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常存杂质对钢性能的影响

作者：天津金百联机电              发表时间：2011-09-06

常存杂质对钢性能的影响 实际使用的钢中，除了含有铁、碳与合金元素外，在冶炼过程中，不可避免地 要带入一些杂质（如锰、硅、硫、磷、非金属类杂质以及某些气体，如氮、氢、 氧等）。这些杂质对钢的质量有很大的影响。 1．锰 锰在钢中作为杂质存在时， 一般均小于0.8％。它来自作为炼钢原料的生铁及脱氧剂锰铁。锰有很好的脱氧 能力，还能与硫形成MnS,以消除硫的有害作用。这些反应产物大部分进入炉渣 而被除去，小部分残留于钢中成为非金属夹杂物。此外，在室温下锰能溶于铁素 体，对钢有一定强化作用。锰也能溶于渗碳体中，形成合金渗碳体。但锰作为少 量杂质存在时，它对钢的性能影响不显著。 2．硅 硅在钢中作为杂质存在时，一 般均小于0.4％,它也来自生铁与脱氧剂。在室温下硅能溶于铁素体，对钢有一定 的强化作用。但硅作为少量杂质存在时，它对钢的性能影响也不显著。 3．硫 硫 是由生铁及燃料带入钢中的杂质。在固态下，硫在铁中的溶解度极小，而是以FeS 的形态存在于钢中。由于FeS的塑性差，使含硫较多的钢脆性较大。更严重的是， FeS与Fe可形成低熔点（985℃）的共晶体，分布在奥氏体的晶界上。当钢加热到 约1200℃进行热压力加工时，晶界上的共晶体已溶化，晶粒间结合被破坏，使钢 材在加工过程中沿晶界开裂，这种现象称为热脆性。为了消除硫的有害作用，必 须增加钢中含锰量。锰与硫优先形成高熔点（1620℃）的硫化锰，并呈粒状分布 在晶粒内，它在高温下具有一定塑造性，从而避免了热脆性。硫化物是非金属夹 杂物，会降低钢的机械性能，并在轧制过程中形成热加工纤维组织。因此，通常 情况下，硫是有害的杂质。在钢中要严格限制硫的含量。但含硫量较多的钢，可形 成较多的MnS，在切削加工中，MnS能起断屑作用，可改善钢的切削加工性，这是 硫有利的一面。 4．磷 磷由生铁带入钢中，在一般情况下，钢中的磷能全部溶于铁 素体中。磷有强烈的固溶强化作用，使钢的强度、硬度增加，但塑性、韧性则显著 降低。这种脆化现象在低温时更为严重，故称为冷脆。一般希望冷脆转变温度低于 工件的工作温度，以免发生冷脆。而磷在结晶过程中，由于容易产生晶内偏析，使 局部地区含磷量偏高，导致冷脆转变温度升高，从而发生冷脆。冷脆对在高寒地带 和其它低温条件下工作的结构件具有严重的危害性，此外，磷的偏析还使钢材在热 轧后形成带状组织。因此，通常情况下，磷也是有害的杂质。在钢中也要严格控制 磷的含量。但含磷量较多时，由于脆性较大，在制造炮弹钢以及改善钢的切削加工 性方面则是有利的。 5．非金属夹杂物在炼钢过程中，少量炉渣、耐火材料及冶炼 中反应产物可能进入钢液，形成非金属夹杂物。例如氧化物、硫化物、硅酸盐、氮 化物等。它们都会降低钢的机械性能，特别是降低塑性、韧性及疲劳极限。严重时， 还会使钢在热加工与热处理时产生裂纹或使用时突然脆断。非金属夹杂物也促使钢 形成热加工纤维组织与带状组织，使材料具有各向异性。严重时，横向塑性仅为纵 向的一半，并使冲击韧性大为降低。因此，对重要用途的钢（如滚动轴承钢、弹簧 钢等）要检查非金属夹杂物的数量、形状、大小与分布情况。此外，钢在整个冶炼 过程中，都与空气接触，因而钢液中总会吸收一些气体，如氮、氧、氢等。它们对 钢的质量也会产生不良影响。
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