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鋼材中除主要化學(xué)成分Fe鐵以外,還含有少量的碳(C)、硅(Si)、錳(Mn)、磷(P)、硫(S)、氧(0)、氮(N)、鈦(Ti)、釩(V)等元素,這些元素雖含量很少,但對鋼材性能的影響很大。碳是決定鋼材性能的重要元素,它影響到鋼材的強(qiáng)度、塑性、韌性等機(jī)械力學(xué)性能。當(dāng)鋼中含碳量在0.8%以下時,隨著含碳量的增加,鋼的強(qiáng)度和硬度提高,塑性和韌性下降;但當(dāng)含碳量大于1.0%時,隨含碳量增加,鋼的強(qiáng)度反而下降。一般工程用碳素鋼均為低碳鋼,即含碳小于0.25%,工程用低合金鋼含碳小于0.52%。鋼中有益元素有錳、硅、釩、鈦等,控制摻入量可冶煉成低合金鋼。鋼中主要的有害元素有硫、磷及氧,要特別注意控制其含量。磷是鋼中很有害的元素之一,主要溶于鐵素體起強(qiáng)化作用。磷含量增加,鋼材的強(qiáng)度、硬度提高,塑性和韌性顯著下降。特別是溫度愈低,對塑性和韌性的影響愈大,從而顯著加大鋼材的冷脆性。磷也使鋼材可焊性顯著降低,但磷可提高鋼的耐磨性和耐蝕性。硫也是很有害的元素,呈非金屬硫化物夾雜物存在于鋼中,降低鋼材的各種機(jī)械性能。由于硫化物熔點(diǎn)低,使鋼材在熱加工過程中造成晶粒的分離,引起鋼材斷裂,形成熱脆現(xiàn)象稱為熱脆性。硫使鋼的可焊性、沖擊韌性、耐疲勞性和抗腐蝕性等均降低。氧是鋼中有害元素,主要存在于非金屬夾雜物中,少量熔于鐵素體內(nèi)。非金屬夾雜物降低鋼的機(jī)械性能,特別是韌性。氧有促進(jìn)時效傾向的作用。氧化物所造成的低熔點(diǎn)亦使鋼的可焊性變差。
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①用國際化學(xué)元素符號和本國的符號來表示化學(xué)成份,用阿拉伯字母來表示成份含量:中國、俄國 12CrNi3A;②用固定位數(shù)數(shù)字來表示鋼類系列或數(shù)字:美國、日本、300系、400系、200系;③用拉丁字母和順序組成序號,只表示用途。中國編號規(guī)則
①采用元素符號②用途、漢語拼音,平爐鋼:P、 沸騰鋼:F、 鎮(zhèn)靜鋼:Z、甲類鋼:A、T8:特8、GCr15:滾珠◆合結(jié)鋼、彈簧鋼,如:20CrMnTi 60Si2Mn、(用萬分之幾表示C含量)◆不銹鋼、合金工具鋼(用千分之幾表示C含量),如:1Cr18Ni9 千分之一(即0.1%C),不銹 C≤0.08% 如0Cr18Ni9,超低碳C≤0.03% 如0Cr17Ni13Mo。標(biāo)識方法
美國鋼鐵學(xué)會是用三位數(shù)字來標(biāo)示各種標(biāo)準(zhǔn)級的可鍛不銹鋼的。其中:①奧氏體型不銹鋼用200和300系列的數(shù)字標(biāo)示,例如,某些較普通的奧氏體不銹鋼是以201、 304、 316以及310為標(biāo)記,②鐵素體和馬氏體型不銹鋼用400系列的數(shù)字表示。③鐵素體不銹鋼是以430和446為標(biāo)記,馬氏體不銹鋼 是以410、420以及440C為標(biāo)記,雙相(奧氏體-鐵素體),④不銹鋼、沉淀硬化不銹鋼以及含鐵量低于50%的高合金通常是采用專利名稱或商標(biāo)命名。
從鋼液中產(chǎn)生晶體的過程,也稱液態(tài)結(jié)晶或一次結(jié)晶。隨著熱量的導(dǎo)出,晶體從無到有(形核),由小變大(晶體長大),直至液體全部轉(zhuǎn)為固體(晶體),完成結(jié)晶過程。鋼液的結(jié)晶過程決定著鋼錠或鑄件的結(jié)晶組織及物理、化學(xué)不均勻性,從而影響到鋼的機(jī)械、物理和化學(xué)性能。控制鋼的結(jié)晶過程是提高鋼的質(zhì)量和性能的重要手段之一。溫度范圍
鋼液不是純金屬,而是以Fe為基的含有一定量C、Si、Mn及其他一些元素的多元合金。因此,它的結(jié)晶過程不是在某一固定的溫度(熔點(diǎn))進(jìn)行,而是在一定的溫度范圍內(nèi)完成的。在平衡結(jié)晶條件下,鋼液溫度降至其液相線溫度(tL)時開始出現(xiàn)晶體,而達(dá)到固相線溫度(ts)時結(jié)晶方告結(jié)束。此液相線和固相線間的溫度區(qū)間,即tL-ts=Δtc。便稱為該合金的結(jié)晶溫度范圍。某一鋼種的結(jié)晶溫度范圍主要取決于所含元素的性質(zhì)及其含量,并可由鐵與相應(yīng)元素的二元或三元相圖來確定。各元素對結(jié)晶溫度范圍的影響可近似地看成可加和的。即某一具體鋼種的結(jié)晶溫度范圍。結(jié)晶兩相區(qū)
鋼液凝固時,在靠近模壁的固相(凝固層)與內(nèi)部液相之間存在著一個過渡區(qū)—兩相區(qū)(圖1),即在凝固著的鋼錠內(nèi),存在三個區(qū)域:固相區(qū)、兩相區(qū)、液相區(qū)。鋼液的結(jié)晶即形核和晶核長大過程只在兩相區(qū)進(jìn)行。鋼錠的凝固就是兩相區(qū)由鋼錠表面向錠心的推移過程:當(dāng)液相等溫線到達(dá)鋼錠內(nèi)某一部位時,結(jié)晶開始;而固相等溫線達(dá)到某一部位時,該處結(jié)晶便告結(jié)束,全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w。液相等溫線和固相等溫線到達(dá)錠內(nèi)某一指定點(diǎn)的時間間隔,即該點(diǎn)從液相線溫度降至固相等溫線所經(jīng)歷的時間,稱作該點(diǎn)的本地凝固時間,常以q表示之。本地凝固時間與該處的平均冷卻速度成反比。由于鋼錠內(nèi)不同部位的傳熱條件差異很大,因此不同部位的本地凝固時間會有很大的不同,從而引起結(jié)晶組織的不同。鋼錠內(nèi)液相等溫線和固相等溫線間的距離稱作兩相區(qū)寬度,以△x表示之。且有。兩相區(qū)窄有利于柱狀晶發(fā)展,而兩相區(qū)寬有利于等軸晶發(fā)展。
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