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淮北鑫鑫钢构介绍铁素体-可溶合金元素的影响

文字:[大][中][小] 2019-04-12 16:26    浏览次数:    
 3. 铁素体-可溶合金元素的影响
 
 
  绝大多数合金元素加入低碳钢,是为了生产在某些环境温度下的固溶体硬化钢,提高晶格摩擦应力δi。但目前还不能仅用公式预测较低屈服应力,除非已知晶粒尺寸。虽然屈服应力的决定因素是正火温度和冷却速度,然而这种研究方法仍很重要,因为可以通过提高δi预测单个合金元素可降低韧性的范围。
 
 
  铁素体钢的无塑性转变(NDT)温度和夏比转变温度的回归分析至今尚无报导,然而这些也仅限于加入单个合金元素对韧性影响的定性讨论。以下就几种合金元素对钢性能的影响作简要介绍。
 
 
  1)锰。绝大多数的锰含量约为0.5%。作为脱氧剂或固硫剂加入可防止钢的热裂。在低碳钢中还有以下作用。
 
 
  ◆ 含碳量0.05%钢,空冷或炉冷后有降低晶粒边界渗碳体薄膜形成的趋势。
  ◆ 可稍减小铁素体晶粒尺寸。
  ◆ 可产生大量而细小的珠光体颗粒。
 
 
  前两种作用说明NDT温度随着锰量的增加而降低,后两种作用会引起夏比曲线峰值更尖。
 
 
  钢含碳量较高时,锰能显著降低约50%转变温度。其原因可能是因珠光体量多,而不是渗碳体在边界的分布。必须注意的是,如果钢的含碳量高于0.15%,高锰含量对正火钢的冲击性能影响起到了决定性作用。因为钢的高淬透性引起奥氏体转变成脆性的上贝氏体,而不是铁素体或珠光体。
 
 
  2)镍。加入钢中的作用似锰,可改善铁-碳合金韧性。其作用大小取决于含碳量和热处理。在含碳量(约0.02%)很低的钢中,加入量达到2%就能防止热轧态和正火钢晶界渗碳体的形成,同时实质降低开始转变温度TS,升高夏比冲击曲线峰值。
 
 
  进一步增加镍含量,改善冲击韧性效果则降低。如果这时含碳量低至正火后无碳化物出现时,镍对转变温度的影响将变得很有限。在含碳约0.10%的正火钢中加入镍,最大的好处是细化晶粒和降低游离氮含量,但其机理目前尚不清楚。可能是由于镍作为奥氏体的稳定剂从而降低了奥氏体分解的温度。
 
 
  3)磷。在纯净的铁-磷合金中,由于铁素体晶界会发生磷偏析降低了抗拉强度Rm而使晶粒之间脆化。此外,由于磷还是铁素体的稳定剂。所以,加入钢中将大大增加δi值和铁素体晶粒尺寸。这些作用的综合将使磷成为极其有害的脆化剂,发生穿晶断裂。
 
 
  4)硅。钢中加硅是为了脱氧,同时有益于提高冲击性能。如果钢中同时存在锰和铝,大部分硅在铁素体中溶解,同时通过固溶化硬化作用提高δi。这种作用与加入硅提高冲击性能综合的结果是,在稳定晶粒尺寸的铁-碳合金中按重量百分比加入硅,使50%转变温度升高约44℃。此外,硅与磷相似,是铁素铁的稳定剂,能促进铁素体晶粒长大。按重量百分数计,硅加入正火钢中将提高平均能量转换温度约60℃。
 
 
  5)铝。以合金和脱氧剂的作用加入钢中有以下两方面的原因:第一,与溶体中的氮生成AlN,去除游离氮;第二,AlN的形成细化了铁素体晶粒。这两种作用的结果是,每增加0.1%的铝,将使转变温度降低约40℃。然而,当铝的加入量超过了需要,“固化”游离氮的作用将变弱。
 
 
  6)氧。钢中的氧会在晶界产生偏析导致铁合金晶间断裂。钢中氧含量高至0.01%,断裂就会沿着脆化晶粒的晶界产生的连续通道发生。即使钢中含氧量很低,也会使裂纹在晶界集中成核,然后穿晶扩散。解决氧脆化问题的方法是,可加入脱氧剂碳、锰、硅、铝和锆,使其和氧结合生成氧化物颗粒,而将氧从晶界去除。氧化物颗粒也是延迟铁素体生长和提高d-/2的有利物质。
 
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