21.元素:鎵(Ga)
對(duì)鋼鐵性能的影響:
鎵在鋼中是封閉γ區(qū)的元素,。微量鎵易固溶于鐵素體中,,形成代位式固溶體,。它不是碳化物形成元素,,同時(shí)也不形成氧化物、氮化物,、硫化物,。在γ+a兩相區(qū)時(shí),微量鎵易于從奧氏體向鐵素體擴(kuò)散,,它在鐵素體中濃度高,。微量鎵對(duì)鋼的力學(xué)性能的影響主要是固溶強(qiáng)化。鎵對(duì)鋼的耐腐蝕性有很小的改善作用,。
22.元素:砷(As)
對(duì)鋼鐵性能的影響:
礦石中的砷在燒結(jié)過(guò)程中只能除去一部分,也可以用氯化焙燒方法去除,,砷在高爐冶煉過(guò)程中全部還原進(jìn)入生鐵中,鋼中含砷大于0.1%以上時(shí),,使鋼增加脆性并使焊接性能變壞,。應(yīng)控制礦石中砷含量,要求礦石中含砷量不應(yīng)超過(guò)0.07%,。
砷有提高低碳圓鋼屈服點(diǎn)σs,、抗拉強(qiáng)度σb 和降低延伸率δ5的傾向,降低普碳圓鋼常溫沖擊韌性Akv的作用較明顯,。
23.元素:硒(Se)
對(duì)鋼鐵性能的影響:
硒可以改善碳素鋼,、不銹鋼和銅的切削加工性能,零件表面光潔,。
高磁感取向硅鋼中常以MnSe2作抑制劑,,MnSe2有益夾雜要比 MnS 有益夾雜對(duì)初次再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大的抑制作用更強(qiáng)、更有利于促進(jìn)二次再結(jié)晶晶粒擇優(yōu)長(zhǎng)大,,從而可獲得高取向(110)[001]織構(gòu),。
24.元素:鋯(Zr)
對(duì)鋼鐵性能的影響:
鋯是強(qiáng)碳化物形成元素,它在鋼中的作用與鈮,、鉭,、釩相似。加入少量鋯有脫氣,、凈化和細(xì)化晶粒作用,,有利于鋼的低溫性能,,改善沖壓性能,,它常用于制造燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)和彈道導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)使用的超高強(qiáng)度鋼和鎳基高溫合金中,。
25.元素:鈮(Nb)
對(duì)鋼鐵性能的影響:
鈮常和鉭共生,它們?cè)阡撝械淖饔孟嘟?。鈮和鉭部分溶入固溶體,,起固溶強(qiáng)化作用。溶入奧氏體時(shí)顯著提高鋼的淬透性,。但以碳化物和氧化物微粒形式存在時(shí),,細(xì)化晶粒并降低鋼的淬透性。它能增加鋼的回火穩(wěn)定性,,有二次硬化作用,。微量鈮可以在不影響鋼的塑性或韌性的情況下提高鋼的強(qiáng)度。由于有細(xì)化晶粒的作用,,能提高鋼的沖擊韌性并降低其脆性轉(zhuǎn)變溫度,。當(dāng)含量大于碳的8倍時(shí),幾乎可以固定鋼中所有的碳,,使鋼具有良好的抗氫性能,。在奧氏體鋼中可以防止氧化介質(zhì)對(duì)鋼的晶間腐蝕。由于固定碳和沉淀硬化作用,,能提高熱強(qiáng)鋼的高溫性能,,如蠕變強(qiáng)度等。
鈮在建筑用普通低合金鋼中能提高屈服強(qiáng)度和沖擊韌性,,降低脆性轉(zhuǎn)變溫度有益焊接性能,。在滲碳及調(diào)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼中在增加淬透性的同時(shí)。提高鋼的韌性和低溫性能,。能降低低碳馬氏體耐熱不銹鋼的空氣硬化性,,避免硬化回火脆性,提高蠕變強(qiáng)度,。
26.元素:鉬(Mo)
對(duì)鋼鐵性能的影響:
鉬在鋼中能提高淬透性和熱強(qiáng)性,,防止回火脆性,增加剩磁和矯頑力以及在某些介質(zhì)中的抗蝕性,。
在調(diào)質(zhì)鋼中,,鉬能使較大斷面的零件淬深、淬透,,提高鋼的抗回火性或回火穩(wěn)定性,,使零件可以在較高溫度下回火,從而更有效地消除(或降低)殘余應(yīng)力,,提高塑性,。
在滲碳鋼中鉬除了具有上述作用外,還能在滲碳層中降低碳化物在晶界上形成連續(xù)網(wǎng)狀的傾向,,減少滲碳層中殘留的奧氏體,,相對(duì)地增加了表面層的耐磨性,。
在鍛模鋼中,鉬還能保持鋼有比較穩(wěn)定的硬度,,增加對(duì)變形,。開(kāi)裂和磨損等的抗力。
在不銹耐酸鋼中,,鉬能進(jìn)一步提高對(duì)有機(jī)酸(如蟻酸,、醋酸、草酸等)以及過(guò)氧化氫,、硫酸,、亞硫酸、硫酸鹽,、酸性染料,、漂白粉液等的抗蝕性。特別是由于鉬的加入,,防止了氯離子的存在所產(chǎn)生的點(diǎn)腐蝕傾向,。含1%左右鉬的W12Cr4V4Mo高速鋼具有耐磨性、回火硬度和紅硬性等,。
27.元素:錫(Sn)
對(duì)鋼鐵性能的影響:
錫一直作為鋼中的有害雜質(zhì)元素,,它影響鋼材質(zhì)量,尤其是連鑄坯質(zhì)量,,使鋼產(chǎn)生熱脆性,、回火脆性,產(chǎn)生裂紋和斷裂,,影響鋼的焊接性能,,是鋼鐵“五害”之一。然而錫在電工鋼,、鑄鐵,、易切削鋼中卻有很重要的作用。
硅鋼晶粒的尺寸大小與錫的偏析有關(guān),,錫的偏析阻礙了晶粒的長(zhǎng)大,。錫含量越高,晶粒析出量越大,,有效阻礙晶粒的長(zhǎng)大,。錫含量越高,晶粒析出量越大,,阻礙晶粒長(zhǎng)大能力越強(qiáng),,晶粒越小,鐵損越少,。錫可以改變硅鋼的磁性,,提高取向硅鋼成品中的有利織構(gòu){100}強(qiáng)度,,磁感應(yīng)強(qiáng)度明顯增加。
當(dāng)鑄鐵中含有少量錫時(shí),,即能改善其耐磨性,又可影響鐵水的流動(dòng)性,。珠光體球磨鑄鐵具有高強(qiáng)度,、高耐磨性,為了得到鑄態(tài)珠光體,,熔煉時(shí)在合金液中加入錫,。由于錫是阻礙石墨球化的元素,所以要控制加入量,。一般控制在≤0.1%,。
易切削鋼可分為硫系、鈣系,、鉛系及復(fù)合易切削鋼,。錫有著往夾雜物和缺陷附近偏聚的明顯傾向。錫并不能改變鋼中硫化物夾雜的形狀,,而是通過(guò)晶界和相界的偏析來(lái)提高脆性,,改善鋼材易切削性能,錫含量>0.05%時(shí),,鋼材有很好的切削性,。
28.元素:銻(Sb)
對(duì)鋼鐵性能的影響:
高磁感取向硅鋼中加Sb后,初次再結(jié)晶及二次再結(jié)晶晶粒尺寸細(xì)化,,二次再結(jié)晶組織更為完善,,磁性改善。含Sb鋼在冷軋及脫碳退火后,,,在其織構(gòu)組分中,有利于發(fā)展二次再結(jié)晶的組分{110}〈115〉或{110}〈001〉增強(qiáng),,二次晶校數(shù)量增多。
含Sb建筑焊接鋼中,,奧氏體溫度下,,鋼中的Sb在Mn S夾雜物處以及沿原奧氏體晶界處析出,增加在Mn S夾雜物上富集析出,,可使鋼的組織得到細(xì)化并提高韌性,。
29.元素:鎢(W)
對(duì)鋼鐵性能的影響:
鎢在鋼中除形成碳化物外,部分地溶入鐵中形成固溶體,。其作用與鉬相似,,按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算,一般效果不如鉬顯著,。鎢在鋼中主要樣圖是增加回火穩(wěn)定性,、紅硬性,、熱強(qiáng)性以及由于形成碳化物而增加的耐磨性。因此它的主要用于工具鋼,,如高速鋼,、熱鍛模具用鋼等。
鎢在優(yōu)質(zhì)彈簧鋼中形成難熔碳化物,,在較高溫度回火時(shí),,能緩解碳化物的聚集過(guò)程,保持較高的高溫強(qiáng)度,。鎢還可以降低鋼的過(guò)熱敏感性,、增加淬透性和提高硬度。65SiMnWA彈簧鋼熱軋后空冷就具有很高的硬度,,50mm2截面的彈簧鋼在油中即能淬透,,可作承受大負(fù)荷、耐熱(不大于350℃),、受沖擊的重要彈簧,。30W4Cr2VA高強(qiáng)度耐熱優(yōu)質(zhì)彈簧鋼,具有大的淬透性,,1050~1100℃淬火,,550~650℃回火后抗拉強(qiáng)度達(dá)1470~1666Pa。它主要用于制造在高溫(不大于500℃)條件下使用的彈簧,。
由于鎢的加入,,能顯著提高鋼的耐磨性和切削性,所以,,鎢是合金工具鋼的主要元素,。
30.元素:鉛(Pb)
對(duì)鋼鐵性能的影響:
鉛可以改善切削加工性。鉛系易切削鋼有良好的力學(xué)性能和熱處理性,。由于污染環(huán)境以及在廢鋼回收熔煉過(guò)程中的有害作用,,鉛有被逐漸替代的趨勢(shì)。
鉛與鐵難以形成固溶體或化合物,,易以球狀偏聚于晶界,,是鋼在200~480℃產(chǎn)生脆性及焊縫產(chǎn)生裂紋的根源之一。
元素31:Bi(鉍)
對(duì)鋼鐵性能的影響:
在易切削鋼中加入0.1~0.4的鉍,,可改善鋼的切削性能,。當(dāng)鉍均勻分散在鋼中時(shí),微粒鉍與切削工具接觸后熔化,,起潤(rùn)滑劑作用,,并且使切削斷裂,避免過(guò)熱,從而可提高切削轉(zhuǎn)速,。最近已大量在不銹鋼中添加鉍,,以改善不銹鋼的切削性能。
Bi在易切削鋼中以3種形態(tài)存在:?jiǎn)为?dú)存在于鋼基體中,、被硫化物包裹和介于鋼基體與硫化物之間,。S-Bi易切削鋼鑄錠中,MnS夾雜物的變形率隨Bi含量增加而降低,。鋼中Bi金屬在鋼錠鍛造過(guò)程中可起到抑制硫化物變形的作用,。
在鑄鐵中加入0.002-0.005%的鉍,可改善可鍛鑄鐵的鑄造性能,,增加白口傾向和縮短退火時(shí)間,零件的延伸性能變優(yōu),。在球墨鑄鐵中加入0.005%的鉍可改善其抗震性和抗拉伸性,。在鋼鐵中添加鉍存在一定難度,因?yàn)樵?500℃時(shí)鉍已大量揮發(fā),,難以均勻地將鉍滲到鋼鐵中去,。目前國(guó)外用熔點(diǎn)1050℃的Bi- Mn合盤(pán)代替鉍作添加劑,但鉍的利用率仍?xún)H有20%左右,。
新日鐵,、浦項(xiàng)制鐵、川崎制鐵等企業(yè)先后提出加Bi可明顯提高取向硅鋼B8值,。據(jù)統(tǒng)計(jì),,新日鐵、JFE加Bi生產(chǎn)高磁感取向硅鋼的發(fā)明總數(shù)已超過(guò)百項(xiàng),,加Bi后,,磁感達(dá)到1.90T以上,最高時(shí)達(dá)到1.99T,。
其他元素:Re稀土
對(duì)鋼鐵性能的影響:
一般所說(shuō)的稀土元素,,是指元素周期表中原子序數(shù)從57號(hào)至71號(hào)的鑭系元素(鑭、鈰,、鐠,、釹、钷,、釤,、銪、釓,、鋱,、鏑、鈥、鉺,、銩,、鐿、镥)加上21號(hào)鈧和39號(hào)釔,,共17個(gè)元素,。他們的性質(zhì)接近,不易分離,。未分離的叫混合稀土,,比較便宜,稀土在鋼中可以脫氧,,脫硫,,微合金化也能改變稀土夾雜物的變形能力。尤其是在一定程度上對(duì)脆性的Al2O3起變性作用,,可改善大部分鋼種的疲勞性能,。
稀土元素像Ca、Ti,、Zr,、Mg、Be一樣,,它是硫化物最有效的變形劑,。在鋼中加入適量的RE能使氧化物和硫化物夾雜物變成細(xì)小分散的球狀?yuàn)A雜物從而消除MnS等夾雜的危害性。在生產(chǎn)實(shí)踐中,,硫在鋼中以FeS,、MnS形式存在,當(dāng)鋼中Mn高時(shí),,MnS的形成傾向就高,。雖然其熔點(diǎn)較高能避免熱脆的產(chǎn)生,但MnS在加工變形時(shí)能沿著加工方向延伸成帶狀,,鋼的塑性,,韌性,及疲勞強(qiáng)度顯著降低,,因此鋼中加入RE進(jìn)行變形處理比較必須的,。
稀土元素也可以提高鋼的抗氧化性和抗腐蝕性??寡趸缘男Ч^(guò)硅,、鋁、鈦等元素,。它能改善鋼的流動(dòng)性,,減少非金屬夾雜,,使鋼組織致密、純凈,。
稀土在鋼中的作用主要有凈化,,變質(zhì)和合金化。隨著氧硫含量逐漸控制,,傳統(tǒng)的凈化鋼水和變質(zhì)作用日益減弱,,代之而起的更完善的潔凈化技術(shù)和合金化作用。
稀土元素在鐵鉻鋁合金中增加合金的抗氧能力,,在高溫下保持鋼的細(xì)晶粒,,提高高溫強(qiáng)度,因而使電熱合金的壽命得到顯著提高,。