化学成分对碳素钢性能的影响

化学成分对碳素钢性能的影响

碳素钢的性能主要取决于钢的含碳量和显微组织。在退火或热轧状态下﹐随含碳量的增加﹐钢的强度和硬度升高﹐而塑性和冲击韧性下降。焊接性和冷弯性变差。所以工程结构用钢﹐常限制含碳量。[1]
碳素钢中的残余元素和杂质元素如锰﹑硅﹑镍﹑磷﹑硫﹑氧﹑氮等﹐对碳素钢的性能也有影响。这和影响有时互相加强﹐有时互相抵销。例如﹕硫﹑氧﹑氮都能增加钢的热脆性﹐而适量的锰可减少或部分抵销其热脆性。残余元素除锰﹑镍外都降低钢的冲击韧性﹐增加冷脆性。除硫和氧降低强度外﹐其它杂质元素均在不同程度上提高钢的强度。几乎所有的杂质元素都能降低钢的塑性和焊接性。
氢在钢中能造成很多严重缺陷﹐如产生白点﹑点状偏析﹑氢脆﹑表面鼓泡和焊缝热影响区内的裂缝等。为保证钢的质量﹐必须尽可能降低钢中氢的含量。脱氧带入的残余元素如铝﹐可减小低碳钢的时效倾向﹐还可以细化晶粒﹐提高钢在低温下的韧性﹐但余量不宜过多。由炉料中带入的残余元素如镍﹑铬﹑钼﹑铜等﹐含量高时可提高钢的淬透性﹐但对要求具有高塑性的专用钢﹐如深冲用钢板﹐则是不利的。
冶炼﹑加工对碳素钢性能的影响碳素钢目前大都采用氧气转炉和平炉冶炼﹐优质碳素钢也采用电弧炉生产。根据炼钢过程脱氧程度的不同﹐碳素钢可分为镇静钢﹑沸腾钢和介于两者之间的半镇静钢。冶炼方法对钢的性能影响﹐主要是通过钢的纯净度而起作用的。近年来人们通过真空处理﹑炉外精炼和喷吹技术等﹐都可获得更高纯净度的钢﹐从而显著改善了碳素钢的品质。
碳素钢的塑性加工工艺通常分热加工和冷加工。经过热加工﹐钢锭中的小气泡﹑疏松等缺陷被焊合起来﹐使钢的组织致密。同时﹐热加工可破坏铸态组织﹑细化晶粒。使锻轧的钢材比铸态具有更好的力学性能。经冷加工的钢﹐随着冷塑性变形程度增大﹐强度和硬度增加﹐塑性和韧性降低。为提高成材率﹐广泛应用连续铸钢工艺。