合金元素在钢中的主要作用

原创 胡伟明  2020-08-24 21:56:00  阅读 77 次 评论 0 条
摘要:

概述钢是碳含量(质量百分数)<2的铁碳合金。对于碳钢的强度和其他性能取决于钢中碳含量的高低,在碳含量一定的情况下,碳钢的性能取决于碳存在的形式和碳化物的形状、大小和分布状态。对于合金钢的强度和性能除了和碳含量有关外,还和合金钢中加入的合金元素有很大关系,这些合金元素的加入既改善(或提高)了材料在某些方面的所需要的性能,也可能对材料产生某些不利的影响。Mn的作用Mn<0.8%一般做为残余元素处理;Mn>0.8%可以做为合金元素;做为合金元素主要作用为:提高钢的淬透性/起祢散强化作

概述

钢是碳含量(质量百分数)<2的铁碳合金。对于碳钢的强度和其他性能取决于钢中碳含量的高低,在碳含量一定的情况下,碳钢的性能取决于碳存在的形式和碳化物的形状、大小和分布状态。对于合金钢的强度和性能除了和碳含量有关外,还和合金钢中加入的合金元素有很大关系,这些合金元素的加入既改善(或提高)了材料在某些方面的所需要的性能,也可能对材料产生某些不利的影响。

Mn的作用

Mn<0.8%一般做为残余元素处理;Mn>0.8%可以做为合金元素;做为合金元素主要作用为:提高钢的淬透性/起祢散强化作用,可提高强度/起脱氧作用。

Mo的作用

增加不锈钢的钝化作用和耐蚀性,阻止点腐蚀/材料表面形成富钼的钝化膜,在非氧化性介质具有高的稳定性。

Cr的作用

Cr铁素体形成元素,缩小奥氏体相区,可形成( Fe - Cr)C化合物。

作用:增加钢的淬透性/含量为12%以上,可使钢具有较好的抗氧化性和耐氧化性介质腐蚀作用/在氧化性介质中,表面形成钝化膜。

最重要的一点:钢中加Cr对钢的耐蚀性的提高可提高钢的电极电位,而且存在n/8的关系,也就是说Cr含量达到1/8、2/8、3/8…原子比时(换算成重量百分数则为11.7%,23.4%,35.1%…)钢的电极电位就跳跃式上升,耐蚀性就显著提高,所以11.7%就构成了不锈钢中最低的Cr的需求量,考虑到钢中有碳的存在,会形成铬碳化物,降低了固溶体中的Cr含量,所以不锈钢中的平均含铬量为13%或更高一些。

Ni的作用

Ni是奥氏体形成元素,扩大奥氏体相区,不形成碳化物。

作用:细化晶粒,起固溶强化作用/提高钢的淬透性/提高钢的塑性和韧性,特别是低温韧性与Cr、Mo联合使用,提高钢的热强性和耐蚀性。

一般来来讲,低碳镍钢要获得纯奥氏体,Ni要大于和等于24%,当镍达到27%时大大提高钢的耐蚀性,而当Cr与Ni配合使用时(如Cr为17%,Ni大于和等于9%)时,就可获得单相奥氏体组织。

当Ni大于42%时,可完全耐晶间腐蚀。

Ti、Nb的作用

强碳化物形成元素,加入不锈钢可与碳形成稳定的碳化物,从而使C基本上都能够固溶于基体内,以提高材料抗晶间腐蚀的能力。 Ti=(C-0.02)x5-0.8%,Nb=8-10C。Ti易氧化,而Nb烧损少,因此在焊接时一般采用含Nb的不锈钢焊接材料

Cu的作用

铜能显著改善钢的抗大气、海水腐蚀性能,铜能促使钢的表面锈层致密且附着性提高,从而延缓腐蚀的进一步发生。含铜0.2~0.5%的钢与不含铜的钢相比,在海水中的耐蚀性可提高50%以上。

AI的作用

铝在金属材料中作用主要有:铝在合金钢中作为脱氧剂在炼钢时加入,提高钢的纯净度。在不锈钢中由于含铝夹杂物对点蚀敏感,不采用铝作为脱氧剂;第二:铝在钢的表面可以形成致密的氧化膜,起到耐腐蚀和抗高温氧化的作用:第三:铝具有时效强化、提高材料的回火稳定性和增加二次硬化作用。

N的作用

N加入奥氏体不锈钢中提高了耐点蚀和缝隙腐蚀的能力,其能力相当于Cr的30倍。这主要是由于钢中的N降低了Cr的活性,它在晶界偏聚形成Cr2N型化合物,抑制了Cr23C6的析出,降低了晶界处Cr的贫化,改善表面膜性能。N在界面富集时表面富Cr,提高了钢的钝化能力和钝态稳定性,同时N还可形成NH4+抑制溶液的PH值下降,N还形成N03-,有利于钢的钝化和再钝化。

研究表明:N仅是强化Cr、Mo等元素在奥氏体不锈钢的耐蚀作用。

N在双相钢中的作用:推迟高温单相铁素体的出现和有害金属间化合物的析出;晶界富集N,提高表面膜的稳定性;N固溶于奥氏体中,N原子可消耗H离子,减缓微区PH值的降低,起到减缓腐蚀的作用。提高强度,提高抗应力腐蚀的能力。

N的含量控制。( 0.08~0.3%)。

V的作用

V在低合金钢中的作用主要是起固溶强化作用,提高低合金钢的强度。在不锈钢中主要是形成碳化钒,提高不锈钢的耐晶间腐蚀能力,另一方面,V的加入也可以提高钢的低温强度和冲击值,第三:V的碳化物具有捕集H的能力。

Si的作用

Si在钢中主要是起脱氧剂的作用,Si在碳钢和低合金钢中能促使渗碳体的分解析出石墨,因此,其含量通常在0.1~0.3%之间。Si在奥氏体不锈钢中达到一定含量时具有耐应力腐蚀的作用。

硫和磷的作用

硫和磷在碳钢和合金钢中一般都是有害元素(只有在特定的钢种硫或磷才作为合金元素加入)。

硼、钨的作用

硼加入钢中主要是提高钢的淬透性。W的加入提高钢的硬度和耐点蚀能力。


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