為什麼在非合金鋼中控制硫磷

⑴ 什麼是合金鋼 合金鋼的分類

鋼里除鐵、碳外，加入其他的元素，就叫合金鋼。 是在普通碳素鋼基礎上添加適量合金元素而形成的金屬，下面我們就來詳細的了解一下。

什麼是合金鋼

按照國際標准，把鋼區分為非合金鋼和合金鋼兩大類，非合金鋼是通常叫做碳素鋼的一大鋼類，鋼中除了鐵和碳以外，還含有爐料帶入的少量合金元素Mn、Si、Al，雜質元素P、S及氣體N、H、O等。合金鋼則是為了獲得某種物理、化學或力學特性而有意添加了一定量的合金元素Cr、Ni、Mo、V等，並對雜質和有害元素加以控制的另一類鋼。

普通的碳素鋼中的主要成分為碳元素與鐵元素，而合金鋼就是指在普通鋼之中加入了其他的合金元素的鋼材。通過加入一種或多種的合金元素(如銅、鎳、鉻等等)，鋼材的某些性能能夠得到大大的改善，以適應不同行業發展的需求。按照加入的合金元素的含量，可以將合金鋼分為低合金鋼、中合金鋼與高合金鋼這三種。

合金鋼分為低合金鋼、中合金鋼和高合金鋼，顧名思義，以含有合金元素的總量來加以區分，一般而言總量低於3％稱為低合金鋼，5％～10％為中合金鋼，大於10％為高合金鋼。按照GB/T 13304—91規定，對於非合金鋼及低合金鋼、合金鋼中合金元素的含量應當在一定的界限值之內。

合金鋼的分類

合金鋼根據各種元素在鋼中形成碳化物的傾向，可分為三類：

①強碳化物形成元素，如釩、鈦、鈮、鋯等。

這類元素只要有足夠的碳，在適當的條件下，就形成各自的碳化物;僅在缺碳或高溫的條件下，才以原子狀態進入固溶體中。

②碳化物形成元素，如錳、鉻、鎢、鉬等。這類元素一部分以原子狀態進入固溶體中，另一部分形成置換式合金滲碳體，如(Fe，Mn)3C、(Fe，Cr)3C等，如果含唯棗量超過一定限度(除錳以外)，又將形成各自的碳化物，如(Fe，Cr)7C3、(Fe，W)6C等。

③ 不形成碳化物元素，如矽、鋁、銅、鎳、鈷等。這類元素一般以原子狀態存在於奧氏體、鐵素體等固溶體中。合金元素中一些比較活潑的元素，如鋁、錳、矽、鈦、鋯等，極易和鋼中的氧和氮化合，形成穩定的氧化物和氮化物，一般以夾雜物的形態存在於鋼中。錳、鋯等元素也和硫形成硫化物夾雜。鋼中含有足夠數量的鎳、鈦、鋁、鉬等元素時能形成不同類型的金屬間化合物。有的合金元素如銅、鉛等，如果含量超過它在鋼中的溶衫改解度，則以較純的金屬相存在。

⑵ 各種合金元素在鋼中的作用

對鋼加熱和冷卻時相變的影響 鋼加熱時的主要固態相變是非奧氏體相向奧氏體相的轉變，即奧氏體化的過程。整個過程都和碳的擴散有關。合金元素中，非碳化物形成元素如鎳、鈷等，降低碳在奧氏體中的激活能，增加奧氏形成的速度；而強碳化物形成元素如釩、鈦、鎢等，強烈妨礙碳在鋼中的擴散，顯著減慢奧氏體化的過程。鋼冷卻時的相變是指過冷奧氏體的分解，包括珠光體轉變（共析分解）、貝氏體相變及馬氏體相變。由於鋼中大都存在幾種合金元素的相互作用，致使對鋼冷卻時相變的影響也復雜得多。僅舉合金元素對過冷奧氏體等溫轉變曲線的影響為例，大多數合金元素，除鈷和鋁外，均起減緩奧氏體等溫分解的作用，但各類元素所起的作用有所不同。不形成碳化物的（如硅、磷、鎳、銅）和少量的碳化物形成元素（如釩、鈦、鉬、鎢），對奧氏體到向珠光體的轉變和向貝氏體的轉變的影響差異不大，因而使轉變曲線向右推移。
碳化物形成元素（如釩、鈦、鉻、鉬、鎢）如果含量較多，將使奧氏體向珠光體的轉變顯著推遲，但對奧氏體向貝氏體的轉變的推遲並不顯著，因而使這兩種轉變的等溫轉變曲線從「鼻子」處分離，而形成兩個 C形。當這類元素增加到一定程度時，在這兩個轉變區域的中間還將出現過冷奧氏體的亞穩定區。合金元素對馬氏體轉變溫度Ms (起始轉變溫度)和Mn (終了轉變溫度)的影響也很顯著，大部分元素均使Ms和Mn點降低，其中以碳的影響最大,其次為錳、釩、鉻等；但鈷和鋁則使Ms和Mn點升高。
對鋼的晶粒度和淬透性的影響 影響奧氏體晶粒度的因素很多。鋼的脫氧和合金化情況均與「奧氏體本質晶粒度」有關。一般來說,一些不形成碳化物的元素,如鎳、硅、銅、鈷等,阻止奧氏體晶粒長大的作用較弱,而錳、磷則有促進晶粒長大的傾向。碳化物形成元素如鎢、鉬、鉻等，對阻止奧氏體晶粒長大起中等作用。強碳化物形成元素如釩、鈦、鈮、鋯等，強烈地阻止奧氏體晶粒長大，起細化晶粒作用。鋁雖然屬於不形成碳化物元素，但卻是細化晶粒和控制晶粒開始粗化溫度的最常用的元素。
鋼的淬透性（見淬火）高低主要取決於化學成分和晶粒度。除鈷和鋁等元素外，大部分合金元素溶入固溶體後都不同程度地抑制過冷奧氏體向珠光體和貝氏體的相變，增加獲得馬氏體組織的數量，即提高鋼的淬透性。一些碳化物形成元素，如釩、鈦、鋯、鎢等，如果形成碳化物而固定了鋼中的碳，反而會降低淬透性，易使晶粒粗化的元素如錳，能提高淬透性；使晶粒細化的元素如鋁，則降低淬透性。硼是顯著影響淬透性的元素，合金鋼中即使只含十萬分之一的硼，也能顯著提高鋼的淬透性。但硼的這種影響僅對低、中碳鋼有效，對高碳鋼完全無效。
對鋼的力學性能和回火性能的影響 鋼的性能取決於鐵的固溶體和碳化物各自性能以及它們相對分布的狀態。合金元素對鋼的力學性能的影響也與此有關。固溶於鐵素體中的合金元素，起固溶強化作用，使強度和硬度提高，但同時使韌性和塑性相對地降低。其中以磷和硅的固溶強化作用最顯著，而硅對韌性的影響也最嚴重。少量的錳、鉻或鎳，反而對鐵素體的韌性有一定提高。
調質鋼的韌性－脆性轉變溫度是評價力學性能的一項重要指標。①提高轉變溫度的元素有 B、P、C、Si、Cu、Mo、Cr；②降低轉變溫度的元素有Ni、Mn；③少量時提高、多量時降低轉變溫度的元素有Ti、V;④少量時降低、多量時提高轉變溫度的元素有Al。
合金鋼的回火穩定性比碳素鋼好，這是由於合金元素在回火時阻礙了鋼中原子的擴散，因而在同樣溫度下，起到延遲馬氏體分解和抗回火軟化的作用。對合金鋼的回火穩定性影響比較顯著的為：釩、鎢、鈦、鉻、鉬、鈷、硅等元素；影響不明顯的為：鋁、錳、鎳等元素。可以看到，碳化物形成元素，對回火軟化的延遲作用特別顯著。鈷和硅雖屬不形成碳化物元素，但它們對滲碳體晶核的形成和長大，有強烈的延遲作用，因此，也有延遲回火軟化的作用。各種合金元素對回火脆性影響的程度是不同的。定性地說，錳、鉻、氮、磷、釩、銅、鎳等均有促進回火脆性的傾向。鉬的作用較特殊，它加入已有回火脆性的合金鋼（例如含錳、鉻等）中，能顯著地降低回火脆性傾向；若單獨加入普通碳素鋼中，則成為促進回火脆性傾向的元素。鎢的作用與鉬相似，但對回火脆性的影響尚未十分確定。
對鋼的焊接性和被切削性的影響 焊接性和被切削性是衡量鋼的工藝性能好壞的主要方面。凡能提高淬透性的合金元素均對鋼的焊接性不利。因為在焊縫熱影響區靠近熔合線一側冷卻時易形成馬氏體等硬脆組織，有導致開裂的危險。另一方面，熱影響區靠近熔合線處的晶粒因受高熱容易粗化，因此，合金鋼中含有可使晶粒細化的元素如鈦、釩等是有益的。硅含量高，焊接時會發生嚴重噴濺。硫含量高容易產生熱裂，同時會逸出二氧化硫氣體，在焊接金屬內形成氣孔和疏鬆。磷含量高容易導致冷裂。
鋼中加入適量的硫、鉛等元素可改善鋼的被切削性（見易切削鋼）。合金鋼中的合金元素一般會使鋼的硬度增加，因而增高切削抗力，加劇刀具磨損。通過改變鋼的基體組織、夾雜物的種類、數量和形狀可以影響鋼的被切削性。對鋼的耐蝕性能的影響 鉻是不銹耐酸鋼和耐熱鋼的主要合金元素。合金鋼中含鉻量若達到12％左右，在鋼的表面便形成緻密的鉻的氧化物，使鋼在氧化性介質中的耐蝕性發生突變而大大提高。鉻、鋁、硅等元素，能提高鋼的抗氧化性和抗高溫氣體的腐蝕性能，但過量的鋁和硅則會使鋼的熱塑性變壞。鎳主要用來形成和穩定奧氏體組織，使鋼獲得良好的力學性能、耐蝕性能和工藝性能。鉬能使不銹耐酸鋼很快鈍化，提高對含有氯離子的溶液及其他非氧化性介質的耐蝕能力。鈦、鈮通常用來固定合金鋼中的碳，使它生成穩定的碳化物，以減輕碳對合金鋼耐蝕性能的有害作用。銅和磷配合使用時，可提高鋼的耐大氣腐蝕性能。

⑶ 雜質元素對非合金鋼有何影響

非合金鋼：是指鋼中各元素含量低於規定值的鐵碳合金。（碳鋼）不僅價格低廉，容易加工，而且能滿足一般工程結構和機械零件的使用性能要求，是最廣泛應用的材料。
雜質元素對鋼性能的影響
鋼中常存雜質元素是鋼冶煉時進入的，它們對鋼的性能有一定的影響。
1、錳的影響
錳是由煉鐵原料鐵礦石及煉鋼時加脫氧劑（錳鐵）中帶入的，非合金鋼中錳的質量分數一般約為0.25%~0.80%。錳的脫氧能力較好，能清除鋼中的FeO，降低鋼的脆性，與硫化合成MnS，可以減輕硫的有害作用。錳還能溶於鐵素體形成置換固溶體，產生固溶強化,提高鋼的強度和硬度。錳在鋼中是一種有益元素。
2、硅的影響
硅是由煉鐵原料鐵礦石及煉鋼時加脫氧劑（硅鐵）中帶入的，非合金鋼中錳的質量分數一般約為0.10%~0.40%，硅的脫氧能力比錳強，與鋼液中的FeO生成爐渣，清除FeO對鋼質量的不良影響，也能溶於鐵素體中產生固溶強化，提高鋼的強度和硬度，硅在鋼中也是一種有益元素。
3、硫的影響
硫是在煉鐵時由礦石和燃料帶進的，它不溶於鐵，而是以化合物FeS的形式存在。FeS與Fe形成低熔點共晶體（熔點為985℃），分布在奧氏體的晶界上。當鋼在1000~1250℃進行熱加工時，由於晶界處共晶體熔化，將導致鋼變脆而開裂，這種現象稱為熱脆。因此，硫在鋼中是一種有害元素，必須嚴格控制。
4、磷的影響
磷是煉鐵時由礦石帶進的，在常溫下能溶入鐵素體，使鋼的強度、硬度提高，但使塑性和韌性降低。尤其在低溫下會使鋼的塑性、韌性急劇下降，脆性轉化溫度升高。這種現象稱為冷脆。在一般鋼中，磷是有害元素，應嚴格控制。
硫和磷雖是鋼中的有害元素，但適當提高它在鋼中的含量（一般Ws=0.08％~0.35%、Wp=0.05%~0.15%），可以改善鋼的切削加工性能，降價低工件表面粗糙度。

⑷ 1在焊接過程中硫磷的是什麼元素

磷在焊縫中主要以鐵的磷化物Fe2P和Fe3P的形式存在,與硫一樣可以與鐵形成低熔點共晶Fe3P＋P,聚集於晶界,以產生熱裂紋。此外,這些磷化物還削弱了晶粒間的結合力,而且它又硬又脆,增加了焊縫金屬的冷脆性,使沖擊韌性降低,造成冷裂現象。硫與磷的來源主要是:母材、焊絲、葯皮、焊劑等材料。硫與磷的控制措施主要有:
脫硫措施,常用的方法是元素脫硫和熔渣脫硫。元素脫硫就是在液態金屬中加入一些對硫親和力比鐵大的元素,把鐵從FeO中還原出來,並形成的硫化物不溶於金屬而進入熔渣,從而達到脫硫的目的。在焊接中常用Mn元素來脫硫,即FeO＋Mn=Fe＋MnO。熔渣脫硫就是利用熔渣中好磨的鹼性氧化物(如CaO、MnO、CaF2等)進行脫硫。脫硫產物CaS、MnS等進入熔渣被排除,從而脫硫的目的。FeS＋MnO=FeO＋MnS/FeS＋CaO=FeO＋CaS。
Ca比Mn對硫的親和力強，並且CaS完全不溶於金屬，故而CaO比MnO脫硫效果好。CaF2脫硫主要是利用F與S化合生成氟硫化合物及CaF2與SiO2作用產生的CaO進行達到脫硫的目的
脫磷措施，脫磷的過程是這樣的，先將磷氧化成P3O，再利用鹼性氧化物與P3O反映形成磷酸鹽進入熔渣。熔渣中如果同時有足夠的自由FeO與自由CaO，則脫磷效果好。但實際上在鹼性焊條和酸性焊條中，要同時友鍵斗具有上述兩個條件是不大可能的。酸性焊條熔渣中鹼性氧化物CaO和MnO較少，熔渣脫硫能力弱，僅靠Mn元素脫硫。同時鹼性氧化物較少脫磷能力差。因此，酸性焊條脫硫脫磷效果較差。鹼性焊條葯皮中含有大量的大理石、螢石、鐵合金，熔渣中有大量的鹼性氧化物CaOMnO等，既能進行脫硫脫磷，同時又可進行元素脫硫。鹼性焊條比酸性焊條脫硫脫磷能力強，因此鹼性焊條比酸性焊條的力學性能、抗裂性能都強，要求高場合都是採用鹼性焊條。總之，酸性焊條和鹼性焊條亮派的脫硫脫磷效果仍然還是較差的，嚴格控制母材和焊接材料中的硫磷的來源是控制焊縫金屬中含硫含磷量的主要措施。

⑸ 硫、磷元素的含量為什麼在碳鋼中要嚴格控制,而在易切削鋼中又要適當提高

硫磷在鋼中的作用主要有三點：其一，硫引起鋼的「熱脆」，磷引起鋼的「冷脆」；其二，均降低鋼的焊接性能；其三，可改善鋼的切削加工性。綜合評價這兩種元素為有害元素，所以在碳鋼中要嚴格控制。
易切削鋼對切削性要求高，所以適當提高硫磷含量可明顯提高切削性，至於硫磷的有害影響可通過加入其他元素來削弱。比如含硫的易切削鋼，常規下都含有錳元素，原因就是錳能削弱硫的有害影響。