⑴ 钢中常存杂质中什么元素使钢易出现热脆
一、
硅:在钢中是有益元素
硅是由炼钢时加入的脱氧剂带入钢中的。由于硅的脱氧能力较强,硅与钢液中的
FeO能结成密度较小的硅酸盐以炉渣的形式被除去。脱氧后钢不可避免地残留着少量硅,这些残留下来的硅能溶于铁素体,使得铁素体强化,从而提高钢的强度、硬度和弹性。因此,硅在钢中是有益元素,但作为杂质元素存在时其质量分数应不超过0.4%。
二、
锰:在钢中是有益元素
锰是由炼钢时加入的脱氧剂带入钢中的。锰从
FeO中夺取氧形成MnO进入炉渣。锰不能与硫化合成MnS,以减少硫对钢的有害影响,改善钢的热加工性能。在室温下,锰大部分溶于铁素体,对钢有一定的强化作用。因此,锰在钢中是有益元素,但作为杂质元素存在时其质量分数应不超过0.8%。
三、
硫:在钢中是有害元素
硫是由生铁和燃料带入的杂质,炼钢时难以除尽。在固态下硫不深于铁,而以
FeS的形式存在,FeS与Fe能形成低熔点的共晶体(Fe+FeS),熔点仅为985℃,且分布在奥氏体晶界上。当钢在1000~1200℃压力加工时,由于低熔点共晶体熔化,显著减弱晶粒之间的联系,使钢材在压力加工时沿晶界开裂,这种现象为热脆。因此,钢中硫的质量分数必须严格控制。
为了消除硫所形成的热脆,在炼钢时必须增加锰。由于
Mn与S能形成高熔点(1620℃)的MnS,并呈粒状分布在晶粒内,MnS在高温时有一定的塑性,从而避免了钢的热脆。
硫虽然产生热脆,但对改善钢材的切削加工性能却有利。如在硫的质量分数较高的钢(
Ws=0.08%~0.45%)中适当提高锰的质量分数(WMn=0.70~1.55%),可形成较多的MnS,在切削加工中MnS能起断屑作用,可改善钢的切削加工性,这种钢称为易切削钢,广泛应用于标准件等的生产。
四、
磷:在钢中是有害元素
磷是由生铁和燃料带入的杂质,炼钢时难以除尽。磷能全部熔于铁素体,提高了铁素体的强度、硬度;但在室温下钢的塑性、韧性急剧下降,变脆,这种现象称为冷脆。所以,磷是一种有害杂质元素,因此要严格控制磷在钢中的含量。
磷的有害作用在一定条件下也可以转化,例如易切削钢,把磷的含量提高到
W
p
=0.05%~0.15%,使铁素体脆化,从而改善钢的切削加工性能。在炮弹钢(W
c
=0.60%~0.90%、W
Mn
=0.60%~1.0%)中加入较多磷,可使钢的脆性增大,炮弹爆炸时碎片增多,增加杀伤力。
⑵ 为什么说碳素钢中的锰和硅是有益元素
猛是炼钢时加入锰铁脱氧而残留在钢中的。其脱氧能力较好,能清除钢中的FeO,降低钢的脆性,此外猛还能与硫形成MnS,以减轻硫的有害作用,所以说呢猛是有益元素(不过要注意的是他作为杂质存在的话,它的质量分数一般小于0.8%,不过对钢的性能影响不大)
硅是在炼钢时加入硅铁脱氧而残留在钢中的。硅的脱氧能力比猛还强,在室温下能溶入铁素体,提高钢的强度和硬度(不过要注意的是它作为杂质存在的话,它的质量分数一般小于0.4%,不过对钢的性能影响不大)
硫是炼钢时由矿石和燃料带入钢中的。硫在钢中会与铁形成化合物FeS,它与铁会形成低熔点的共晶体分布在奥氏晶体上。在高温下进行锻压加工时,会出现“热脆”现象,造成钢材在锻压加工过程中开裂,因此硫是有害元素,其质量分数一般应严格控制在0.03%以下。
磷是炼钢中由矿石带入钢中的,磷可全部溶于铁素体,产生强烈的固溶强化,使钢的强度硬度增加,但塑性和韧性显著降低。在低温时更严重会出现“冷脆”的脆化现象,而且磷在结晶时还容易偏析,从而局部发生冷脆。因此,磷也是有害元素,其质量分数必须严格控制在0.035%以下。
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⑶ 碳钢中存在哪些杂质元素
碳钢并不是单纯的铁碳合金,其中或多或少包含一些杂质元素。常存的杂质元素有锰Mn、硅版Si、硫S、磷P。其中权Mn、Si是有益元素,硫、磷是有害杂质。
① Mn大部分溶解于铁素体F中,一部分溶解于渗碳体Fe3C中,使金属材料强化。Mn与S化合成MnS,能减轻S的有害作用。
② Si溶解于铁素体F中,使金属材料强化。有一部分Si溶解于硅酸盐夹杂中。当硅含量不多,在碳钢中仅作为少量杂质存在,它对钢的性能影响并不显著。
③ S不溶于铁,而以FeS形式存在。由于FeS存在,钢在高温下变得极脆,称为热脆。
④ P溶于钢铁的铁素体中,虽然可使铁素体的强度、硬度有所提高,但却使室温下钢的塑性、韧性急剧降低,使钢变脆,这种现象称为冷脆。磷的存在还使钢的焊接性能变坏。
⑷ 钢管中硅是什么作用
硅对钢的显微组织及热处理的影响
1)作为钢中的合金元素,其质量分数一般不低于0.4%,以固溶体形态存在于铁素体或奥氏体中,能够缩小奥氏体相区。
2)提高退火、正火和淬火温度,在亚共析钢中提高淬透性。
3)硅不形成碳化物,可强烈地促进碳的石墨化,在硅含量较高的中碳钢和高碳钢中,如不含有强碳化物形成元素,易在一定温度下发生石墨化。
4)在渗碳钢中,硅能够减小渗碳层厚度和碳的浓度。
5)硅对钢液有良好的脱氧作用。
二、硅对钢的力学性能的影响
1)提高铁素体和奥氏体的硬度和强度,其作用较锰、镍、铬、钨、铝、钒等更强;显著提高钢的弹性极限、屈服强度和屈强比,并提高疲劳强度。
2)硅的质量分数超过3%时,钢的塑性和韧性显著降低。
3)使钢中形成带状组织,造成横向性能低于纵向性能。
4)改善钢的耐磨性能。
三、硅对钢的物理、化学及加工工艺的影响
1)降低钢的密度、热导率、电导率和电阻温度系数。
2)硅钢片的涡流损耗量显著低于纯铁,矫顽力、磁阻和磁滞损耗较低磁导率和磁感强度较高。
3)提高高温时钢的抗氧化性能。
4)使钢的焊接性恶化。
5)硅的质量分数超过2.5%的钢,其塑性加工较为困难。
四、硅在钢中的应用
1)在普通低合金钢中可提高强度,改善局部腐蚀抗力,在调质钢中可提高淬透性和耐回火性,是多元合金结构中的主要合金组元之一。
2)硅的质量分数为0.5%-2.8%的SiMn或 SiMnB钢广泛用于高载荷弹簧材料,同时加入钨、钒、钼、铌、铬等强碳化物形成元素。
3)硅钢片是硅的质量分数为1.0%-4.5%的低碳钢和超低碳钢,用于电机和变压器。
4)在不锈钢和耐蚀钢中,与钼、钨、铬、铝、钛、氮等配合,提高耐蚀性和抗高温氧化性能。用不锈钢和耐蚀钢制作的雕像经久如新
⑸ 杂质元素硅硫磷对碳钢有什么影响
1. 碳钢中的硅、硫、磷等杂质元素对钢材的性能有着显著的影响。
2. 锰通常作为有益元素存在,能够在炼钢过程中帮助脱氧,减少钢的脆性,并减轻硫的有害作用。然而,当锰含量较低时,对钢的性能影响不大。
3. 硅也是炼钢过程中的有益元素,能够提高钢的强度和硬度。但是,作为杂质时,其含量通常较低,对钢的性能影响有限。
4. 硫是有害元素,可导致钢在高温下发生热脆。通过加入锰来形成高熔点的MnS,可以避免热脆现象。因此,硫的含量需要严格控制在0.03%-0.05%以下。
5. 磷同样是有害元素,会降低钢的塑性和韧性,导致冷脆现象,尤其在低温下更为严重。磷的含量也需严格控制在0.035%-0.045%以下。
6. 尽管硫和磷对钢材的塑性和韧性有负面影响,但在含量较多时,可以改善钢的切削加工性,减少切削过程中的断裂和磨损。