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鋼的各種化學(xué)成分剖析

鋼的各種化學(xué)成分剖析  

     鋼除含碳以外，還含有少量錳(Mn)、硅 (Si)、硫 (S)、磷 (P)、氧（O）、氮（N）

和氫（H）等元素。這些元素并非為改善鋼材質(zhì)量有意加入的，而是由礦石及冶
煉過(guò)程中帶入的，故稱為雜質(zhì)元素。這些雜質(zhì)對(duì)鋼性能是有一定影響，為了保證

鋼材的質(zhì)量，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)各類鋼的化學(xué)成分都作了嚴(yán)格的規(guī)定。 

鋼的各種化學(xué)成分剖析  

1）硫
 
硫來(lái)源于煉鋼的礦石與燃料焦炭。它是鋼中的一種有害元素。硫以硫化鐵
(FeS)的形態(tài)存在于鋼中，F(xiàn)eS 和 Fe 形成低熔點(diǎn)(985℃)化合物。而鋼材的熱加
工溫度一般在 1150～1200℃以上，所以當(dāng)鋼材熱加工時(shí)，由于 FeS 化合物的過(guò)
早熔化而導(dǎo)致工件開(kāi)裂，這種現(xiàn)象稱為“熱脆”。含硫量愈高，熱脆現(xiàn)象愈嚴(yán)重，
故必須對(duì)鋼中含硫量進(jìn)行控制。**上等鋼：S＜0.02%～0.03%；上等鋼：S＜
0.03%～0.045%；普通鋼：S＜0.055%～0.7%以下。 
2）磷 
磷是由礦石帶入鋼中的，一般說(shuō)磷也是有害元素。磷雖能使鋼材的強(qiáng)度、硬
度增高，但引起塑性、沖擊韌性顯著降低。特別是在低溫時(shí)，它使鋼材顯著變脆，
這種現(xiàn)象稱"冷脆"。冷脆使鋼材的冷加工及焊接性變壞，含磷愈高，冷脆性愈大，
故鋼中對(duì)含磷量控制較嚴(yán)。**上等鋼： P＜0.025%；上等鋼： P＜0.04%；普
通鋼： P＜0.085%。 
3）錳 
錳是煉鋼時(shí)作為脫氧劑加入鋼中的。由于錳可以與硫形成高熔點(diǎn)(1600℃)的 
MnS，一定程度上消除了硫的有害作用。錳具有很好的脫氧能力，能夠與鋼中的
FeO 成為 MnO 進(jìn)入爐渣，從而改善鋼的品質(zhì)，特別是降低鋼的脆性，提高鋼的強(qiáng)
度和硬度。因此，錳在鋼中是一種有益元素。一般認(rèn)為，鋼中含錳量在 0.5%～
0.8%以下時(shí)，把錳看成是常存雜質(zhì)。技術(shù)條件中規(guī)定，上等碳素結(jié)構(gòu)鋼中，正常
含錳量是 0.5%～0.8%；而較高含錳量的結(jié)構(gòu)鋼中，其量可達(dá) 0.7%～1.2%。 
4）硅 
硅也是煉鋼時(shí)作為脫氧劑而加入鋼中的元素。硅與鋼水中的 FeO 能結(jié)成密度
較小的硅酸鹽爐渣而被除去，因此硅是一種有益的元素。硅在鋼中溶于鐵素體內(nèi)
使鋼的強(qiáng)度、硬度增加，塑性、韌性降低。**鋼中的含硅量通常在0.1%～0.37%，
沸騰鋼中只含有 0.03%～0.07%。由于鋼中硅含量一般不超過(guò) 0.5%，對(duì)鋼性能影
響不大。 
5）氧 
氧在鋼中是有害元素。它是在煉鋼過(guò)程中自然進(jìn)入鋼中的，盡管在煉鋼末期
要加入錳、硅、鐵和鋁進(jìn)行脫氧，但不可能除盡。氧在鋼中以 FeO、MnO、SiO2、
Al2O3 等夾雜形式，使鋼的強(qiáng)度、塑性降低。尤其是對(duì)疲勞強(qiáng)度、沖擊韌性等有
嚴(yán)重影響。 
6）氮 
鐵素體溶解氮的能力很低。當(dāng)鋼中溶有過(guò)飽和的氮，在放置較長(zhǎng)一段時(shí)間后
或隨后在 200～300℃加熱就會(huì)發(fā)生氮以氮化物形式的析出，并使鋼的硬度、強(qiáng)
度提高，塑性下降，發(fā)生時(shí)效。鋼液中加入 Al、Ti 或 V 進(jìn)行固氮處理，使氮固
定在 AlN、TiN 或 VN 中，可消除時(shí)效傾向。 
7）氫 
鋼中溶有氫會(huì)引起鋼的氫脆、白點(diǎn)等缺陷。白點(diǎn)常在軋制的厚板、大鍛件中
發(fā)現(xiàn)，在縱斷面中可看到圓形或橢圓形的白色斑點(diǎn)；在橫斷面上則是細(xì)長(zhǎng)的發(fā)絲
狀裂紋。鍛件中有了白點(diǎn)，使用時(shí)會(huì)發(fā)生突然斷裂，造成不測(cè)事故。因此，化工
容器用鋼，不允許有白點(diǎn)存在。氫產(chǎn)生白點(diǎn)冷裂的主要原因是因?yàn)楦邷貖W氏體冷
至較低溫時(shí)，氫在鋼中的溶解度急劇降低。當(dāng)冷卻較快時(shí)，氫原子來(lái)不及擴(kuò)散到
鋼的表面而逸出，就在鋼中的一些缺陷處由原子狀態(tài)的氫變成分子狀態(tài)的氫。氫
分子在不能擴(kuò)散的條件下在局部地區(qū)產(chǎn)生很大壓力，這壓力超過(guò)了鋼的強(qiáng)度極限

而在該處形成裂紋，即白點(diǎn)。 

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