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第三章 碳 钢 含碳量低于2.11%的铁碳合金称为钢。但工业用 碳钢除碳外还含有其他元素，如硅、锰、硫、磷、氧、 氮、氢等。其中硅、锰是在钢冶炼时作为脱氧元素而 加入的，硫和磷是冶炼时未能除尽的杂质元素。在碳 钢中它们的含量范围大致如下：锰≤0.7%；硅≤0.5%； 磷≤0.05%；硫≤0.04%。氧、氢、氮等的含量与冶炼 方法有关，一般只有十万分之几到万分之几，非常少。 有时为了改善钢的组织和性能，还人为地向钢中加入 某些元素，如硅、锰、铬、钼、钨、钒、镍、硼、稀 土元素等，这种有意加入钢中的元素称为合金元素。 含有合金元素的钢称为合金钢。 第一节 碳和杂质元素对碳钢显微 组织和性能的影响 一、碳对缓冷钢显微组织和性能的影响 碳是决定碳钢在缓冷后的组织和性能的主要 元素。碳对缓冷后碳钢显微组织的影响是：在亚 共析钢范围内，随含碳量增加，铁素体相对量减 少，珠光体相对量增加；达到共析成分时，全部 为珠光体；在过共析钢范围内，随含碳量增加， 先共析渗碳体相对量增多，珠光体相对量减少。 含碳量增加时碳钢的耐腐蚀性降低，同时碳 也使碳钢的焊接性能和冷加工(冲压、拉拔)性能 变坏。 含碳量对碳钢热轧后力学性能的影响 二、常存元素和其它元素对碳钢显微组织和性能的 影响 1. 锰的影响 锰在碳钢中的含量一般为0.25-0.80%，在具有 较高含锰量的碳钢中，锰含量可以达到1.2%。在碳 钢中，锰属于有益元素。 锰是作为脱氧除硫的元素而加入钢中的。对于 镇静钢来说，锰可以提高硅和铝的脱氧效果，也可 以同硫结合形成硫化锰，从而在相当大程度上消除 硫在钢中的有害影响。 钢中的锰，除一部分形成夹杂物(硫化锰以及 锰的氧化物)外，其余部分溶于铁素体和渗碳体中。 锰对碳钢的力学性能有良好影响。 它能提高钢经热轧后的硬度和强度。在 锰含量不高时(＜0.80%)，锰可以稍微提 高或者不降低碳钢的面缩率和冲击韧性。 在碳钢的锰含量范围内，每增加0.1%Mn， 大约使热轧钢的抗拉强度增加 7.8~12.7MN/m2 ， 屈 服 点 提 高 约 2 7.8~9.8MN/m ，而伸长率约减小0.4% 。 由于锰的有益作用，因此，在冶炼时应 把含锰量控制在钢号成分规格的上限。 2. 硅的影响 硅在碳钢中的含量≤0.50%。在沸腾钢中， 含硅量很低(＜0.05%)，硅是作为脱氧元素加入 镇静钢中。在镇静钢中硅的含量一般为0.12- 0.37%。硅也是钢中有益元素。硅增大钢液的流 动性。除形成非金属夹杂物外，硅溶于铁素体 中。在碳钢中每增加0.1%硅，可使热轧钢的抗 2 拉强度提高约7.8-8.8MN/m ，屈服点提高约3.9- 2 4.9MN/m ，伸长率下降约0.5%。钢的面缩率和冲 击韧性下降不明显。但是，当硅含量超过0.8- 1.0%时，则引起面缩率下降，特别是冲击韧性 显著降低。 3. 硫的影响 一般来说，硫是有害元素，它主要来自生铁 原料、炼钢时加入的矿石和燃料燃烧产物中的二 氧化硫。 硫在铁中的溶解度很小。室温时，硫以硫化 物夹杂的形式存在于固态钢中。 硫的最大危害是引起钢在热加工时开裂，即 产生所谓热脆。 硫通过形成硫化物夹杂而对钢的力学性能发 生影响。增加钢中的含硫量，使硫化物夹杂的含 量增高，钢的范性和韧性将降低，同时，钢材力 学性能的方向性增大，钢的热加工性能也变坏。 硫对钢力学性能的影响，不仅和钢的含硫量有关， 而且还和所形成的硫化物夹杂的大小、形状和分 布，并与基体的组织有关。 硫能提高钢材的切削加工性，这是硫的有益 作用。在易削钢中，含硫0.08-0.2% ，同时含 0.50-1.20%Mn。 在大多数情况下，由于硫的有害影响，同时 也考虑到硫的偏析倾向很大，所以，一般对钢的 含硫量限制甚严。在普通质量碳钢中，硫含量不 大于0.055%，在优质钢中不大于0.045%，在高级 优质钢中不大于0.02%。 4. 磷的影响 一般来说，磷是有害杂质元素。它来源 于矿石和生铁