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发布者：www.zj160.net 发布时间：2015/11/23 阅读：2023次 【字体：大 中 小】 |
山东无缝钢管厂：合金元素在钢材中的作用
合金元素在钢材中的作用
钢中除铁以外，碳、锰、硅、硫、磷为基本五大元素，元素则称为合金元素。这些元素在钢中都起一定的作用。
压力容器用钢中所包含的元素按作用可分为基本元素、素三大类。加入一些其他金属添加元素和残留元基本元素有铁和碳。一般铸铁多用于低压容器，其含碳量大于2．11％；碳钢可用于各种压力容器，它含碳量为o．02％一2．11％。
残留元素有硫、磷、锰、硅、氧、氢、氮等，其中硫、磷、氢钢是有害的。氧元素对钢材质量是有害的。
添加元素是根据压力容器对钢的不同要求，需添加不同的元素。如中强度钢添加锰、铂及少量钒、镍、硼等。高强度钢则添加铬、锰、铂、镍等(如30CrMnSiNi2A)。热强钢要添加钼、铬及少量钨、钒、镍、硼等(如lCr13)抗蚀性钢需要添加铬、镍等(如1Crl8Ni9Ti)。低强钢添加锰、镍、铬等(如09Mn2VDR)。
碳(C)在低合金钢中常与合金元素形成碳化物。在常温和较低的温度下，能够起强化作用。但在高温下这些碳化物容易分解，还会聚集长大，对蠕变抗力和持久强度能起不良影响。碳对于钢的塑性、耐蚀性和抗氧化性等也有同样不良影响。随着含碳量的增加，钢的可焊性下降。所以耐热钢中含碳量一般要限制在o．20％以下。
锰(Mn)是一种良好的脱氧剂，又是一种很好的脱硫剂，焊接时经常利用它脱氧和脱硫。锰在钢中含量小于2％时，对于低合金钢来说，可提高钢的强度和韧性。对于中、高合金钢而言，随着强度的增加，其塑性和韧性则要降低。增高含锰量可以提高钢的耐磨性。锰能形成碳化物，大量的碳可与铁素体形成固溶体，使马氏体转变温度(Ms)急剧下降。锰还能增大钢对淬火、过热的敏感性。
硅(Si)是强脱氧剂。若含量超过2％时会使钢的塑性和韧性降低。硅在高温下可以提高抗氧化性能，焊接时硅易形成高熔点夹杂物，即二氧化硅(Si02)残留在焊缝中。
铬(Cr)能提高钢的硬度、耐蚀性和抗氧化性。因为铬在钢材表面形成一层附着性很强的氧化膜，使钢材的氧化速度减慢，从而提高钢的抗氧化性能。当含铬量大于12％时，能显著提高钢的电极电位，使钢材具有良好的耐蚀性；当含铬量在20％以下时，能提高钢的再结晶温度，提高钢的热强性；随含铬量增加，可焊性变差。
钼(Mo)是形成铁素体的主要元素，它可以提高钢的再结晶速度。提高低铬耐热钢的热强性，并提高钢的强度和硬度；在含铂0.6％以下时还可以提高钢的塑性和韧性，从而降低裂纹倾向。但钼有促进石墨化倾向，在合金中，常用量一般为o．5％~1％左右。
钒(V)是良好的脱氧剂，能除去钢中的氧。它又能和碳化合生成很硬的碳化物，仅次于钻。而且所形成的碳化物在650℃以下都还是稳定的。钒能提高钢的淬透性，改变钢的力学性能，是一种有益的元素，但价格昂贵。
钨(W)的熔点高达3380℃，所以它能大大提高钢的再结晶温度，从而提高了钢的热强性能。钨能形成稳定碳化物，提高钢的可淬性。根据钢的不同要求，在钢中加入量达15％~18％。
镍(Ni)主要是形成稳定的奥氏体组织，提高耐蚀性能，它能提高奥氏体钢的高温强度和持久强度，提高钢的塑性，能促使石墨化。镍铬同时存在时，钢材既具有较高塑性，又具有较高的硬度和强度。
钛(Ti)和铌(Nb)都是强烈地形成碳化物的元素，所形成的碳化物比碳化钒还稳定。由于钛和铌与碳的亲和力较大，常用来做稳定剂，防止铬镍奥氏体钢在高温下或焊接后产生晶间腐蚀。它们也能提高钢的再晶间温度，对提高钢的高温力学性能有良好作用，并能细化晶粒，从而提高钢的韧性，改善钢的可焊性。
硼(B)是一种很好的脱氧剂，可促使晶粒细化，从而提高钢的热强性。硼在低合金中含量往往在0.007％以下，超过此限会损害钢的加工性能，容易在焊接时出现裂纹。
铝(Al)是非常强的脱氧剂，能使大多数金属氧化还原。少量的铝可以细化晶粒，提高钢的抗氧化能力。铝和氮能形成较稳定的氧化物，但铝可促使石墨化，在钢中易形成夹杂物存在。
稀土元素能强化晶界，提高钢的蠕变强度和持久强度。在钢中能除去硫、磷等有害杂质。大大改善钢的冲击韧性。稀土元素能细化晶粒，减少结晶偏析和回火脆性。
硫(S)是钢中有害元素，它和铁生成的FeS易与r-Fe形成低熔点共晶体。在加工(1000~1200℃)时，共晶体熔化，导致钢材在高温时破裂，这种现象称为“热脆”，在焊接时会产生热裂纹。硫化物在钢中易造成偏析，降低焊接结构的抗层状撕裂能力和钢材的韧性。
磷(P)也是钢中有害元素，可使钢材的强度、硬度增加、塑性和韧性下降。特别是降低低温Akv。这就是钢的“冷脆性”。磷造成钢材偏析，钢材在回火过程中，磷偏析于晶界，引起钢材的回火脆性，这在Cr—Mo钢中特别明显。降低钢材中的S、P含量是改善钢材(特别是低温钢、中温钢及核电钢)韧性最重要的途径之一。因此优质钢要严格限制钢中的S、P含量 | |
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