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20钢化学成分及机械性能关系【摘 要】通过对常用钢材的化学成分及机械性能进行统计分析，结果表明：化学成分与其钢材的机械性能之间存在某种回归关系，通过控制钢材所含元素的成分范围能在一定程度上提高其机械性能。 【关键词】钢材；化学成分；机械性能 前 言 钢铁仍是21世纪占据主导地位的结构材料，在我国快速发展的现阶段，对钢材的需求更是极其迫切。铁矿石含量有限，优质的铁矿石更是稀缺，研究提升我国钢材的性能是科研技术工作者的艰巨任务。钢材的显微组织决定了钢材的机械性能，而其化学组成和热处理工艺又决定了其显微组织。因此对钢材的化学成分与其机械性能进行统计分析，研究之间的关系，对提升钢材质量有指导意义。至十九世纪五十年代以来，不少国外研究者开展了化学分析、显微结构与机械性能之间关系的研究工作，通过这些工作探究了成分与性能之间的关系，并通过钢材成分预测其机械性能，早期的文献有报道。国内因为痕量检测技术方面不足，对钢材这方面的研究还很少。随着近年来试验检测设备技术的进步，计算机的发展，通过计算机对合金钢进行性能设计已经在简单的材料中得到了验证，并且将向复杂材料发展，因此，对一些常用钢材数据积累有着重要的意义。 本文对比了我国某铸钢厂生产的20钢和宝钢集团的20钢的化学成分与机械性能，并对它们之间的关系进行了探究。 1.试验部分 本文从我国南方某钢铁厂选取60炉次20镇静钢?30mm棒材作为试样，以宝钢的20钢轧材做钢样。 试验为了排除轧制板材终了温度的影响，对钢样进行了热处理，采用900℃保温1.5h后进行空冷，然后加工成需要测试的要求的试样尺寸。在北京钢研总院14室对钢材的化学成分进行了详细的分析。用金相显微镜对钢材的微观晶粒度及珠光体的百分含量进行了分析。利用万能试验机对钢材的常规拉伸力学性能进行了测试，同时采用冲击试验机对钢材的冲击韧性进行了评估，测试除了部分试样的裂纹萌生功和裂纹扩展功。 两生产厂家的样品测试的化学成分分析如表1，基本力学性能及微观组织参数对比如表2. 从上面两表数据可以看出，这两家钢材厂的钢材在碳含量控制方面平均值相同，说明两者的技术要求一致，但是从标准差来看，这家钢材厂在控制方面相对于宝钢仍有较大差距。其他成分方面，宝钢也都将标准差控制低于这家钢材厂，说明宝钢在钢材杂质控制水平方面较高。这也在表2中性能稳定可靠性方面得到了体现。 2.数据的分析 因为篇幅关系，本文仅对部分回归方程结果进行讨论，回归方程系数的推导计算过程不做描述。 以化学成分为自变量，机械性能作为因变量，按照多元线性回归统计分析建立回归模型。由钢材的性能、化学成分和组织参数组成对称矩阵。通过矩阵求解得到回归方程系数。 上述方程中——拉伸强度，MPa； ——断裂伸长率，%； ——碳元素含量，%； ——常温冲击功、低温冲击功，J。 3.结论 从线性方程可以看出，几乎所有的性能指标都与碳元素含量有关，说明对钢的性能来说碳的控制最为重要。其他常规元素如硅、锰、硫也很重要，磷的影响稍弱，其次是铝，而其他痕量元素相对来说对钢材性能影响很小。适当的调整和控制化学成分能一定程度提升钢材性能，在冶金过程中对常规五元素的控制仍然是关键所在。 参考文献 [1]中国机械工程学会.中国材料工程大典[M].北京：化学工业出版社，2006 [2]吴化等.22Mn2SiVBS钢化学成分与组织的关系[J].金属热处理，2007，（7）：19-21. 1