Question

合金元素在钢中的主要作用有哪些?是结合具体钢种举例说明

Answer 1

合金元素与钢中的碳相互作用,形成碳化物存在于钢中,按合金元素在钢中与碳相互作用的情况,它们可以分为两大类：
　　一、不形成碳化物的元素(称为非碳化物形成元素),包括镍、硅、铝、钴、铜等.由于这些元素与碳的结合力比铁小,因此在钢中它们不能与碳化合,它们对钢中碳化物的结构也无明显的影响.
　　二、形成碳化物的元素(称为碳化物形成元素),根据其与碳结合力的强弱,可把碳化物形成元素分成三类.
　　1）弱碳化物形成元素：
　　 锰对碳的结合力仅略强于铁.锰加入钢中,一般不形成特殊碳化物(结构与Fe3C不同的碳化物称为特殊碳化物),而是溶入渗碳体中.
　　2）中强碳化物形成元素；铬、钼、钨
　　3）强碳化物形成元素：钒、铌、钛
　　有极高的稳定性,例如TiC在淬火加热时要到l 000C以上才开始缓慢的溶解,这些碳化物有极高的硬度,例如在高速钢中加人钒,形成V4C,使之有更高的耐磨性.
　　合金元素溶解于铁素体(或奥氏体)中,以固溶体形式存在于钢中.
　　合金元素与钢中的氮、氧、硫等化合,以氮化物、氧化物、硫化物和硅酸盐等非金属夹杂物的形式存在于钢中.
　　合金元素游离态,即不溶于铁,也不溶于化合物：铅,铜
　　三、合金元素在钢中的作用
　　C：
　　碳是钢的主要元素.
　　1、当含量在一定范围内时,对钢具有很大的强化作用,提高强度、硬度和耐磨性 ；
　　2、扩大奥氏体区的元素；
　　3、碳与其它合金元素的共同作用,改善钢的相关性能.
　　Si：
　　1、强化铁素体,提高钢的强度和硬度 ；
　　2、降低钢的临界冷却速度,提高钢的淬透性；
　　3、提高钢的氧化性、腐蚀介质中的耐蚀性,提高钢的耐热性 ；
　　4、磁钢中的主要合金元素（含量在0.40%范围内时,改善热裂倾向,含量高时,易形成柱状晶,增加热裂倾向）.
　　Mn ：
　　1、在低含量范围内,对钢具有很大的强化作用,提高强度、硬度和耐磨性 ；
　　2、降低钢的临界冷却速度,提高钢的淬透性 ；
　　3、稍稍改善钢的低温韧性；
　　4、在高含量范围内,作为主要的奥氏体化元素.
　　Cr：
　　1、在低合金范围内,对钢具有很大的强化作用,提高强度、硬度和耐磨性；
　　2、降低钢的临界冷却速度,提高钢的淬透性
　　3、提高钢的耐热性
　　4、在高合金范围内,使钢具有对强氧化性酸类等腐蚀介质的耐腐蚀能力
　　Mo ：1、 强化铁素体,提高钢的强度和硬度
　　2、 降低钢的临界冷却速度,提高钢的淬透性 ；
　　3、 提高钢的耐热性和高温强度；
　　Ni：
　　1、 提高钢的强度,而不降低其塑性,改善钢的低温韧性 ；
　　2、 降低钢的临界冷却速度,提高钢的淬透性；
　　3、 扩大奥氏体区,是奥氏体化的有效元素 ；
　　4、 本身具有一定耐蚀性,对一些还原性酸类有良好的耐蚀能力；
　　Al ：
　　1、 炼钢中起良好的脱氧作用；
　　2、 细化钢的晶粒,提高钢的强度 ；
　　3、提高钢的抗氧化性能,提高不锈钢对强氧化性酸类的耐蚀能力.
　　RE ：
　　1、炼钢中起脱硫、去气、净化钢液作用 ；
　　2、细化钢的晶粒,改善铸态组织 .
　　S:
　　 1、 硫在钢中以FeS-Fe共晶体存在于钢的晶粒周界,降低钢的力学性能,优制钢含硫量一般应限制在0.04%以下；
　　2、 在机械制造中,有时为了改善某些钢的切削加工性能,人为将含硫量提高,以形成硫化物,起中断基体连续性的作用；
　　3、 硫含量的提高,增加铸件热裂倾向.
　　H:
　　炼钢过程中钢液从炉气中吸收氢.
　　钢液中氢的溶解度随温度升高而提高,在缓慢凝固条件下,氢以针孔形态析出.快速凝固时,析出氢在铁的晶格内造成高应力状态,导致脆性.
　　N:
　　炼钢过程中钢液从炉气中吸收氮
　　1、 钢液中溶解的氮在凝固过程中因溶解度降低而析出,并与钢中的Si、Al、Zr等元素化合,生成SiN、AlN 、ZrN等氮化物.少量氮化物能细化钢的晶粒.氮休物多时,会使钢的塑性和韧性降低；
　　2、 氮属于扩大奥氏体区元素,在钢中可部分代替镍的作用,是铬锰氮不锈钢中的合金元素,在超低碳不锈钢中,可代替碳的作用,提高钢的强度；
　　O:
　　1、 钢液中溶解的FeO 在凝固前温度降低过程中与钢液中的碳起反应,生成一氧化碳气泡,在铸件中造成气孔；
　　2、 钢液凝固过程中,FeO因溶解度下降而析出在钢的晶粒周界处,降低钢的性能.