高二 北京理工大学出版社 《金属学与热处理》第六章 碳素钢课件

第六章 碳素钢 6.1 杂质元素对钢性能的影响 6.2 碳素钢的分类 6.3 碳素钢的牌号及用途 6.1 杂质元素对钢性能的影响 一、锰的影响 锰是炼钢时用锰铁脱氧后残留在钢中的杂质元素。锰具有一定的脱氧能力，能把钢中的Fe0还原成铁，改善钢的质量。脱氧后残留在钢中的锰大部分可溶于铁素体中，形成置换固溶体，使钢的强度和硬度提高。此外，锰能与硫形成MnS，从而减轻硫对钢的危害，降低钢的脆性，改善钢的热加工性能。所以锰也是钢中的有益元素。钢中锰的含量一般为0. 25%~0. 80%。 二、硫的影响 硫是在炼钢时由矿石和燃料带人钢中的有害元素，它在钢中与铁生成化合物FeS。 FeS与铁形成共晶体(Fe+FeS )，其熔点较低(985℃)，当钢材加热到1 000℃~1 200℃进行轧制或锻造时，沿晶界分布的Fe + FeS共晶体已经熔化，各晶粒间的连接被破坏，导致钢材开裂，这种现象称为热脆。 下一页 返回 6.1 杂质元素对钢性能的影响 因此，钢的含硫量不得超过0. 05%。钢中加人锰，可消除硫的有害影响。因为硫和锰的亲和力较硫和铁的亲和力强，锰能从FeS中夺走硫而形成MnS。 MnS的熔点高(1 620℃)，在钢材轧制时不熔化，故能有效地避免钢的热脆性。因此钢中锰、硫含量常有固定比。但在易切削钢中，可适当提高硫的含量，其目的在于提高钢材的可加工性。此外，硫对钢的焊接性有不良的影响，容易使焊缝产生热裂，产生气孔和疏松。 三、硅的影响 硅是炼钢后期以硅铁作脱氧剂进行脱氧反应后残留在钢中的元素。硅的脱氧作用比锰要强，可以防止形成Fe0，改善钢的质量。硅能溶于铁素体，形成含硅铁素体，可提高钢的强度、硬度和弹性，但会降低钢的塑性和韧性。总的来说，硅是钢中的有益元素。由于其含量小，故其强化作用不大。钢中的硅，在碳素镇静钢中一般控制在0. 17%~0.37%。 上一页 下一页 返回 6.1 杂质元素对钢性能的影响 四、磷的影响 磷是由生铁带人的有害元素。磷部分溶解在铁素体中形成固溶体，部分在结晶时形成脆性很大的化合物(Fe3P)，使钢在室温下(一般为100℃以下)的塑性和韧性急剧下降，产生低温脆性，这种现象称为冷脆。一般钢中含磷量达到0. 10%时，冷脆性就很严重了。 磷在结晶时还容易偏析，从而在局部地方发生冷脆。一般钢中含磷量限制在0. 04%以下，应严格控制磷的含量。但在易切削钢中，常适当地提高磷的含量，以增加钢的脆性，有利于在切削时形成断裂切屑，从而提高切削效率和延长刀具寿命。这种易切削钢主要用于在自动机床上加工生产量大、受力不大的零件。此外，钢中加入适量的磷还可以提高钢材的耐大气腐蚀性。 上一页 下一页 返回 6.1 杂质元素对钢性能的影响 五、非金属夹杂物的影响 在炼钢过程中，由于少量炉渣、耐火材料及冶炼中的反应物可能进入钢液中，从而形成非金属夹杂物，如氧化物、硫化物、硅酸盐、氮化物等。它们都会降低钢的力学性能，特别是降低塑性、韧性及疲劳强度。严重时还会使钢在热加工与热处理时产生裂纹，或使用时造成钢突然脆断。非金属夹杂物也促使钢形成热加工纤维组织与带状组织，使钢材具有各向异性。严重时横向塑性仅为纵向的一半，并使钢的冲击韧度大为降低。因此，对重要用途的钢，如弹簧钢、滚动轴承钢、渗碳钢等，需要检查非金属夹杂物的数量、形状、大小与分布情况，并按相应的等级标准进行评定。 此外，钢在整个冶炼过程中，与空气接触，因而钢液中会吸收一些气体，如氮、氧、氢等。这些气体对钢的质量会产生不良的影响。尤其是氢对钢的危害很大，它使钢变脆(称氢脆)，也可使钢产生微裂纹(称白点)，严重影响钢的力学性能，使钢容易产生脆断。 上一页 返回 6.2 碳素钢的分类 碳素钢的分类方法很多，常用的分类方法有以下几种。 一、按钢的含碳量分类 .低碳钢:w(C) ≤0. 25%; .中碳钢;0. 25%<w(C)<0. 60%; .高碳钢:w(C )≥ 0. 60%。 二、按钢的质量分类 根据钢中有害元素硫、磷含量多少可分为: .普通钢:w(S) ≤0. 050%，w(P) ≤0. 045%; .优质钢:w(S) ≤0. 035%，w(P) ≤0. 035%; .高级优质钢:w(S) ≤0. 025%，w(P) ≤0. 025% o 三、按钢的用途分类 .结构钢:主要用于制造各种机械零件和工程构件，其含破量一般小于0. 70% ; 下一页 返回 6.2 碳素钢的分类 .工具钢:主要用于制造各种刀具、模具和量具等，其含破量一般大于0. 70% 。 四、按冶炼时脱氧程度的不同分类 1.沸腾钢 脱氧程度不完全的钢，浇注时产生沸