为什么在非合金钢中控制硫磷

⑴ 什么是合金钢 合金钢的分类

钢里除铁、碳外，加入其他的元素，就叫合金钢。 是在普通碳素钢基础上添加适量合金元素而形成的金属，下面我们就来详细的了解一下。

什么是合金钢

按照国际标准，把钢区分为非合金钢和合金钢两大类，非合金钢是通常叫做碳素钢的一大钢类，钢中除了铁和碳以外，还含有炉料带入的少量合金元素Mn、Si、Al，杂质元素P、S及气体N、H、O等。合金钢则是为了获得某种物理、化学或力学特性而有意添加了一定量的合金元素Cr、Ni、Mo、V等，并对杂质和有害元素加以控制的另一类钢。

普通的碳素钢中的主要成分为碳元素与铁元素，而合金钢就是指在普通钢之中加入了其他的合金元素的钢材。通过加入一种或多种的合金元素(如铜、镍、铬等等)，钢材的某些性能能够得到大大的改善，以适应不同行业发展的需求。按照加入的合金元素的含量，可以将合金钢分为低合金钢、中合金钢与高合金钢这三种。

合金钢分为低合金钢、中合金钢和高合金钢，顾名思义，以含有合金元素的总量来加以区分，一般而言总量低于3％称为低合金钢，5％～10％为中合金钢，大于10％为高合金钢。按照GB/T 13304—91规定，对于非合金钢及低合金钢、合金钢中合金元素的含量应当在一定的界限值之内。

合金钢的分类

合金钢根据各种元素在钢中形成碳化物的倾向，可分为三类：

①强碳化物形成元素，如钒、钛、铌、锆等。

这类元素只要有足够的碳，在适当的条件下，就形成各自的碳化物;仅在缺碳或高温的条件下，才以原子状态进入固溶体中。

②碳化物形成元素，如锰、铬、钨、钼等。这类元素一部分以原子状态进入固溶体中，另一部分形成置换式合金渗碳体，如(Fe，Mn)3C、(Fe，Cr)3C等，如果含唯枣量超过一定限度(除锰以外)，又将形成各自的碳化物，如(Fe，Cr)7C3、(Fe，W)6C等。

③ 不形成碳化物元素，如矽、铝、铜、镍、钴等。这类元素一般以原子状态存在于奥氏体、铁素体等固溶体中。合金元素中一些比较活泼的元素，如铝、锰、矽、钛、锆等，极易和钢中的氧和氮化合，形成稳定的氧化物和氮化物，一般以夹杂物的形态存在于钢中。锰、锆等元素也和硫形成硫化物夹杂。钢中含有足够数量的镍、钛、铝、钼等元素时能形成不同类型的金属间化合物。有的合金元素如铜、铅等，如果含量超过它在钢中的溶衫改解度，则以较纯的金属相存在。

⑵ 各种合金元素在钢中的作用

对钢加热和冷却时相变的影响 钢加热时的主要固态相变是非奥氏体相向奥氏体相的转变，即奥氏体化的过程。整个过程都和碳的扩散有关。合金元素中，非碳化物形成元素如镍、钴等，降低碳在奥氏体中的激活能，增加奥氏形成的速度；而强碳化物形成元素如钒、钛、钨等，强烈妨碍碳在钢中的扩散，显著减慢奥氏体化的过程。钢冷却时的相变是指过冷奥氏体的分解，包括珠光体转变（共析分解）、贝氏体相变及马氏体相变。由于钢中大都存在几种合金元素的相互作用，致使对钢冷却时相变的影响也复杂得多。仅举合金元素对过冷奥氏体等温转变曲线的影响为例，大多数合金元素，除钴和铝外，均起减缓奥氏体等温分解的作用，但各类元素所起的作用有所不同。不形成碳化物的（如硅、磷、镍、铜）和少量的碳化物形成元素（如钒、钛、钼、钨），对奥氏体到向珠光体的转变和向贝氏体的转变的影响差异不大，因而使转变曲线向右推移。
碳化物形成元素（如钒、钛、铬、钼、钨）如果含量较多，将使奥氏体向珠光体的转变显著推迟，但对奥氏体向贝氏体的转变的推迟并不显著，因而使这两种转变的等温转变曲线从“鼻子”处分离，而形成两个 C形。当这类元素增加到一定程度时，在这两个转变区域的中间还将出现过冷奥氏体的亚稳定区。合金元素对马氏体转变温度Ms (起始转变温度)和Mn (终了转变温度)的影响也很显著，大部分元素均使Ms和Mn点降低，其中以碳的影响最大,其次为锰、钒、铬等；但钴和铝则使Ms和Mn点升高。
对钢的晶粒度和淬透性的影响 影响奥氏体晶粒度的因素很多。钢的脱氧和合金化情况均与“奥氏体本质晶粒度”有关。一般来说,一些不形成碳化物的元素,如镍、硅、铜、钴等,阻止奥氏体晶粒长大的作用较弱,而锰、磷则有促进晶粒长大的倾向。碳化物形成元素如钨、钼、铬等，对阻止奥氏体晶粒长大起中等作用。强碳化物形成元素如钒、钛、铌、锆等，强烈地阻止奥氏体晶粒长大，起细化晶粒作用。铝虽然属于不形成碳化物元素，但却是细化晶粒和控制晶粒开始粗化温度的最常用的元素。
钢的淬透性（见淬火）高低主要取决于化学成分和晶粒度。除钴和铝等元素外，大部分合金元素溶入固溶体后都不同程度地抑制过冷奥氏体向珠光体和贝氏体的相变，增加获得马氏体组织的数量，即提高钢的淬透性。一些碳化物形成元素，如钒、钛、锆、钨等，如果形成碳化物而固定了钢中的碳，反而会降低淬透性，易使晶粒粗化的元素如锰，能提高淬透性；使晶粒细化的元素如铝，则降低淬透性。硼是显著影响淬透性的元素，合金钢中即使只含十万分之一的硼，也能显著提高钢的淬透性。但硼的这种影响仅对低、中碳钢有效，对高碳钢完全无效。
对钢的力学性能和回火性能的影响 钢的性能取决于铁的固溶体和碳化物各自性能以及它们相对分布的状态。合金元素对钢的力学性能的影响也与此有关。固溶于铁素体中的合金元素，起固溶强化作用，使强度和硬度提高，但同时使韧性和塑性相对地降低。其中以磷和硅的固溶强化作用最显著，而硅对韧性的影响也最严重。少量的锰、铬或镍，反而对铁素体的韧性有一定提高。
调质钢的韧性－脆性转变温度是评价力学性能的一项重要指标。①提高转变温度的元素有 B、P、C、Si、Cu、Mo、Cr；②降低转变温度的元素有Ni、Mn；③少量时提高、多量时降低转变温度的元素有Ti、V;④少量时降低、多量时提高转变温度的元素有Al。
合金钢的回火稳定性比碳素钢好，这是由于合金元素在回火时阻碍了钢中原子的扩散，因而在同样温度下，起到延迟马氏体分解和抗回火软化的作用。对合金钢的回火稳定性影响比较显著的为：钒、钨、钛、铬、钼、钴、硅等元素；影响不明显的为：铝、锰、镍等元素。可以看到，碳化物形成元素，对回火软化的延迟作用特别显著。钴和硅虽属不形成碳化物元素，但它们对渗碳体晶核的形成和长大，有强烈的延迟作用，因此，也有延迟回火软化的作用。各种合金元素对回火脆性影响的程度是不同的。定性地说，锰、铬、氮、磷、钒、铜、镍等均有促进回火脆性的倾向。钼的作用较特殊，它加入已有回火脆性的合金钢（例如含锰、铬等）中，能显著地降低回火脆性倾向；若单独加入普通碳素钢中，则成为促进回火脆性倾向的元素。钨的作用与钼相似，但对回火脆性的影响尚未十分确定。
对钢的焊接性和被切削性的影响 焊接性和被切削性是衡量钢的工艺性能好坏的主要方面。凡能提高淬透性的合金元素均对钢的焊接性不利。因为在焊缝热影响区靠近熔合线一侧冷却时易形成马氏体等硬脆组织，有导致开裂的危险。另一方面，热影响区靠近熔合线处的晶粒因受高热容易粗化，因此，合金钢中含有可使晶粒细化的元素如钛、钒等是有益的。硅含量高，焊接时会发生严重喷溅。硫含量高容易产生热裂，同时会逸出二氧化硫气体，在焊接金属内形成气孔和疏松。磷含量高容易导致冷裂。
钢中加入适量的硫、铅等元素可改善钢的被切削性（见易切削钢）。合金钢中的合金元素一般会使钢的硬度增加，因而增高切削抗力，加剧刀具磨损。通过改变钢的基体组织、夹杂物的种类、数量和形状可以影响钢的被切削性。对钢的耐蚀性能的影响 铬是不锈耐酸钢和耐热钢的主要合金元素。合金钢中含铬量若达到12％左右，在钢的表面便形成致密的铬的氧化物，使钢在氧化性介质中的耐蚀性发生突变而大大提高。铬、铝、硅等元素，能提高钢的抗氧化性和抗高温气体的腐蚀性能，但过量的铝和硅则会使钢的热塑性变坏。镍主要用来形成和稳定奥氏体组织，使钢获得良好的力学性能、耐蚀性能和工艺性能。钼能使不锈耐酸钢很快钝化，提高对含有氯离子的溶液及其他非氧化性介质的耐蚀能力。钛、铌通常用来固定合金钢中的碳，使它生成稳定的碳化物，以减轻碳对合金钢耐蚀性能的有害作用。铜和磷配合使用时，可提高钢的耐大气腐蚀性能。

⑶ 杂质元素对非合金钢有何影响

非合金钢：是指钢中各元素含量低于规定值的铁碳合金。（碳钢）不仅价格低廉，容易加工，而且能满足一般工程结构和机械零件的使用性能要求，是最广泛应用的材料。
杂质元素对钢性能的影响
钢中常存杂质元素是钢冶炼时进入的，它们对钢的性能有一定的影响。
1、锰的影响
锰是由炼铁原料铁矿石及炼钢时加脱氧剂（锰铁）中带入的，非合金钢中锰的质量分数一般约为0.25%~0.80%。锰的脱氧能力较好，能清除钢中的FeO，降低钢的脆性，与硫化合成MnS，可以减轻硫的有害作用。锰还能溶于铁素体形成置换固溶体，产生固溶强化,提高钢的强度和硬度。锰在钢中是一种有益元素。
2、硅的影响
硅是由炼铁原料铁矿石及炼钢时加脱氧剂（硅铁）中带入的，非合金钢中锰的质量分数一般约为0.10%~0.40%，硅的脱氧能力比锰强，与钢液中的FeO生成炉渣，清除FeO对钢质量的不良影响，也能溶于铁素体中产生固溶强化，提高钢的强度和硬度，硅在钢中也是一种有益元素。
3、硫的影响
硫是在炼铁时由矿石和燃料带进的，它不溶于铁，而是以化合物FeS的形式存在。FeS与Fe形成低熔点共晶体（熔点为985℃），分布在奥氏体的晶界上。当钢在1000~1250℃进行热加工时，由于晶界处共晶体熔化，将导致钢变脆而开裂，这种现象称为热脆。因此，硫在钢中是一种有害元素，必须严格控制。
4、磷的影响
磷是炼铁时由矿石带进的，在常温下能溶入铁素体，使钢的强度、硬度提高，但使塑性和韧性降低。尤其在低温下会使钢的塑性、韧性急剧下降，脆性转化温度升高。这种现象称为冷脆。在一般钢中，磷是有害元素，应严格控制。
硫和磷虽是钢中的有害元素，但适当提高它在钢中的含量（一般Ws=0.08％~0.35%、Wp=0.05%~0.15%），可以改善钢的切削加工性能，降价低工件表面粗糙度。

⑷ 1在焊接过程中硫磷的是什么元素

磷在焊缝中主要以铁的磷化物Fe2P和Fe3P的形式存在,与硫一样可以与铁形成低熔点共晶Fe3P＋P,聚集于晶界,以产生热裂纹。此外,这些磷化物还削弱了晶粒间的结合力,而且它又硬又脆,增加了焊缝金属的冷脆性,使冲击韧性降低,造成冷裂现象。硫与磷的来源主要是:母材、焊丝、药皮、焊剂等材料。硫与磷的控制措施主要有:
脱硫措施,常用的方法是元素脱硫和熔渣脱硫。元素脱硫就是在液态金属中加入一些对硫亲和力比铁大的元素,把铁从FeO中还原出来,并形成的硫化物不溶于金属而进入熔渣,从而达到脱硫的目的。在焊接中常用Mn元素来脱硫,即FeO＋Mn=Fe＋MnO。熔渣脱硫就是利用熔渣中好磨的碱性氧化物(如CaO、MnO、CaF2等)进行脱硫。脱硫产物CaS、MnS等进入熔渣被排除,从而脱硫的目的。FeS＋MnO=FeO＋MnS/FeS＋CaO=FeO＋CaS。
Ca比Mn对硫的亲和力强，并且CaS完全不溶于金属，故而CaO比MnO脱硫效果好。CaF2脱硫主要是利用F与S化合生成氟硫化合物及CaF2与SiO2作用产生的CaO进行达到脱硫的目的
脱磷措施，脱磷的过程是这样的，先将磷氧化成P3O，再利用碱性氧化物与P3O反映形成磷酸盐进入熔渣。熔渣中如果同时有足够的自由FeO与自由CaO，则脱磷效果好。但实际上在碱性焊条和酸性焊条中，要同时友键斗具有上述两个条件是不大可能的。酸性焊条熔渣中碱性氧化物CaO和MnO较少，熔渣脱硫能力弱，仅靠Mn元素脱硫。同时碱性氧化物较少脱磷能力差。因此，酸性焊条脱硫脱磷效果较差。碱性焊条药皮中含有大量的大理石、萤石、铁合金，熔渣中有大量的碱性氧化物CaOMnO等，既能进行脱硫脱磷，同时又可进行元素脱硫。碱性焊条比酸性焊条脱硫脱磷能力强，因此碱性焊条比酸性焊条的力学性能、抗裂性能都强，要求高场合都是采用碱性焊条。总之，酸性焊条和碱性焊条亮派的脱硫脱磷效果仍然还是较差的，严格控制母材和焊接材料中的硫磷的来源是控制焊缝金属中含硫含磷量的主要措施。

⑸ 硫、磷元素的含量为什么在碳钢中要严格控制,而在易切削钢中又要适当提高

硫磷在钢中的作用主要有三点：其一，硫引起钢的“热脆”，磷引起钢的“冷脆”；其二，均降低钢的焊接性能；其三，可改善钢的切削加工性。综合评价这两种元素为有害元素，所以在碳钢中要严格控制。
易切削钢对切削性要求高，所以适当提高硫磷含量可明显提高切削性，至于硫磷的有害影响可通过加入其他元素来削弱。比如含硫的易切削钢，常规下都含有锰元素，原因就是锰能削弱硫的有害影响。