大于12％時，能顯著提高鋼的電極電位，使鋼材具有良好的耐蝕性；當(dāng)含鉻量在20％以下時，能提高鋼的再結(jié)晶溫度，提高鋼的熱強(qiáng)性；隨含鉻量增加，可焊性變差。
鉬(Mo)是形成鐵素體的主要元素，它可以提高鋼的再結(jié)晶速度。提高低鉻耐熱鋼的熱強(qiáng)性，并提高鋼的強(qiáng)度和硬度；在含鉑0.6％以下時還可以提高鋼的塑性和韌性，從而降低裂紋傾向。但鉬有促進(jìn)石墨化傾向，在合金中，常用量一般為o．5％~1％左右。
釩(V)是良好的脫氧劑，能除去鋼中的氧。它又能和碳化合生成很硬的碳化物，僅次于鉆。而且所形成的碳化物在650℃以下都還是穩(wěn)定的。釩能提高鋼的淬透性，改變鋼的力學(xué)性能，是一種有益的元素，但價格昂貴。
鎢(W)的熔點高達(dá)3380℃，所以它能大大提高鋼的再結(jié)晶溫度，從而提高了鋼的熱強(qiáng)性能。鎢能形成穩(wěn)定碳化物，提高鋼的可淬性。根據(jù)鋼的不同要求，在鋼中加入量達(dá)15％~18％。
鎳(Ni)主要是形成穩(wěn)定的奧氏體組織，提高耐蝕性能，它能提高奧氏體鋼的高溫強(qiáng)度和持久強(qiáng)度，提高鋼的塑性，能促使石墨化。鎳鉻同時存在時，鋼材既具有較高塑性，又具有較高的硬度和強(qiáng)度。
鈦(Ti)和鈮(Nb)都是強(qiáng)烈地形成碳化物的元素，所形成的碳化物比碳化釩還穩(wěn)定。由于鈦和鈮與碳的親和力較大，常用來做穩(wěn)定劑，防止鉻鎳奧氏體鋼在高溫下或焊接后產(chǎn)生晶間腐蝕。它們也能提高鋼的再晶間溫度，對提高鋼的高溫力學(xué)性能有良好作用，并能細(xì)化晶粒，從而提高鋼的韌性，改善鋼的可焊性。
硼(B)是一種很好的脫氧劑，可促使晶粒細(xì)化，從而提高鋼的熱強(qiáng)性。硼在低合金中含量往往在0.007％以下，超過此限會損害鋼的加工性能，容易在焊接時出現(xiàn)裂紋。
鋁(Al)是非常強(qiáng)的脫氧劑，能使大多數(shù)金屬氧化還原。少量的鋁可以細(xì)化晶粒，提高鋼的抗氧化能力。鋁和氮能形成較穩(wěn)定的氧化物，但鋁可促使石墨化，在鋼中易形成夾雜物存在。
稀土元素能強(qiáng)化晶界，提高鋼的蠕變強(qiáng)度和持久強(qiáng)度。在鋼中能除去硫、磷等有害雜質(zhì)。大大改善鋼的沖擊韌性。稀土元素能細(xì)化晶粒，減少結(jié)晶偏析和回火脆性。
硫(S)是鋼中有害元素，它和鐵生成的FeS易與r-Fe形成低熔點共晶體。在加工(1000~1200℃)時，共晶體熔化，導(dǎo)致鋼材在高溫時破裂，這種現(xiàn)象稱為“熱脆”，在焊接時會產(chǎn)生熱裂紋。硫化物在鋼中易造成偏析，降低焊接結(jié)構(gòu)的抗層狀撕裂能力和鋼材的韌性。
磷(P)也是鋼中有害元素，可使鋼材的強(qiáng)度、硬度增加、塑性和韌性下降。特別是降低低溫Akv。這就是鋼的“冷脆性”。磷造成鋼材偏析，鋼材在回火過程中，磷偏析于晶界，引起鋼材的回火脆性，這在Cr—Mo鋼中特別明顯。降低鋼材中的S、P含量是改善鋼材(特別是低溫鋼、中溫鋼及核電鋼)韌性最重要的途徑之一。因此優(yōu)質(zhì)鋼要嚴(yán)格限制鋼中的S、P含量 | |
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