碳鋼中除碳外,還含有少量的錳、硅、硫、磷等常存雜質元素,它們的存在對鋼的性能有較大的影響。
1)錳的影響
錳是煉鋼時由生鐵和脫氧劑帶入鋼中的。錳具有很好的脫氧能力,在熔煉過程中能夠減少或清除鋼中的FeO而大大改善鋼的品質。錳能溶解于鐵素體和滲碳體中,形成合金鐵素體和合金滲碳體,提高鋼的強度和硬度。錳還能與硫形成MnS,以消除硫的有害作用,其大部分進入爐渣而被清除,小部分殘留鋼中成為非金屬夾雜物。當錳的質量分數w Mn<0.8%時對鋼的性能影響不顯著,因而一般認為錳是有益元素。
2)硅的影響
硅也來源于生鐵和脫氧劑。硅的脫氧能力比錳強,也能溶于基體中固溶強化鐵素體,從而提高鋼的強度、硬度和彈性模量。硅的質量分數w Si<0.37%時對鋼的性能影響也不顯著。所以也認為硅是有益元素。
3)硫的影響
硫是由生鐵和燃料帶入鋼中。硫幾乎不能溶解于鐵素體中,而是以FeS的形態存在。FeS與鐵則形成低熔點的共晶體(985℃)而分布于奧氏體的晶界上。當鋼材在800~1 200℃進行鍛壓成形時,容易使鋼材沿奧氏體晶界開裂,這種現象稱為熱脆性。為了盡量減少硫的有害作用,必須在鋼中加入錳。錳可以和硫形成高熔點的MnS(1 620℃),在高溫下有一定塑性,避免了熱脆性,改善鋼的熱加工性能。因此,硫是有害元素,應根據鋼的質量要求,嚴格控制硫的含量。
4)磷的影響
磷主要來源于生鐵,磷可全部溶解于鐵素體,使鋼的強度、硬度有所提高,但塑性、韌性急劇降低。由于脆化現象在低溫時尤為嚴重,故稱為冷脆。此外,磷的存在還使鋼的焊接工藝性能變差,因而磷也是有害元素,應嚴格控制其含量。
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