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編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 九年級(jí) 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)
1、碳(C):鋼中含碳量增加,屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度升高,但塑性和沖擊性降低,當(dāng)碳量0.23%超過時(shí),鋼的焊接性能變壞,因此用于焊接的低合金結(jié)構(gòu)鋼,含碳量一般不超過0.20%。碳量高還會(huì)降低鋼的耐大氣腐蝕能力,在露天料場(chǎng)的高碳鋼就易銹蝕;此外,碳能增加鋼的冷脆性和時(shí)效敏感性。
2、硅(Si):在煉鋼過程中加硅作為還原劑和脫氧劑,所以鎮(zhèn)靜鋼含有0.15-0.30%的硅。如果鋼中含硅量超過0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能顯著提高鋼的彈性極限,屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度,故廣泛用于作彈簧鋼。在調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼中加入1.0-1.2%的硅,強(qiáng)度可提高15-20%。硅和鉬、鎢、鉻等結(jié)合,有提高抗腐蝕性和抗氧化的作用,可制造耐熱鋼。含硅1-4%的低碳鋼,具有極高的導(dǎo)磁率,用于電器工業(yè)做矽鋼片。硅量增加,會(huì)降低鋼的焊接性能。
3、錳(Mn):在煉鋼過程中,錳是良好的脫氧劑和脫硫劑,一般鋼中含錳0.30-0.50%。在碳素鋼中加入0.70%以上時(shí)就算“錳鋼”,較一般鋼量的鋼不但有足夠的韌性,且有較高的強(qiáng)度和硬度,提高鋼的淬性,改善鋼的熱加工性能,如16Mn鋼比A3屈服點(diǎn)高40%。含錳11-14%的鋼有極高的耐磨性,用于挖土機(jī)鏟斗,球磨機(jī)襯板等。錳量增高,減弱鋼的抗腐蝕能力,降低焊接性能。
4、磷(P):在一般情況下,磷是鋼中有害元素,增加鋼的冷脆性,使焊接性能變壞,降低塑性,使冷彎性能變壞。因此通常要求鋼中含磷量小于0.045%,優(yōu)質(zhì)鋼要求更低些。
5、硫(S):硫在通常情況下也是有害元素。使鋼產(chǎn)生熱脆性,降低鋼的延展性和韌性,在鍛造和軋制時(shí)造成裂紋。硫?qū)附有阅芤膊焕,降低耐腐蝕性。所以通常要求硫含量小于0.055%,優(yōu)質(zhì)鋼要求小于0.040%。在鋼中加入0.08-0.20%的硫,可以改善切削加工性,通常稱易切削鋼。
6、鉻(Cr):在結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼中,鉻能顯著提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性,但同時(shí)降低塑性和韌性。鉻又能提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性,因而是不銹鋼,耐熱鋼的重要合金元素。
7、鎳(Ni):鎳能提高鋼的強(qiáng)度,而又保持良好的塑性和韌性。鎳對(duì)酸堿有較高的耐腐蝕能力,在高溫下有防銹和耐熱能力。但由于鎳是較稀缺的資源,故應(yīng)盡量采用其他合金元素代用鎳鉻鋼。
8、 鉬(Mo):鉬能使鋼的晶粒細(xì)化,提高淬透性和熱強(qiáng)性能,在高溫時(shí)保持足夠的強(qiáng)度和抗蠕變能力(長期在高溫下受到應(yīng)力,發(fā)生變形,稱蠕變)。結(jié)構(gòu)鋼中加入鉬,能提高機(jī)械性能。 還可以抑制合金鋼由于火而引起的脆性。在工具鋼中可提高紅性。
9、鈦(Ti):鈦是鋼中強(qiáng)脫氧劑。它能使鋼的內(nèi)部組織致密,細(xì)化晶粒力;降低時(shí)效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在鉻18鎳9奧氏體不銹鋼中加入適當(dāng)?shù)拟仯杀苊饩чg腐蝕。
10、釩(V):釩是鋼的優(yōu)良脫氧劑。鋼中加0.5%的釩可細(xì)化組織晶粒,提高強(qiáng)度和韌性。釩與碳形成的碳化物,在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕能力。
11、鎢(W):鎢熔點(diǎn)高,比重大,是貴生的合金元素。鎢與碳形成碳化鎢有很高的硬度和耐磨性。在工具鋼加鎢,可顯著提高紅硬性和熱強(qiáng)性,作切削工具及鍛模具用。
12、鈮(Nb):鈮能細(xì)化晶粒和降低鋼的過熱敏感性及回火脆性,提高強(qiáng)度,但塑性和韌性有所下降。在普通低合金鋼中加鈮,可提高抗大氣腐蝕及高溫下抗氫、氮、氨腐蝕能力。鈮可改善焊接性能。在奧氏體不銹鋼中加鈮,可防止晶間腐蝕現(xiàn)象。
13、鈷(Co):鈷是稀有的貴重金屬,多用于特殊鋼和合金中,如熱強(qiáng)鋼和磁性材料。
14、銅(Cu):武鋼用大冶礦石所煉的鋼,往往含有銅。銅能提高強(qiáng)度和韌性,特別是大氣腐蝕性能。缺點(diǎn)是在熱加工時(shí)容易產(chǎn)生熱脆,銅含量超過0.5%塑性顯著降低。當(dāng)銅含量小于0.50%對(duì)焊接性無影響。
15、鋁(Al):鋁是鋼中常用的脫氧劑。鋼中加入少量的鋁,可細(xì)化晶粒,提高沖擊韌性,如作深沖薄板的08Al鋼。鋁還具有抗氧化性和抗腐蝕性能,鋁與鉻、硅合用,可顯著提高鋼的高溫不起皮性能和耐高溫腐蝕的能力。鋁的缺點(diǎn)是影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能。
16、硼(B):鋼中加入微量的硼就可改善鋼的致密性和熱軋性能,提高強(qiáng)度。
17、氮(N):氮能提高鋼的強(qiáng)度,低溫韌性和焊接性,增加時(shí)效敏感性。
18、稀土(Xt):稀土元素是指元素周期表中原子序數(shù)為57-71的15個(gè)鑭系元素。這些元素都是金屬,但他們的氧化物很象“土”,所以習(xí)慣上稱稀土。鋼中加入稀土,可以改變鋼中夾雜物的組成、形態(tài)、分布和性質(zhì),從而改善了鋼的各種性能,如韌性、焊接性,冷加工性能。在犁鏵鋼中加入稀土,可提高耐磨性。
第二部分
1、化學(xué)成分的影響
在普通碳素結(jié)構(gòu)鋼中,除了鐵和碳元素外,還有錳、硅、硫、磷等元素和氧、氫、氮等有害氣體,其中純鐵約占99%左右,而其它元素僅占1%左右。在低合金結(jié)構(gòu)鋼中,除上述元素外還加入一定數(shù)量的合金元素,其總量不超過5%。盡管碳和其它元素含量不多,但對(duì)鋼的性能影響很大,其中以碳對(duì)鋼的性能影響最大。
碳C:是決定鋼材性能的最主要元素。隨著含碳量的增加,鋼材的抗拉強(qiáng)度和屈服點(diǎn)上升,硬度增加;但伸長率、斷面收縮率、沖擊韌性均減少,冷彎性能和焊接性能變壞。因此,鋼結(jié)構(gòu)特別是焊接結(jié)構(gòu)不宜用含碳量高的鋼材制定!朵摻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(TJ17-74)所推薦的鋼材,含碳量均不超過0.22%。
錳Mn:是一種脫氧劑。一部分固溶,一部分以硫化錳MnS的形式存在。錳能提高鋼材的強(qiáng)度和硬度,且塑性和沖擊韌性降低不多。由于錳在鋼中能防止生成低熔點(diǎn)的硫化鐵和硫化鐵與氧化鐵的共晶體,故可大大改善鋼的熱加工性能,消除熱脆性的影響。在普通碳鋼中,錳的含量在0.25%~0.65%范圍內(nèi),在我國生產(chǎn)的低合金結(jié)構(gòu)鋼中,錳是主要的合金元素,如16Mn鋼中,錳的含量在12%~16%。錳的含量太多,會(huì)顯著增加鋼的淬火傾向,從而降低鋼的可焊性。因此,焊接結(jié)構(gòu)用的低合金錳鋼其含錳量一般不超過1.7%。
硅Si:也是一種脫氧劑,它是以固溶狀態(tài)存在,能提高鋼的強(qiáng)度和硬度。但含硅量過多將降低鋼材的塑性和沖擊韌性,增加冷脆和時(shí)效的敏感性,可焊性也變壞。一般在鎮(zhèn)靜鋼中,硅的含量在0.10%~0.30%。
硫S:是原料帶入鋼中的有害元素,它以硫化錳(MnS)的形式存在,當(dāng)硫的含量過多或錳的含量不足時(shí)就以硫化鐵(FeS)的形式存在。硫化鐵是一種低熔點(diǎn)的化合物,尤其硫化鐵與鐵素體形成共晶體,其熔點(diǎn)更低,只有985℃。因此,硫在鋼中增加了鋼材的紅脆性和熱裂傾向,使鋼在熱加工時(shí)容易發(fā)生開裂,這種現(xiàn)象稱為“熱脆”。此外,它還降低了鋼的沖擊韌性和疲勞強(qiáng)度。當(dāng)鋼中含碳量增加時(shí),硫的偏析加劇,鋼材的熱脆傾向增大,焊接性能也變得更壞。因此,要嚴(yán)格控制結(jié)構(gòu)鋼中硫的含量,在普通碳素鋼中一般不超過0.050%,優(yōu)質(zhì)碳素鋼中一般不超過0.045%,普通低合金鋼中一般不超過0.050%。
磷P: 和硫一樣也是由原料帶入鋼中的有害元素。隨含磷量的增加,鋼材在室溫下的塑性和沖擊韌性降低,在低溫狀態(tài)下,尤其當(dāng)溫度低于-20℃時(shí),上述傾向就更明顯,使鋼材容易發(fā)生脆斷,這種現(xiàn)象稱為“冷脆”。當(dāng)鋼中碳的含量增高時(shí),磷的影響程度越顯著,鋼材的冷彎性能和焊接性能都變得更壞。因此,磷的含量也應(yīng)嚴(yán)格控制,在普通碳素鋼中一般不超過0.045%,優(yōu)質(zhì)碳素鋼一般不超過0.040%,普通低合金鋼一般不超過0.050%。
鋁Al:鋁是鋼中的強(qiáng)脫氧劑,對(duì)于質(zhì)量要求較高的鋼材,常用鋁來補(bǔ)充脫氧。鋁還可與鋼中的氮化合成非常細(xì)小的氮化鋁(AlN)微粒,使結(jié)晶組織細(xì)化,形成細(xì)晶粒鋼。這種鋼材具有較高的沖擊韌性和很小的冷脆傾向以及時(shí)效傾向,焊接時(shí)可減少熱裂紋和冷裂紋的形成,改善鋼材的焊接性能。
鈦Ti:是鋼中的強(qiáng)脫氧劑和除氣劑,它能使鋼的內(nèi)部組織致密、晶粒細(xì)化。鈦在鋼中能與碳和氮作用生成碳化鈦(TiC)和氮化鈦(TiN),起穩(wěn)定碳和氮的作用。合金鋼中加入適量的鈦可顯著地提高鋼材的強(qiáng)度和韌性,降低過熱敏感性。在低合金鋼中,還有釩(V)、鈮(Nb)等合金元素,它們對(duì)鋼材性能的影響與鈦元素相似。
氫H:是鋼中形成氫白點(diǎn)的原因,使鋼變脆。氫含量超高,氫脆性超大,使鋼的機(jī)械性能和加工性能均變差。因此,存在氫白點(diǎn)的鋼材一般不能用在重要結(jié)構(gòu)上。
2.冷加工的影響
鋼材在常溫下經(jīng)過冷拉、校直、彎曲、機(jī)械剪切等冷加工后,會(huì)產(chǎn)生不同程度的塑性變形,并使鋼材的強(qiáng)度和硬度升高.塑性和韌性降低,這種現(xiàn)象稱作冷作硬化或者稱應(yīng)變硬化。經(jīng)過冷作硬化的鋼材,在常溫下放置一段時(shí)間后鋼材的屈服點(diǎn)會(huì)進(jìn)一步升高,抗拉強(qiáng)度也隨之升高,而塑性和韌性進(jìn)一步下降,這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變時(shí)效。應(yīng)變時(shí)效與鋼中碳、氮的析出過程有關(guān),使已經(jīng)冷作硬化的鋼材又產(chǎn)生時(shí)效硬化。冷加工過程雖然能提高鋼材的強(qiáng)度,但是使塑性和韌性降低,增加了鋼材的脆性,這對(duì)于承受動(dòng)載荷和低溫下工作的結(jié)構(gòu)是十分不利的。因此,即使是一般的鋼結(jié)構(gòu),也不利用冷作來強(qiáng)化鋼材,而對(duì)于承受動(dòng)載荷和低溫下工作的結(jié)構(gòu)還考慮冷作硬化對(duì)結(jié)構(gòu)帶來的不利影響。
3.溫度的影響
溫度對(duì)鋼材的機(jī)械性能影響,對(duì)不同的結(jié)構(gòu)鋼種是不完全相同的,但總的說來與常溫時(shí)相比,鋼材在溫度100℃左右時(shí)的強(qiáng)度、塑性和彈性模量均略有下降,溫度進(jìn)入到200一300℃時(shí),抗拉強(qiáng)度和硬度上升,延伸率下降,鋼材變脆,稱為藍(lán)脆性,對(duì)應(yīng)的溫度區(qū)稱為藍(lán)脆區(qū)。在藍(lán)脆區(qū)內(nèi)進(jìn)行加工容易使鋼材產(chǎn)生裂紋。當(dāng)溫度低于常溫時(shí),隨著溫度的降低,鋼材的脆性逐漸增大,可能導(dǎo)致低溫脆斷。
1.2 鋼材的種類、標(biāo)志代號(hào)和特性
1.2.1鋼材的種類
用于制造各種機(jī)械零件和各種金屬結(jié)構(gòu)的鋼,都屬于結(jié)構(gòu)鋼。結(jié)構(gòu)鋼按其化學(xué)成分來分,主要有普通碳素鋼和普通低合金鋼兩大類。普通低合金鋼根據(jù)其熱處理狀態(tài),又分為非調(diào)質(zhì)鋼和調(diào)質(zhì)鋼兩類。非調(diào)質(zhì)鋼一般是以熱軋狀態(tài)或正火狀態(tài)使用,簡(jiǎn)稱低合金鋼,而調(diào)質(zhì)鋼以調(diào)質(zhì)狀態(tài)(即進(jìn)行淬火、回火熱處理)使用,有時(shí)也稱熱處理低合金鋼。
1.2.2普通碳素鋼

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