钢中化学成分对钢性能的影响等

碳素钢的分类一、按含碳量分低碳钢：含C量0.25%。中碳钢：含C量在0.25~0.60%之间。高碳钢：含C量0.60%二、按化学成份分碳素钢和合金钢。三、按钢的质量分普通碳素钢：钢中S、P含量较高，S≤0.055%，P≤0.045%。优质碳素钢：钢中S、P含量较低，S、P≤0.040%。高级优质碳素钢：钢中S、P含量很低，S≤0.030%，P≤0.035%。四、按用途分碳素钢构钢：用于制造机械零件和工程结构件的碳钢，含C量大多在0.70%以下。碳素工具钢：用于制造各种加工工具（刀具、模具、量具），含C量在0.70%以上。具有特殊物理性能或化学性能的钢，多为合金钢。力学性能指标介绍一、机械性能（一）强度指标1、屈服强度（屈服点）：材料发生屈服现象时的载荷除以试样拉伸前横截面积所得的应力称为屈服强度，又称屈服点，以Rel（σs）表示。有些金属材料（如螺纹钢、高碳钢和经过某些热处理后的钢）在拉伸试验过程中，没有明显的屈服现象发生，为测定这类材料的屈服强度，工程技术上规定，试样标距部分产生塑性变形量为试样原标距长度的0.2%时的载荷除以试样拉伸前横截面所得的应力作为该材料的条件屈服强度，用符号Rm0.2（σ0.2）表示。2、抗拉强度：材料在拉断前所承受的最大载荷除以试样拉伸前面积所得的应力称为抗拉强度，用符号Rm（σb）表示。（二）塑性指标1、延伸率：试样拉断后标距长度的伸长量与原标距长度之比值的百分率，用符号A11.3(10倍)、A(5倍)表示。（L1-L0）/L0×100%2、断面收缩率：是试样拉断后横截面积的缩减量与拉伸前横截面积之比值的百分率。用符号Z表示。（F0-F1）/F0×100%F0表示拉伸前横截面积，F1表示拉断处的最小截面积。（三）冲击韧性金属在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力，工程技术上常用一次摆锤冲击试验来测定金属材料的冲击韧性。二、工艺性能主要有铸造性、锻压性、焊接性和切削加工性等。钢中常存元素对钢性能的影响1、C是钢中的主要元素，随钢中含C量增加，碳钢在热轧状态下的硬度直线上升，范性和韧性降低，在亚共析范围内，随C量增加，抗拉强度、硬度不断提高，延伸率下降，塑性、韧性降低。超过共析范围的C量以后，抗拉强度提高减缓，以致于随含C量增加而降低。含C量增加时碳钢的耐腐蚀性降低，焊接性能和冷加工（冲压、拉拔）性能变坏。2、Mn在碳钢中的含量一般为0.25-0.80%，在具有较高含Mn量的碳钢中，Mn含量可以达到1.2%，Mn属于有益元素。Mn是作为脱氧除硫的元素加入钢中的，它可以提高硅和铝的脱氧效果，也可以和S结合形成MnS，从而在相当大程度上消除S的有害影响。钢中的Mn，除一部分形成夹杂物（硫化锰及锰的氧化物），其余部分溶于铁素体和渗碳体中。Mn对碳钢的力学性能有良好影响，它能提高钢材的硬度、强度和耐磨性，在Mn含量不高时，可稍提高或不降低钢的面缩率和冲击韧性，在碳钢的Mn含量范围内，每增加0.1%Mn，大约使热轧钢材的抗拉强度增加7.8-12.7兆牛/米2，使屈服点提高7.8-9.8兆牛/米2，伸长率减小0.4%。3、Si是一种脱氧剂，脱氧作用比Mn还强，在钢中的含量≤0.50%。Si能增大钢液的流动性，碳钢中每增加0.1%的Si，可使热轧钢材的抗拉强度提高约7.8-8.8兆牛/米2，屈服点提高约3.9-4.9兆牛/米2，伸长率下降约0.5%，面缩率和冲击韧性下降不明显，但是Si含量超过0.8-1.0%时，则引起面缩率下降，特别是冲击韧性显著降低。Si以硅酸存在于钢中，对钢丝拉拔是有害的。4、S一般来说，S是有害元素，它主要来自生铁原料、炼钢时加入的矿石和燃料产物中的SO2，炼钢时难以除尽。S以硫化物夹杂的形式存在于固态钢中。S的最大危害是引起钢在热加工时开裂，即产生热脆，造成热脆的原因是由于S的严重偏析。通过加入Mn来避免钢中形成FeS，以防止热脆，Mn比Fe对S有较在的亲和力，所以钢液中S与Mn优先形成MnS。S通过形成硫化物夹杂而对钢的力学性能发生影响，增加钢中的含S量，使硫化物的含量增高，钢的范性和韧性将降低，同时钢材力学性能的方向性增大，钢的热加工性能变坏。S对钢的焊接性能有不良影响，容易导致焊缝热裂，在焊接过程中，S易于氧化生成SO2，造成焊缝中产生气孔和疏松。S能提高钢材的切削加工性，这是S的有益作用，所以在制造要求表面粗糙度较细而强度要求不十分严格的零件时，可采用含S高的易切削钢。5、P一般说来，P是有害杂质元素，它来自于矿石和生铁等炼钢原料，炼钢时难以除尽。P能提高钢的强度、硬度，但使范性、韧性降低，这种脆性现象在低温时更为严重，故称为“冷脆”，P的有害影响主要在此。P能提高切削性能和抗蚀性，故在易切削钢中可适当增加P含量。6、O氧在钢中的溶解度很小，在钢中，O几乎全部以氧化物的形式存在，至于形成什么样的氧化物是由所加入的脱氧元素的种类和数量而定，钢种各种氧化物的总量随着钢中含氧量增加而增加，含氧量对钢力学性能的影响夹杂对力学性能的影响实质上也就是氧化物夹杂对力学性能的影响，总的来说，随钢中含氧量增加，钢的范性、韧性降低，氧化物夹杂使钢的耐腐蚀性、耐磨性降低，使冷冲压性、锻造加工性及切削加工性变坏。7、N钢中的N来自于炉料，也来自于炉气中。N引起碳钢的淬火时效和形变时效，从而对碳钢的性能产生影响。由于N的时效作用，钢的硬度、强度升高，范性和韧性降低，对于普通低合金钢来说，时效现象是有害的，因而N是有害元素，向钢中加入足够数量的Al，使之除与O结合外，还有有相当数量的Al溶解在固溶体中，通过热轧后的缓冷或700-800℃保温，能与N结合形成AlN，减弱或完全消除在较低温度发生的时效现象。8、Al是作为脱氧剂加入钢中。碳钢中Al的含量一般小于0.10%，加入钢中的Al部分与O形成Al2O3或含有的各种夹杂物，部分溶于固态铁中随加热或冷却条件的不同，形成AlN，可阻止奥氏体晶粒的长大。9、其它杂质元素常见的有Ni、Cr、Cu等，由废钢和矿石带入，一般控制在0.3%以下。Cu对抗腐蚀有良好作用，Cr提高钢的淬透性、抗腐蚀稳定性和抗氧化性。