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钢基的化学成分及对涂镀钢板基板性能的影响

日期: 2020-03-04
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钢铁中的主要成分是铁,含碳量低于2.11%的铁碳合金称为钢。但是工业用碳钢除碳以外还有其他元素,如硅、锰、磷、硫等,这些元素分成脱氧元素(如硅、锰等)、杂质元素(如冶炼未除尽的磷、硫等)以及合金元素(为改善性能而加入的如钼、铬、稀土等)。

(1)碳的影响

碳是决定碳钢在缓冷后的组织和性能的主要元素。总的来说,含碳量提高,强度上升,延伸率下降,另外,不同组织(铁素体、渗碳体和珠光体)在性能上的差异也很明显。含碳量增加时碳钢的耐腐蚀性降低,同时碳也使碳钢的焊接性能和冷加工性(冲压、拉拔)变差。

(2)锰的影响

锰在碳钢中的含量一般为0.25%~0.80%,在具有较高含锰量的碳钢中,锰含量可以达到1.2%。在碳钢中,锰属于有益元素。对于镇静钢来说,锰可以提高硅和铝的脱氧效果,也可以同硫结合形成硫化锰,从而在相当大程度上消除硫在钢中的有害影响。锰对碳钢的力学性能有良好影响,它能提高钢经热轧后的硬度和强度。在锰含量不高时锰可以稍微提高或者不降低碳钢的面缩率和冲击韧性。

(3)硅的影响

硅在碳钢中的含量小于等于0.5%。硅也是钢中有益元素。在沸腾钢中,含硅量很低,硅作为脱氧元素加入到镇静钢中。硅增加钢液的流动性。除形成非金属夹杂物外,硅溶于铁素体中。但当硅含量超过一定值时,材料的冲击韧性显著下降。

(4)硫的影响

一般来讲,硫是有害元素,它主要来自生铁原料。硫的危害是引起钢在热加工时开裂,即产生所谓热脆,造成热脆的原因是由于硫的严重偏析,在即使不是很高的含硫量的情况下,也会出现(Fe+FeS)共晶。一般通过加入锰来防止热脆性。硫通过形成硫化物夹杂而对钢的力学性能发生影响。硫对钢力学性能的影响,不仅和含量有关,还和夹杂的大小、形状以及机体组织有关。

(5)磷的影响

一般来说,磷是有害杂质元素,它来源于矿石和生铁等炼钢原料。磷在纯铁中有相当大的溶解度,磷能提高钢的强度,但韧性降低,特别是使钢的脆性转折温度急剧提高,即提高钢的冷脆性。在含碳量比较低的钢中,磷的冷脆危害较小,在这种情况下可以利用磷来提高钢的强度,另外,磷能提高抗大气腐蚀能力,减小热轧薄板的粘接。

(6)氧的影响

氧在钢中的溶解度很小,钢中氧化物以夹杂物形式出现,总的来说,含氧量提高、夹杂物就多,夹杂物多,钢板的韧性降低,其他力学性能如疲劳强度、耐磨性也有不同程度的下降在炼钢时是借氧气把钢液中的杂质元素去掉,因此氧曾起到积极作用。但它对固态钢是有害的。因此,必须脱氧处理。

(7)氮的影响

钢中的氮来自炉料,同事,在冶炼时钢液也从炉气中吸收氮,氮引起碳钢的淬火时效和形变时效,从而对碳钢的性能发生显著影响。由于时效作用,钢的硬度、强度固然升高,但是韧性要降低,尤其是在形变时效的情况下,韧性的降低比较显著,对于普通低合金钢来说,时效现象是有害的,所以氮是有害元素。

向钢中加入足够数量的铝,能形成氮化铝,可以消除或减弱时效现象,由于氮化铝高度弥散,质地稳定,可以起到细化晶粒的作用,从这方面讲,氮又是有益元素。

(8)氢的影响

在冶炼过程中,钢液既可以由锈蚀含水的炉料带入氢,也可以从炉气中直接吸收氢,钢材在含氢的还原性保护气体中加热时,在酸洗过程中、在电镀或电解过程中都能吸收氢。氢以离子或原子形式溶入液态或固态钢中,熔入固态钢中形成间歇固熔体,氢在钢中是有害元素,融入钢中使钢的韧性降低,引起所谓氢脆。另一方面,当氢从钢中析出时造成内部裂纹性质的缺陷,钢材强度越高,氢脆的敏感度越大。

(9)铝的影响

铝作为脱氧元素加入钢中,加入钢液中的铝部分与氧结合形成Al2O3或含有Al2O3的各类夹杂物。铝除了能起到脱氧作用外,铝和氮结合所想成的弥散的AlN粒子能起阻止奥氏体晶粒长大作用。因此,必须保证钢中有一定量的酸溶铝。

(10)其他残留元素的影响

由废钢或矿石带入碳钢中的还有一些元素,常见的有铜、镍、铬等,为使各类碳钢的性能波动范围不致过大,它们的含量都有一定的限制。但这些元素的存在一定程度上会提高热轧的强度。

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