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《鋼中各元素在鋼中的作用2018.1.17》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應用文檔-天天文庫。
1、鋼中各元素在鋼中的作用李祥才1、碳碳是對鋼的強度貢獻最大的元素。碳溶解在鋼中形成間隙固溶體，起固溶強化的作用，另外它與強碳化物形成元素如V、Nb、Ti形成碳化物析出時，起到沉淀強化作用。碳對鋼的強度、硬度、塑性、韌性、脫碳傾向和顯微組織都有很大影響，其影響往往超過其他合金元素，并且淬火加熱時溶入奧氏體的碳能夠提高鋼的淬透性，但是碳含量增加時會使鋼的塑性、韌性明顯變差，增加鋼的脫碳傾向，其影響往往超過其他合金元素，因此鋼中的碳含量不宜太多。2、硅硅具有明顯的固溶強化作用，它不形成碳化物，基本上以固溶狀態(tài)存在于鋼中，在常用合金元素中，硅的固溶強化作用最強。硅能
2、改變回火時析出碳化物的數(shù)量、尺寸和形態(tài)，提高鋼的回火穩(wěn)定性及間接的促進沉淀強化的作用。并且硅還能顯著提高鋼的彈性極限、屈服極限和屈強比，故廣泛用于作彈簧鋼。但硅含量較高時會明顯增加鋼的脫碳傾向。3、錳錳是提高淬透性最有效的合金元素，它溶入鐵素體中有固溶強化作用，同時能夠改善鋼的熱處理性能，細化珠光體晶粒，提高鋼的強度和硬度。對彈簧鋼而言，錳含量只有大于0.5％時，才有可能使淬火時彈簧鋼心部完全轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，但當錳含量超過1.5％時，韌性會明顯下降，因此Mn在鋼中含量不宜太高。4、鉻鉻是強碳化物形成元素，Cr作為合金元素加入，可降低鋼中碳的活度，改善鋼的抗氧
3、化作用，增加鋼的抗腐蝕能力，提高鋼的強度，顯著提高鋼的淬透性。Cr與C有較強的親和力，含Cr１％左右時，鋼中滲碳體以（Fe，Cr）3為主。Cr元素最突出的優(yōu)點是能夠提高鋼中碳擴散的激活能，減少鋼的脫碳傾向和晶粒粗化傾向。錳、鉻兩種元素的主要作用是提高鋼的淬透性，特別是兩者共用時淬透性效果更好，典型的鋼種如彈簧鋼SUP9和SUP9A，Mn、Cr共用，可顯著提高該類鋼的淬透性。5、鉬鉬能使鋼的晶粒細化，提高淬透性和熱強性能，在高溫時可保持足夠的強度和抗蠕變能力(長期在高溫下受到應力，發(fā)生變形，稱蠕變)。鋼中加入鉬，能提高機械性能，還可以抑制合金鋼由于回火而引起
4、的脆性。典型的鋼種如35CrMo（H）、42CrMo（H）以及52CrMoV4等。6、釩釩是強碳氮化物形成元素，與C、N元素有很強的親和力，當它們生成細小彌散的VC、VN時可產(chǎn)生強烈的沉淀強化效果，并能細化晶粒，提高鋼的硬度、強度，特別是屈強比。但是只有溶入奧氏體中的釩才能夠強烈提高鋼的淬透性，不能溶入奧氏體的V（如V與C、N結(jié)合易形成VC、VN細小顆粒，容易作為相變晶核）反而降低鋼的淬透性。V作為一種微合金化元素，通常情況下是利用細小釩碳氮化合物在冷卻或回火過程中的析出強化作用，以及碳氮化釩對晶粒的細化作用來提高微合金鋼的強度和韌性，但不是提高了鋼的淬透
5、性。研究發(fā)現(xiàn)，鋼中存在少量的固溶V即可顯著提高鋼的淬透性，因此在加熱奧氏體化后，奧氏體中只要存在少量的固溶V，即使在慢冷速條件下，也可以獲得優(yōu)異的力學性能。TiN、AlN、NbN及VN中合金元素與N元素的理想化學配比值分別為3.42、1.93、6.63和4.24，Al在固氮中起到主導作用，其次是Ti，再其次是V，再次是Nb。鋼中與N結(jié)合的Al為酸溶Al，根據(jù)AlN中兩種元素的理想化學配比，并考慮其他元素對Al的消耗反應，如果鋼中酸溶Al含量與N含量的比值滿足≥3:1，可以保證生成AlN，阻止VN的生成，使更多的V元素固溶于奧氏體中，那么V元素對于鋼淬透性的
6、提高作用將會被充分發(fā)揮出來，這對于彈簧鋼如50CrVA、52CrMoV4等含V鋼并且要求淬透性的鋼非常重要，雖然加Ti也可以固氮，提高含V鋼淬透性，但高溫形成的粗大TiN會對鋼的疲勞性能及低溫沖擊性能產(chǎn)生不利影響，如果有對疲勞性能和低溫沖擊性能要求的鋼，固氮盡量不要使用Ti固氮，而使用Al來固氮。7、鈦鈦也是強碳氮化物形成元素，與C、N元素有很強的親和力，當它們生成細小彌散的TiC、TiN時可產(chǎn)生強烈的沉淀強化效果，并能細化晶粒，提高鋼的硬度、強度。鈦在鋼中一般含量在0.15%以下，常與Cr、Mn、B鋼等配合使用，如高錳鋼40Mn2、38Mn2V、Q345
7、B等，含硼鋼40CrB、35MnB等，鋼中往往加入一定量的Ti。對含B鋼的研究表明，鋼中的Ti和Al可以有效固定鋼中的N，可以保證B有效固溶于奧氏體中，B化學性質(zhì)也極為活潑，和N也有很強的親和力，由于鋼中的Ti和Al可以有效固定鋼中的N，可以保證B有效固溶于奧氏體中，這說明Ti、Al和N的親和力大于B和N的親和力，在含B鋼中，常加入Ti來固氮，來保證有效B，以提高鋼的淬透性，通常情況下Ti/N比一般不小于4。但值得指出的是高溫形成的粗大TiN會對鋼的疲勞性能及低溫沖擊性能產(chǎn)生不利影響，如果有的鋼要求有高的疲勞性能，則盡量避免加Ti，如GCr15軸承鋼，鋼中
8、的Ti含量則越低越好，這種情況下往往加Al來固氮；對高錳鋼40Mn
