常存杂质元素对钢材性能的解析课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020年9月28日,*,1 常存杂质元素对钢材性能的影响 钢除含碳以外，还含有少量锰(Mn)、硅(Si)、硫(S)、磷(P)、氧（O）、氮（N）和氢（H）等元素。这些元素并非为改善钢材质量有意加入的，而是由矿石及冶炼过程中带入的，故称为杂质元素。,2020年9月28日,1,这些杂质对钢性能是有一定影响，为了保证钢材的质量，在国家标准中对各类钢的化学成分都作了严格的规定。,2020年9月28日,2,硫,硫来源于炼钢的矿石与燃料焦炭。它是钢中的一种有害元素。硫以硫铁(FeS)的形态存在于钢中，FeS和 Fe 形成低熔点(985)化合物。而钢材热加工温度一般在11501200以上，所以当钢材热加工时，由于 FeS化合物的过早熔化而导致工件开裂，这种现象称为“热脆”。含硫量愈高，热脆现象愈严重，故必须对钢中含硫量进行控制。,2020年9月28日,3,高级优质钢：S0.02%0.03%；优质钢：S0.03%0.045%；普通钢：S0.055%0.7%以下。,2020年9月28日,4,磷 磷是由矿石带入钢中的，一般说磷也是有害元素。磷虽能使钢材的强度、硬度增高，但引起塑性、冲击韧性显著降低。特别是在低温时，它使钢材显著变脆，这种现象称“冷脆”。,2020年9月28日,5,冷脆使钢材的冷加工及焊接性变坏，含磷愈高，冷脆性愈大，故钢中对含磷量控制较严。高级优质钢：P0.025%；优质钢：P0.04%；普通钢：P0.085%。,2020年9月28日,6,锰 锰是炼钢时作为脱氧剂加入钢中的。由于锰可以与硫形成高熔点(1600)的 MnS，一定程度上消除了硫的有害作用。锰具有很好的脱氧能力，能够与钢中的FeO成为MnO进入炉渣，从而改善钢的品质，特别是降低钢的脆性，提高钢的强度和硬度。因此，锰在钢中是一种有益元素。,2020年9月28日,7,一般认为，钢中含锰量在0.5%0.8%以下时，把锰看成是常存杂质。技术条件中规定，优质碳素结构钢中，正常含锰量是0.5%0.8%；而较高含锰量的结构钢中，其量可达0.7%1.2%。,2020年9月28日,8,硅 硅也是炼钢时作为脱氧剂而加入钢中的元素。硅与钢水中的FeO能结成密度较小的硅酸盐炉渣而被除去，因此硅是一种有益的元素。硅在钢中溶于铁素体内使钢的强度、硬度增加，塑性、韧性降低。,2020年9月28日,9,沸腾钢中只含有0.03%镇静钢中的含硅量通常在0.1%0.07%。由于钢中硅含量一般不超过0.5%，对钢性能影响不大。,2020年9月28日,10,氧 氧在钢中是有害元素。它是在炼钢过程中自然进入钢中的，尽管在炼钢末期要加入锰、硅、铁和铝进行脱氧，但不可能除尽。氧在钢中以FeO、MnO、SiO2、Al2O3等夹杂形式，使钢的强度、塑性降低。尤其是对疲劳强度、冲击韧性等有严重影响。,2020年9月28日,11,氮 铁素体溶解氮的能力很低。当钢中溶有过饱和的氮，在放置较长一段时间后或随后在200300加热就会发生氮以氮化物形式的析出，并使钢的硬度、强度提高，塑性下降，发生时效。,2020年9月28日,12,钢液中加入Al、Ti或V进行固氮处理，使氮固定在AlN、TiN或VN中，可消除时效倾向。,2020年9月28日,13,氢 钢中溶有氢会引起钢的氢脆、白点等缺陷。白点常在轧制的厚板、大锻件中发现，在纵断面中可看到圆形或椭圆形的白色斑点；在横断面上则是细长的发丝状裂纹。锻件中有了白点，使用时会发生突然断裂，造成不测事故。因此，化工容器用钢，不允许有白点存在。,2020年9月28日,14,氢产生白点冷裂的主要原因是因为高温奥氏体冷至较低温时，氢在钢中的溶解度急剧降低。当冷却较快时，氢原子来不及扩散到钢的表面而逸出，就在钢中的一些缺陷处由原子状态的氢变成分子状态的氢。,2020年9月28日,15,氢分子在不能扩散的条件下在局部地区产生很大压力，这压力超过了钢的强度极限而在该处形成裂纹，即白点。,2020年9月28日,16,为了合金化而加入的合金元素，最常用的有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒，钛，铌、硼、铝等。现分别说明它们在钢中的作用。,2020年9月28日,17,硅提高钢中固溶体的强度和冷加工硬化程度使钢的韧性和塑性降低；硅能显著地提高钢的弹性极限、屈服极限和屈强比；,2020年9月28日,18,耐腐蚀性。硅的质量分数为15一20的高硅铸铁，是很好的耐酸材料。含有硅的钢在氧化气氛中加热时，表面也将形成一层SiO2薄膜，从而提高钢在高温时的抗氧化性。缺点：使钢的焊接性能恶化。,2020年9月28日,19,锰锰能提高钢的淬透性。锰对提高低碳和中碳珠光体钢的强度有显著的作用。锰对钢的高温瞬时强度有所提高。,2020年9月28日,20,缺点：含锰较高时，有较明显的回火脆性现象；锰有促进晶粒长大的作用，因此锰钢对过热较敏感t在热处理工艺上必须注意。这种缺点可用加入细化晶粒元素如钼、钒、钛等来克服：,2020年9月28日,21,当锰的质量分数超过1时，会使钢的焊接性能变坏，锰会使钢的耐锈蚀性能降低。,2020年9月28日,22,铬在钢中的作用铬可提高钢的强度和硬度。铬可提高钢的高温机械性能。使钢具有良好的抗腐蚀性和抗氧化性阻止石墨化提高淬透性。,2020年9月28日,23,缺点：铬是显著提高钢的脆性转变温度铬能促进钢的回火脆性。,2020年9月28日,24,镍在钢中的作用可提高钢的强度而不显著降低其韧性；镍可降低钢的脆性转变温度，即可提高钢的低温韧性；改善钢的加工性和可焊性；镍可以提高钢的抗腐蚀能力，不仅能耐酸，而且能抗碱和大气的腐蚀。,2020年9月28日,25,钼在钢中的作用钼对铁素体有固溶强化作用。提高钢热强性抗氢侵蚀的作用。提高钢的淬透性。,2020年9月28日,26,缺点：钼的主要不良作用是它能使低合金钼钢发生石墨化的倾向。钨在钢中的作用提高强度提高钢的高温强度。提高钢的抗氢性能。是使钢具有热硬性。因此钨是高速工具钢中的主要合金元素。,2020年9月28日,27,钒在钢中的作用热强性。钒能显著地改善普通低碳低合金钢的焊接性能。钛在钢中的作用钛能改善钢的热强性，提高钢的抗蠕变性能及高温持久强度；,2020年9月28日,28,并能提高钢在高温高压氢气中的稳定性。使钢在高压下对氢的稳定性高达600以上，在珠光体低合金钢中，钛可阻止钼钢在高温下的石墨化现象。因此，钛是锅炉高温元件所用的热强钢中的重要合金元素之一。,2020年9月28日,29,铌在钢中的作用铌和碳、氮、氧都有极强的结合力，并与之形成相应的极为稳定的化合物，因而能细化晶粒，降低钢的过热敏感性和回火脆性。有极好的抗氢性能。铌能提高钢的热强性,2020年9月28日,30,硼在钢中的作用 ；提高钢的淬透性。提高钢的高温强度。强化晶界的作用。铝在钢中的作用用作炼钢时的脱氧定氮剂，细化晶粒，抑制低碳钢的时效，改善钢在低温时的韧性，特别是降低了钢的脆性转变温度；,2020年9月28日,31,提高钢的抗氧化性能。曾对铁铝合金的抗氧化性进行了较多的研究；4AI即可改变氧化皮的结构，加入6A1可使钢在980C以下具有抗氧化性。当铝和铬配合并用时，其抗氧化性能有更大的提高。例如，含铁50一55、铬30一35、铝10一15的合金，在1 400C高温时，仍具有相当好的抗氧化性。,2020年9月28日,32,由于铝的这一作用，近年来，常把铝作为合金元素加入耐热钢中。此外，铝还能提高对硫化氢和V2O5，的抗腐蚀性。缺点：脱氧时如用铝量过多，将促进钢的石墨化倾向。当含铝较高时其高温强度和韧性较低各种元素对不锈钢的性能和组织的影响和作用,2020年9月28日,33,1.铬在不锈钢中的决定作用：决定不锈钢性属的元素只有一种，这就是铬，每种不锈钢都含有一定数量的铬。迄今为止，还没有不含铬的不锈钢。铬之所以成为决定不锈钢性能的主要元素，根本的原因是向钢中添加铬作为合金元素以后，促使其内部的矛盾运动向有利于抵抗腐蚀破坏的方面发展。,2020年9月28日,34,这种变化可以从以下方面得到说明：铬使铁基固溶体的电极电位提高 铬吸收铁的电子使铁钝化钝化是由于阳极反应被阻止而引起金属与合金耐腐蚀性能被提高的现象。构成金属与合金钝化的理论很多，主要有薄膜论、吸附论及电子排列论。,2020年9月28日,35,2.碳在不锈钢中的两重性 碳是工业用钢的主要元素之一，钢的性能与组织在很大程度上决定于碳在钢中的含量及其分布的形式，在不锈钢中碳的影响尤为显著。碳在不锈钢中对组织的影响主要表现在两方面，一方面碳是稳定奥氏体的元素，并且作用的程度很大（约为镍的30倍），另一方面由于碳和铬的亲和力很大，与铬形成系列复杂的碳化物。,2020年9月28日,36,所以，从强度与耐腐烛性能两方面来看，碳在不锈钢中的作用是互相矛盾的。认识了这一影响的规律，我们就可以从不同的使用要求出发，选择不同含碳量的不锈钢。,2020年9月28日,37,例如工业中应用最广泛的，也是最起码的不锈钢0Crl34Cr13这五个钢号的标准含铬量规定为1214，就是把碳要与铬形成碳化铬的因素考虑进去以后才决定的，目的即在于使碳与铬结合成碳化铬以后，固溶体中的含铬量不致低于11.7这一最低限度的含铬量。,2020年9月28日,38,就这五个钢号来说由于含碳量不同，强度与耐腐蚀性能也是有区别的，0Cr132Crl3钢的耐腐蚀性较好但强度低于3Crl3和4Cr13钢，多用于制造结构零件，后两个钢号由于含碳较高而可获得高的强度多用于制造弹簧、刀具等要求高强度及耐磨的零件。,2020年9月28日,39,又如为了克服188铬镍不锈钢的晶间腐蚀，可以将钢的含碳量降至0.03以下，或者加入比铬和碳,亲和力更大的元素（钛或铌），使之不形成碳化铬，再如当高硬度与耐磨性成为主要要求时，我们可以在增加钢的含碳量的同时适当地提高含铬量，做到既满足硬度与耐磨性的要求，又兼顾定的耐腐蚀功能，工业上用作轴承、量具与刃具有不锈钢9Cr18和9Cr17MoVCo钢，含碳量虽高达0.850.95，由于它们的含铬量也相应地提高了，所以仍保证了耐腐蚀的要求,。,2020年9月28日,40,总的来讲，目前工业中获得应用的不锈钢的含碳量都是比较低的，大多数不锈钢的含碳量在0.10.4之间，耐酸钢则以含碳0.10.2的居多。含碳量大于0.4的不锈钢仅占钢号总数的一小部分，这是因为在大多数使用条件下，不锈钢总是以耐腐蚀为主要目的。此外，较低的含碳量也是出于某些工艺上的要求，如易于焊接及冷变形等,2020年9月28日,41,3.镍在不锈钢中的作用是在与铬配合后才发挥出来的 镍是优良的耐腐蚀材料，也是合金钢的重要合金化元素。镍在钢中是形成奥氏体的元素，但低碳镍钢要获得纯奥氏体组织，含镍量要达到24；而只有含镍27时才使钢在某些介质中的耐腐蚀性能显著改变。所以镍不能单独构成不锈钢。,2020年9月28日,42,但是镍与铬同时存在于不锈钢中时，含镍的不锈钢却具有许多可贵的性能。基于上面的情况可知，镍作为合金元素在不锈钢中的作用，在于它使高铬钢的组织发生变化，从而使不锈钢的耐腐蚀性能及工艺性能获得某些改善,2020年9月28日,43,4.锰和氮可以代替铬镍不锈钢中镍 铬镍奥氏体钢的优点虽然很多，但近几十年来由于镍基耐热合金与含镍20以下的热强钢的大量发展与应用，以及化学工业日益发展对不锈钢的需要量越来越大，而镍的矿藏量较少且又集中分布在少数地区，因此在世界范围内出现了镍在供和需方面的矛盾。,2020年9月28日,44,所以在不锈钢与许多其他合金领域（如大型铸锻件用钢、工具钢、热强钢等）中，特别是镍 的资源比较缺乏的国家，广泛地开展了节镍和以其他元素代镍的科学研究与生产实践，在这方面研究和应用比较多的是以锰和氮来代替不锈钢与耐热钢中的镍。,2020年9月28日,45,在提高钢的耐腐蚀性能方面，锰的作用不大，如钢中的 含锰量从0到104%变化，也不使钢在空气与酸中的耐腐蚀性能发生明显的改变。这是因为锰对提高铁基固溶体的电极电位的作用不大，形成的氧化膜的防护作用也很低，所以工业上虽有以锰合金化的奥氏体钢（如40Mn18Cr4,50Mn18Cr4WN、ZGMn13钢等），但它们不能作为不锈钢使用。,2020年9月28日,46,锰在钢中稳定奥氏体的作用约为镍的二分之一，即2的氮在钢中的作用也是稳定奥氏体，并且作用的程度比镍还要大。例如，欲使含18铬的钢在常温下获得奥氏体组织，以锰和氮代镍的低镍不锈钢与元镍的铬锰氮不诱钢，目前已在工业中获得应用，有的已成功地代替了经典的18-8铬镍不锈钢。,2020年9月28日,47,5.不锈钢中加钛或铌是为了防止晶间腐蚀。6.钼和铜可以提高某些不锈钢的耐腐蚀性能。,2020年9月28日,48,7.其他元素对不锈钢的性能和组织的影响 以上主要的九种元素对不锈钢的性能和组织的影响，除这些元素对不锈钢性能与组织影响较大的元素以外，不锈钢中还含有一些其他的元素。有的是和一般钢一样为常存杂质元素，如硅、硫、磷等也有的是为了某些特定的目的而加入的，如钴、硼.,2020年9月28日,49,Mo可以增加不锈钢的抗点蚀能力，改善耐缝隙腐蚀能力 降低C含量或者增加Ti、Nb可以改善不锈钢的晶体间抗析出腐蚀倾向，增强不锈钢的稳定性 加Ni、Cr可以改善不锈钢的高温抗氧化能力，强度 加Ni可以改善不锈钢的抗应力耐腐蚀性 加S或Se可以改善切削性、构建表面精度锰Mn：提高强度、可取代Ni的添加,（Mn：Ni=4：,2020年9月28日,50,1，可降低成本）、沃斯田铁相安定元素，但对炼制的过程来说，添加过多的Mn会严重侵蚀炉壁。C:含量饱和可以增强材料的强度和硬度，但塑性降低、脆性增大N增强常温及高温的强度（与C同），但几乎不影响耐蚀性。Cu:增加非氧化性气氛的耐蚀性；3%以上的Cu有析出强化效果；降低不锈钢加工硬化效应，使之易冷作成形；,2020年9月28日,51,但热加工性差、会发生热脆化。硅Si:杂质成份，可减少高温时的锈皮产生、增加耐热性、高温强度佳、肥粒铁相的安定元素。磷P：杂质成份，一般在0.045%（0.04%）以下。硫S：杂质成份，一般在0.03%以下，但增加S可改善,2020年9月28日,52,材料的切削性,目前，已知的化学元素有100多种，在工业中常用的钢铁材料中可以遇到的化学元素约二十多种。对于人们在与腐蚀现象作长期斗争的实践而形成的不锈钢这一特殊钢系列来说，最常用的元素有十几种，除了组成钢的基本元素铁以外，对不锈钢的性能与组织影响最大的元素是：碳、铬、镍、锰、硅、钼、钛、铌、钛、锰、氮、铜、钴等。这些元素中除碳、硅、氮以外，都是化学元素周期表中位于过渡族的元素。,2020年9月28日,53,实际上工业上应用的不锈钢都是同时存在几种以至十几种元素的，当几种元素共存于不锈钢这一个统一体中时，它们的影响要比单独存在时复杂得多，因为在这种情况下不仅要考虑各元素自身的作用，而且要注意它们互相之间的影响，因此不锈钢的组织决定于各种元素影响的总和。,2020年9月28日,54,一、各种元素对不锈钢的性能和组织的影响和作用 1-1铬在不锈钢中的决定作用：决定不锈钢性属的元素只有一种，这就是铬，每种不锈钢都含有一定数量的铬。迄今为止，还没有不含铬的不锈钢。铬之所以成为决定不锈钢性能的主要元素，根本的原因是向钢中添加铬作为合金元素以后，促使其内部的矛盾运动向有利于,抵抗腐蚀破坏的方面发展。这种变化可以从以下方面得到说明：,2020年9月28日,55,铬使铁基固溶体的电极电位提高 铬吸收铁的电子使铁钝化 钝化是由于阳极反应被阻止而引起金属与合金耐腐蚀性能被提高的现象。构成金属与合金钝化的理论很多，主要有薄膜论、吸附论及电子排列论。,2020年9月28日,56,1-2.碳在不锈钢中的两重性,碳是工业用钢的主要元素之一，钢的性能与组织在很大程度上决定于碳在钢中的含量及其分布的形式，在不锈钢中碳的影响尤为显著。碳在不锈钢中对组织的影响主要表现在两方面，一方面碳是稳定奥氏体的元素，并且作用的程度很大（约为镍的30倍），另一方面由于碳和铬的亲和力很大，与铬形成系列复杂的碳化物。所以，从强度与耐腐烛性能两方面来看，碳在不锈钢中的作用是互相矛盾的。,2020年9月28日,57,认识了这一影响的规律，我们就可以从不同的使用要求出发，选择不同含碳量的不锈钢。例如工业中应用最广泛的，也是最起码的不锈钢0Crl34Cr13这五个钢号的标准含铬量规定为1214，就是把碳要与铬形成碳化铬的因素考虑进去以后才决定的，目的即在于使碳与铬结合成碳化铬以后，固溶体中的含铬量不致低于11.7这一最低限度的含铬量。,2020年9月28日,58,就这五个钢号来说由于含碳量不同，强度与耐腐蚀性能也是有区别的，0Cr132Crl3钢的耐腐蚀性较好但强度低于3Crl3和4Cr13钢，多用于制造结构零件，后两个钢号由于含碳较高而可获得高的强度多用于制造弹簧、刀具等要求高强度及耐磨的零件。又如为了克服188铬镍不锈钢的晶间腐蚀，可以将钢的含碳量降至0.03以下，或者加入比铬和碳亲和力更大的元素（钛或铌），使之不形成碳化铬，,2020年9月28日,59,再如当高硬度与耐磨性成为主要要求时，我们可以在增加钢的含碳量的同时适当地提高含铬量，做到既满足硬度与耐磨性的要求，又兼顾定的耐腐蚀功能，工业上用作轴承、量具与刃具有不锈钢9Cr18和9Cr17MoVCo钢，含碳量虽高达0.850.95，由于它们的含铬量也相应地提高了，所以仍保证了耐腐蚀的要求。,2020年9月28日,60,总的来讲，目前工业中获得应用的不锈钢的含碳量都是比较低的，大多数不锈钢的含碳量在0.10.4之间，耐酸钢则以含碳0.10.2的居多。含碳量大于0.4的不锈钢仅占钢号总数的一小部分，这是因为在大多数使用条件下，不锈钢总是以耐腐蚀为主要目的。此外，较低的含碳量也是出于某些工艺上的要求，如易于焊接及冷变形等。,2020年9月28日,61,1-3.镍在不锈钢中的作用是在与铬配合后才发挥出来的 镍是优良的耐腐蚀材料，也是合金钢的重要合金化元素。镍在钢中是形成奥氏体的元素，但低碳镍钢要获得纯奥氏体组织，含镍量要达到24；而只有含镍27时才使钢在某些介质中的耐腐蚀性能显著改变。所以镍不能单独构成不锈钢。但是镍与铬同时存在于不锈钢中时，含镍的不锈钢却具有许多可贵的性能。,2020年9月28日,62,基于上面的情况可知，镍作为合金元素在不锈钢中的作用，在于它使高铬钢的组织发生变化，从而使不锈钢的耐腐蚀性能及工艺性能获得某些改善。1-4.锰和氮可以代替铬镍不锈钢中镍,2020年9月28日,63,铬镍奥氏体钢的优点虽然很多，但近几十年来由于镍基耐热合金与含镍20以下的热强钢的大量发展与应用，以及化学工业日益发展对不锈钢的需要量越来越大，而镍的矿藏量较少且又集中分布在少数地区，因此在世界范围内出现了镍在供和需方面的矛盾。所以在不锈钢与许多其他合金领域（如大型铸锻件用钢、工具钢、热强钢等）中，特别是镍的资源比较缺乏的国家，,2020年9月28日,64,广泛地开展了节镍和以其他元素代镍的科学研究与生产实践，在这方面研究和应用比较多的是以锰和氮来代替不锈钢与耐热钢中的镍。锰对于奥氏体的作用与镍相似。但说得确切一些，锰的作用不在于形成奥氏体，而是在于它降低钢的临界淬火速度，在冷却时增加奥氏体的稳定性，抑制奥氏体的分解，使高温下形成的奥氏体得以保持到常温。,2020年9月28日,65,在提高钢的耐腐蚀性能方面，锰的作用不大，如钢中的含锰量从0到104%变化，也不使钢在空气与酸中的耐腐蚀性能发生明显的改变。这是因为锰对提高铁基固溶体的电极电位的作用不大，形成的氧化膜的防护作用也很低，所以工业上虽有以锰合金化的奥氏体钢（如40Mn18Cr4,50Mn18Cr4WN、ZGMn13钢等），但它们不能作为不锈钢使用。,2020年9月28日,66,锰在钢中稳定奥氏体的作用约为镍的二分之一，即2的氮在钢中的作用也是稳定奥氏体，并且作用的程度比镍还要大。例如，欲使含18铬的钢在常温下获得奥氏体组织，以锰和氮代镍的低镍不锈钢与元镍的铬锰氮不诱钢，目前已在工业中获得应用，有的已成功地代替了经典的18-8铬镍不锈钢。,2020年9月28日,67,1-5.不锈钢中加钛或铌是为了防止晶间腐蚀。1-6.钼和铜可以提高某些不锈钢的耐腐蚀性能。1-7.其他元素对不锈钢的性能和组织的影响,2020年9月28日,68,以上主要的九种元素对不锈钢的性能和组织的影响，除这些元素对不锈钢性能与组织影响较大的元素以外，不锈钢中还含有一些其他的元素。有的是和一般钢一样为常存杂质元素，如硅、硫、磷等也有的是为了某些特定的目的而加入的，如钴、硼、硒、稀土元素等。从不锈钢的耐腐蚀性能这一主要性质来说，这些元素相对于已讨论的九种元素，都是非主要方面的，虽然如此，但也不能完全忽略，因为它们对不锈钢的性能与组织同样也发生,影响。,2020年9月28日,69,硅是形成铁素体的元素，在一般不锈钢中为常存杂质元素。钴作为合金元素在钢中应用不多，这是因为钴的价格高及其在其它方面（如高速钢、硬质合金、钴基耐热合金、磁钢或硬磁合金等）有着更重要的用途。在一般不锈钢中加钴作合金元素的也不多，常用不锈钢如9Crl7MoVCo钢（含1.2-1.8钴）加钴，目的并不在于提高耐腐蚀性能而在于提高硬度，因为这种不锈钢的主要用途是制造切片机械刃具、剪刀及手术刀片等。,2020年9月28日,70,硼：高铬铁素体不锈钢Crl7Mo2Ti,钢中加0005硼，可使在沸腾的65醋酸中的耐腐蚀性能提高。加微量的硼（0.00060.0007）可使奥氏体不锈钢的热态塑性改善。少量的硼由于形成低熔点共晶体，使奥氏体钢焊接时产生热裂纹的倾向增大，但含有较多的硼（0506）时，反而可防止热裂纹的产生。因为当含有0506的硼时，形成奥氏体硼化物两相组织，使焊缝的熔点降低。熔池的凝固温度低于半溶化区时，母材在冷却时产生的张应力，由处于液态,2020年9月28日,71,固态的焊缝金属承受，此时是不致引起裂缝的，即使在近缝区形成了裂纹，也可以为处于液态固态的熔池金属所填充。含硼的铬镍奥氏体不锈钢在原子能工业中有着特殊的用途。,2020年9月28日,72,磷：在一般不锈钢中都是杂质元素，但其在奥氏体不锈钢中的危害性不像在一般钢中那样显著，故含量可允许高一些，如有的资料提出可达006，以利于冶炼控制。个别的含锰的奥氏体钢的含磷量可达006（如2Crl3NiMn9钢）以至0.08（如Cr14Mnl4Ni钢）。利用磷对钢的强化作用，也有加磷作为时效硬化不锈钢的合金元素，PH1710P钢(含025磷)乃PHHNM,钢（含030磷）等。,2020年9月28日,73,硫和硒：在一般不锈钢中也是常有杂质元素。但向不锈钢中加0204的硫，可提高不锈钢的切削性能，硒也具有同样的作用。硫和硒提高不锈钢的切削性能，是因为它们降低不锈钢的韧性，例如一般188铬镍不锈钢的冲击值可达30公斤/厘米2。含031硫的188钢（0084C、1815Cr、925Ni）的冲击值为18公斤/平方厘米；含0。22硒的188钢（0094C、184Cr、9Ni）的冲击值为324公斤/平方厘米。硫与硒均降低不锈钢的耐腐蚀性能，所以实际应用它们作为不锈钢的合金化元素的很少。,2020年9月28日,74,稀土元素：稀土元素应用于不锈钢，目前主要在于改善工艺性能方面。如向Crl7Ti钢和Cr17Mo2Ti钢中加少量的稀土元素，可以消除钢锭中因氢气引起的气泡和减少钢坯中的裂纹。奥氏体和奥氏体铁素体不锈钢中加00205的稀土元素（铈镧合金），可显著改善锻造性能。曾有一种含195%铬、23镍以及钼铜锰的奥氏体钢，由于热加工工艺性能在过去只能生产铸件，加稀土元素后则可轧制成各种型材。对不锈钢的显微组织及热处理的作用,2020年9月28日,75,1.作为钢中的合金元素，其含量一般不低于4%。以固溶体形态存在于铁素体或奥氏体中，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，有强烈的促进碳的石墨化的作用，在硅含量较高的中碳和高碳钢中，如不含有强碳化物形成元素，易在一定温度条件下发生石墨化 4.在渗碳钢中，硅减小渗碳层厚度和碳的浓度,2020年9月28日,76,5.硅对钢水有良好脱氧作用对不锈钢的力学性能的作用1.提高铁素体和奥氏体的硬度和强度，其作用较Mn、Ni、Cr、W、Mo、V等更强；显著提高钢的弹性极限、屈服强度和屈强比，并提高疲劳强度和疲劳比 2.硅含量超过3%显著降低钢的塑性和韧性；硅提高塑脆转变温度 3.硅易使钢中形成带状组织，使横向性能低于纵向性能,2020年9月28日,77,4.改善钢的耐磨性能对不锈钢的物理、化学及工艺性能的作用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。但在强磁场中，硅降低磁感强度 3.提高高温时钢的抗氧化性能，但硅含量高时，表面脱碳加剧,2020年9月28日,78,4.硅含量超过2.5%的钢，其变形加工较为困难 5.硅降低钢的可焊性在不锈钢中的应用1.在普通低合金钢中提高强度，改善局部腐蚀抗力，在调质钢中提高淬透性和抗回火性，是多元合金结构钢中的主要合金组元之一 2.硅含量为0.25%-2.8%的SiMn或SiMnB钢（碳含量0.5%-0.7%）广泛用于高载荷弹簧材料，同时加入W、V、Mo、Nb、Cr等强碳化物形成元素,2020年9月28日,79,3.硅钢片为含硅1%-4.5%的低碳和超低碳钢，用于电机和变压器 4.在不锈钢和耐蚀钢中，与 Mo、W、Cr、Al、Ti、N等配合，提高抗蚀和抗高温氧化能力 5.硅含量较高的石墨钢用于冷作模具材料镍Ni元素在不锈钢中的作用对不锈钢钢的显微组织及热处理的作用,2020年9月28日,80,1.镍和铁能无限固溶，镍扩大铁的奥氏体区，即升高A4点，降低A3点，是形成和稳定奥氏体的主要合金元素2.镍和碳不形成碳化物3.降低临界转变温度，降低钢中各元素的扩散速率,提高淬透性4.降低共析珠光体的碳含量，其作用仅次于氮而强于锰。在降低马氏体转变温度方面的作用为锰的一半,2020年9月28日,81,对不锈钢的力学性能的作用1.强化铁素体并细化和增多珠光体，提高钢的强度，不显著影响钢的塑性2.含镍钢的碳含量可适当降低，因而可使韧性和塑性有所改善3.提高钢的疲劳抗力，减小钢对缺口的敏感性,2020年9月28日,82,4.由于对提高钢的淬透性和回火稳定性的作用并不十分强，镍对调质钢的意义不大5.降低钢的低温脆化转变温度，含Ni3.5%的钢可在-100时使用，含Ni9%的钢可在-196时使用,2020年9月28日,83,对不锈钢的物理化学及工艺性能的作用1.强烈降低钢的热导率和电导率2.Ni30%的奥氏体钢呈现顺磁性，即无磁钢。Ni30%的Fe-Ni合金是重要的精密软磁材料3.含镍超过15%-20%的钢对硫酸和盐酸有很高的抗蚀性能，但不能抗硝酸的腐蚀。总的来说，含镍钢对酸、碱以及大气都有一定的抗蚀能力。含镍的低合金钢还有较,2020年9月28日,84,高的腐蚀疲劳抗力。含镍钢在含硫和一氧化的气氛中加热时易发生热脆和侵蚀性气孔4.含镍较高的钢在焊接时应采用奥氏体焊条，以防止裂缝5.含镍钢中易出现带状组织和白点缺陷，应在生产工艺中加以防止,2020年9月28日,85,在不锈钢中的应用1.单纯的镍钢只在要求有特别高的冲击韧性或很低的工作温度时才使用2.机械制造中使用的镍铬或镍铬钼钢，在热处理后能获得强度和韧性配合良好的综合力学性能。含镍钢特别适用于需要表面渗碳的部件,2020年9月28日,86,3.在高合金奥氏体不锈耐热钢中镍是奥氏体化元素，能提供良好的综合性能，主要为NiCr系钢。CrMnN、CrAlSi、FeAlMn钢，在一些用途上可取代CrNi系钢4.由于镍的稀缺，又是重要的战略物资。非在用其他合金元素不可能达到性能要求时，应尽量少用和不用镍作为钢的合金元素,2020年9月28日,87,铬Cr元素在不锈钢中的作用对不锈钢钢的显微组织及热处理的作用1.铬与铁形成连续固溶体，缩小奥氏体相区域。铬与碳形成多种碳化物，与碳的亲和力大于铁和锰而低于钨、钼等。铬与铁可形成金属间化合物相2.铬使珠光体中碳的浓度及奥氏体中碳的极限溶解度减少,2020年9月28日,88,3.减缓奥氏体的分解速度，显著提高钢的淬透性，但亦增加钢的回火脆性倾向对不锈钢的力学性能的作用1.提高钢的强度和硬度，同时加入其他合金元素时，效果较显著2.显著提高钢的脆性转变温度3.在含铬量高的Fe-Cr合金中，若有相析出，冲击韧性急剧下降,2020年9月28日,89,对不锈钢的物理化学及工艺性能的作用1.提高钢的耐磨性，经研磨，易获得较高的表面光洁度2.降低钢的电导率，降低电阻温度系数3.提高钢的矫顽力和剩余磁感，广泛用于制造永磁钢4.铬促使钢的表面形成钝化膜，当有一定含量的铬时，显著提高钢的耐腐蚀性能（特别是硝酸）。若有铬的碳化物析出时.使钢的耐腐蚀性能下降,2020年9月28日,90,5.提高钢的抗氧化性能6.铬钢中易形成树枝状偏析，降低钢的塑性7.由于铬使钢的热导率下降，热加工时要缓慢升温，锻 轧后要缓冷,2020年9月28日,91,在不锈钢中的应用1.合金结构钢中主要利用铬提高淬透性，并可在渗碳表面形成合铬碳化物以提高耐磨性2.弹簧钢中利用铬和其他合金元素一起提供的综合性能3.轴承钢中主要利用铬的特殊碳化物对耐磨性的贡献及研磨后表面光洁度高的优点4.工具钢和高速钢中主要利用铬提高耐磨性的作用，并具有一定的回火稳定性和韧性,2020年9月28日,92,5.不锈钢、耐热钢中铬常与锰、氮、镍等联合使用，当需形成奥氏体钢时，稳定铁素体的铬与稳定奥氏体的锰、镍之间须有一定比例6.我国铬资源较少，应尽量节省铬的使用钴 Co元素在不锈钢中的作用,2020年9月28日,93,对不锈钢钢的显微组织及热处理的作用1钴和镍、锰一样，和铁形成连续固溶体2.钴和铝同是降低钢的淬透性的元素，升高马氏体转变点3.钴不是形成碳化物的元素4.钴在回火或使用过程中阻抑、延缓其他元素特殊碳化物的析出和聚集对不锈钢的力学性能的作用,2020年9月28日,94,1.强化钢的基体，在退火或正火状态的碳素钢中提高硬度和强度，但会引起塑性和冲击韧性的下降2.显著提高特殊用途钢和合金的热强性和高温硬度3.提高马氏体时效钢的综合力学性能，使其具有超强韧性对不锈钢的物理化学及工艺性能的作用1.提高耐热钢和耐热合金的抗氧化性能2 钴加入铁中能增加磁饱和,2020年9月28日,95,在不锈钢中的应用1.不在碳素钢和低合金钢中使用2.主要用于高速钢、马氏体时效钢、耐热钢以及精密合金等3.钴资源缺乏、价格昂贵钴的使用应尽量节约和合理钼 Mo元素在不锈钢中的作用对不锈钢钢的显微组织及热处理的作用,2020年9月28日,96,1.钼在钢中可固溶于铁素体、奥氏体和碳化物中，它是缩小奥氏体相区的元素2.当钼含量较低时，与铁、碳形成复合的渗碳体；含量较高时可形成钼的特殊碳化物3.钼提高钢的淬透性，其作用较铬强，而稍逊于锰4.钼提高钢的回火稳定性。作为单一合金元素存在时，增加钢的回火脆性；与铬、锰等并存时，钼又降低或抑止因其他元素所导致的回火脆性,2020年9月28日,97,对不锈钢的力学性能的作用1.钼对铁素体有固溶强化作用，同时也提高碳化物的稳定性，从而提高钢的强度2.钼对改善钢的延展性和韧性以及耐磨性起到有利作用3.由于钼使形变强化后的软化和恢复温度以及再结晶温度提高，并强烈提高铁素体的蠕变抗力，有效抑制渗碳体在下的聚集，促进特殊碳化物的析出，因而成为提高钢的热强性的最有效的合金元素,2020年9月28日,98,对不锈钢的物理化学及工艺性能的作用1.在含碳1.5%的磁钢中，2%-3%的钼提高剩余磁感和矫顽力2.在还原性酸及强氧化性盐溶液中都能使钢表面钝化，因此钼可以普遍提高钢的抗蚀性能，防止钢在氯化物溶液中的点蚀3.钼含量较高（3%）时使钢的抗氧化性恶化,2020年9月28日,99,4.含钼不超过8%的钢仍可以锻、轧，但含量较高时，钢对热加工的变形抗力增高在不锈钢中的应用1.在调质和渗碳结构钢、弹簧钢、轴承钢、工具钢、不锈耐酸钢、耐热钢、磁钢中都得到了广泛应用2.铬钼钢在许多情况下可代替铬镍钢来制造重要的部件,2020年9月28日,100,3.我国富产钼，但在世界范围内的储量并不丰富。含钼钢在我国应适当发展，但钼是重要战略物资，应注意合理和节约使用猛Mn 元素在不锈钢中的作用对不锈钢的显微组织及热处理的作用,2020年9月28日,101,1锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，工业用钢中一般均含有一定量的锰2.锰固溶于铁素体和奥氏体中，扩大奥氏体区，使临界温度A4点升高，A3点降低，当锰含量超过12%时，上临界点降至室温以下，使钢在室温时形成单一奥氏体组织。在降低共析温度同时，使共析体中的碳含量减少3.锰强烈降低钢的Ad和马氏体转变温度（其作用仅次于碳）和钢中相变的速度，提高钢的淬透性，增加强余奥氏体含量,2020年9月28日,102,4.使钢的调质组织均匀、细化，避免了渗碳层中碳化物的聚集成块，但增大了钢的过热敏感性和回火脆性倾向5.锰是弱碳化物形成元素对不锈钢的力学性能的作用1.锰强化铁素体或奥氏体的作用不及碳、磷、硅，在增加强度的同时，对延展性无影响,2.由于细化了珠光体，显著提高低碳和中碳珠光体钢的强度，使延展性有所降低,2020年9月28日,103,3.通过提高淬透性而提高了调质处理索氏体钢的力学性能4.在严格控制热处理工艺、避免过热时的晶粒长大以及回火脆性的前提下，锰不会降低钢的韧性对不锈钢的物理、化学及工艺性能的作用,2020年9月28日,104,1.随锰含量的增加，钢的热导率急剧下降，线胀系数上升，使快速加热或冷却时形成较大内应力，工件开裂倾向增大2.使钢的电导率急剧降低，电阻率相应增大，电阻温度系数下降3.使矫顽力增大，饱和磁感、剩余磁感和磁导率均下降，因而锰对永磁合金有利，对软磁合金有害4.锰含量很高时，钢的抗氧化性能下降,2020年9月28日,105,5.使钢中的硫形成较高熔点的MnS，避免了晶界上的FeS薄膜，消除钢的热脆性，改善热加工性能6.高锰奥氏体钢的变形阻力较大，且钢锭中柱状结晶明显，锻轧时较易开裂7.由于提高了淬透性和降低了马氏体转变温度，对焊接性能有不利影响。在适当范围内应降低碳含量,2020年9月28日,106,在不锈钢中的应用1易切削钢中常有适量的锰和磷，MnS夹杂使切屑易于碎断2.普通低合金钢中利用锰来强化铁素体和珠光体，提高钢的强度，锰含量一般为1%-2%3.渗碳和调质合金结构钢的许多系列中含有不超过2%的锰,2020年9月28日,107,谢谢您的指导,THANK YOU FOR YOUR 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