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金属元素在钢铁中的作用
作者:管理员    发布于:2015-04-24 13:35:39    文字:【】【】【
1、碳(C):增加钢的强度和硬度,可段性,降低韧性,加工性,易产生裂纹。
2、硅(Si):硅能溶于铁素体和奥氏体提高钢的硬度和强度。在炼钢过程中加硅作为还原剂和去氧剂,所以镇静钢含有0.15-0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能显着提高钢的弹性极限,屈服点和抗拉强度。硅量增加,会降低钢的焊接性能。
3、锰(Mn):锰是良好的去氧剂和脱硫剂,一般钢中含锰0.30-0.50%。在碳素钢中加入0.70%以上时就算锰钢,较一般钢量的钢不但有足够的韧性,且有较高的强度和硬度,提高钢的淬透性,改善钢的热加工性能。锰与硫形成熔点较高的MnS,可防止因FeS而导致的热脆现象。
4、铬(Cr):铬在钢中能显着提高强度、硬度和耐磨性,但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性,因而是不锈钢,耐热钢的重要合金元素。  
5、镍(Ni):镍能提高钢的强度,而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力,在高温下有防锈和耐热能力。镍降低钢的低温脆性转变温度。
6、钼(Mo):钼能使钢的晶粒细化,提高淬透性和热强性能,在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力,发生变形,称蠕变)。钢中加入钼,能提高机械性能。还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。
7、钛(Ti):钛是钢中强去氧剂。它能使钢的内部组织致密,细化晶粒力,降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。  
8、钒(V):钒是钢的优良去氧剂。钢中加钒可细化组织晶粒,提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物,在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。
9、钨(W):钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性。可显著提高钢的红硬性和热强性。
10、铌(Nb):铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性,提高强度,但塑性和韧性有所下降。可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力。铌可改善焊接性能。在奥氏体不銹钢中加铌,可防止晶间腐蚀现象。
11、铜(Cu):铜能提高强度和韧性,特别是大气腐蚀性能。缺点是在热加工时容易产生热脆,铜含量超过0.5%塑性显着降低。当铜含量小于0.50%对焊接性无影响。
12、铝(Al):铝是钢中常用的去氧剂。钢中加入少量的铝,可细化晶粒,提高冲击韧性。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能,铝与铬、硅合用,可显着提高钢的高温抗剥落性能和耐高温腐蚀的能力。铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。
13、稀土(REE):钢中加入稀土,可以改变钢中夹杂物的组成、形态、分佈和性质,从而改善了钢的各种性能,如韧性、焊接性,冷加工性能。在犁铧钢中加入稀土,可提高耐磨性。
14、氮(N):氮能提高钢的强度,低温韧性和焊接性,增加时效敏感性。
15、氢(H):钢中含氢会造成焊道裂纹,增加淬硬性。
16、磷(P):在一般情况下,磷是钢中有害元素,增加钢的冷脆性,使焊接性能变坏,降低塑性,使冷弯性能变坏。
17、硫(S):使钢产生热脆性,降低钢的延展性和韧性,容易产生热裂纹。硫对焊接性能也不利,降低耐腐蚀性。

布氏硬度

洛氏硬度

维氏硬度

HB

HRB

HRC

HV

80

85

90

95

100

36,4

42,4

47,4

52,0

56,4

 

80

85

90

95

100

105

110

115

120

125

60,0

63,4

66,4

69,4

72.0

 

105

110

115

120

125

130

135

140

145

150

74,4

76,4

78,4

80,4

82,2

 

130

135

140

145

150

155

160

165

170

175

83,8

85,4

86,8

88,2

89,6

 

155

160

165

170

175

180

185

190

195

200

90,8

91,8

93,0

94,0

95,0

 

180

185

190

195

200

205

210

215

220

225

95,8

96,6

97,6

98,2

99,0

 

205

210

215

220

225

230

235

240

245

250

 

19,2

20,2

21,2

22,1

23,0

230

235

240

245

250

255

260

265

270

275

 

23,8

24,6

25,4

26,2

26,9

255

260

265

270

275

280

285

290

295

300

 

27,6

28,3

29,0

29,6

30,0

280

285

290

295

300

310

320

330

340

350

 

31,5

32,7

33,8

34,9

36,0

310

320

330

340

350

 

布氏硬度

洛氏硬度

维氏硬度

HB

HRB

HRC

HV

359

368

376

385

392

 

37,0

38,0

38,9

39.0

40,7

360

370

380

390

400

400

408

415

423

430

 

41,5

42,4

43,2

44,0

44,8

410

420

430

440

450

 

 

45,5

46,3

47,0

47,7

48,8

460

470

480

490

500

 

 

49,0

49,8

50,3

50,9

51,5

510

520

530

540

550

 

 

52,1

52,7

53,3

53,8

54,4

560

570

580

590

600

 

 

54,9

55,4

55,9

56,4

56,9

610

620

630

640

650

 

 

57,4

57,9

58,4

58,9

59,3

660

670

680

690

700

 

 

60,2

61,1

61,9

62,7

63,5

720

740

760

780

800

 

 

64,3

65,0

65,7

66,3

66,9

820

840

860

880

900

 

 

67,5

68,0

920

940

 


碳当量计算:

1 国际焊接学会推荐的碳当量公式CE(IIW):

CE(IIW)=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 (%) 

(式中的元素符号均表示该元素的质量分数)

该式主要适用于中、高强度的非调质低合金高强钢σb=500-900MPa。当板厚小于20mm,CE(IIW)﹤0.4%时,钢的淬硬倾向不大,焊接性良好,不需要预热。CE(IIW)﹥0.5%时,钢材易于淬硬,焊接前需要预热。

2 日本推荐的碳当量公式:

Ceq (JIS)=C+Mn/6+Si/24+Cr/5+Ni/40+Mo/4+V/14 (%)

该式主要适用于低碳调制的低合金高强度钢σb=500-1000MPa。当板厚小于25时。确定预热温度大致如下:

钢材  σb=500MPa,Ceq (JIS)≈0.46%  不预热

σb=600MPa,Ceq (JIS)≈0.52%  预热75℃

σb=700MPa,Ceq (JIS)≈0.52%  预热100℃

σb=800MPa,Ceq (JIS)≈0.62%  预热150℃

 

脚注信息
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