问题 |
钢在的冶炼过程中，不可能除尽所有的杂质，所以实际使用的碳钢中除碳以外，还含有少量的锰、硅、硫、磷、氧、氢、氮等元素，它们的存在，会影响钢的质量和性能。一、锰和硅的影响：锰和硅是炼钢过程中必须加入的脱氧剂，用以去除溶于钢液中的氧。在相当大程度上消除硫在钢中的有害影响。这些反应产物大部分进入炉渣，小部分残留于钢中，成为非金属夹杂物。脱氧剂中的锰和硅总会有一部分溶于钢液中，冷至室温后即溶于铁素体中，提高铁素体的强度。锰对碳钢的机械性能有良好的影响，它能提高钢的强度和硬度，提高或不降低钢的塑性和韧性。锰提高强度的原因是它溶入铁素体而引起的固溶强化，并使钢材在轧后冷却时得到层片较细，强度较高的珠光体，在同样含锰量和同样冷却条件下珠光体的相对量增加。碳钢中的含硅量一般小于0.5%，它也是钢中的有益元素，在沸腾钢中的含量很低，而镇静钢的含量较高。硅溶于铁素体后有很强的固溶强化作用，显著提高钢的强度和硬度，但含量较高时，将使钢的塑性和韧性下降。二、硫的影响：硫是钢中的有害元素，它是在炼钢时由矿石和燃料带到钢中来的杂质，硫只能溶于钢液中，在固态铁中几乎不能溶解，硫的最大危害是引起钢在热加工时开裂，这种现象称为热脆。防止热脆的方法是往钢中加入适当的锰。三、磷的影响：磷是有害的杂质元素，它是由矿石和生铁等炼钢原料带入的。无论是在高温，还是在低温，磷在铁中具有较大的溶解度，所以钢中的磷一般都固溶于铁中。磷具有很强的固溶强化作用，它使钢的强度、硬度显著提高，但剧烈地降低钢的韧性，尤其是低温韧性，称为冷脆。磷的有害影响主要就在于此。在一定条件下磷也具有一定的有益作用。糨降低铁素体的韧性，可以用来提高钢的切削加工性。它与钢共存时，可以显著提高钢的抗大气腐蚀能力。四、氮的影响：钢中的氮是有害元素，但是氮作为钢中合金元素的应用，已日益受到重视。氮的有害作用主要是通过淬火时效和应变时效造成的。将此钢材在室温下长期放置或稍加热时，氮就逐渐以氮化铁的形式从铁素体中析出，使钢的强度硬度升高，塑性韧性下降，这种现象称为应变时效。不管是淬火时效，还是应变时效，对低碳钢材性能的影响都是十分有害的。五、氢的影响：钢中的氢是由锈蚀含水的炉料或从含有水蒸气的炉气中吸入的。在含氢的还原性气氛中加热钢材，酸洗及电镀等，氢圴可被钢件吸收，并通过扩散进入钢内。氢对钢的危害是很大的。一是引起氢脆，即在低于钢材强度极限的应力作用下，经一定时间后，在无任何预兆的情况下突然断裂，往往造成灾难性的后果。钢的强度越高，对氢脆的敏感性往往越大。二是导致钢材内部产生大量细微裂纹缺陷——白点，在钢材纵断面上呈光滑的银白色的斑点，在酸洗后的横断面上则呈较多的发丝状裂纹，白点使钢材的延伸率显著下降，尤其是断面收缩率和冲击韧性降低得更多，有时可接近于零值。因此具有白点的钢是不能使用的。六：氧及其它非金属夹杂物的影响：氧在钢中的溶解度非常小，几乎全部以氧化物夹杂的形式存在于钢中，钢中往往还存在硫化铁、硫化锰、硅酸盐、氮化物及磷化物等。这些非金属夹杂物破坏了钢的基体的连续性，在静载荷和动载荷的作用下，往往成为裂纹的起点。它们的性质、大小、数量及分布状态不同程度地影响着钢的各种性能，尤其是分布状态不同程度地影响着钢的各种性能，尤其是对钢的塑性、韧性、疲劳强度和抗腐蚀性能等危害很大。因此，对非金属夹杂物应严加控制。在要求高质量的钢材时，炼钢生产中应用真空技术、渣洗技术、惰性气体净化、电渣重熔等炉外精炼手段，可以卓有成效地减少钢中气体和非金属夹杂物。
