鋼和生鐵有哪些化學(xué)成分？

1.  生鐵：

生鐵中除鐵外,，還含有碳,、硅、錳,、磷和硫等元素,。這些元素對生鐵的性能均有一定的影響。

碳（C）：在生鐵中以兩種形態(tài)存在,，一種是游離碳（石墨）,，主要存在于鑄造生鐵中，另一種是化合碳（碳化鐵）,，主要存在于煉鋼生鐵中,，碳化鐵硬而脆，塑性低,，含量適當(dāng)可提高生鐵的強度和硬度,，含量過多，則使生鐵難于削切加工,，這就是煉鋼生鐵切削性能差的原因,。石墨很軟,，強度低，它的存在能增加生鐵的鑄造性能,。

硅（Si）：能促使生鐵中所含的碳分離為石墨狀,，能去氧，還能減少鑄件的氣眼,，能提高熔化生鐵的流動性,，降低鑄件的收縮量，但含硅過多,，也會使生鐵變硬變脆,。

錳（Mn）：能溶于鐵素體和滲碳體。在高爐煉制生鐵時,，含錳量適當(dāng),，可提高生鐵的鑄造性能和削切性能,，在高爐里錳還可以和有害雜質(zhì)硫形成硫化錳,，進入爐渣。

磷（P）：屬于有害元素,，但磷可使鐵水的流動性增加,，這是因為硫減低了生鐵熔點，所以在有的制品內(nèi)往往含磷量較高,。然而磷的存在又使鐵增加硬脆性,，優(yōu)良的生鐵含磷量應(yīng)少，有時為了要增加流動性,，含磷量可達(dá)1.2%,。

硫（S）：在生鐵中是有害元素，它促使鐵與碳的結(jié)合,，使鐵硬脆,，并與鐵化合成低熔點的硫化鐵，使生鐵產(chǎn)生熱脆性.減低鐵液的流動性,，顧含硫高的生鐵不適于鑄造細(xì)件,。鑄造生鐵中硫的含量規(guī)定zui多不得超過0.06%（車輪生鐵除外）。

2．鋼：

元素在鋼中的作用

常存雜質(zhì)元素對鋼材性能的影響

鋼除含碳以外,，還含有少量錳(Mn),、硅(Si)、硫(S),、磷(P),、氧（O）、氮（N）和氫（H）等元素,。這些元素并非為改善鋼材質(zhì)量有意加入的,，而是由礦石及冶煉過程中帶入的,，故稱為雜質(zhì)元素。這些雜質(zhì)對鋼性能是有一定影響,，為了保證鋼材的質(zhì)量,，在國家標(biāo)準(zhǔn)中對各類鋼的化學(xué)成分都作了嚴(yán)格的規(guī)定。

1）硫

硫來源于煉鋼的礦石與燃料焦炭,。它是鋼中的一種有害元素,。硫以硫化鐵(FeS)的形態(tài)存在于鋼中，F(xiàn)eS和Fe形成低熔點(985℃)化合物,。而鋼材的熱加工溫度一般在1150～1200℃以上,，所以當(dāng)鋼材熱加工時，由于 FeS化合物的過早熔化而導(dǎo)致工件開裂,，這種現(xiàn)象稱為“熱脆”,。含硫量愈高，熱脆現(xiàn)象愈嚴(yán)重,，故必須對鋼中含硫量進行控制,。鋼：S＜0.02%～0.03%；鋼：S＜0.03%～0.045%,；普通鋼：S＜0.055%～0.7%以下,。

2）磷

磷是由礦石帶入鋼中的，一般說磷也是有害元素,。磷雖能使鋼材的強度,、硬度增高，但引起塑性,、沖擊韌性顯著降低,。特別是在低溫時，它使鋼材顯著變脆,，這種現(xiàn)象稱"冷脆",。冷脆使鋼材的冷加工及焊接性變壞，含磷愈高,，冷脆性愈大,，故鋼中對含磷量控制較嚴(yán)。鋼： P＜0.025%,；鋼： P＜0.04%,；普通鋼： P＜0.085%。

3）錳

錳是煉鋼時作為脫氧劑加入鋼中的,。由于錳可以與硫形成高熔點(1600℃)的 MnS,，一定程度上消除了硫的有害作用。錳具有很好的脫氧能力,，能夠與鋼中的FeO成為MnO進入爐渣,，從而改善鋼的品質(zhì),，特別是降低鋼的脆性，提高鋼的強度和硬度,。因此,，錳在鋼中是一種有益元素。一般認(rèn)為,，鋼中含錳量在0.5%～0.8%以下時,，把錳看成是常存雜質(zhì)。技術(shù)條件中規(guī)定,，碳素結(jié)構(gòu)鋼中,，正常含錳量是0.5%～0.8%；而較高含錳量的結(jié)構(gòu)鋼中,，其量可達(dá)0.7%～1.2%,。

4）硅

硅也是煉鋼時作為脫氧劑而加入鋼中的元素。硅與鋼水中的FeO能結(jié)成密度較小的硅酸鹽爐渣而被除去,，因此硅是一種有益的元素,。硅在鋼中溶于鐵素體內(nèi)使鋼的強度、硬度增加,，塑性,、韌性降低,。鎮(zhèn)靜鋼中的含硅量通常在0.1%～0.37%,，沸騰鋼中只含有0.03%～0.07%。由于鋼中硅含量一般不超過0.5%,，對鋼性能影響不大,。

5）氧

氧在鋼中是有害元素。它是在煉鋼過程中自然進入鋼中的,，盡管在煉鋼末期要加入錳,、硅、鐵和鋁進行脫氧,，但不可能除盡,。氧在鋼中以FeO、MnO,、SiO2,、Al2O3等夾雜形式，使鋼的強度,、塑性降低,。尤其是對疲勞強度、沖擊韌性等有嚴(yán)重影響,。

第4章：常用金屬材料中各種化學(xué)成分對性能的影響2

6）氮鐵素體溶解氮的能力很低,。當(dāng)鋼中溶有過飽和的氮,，在放置較長一段時間后或隨后在200～300℃加熱就會發(fā)生氮以氮化物形式的析出，并使鋼的硬度,、強度提高,，塑性下降，發(fā)生時效,。鋼液中加入Al,、Ti或V進行固氮處理，使氮固定在AlN,、TiN或VN中,，可消除時效傾向。

7）氫

鋼中溶有氫會引起鋼的氫脆,、白點等缺陷,。白點常在軋制的厚板、大鍛件中發(fā)現(xiàn),，在縱斷面中可看到圓形或橢圓形的白色斑點,；在橫斷面上則是細(xì)長的發(fā)絲狀裂紋。鍛件中有了白點,，使用時會發(fā)生突然斷裂,，造成不測事故。因此,，化工容器用鋼,，不允許有白點存在。氫產(chǎn)生白點冷裂的主要原因是因為高溫奧氏體冷至較低溫時,，氫在鋼中的溶解度急劇降低,。當(dāng)冷卻較快時，氫原子來不及擴散到鋼的表面而逸出,，就在鋼中的一些缺陷處由原子狀態(tài)的氫變成分子狀態(tài)的氫,。氫分子在不能擴散的條件下在局部地區(qū)產(chǎn)生很大壓力，這壓力超過了鋼的強度極限而在該處形成裂紋,，即白點,。

3. 合金鋼

合金鋼中元素的作用

為了合金化而加入的合金元素，zui常用的有硅,、錳,、鉻、鎳,、鉬,、鎢、釩,，鈦,，鈮,、硼、鋁等?，F(xiàn)分別說明它們在鋼中的作用,。

1）硅

①提高鋼中固溶體的強度和冷加工硬化程度使鋼的韌性和塑性降低；

②硅能顯著地提高鋼的彈性極限,、屈服極限和屈強比,；

③耐腐蝕性。硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15％一20％的高硅鑄鐵,，是很好的耐酸材料,。含有硅的鋼在氧化氣氛中加熱時，表面也將形成一層SiO2薄膜,，從而提高鋼在高溫時的抗氧化性,。

缺點：使鋼的焊接性能惡化。

2）錳

①錳能提高鋼的淬透性,。

②錳對提高低碳和中碳珠光體鋼的強度有顯著的作用,。

③錳對鋼的高溫瞬時強度有所提高。

缺點：

①含錳較高時,，有較明顯的回火脆性現(xiàn)象,；

②錳有促進晶粒長大的作用，因此錳鋼對過熱較敏感t在熱處理工藝上必須注意,。這種缺點可用加入細(xì)化晶粒元素如鉬,、釩、鈦等來克服：

③當(dāng)錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過1％時,，會使鋼的焊接性能變壞

3）鉻在鋼中的作用

①鉻可提高鋼的強度和硬度,。

②鉻可提高鋼的高溫機械性能。

③使鋼具有良好的抗腐蝕性和抗氧化性

④阻止石墨化

⑤提高淬透性,。

缺點：

①是顯著提高鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度

②鉻能促進鋼的回火脆性。

4）鎳在鋼中的作用

①可提高鋼的強度而不顯著降低其韌性,；

②鎳可降低鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度,，即可提高鋼的低溫韌性；

③改善鋼的加工性和可焊性,；

④鎳可以提高鋼的抗腐蝕能力,，不僅能耐酸，而且能抗堿和大氣的腐蝕,。

5）鉬在鋼中的作用

①鉬對鐵素體有固溶強化作用,。

②提高鋼熱強性

③抗氫侵蝕的作用。

④提高鋼的淬透性,。

缺點：

鉬的主要不良作用是它能使低合金鉬鋼發(fā)生石墨化的傾向,。

6）鎢在鋼中的作用

①提高強度

②提高鋼的高溫強度,。

③提高鋼的抗氫性能。

④是使鋼具有熱硬性,。因此鎢是高速工具鋼中的主要合金元素,。

7）釩在鋼中的作用

①熱強性。

②釩能顯著地改善普通低碳低合金鋼的焊接性能,。

8）鈦在鋼中的作用

①鈦能改善鋼的熱強性,，提高鋼的抗蠕變性能及高溫持久強度；

②并能提高鋼在高溫高壓氫氣中的穩(wěn)定性,。使鋼在高壓下對氫的穩(wěn)定性高達(dá)600℃以上,，在珠光體低合金鋼中，鈦可阻止鉬鋼在高溫下的石墨化現(xiàn)象,。因此,，鈦是鍋爐高溫元件所用的熱強鋼中的重要合金元素之一。

9）鈮在鋼中的作用

①鈮和碳,、氮,、氧都有*的結(jié)合力，并與之形成相應(yīng)的極為穩(wěn)定的化合物,，因而能細(xì)化晶粒,，降低鋼的過熱敏感性和回火脆性。

②有*的抗氫性能,。

③鈮能提高鋼的熱強性

10）硼在鋼中的作用 ,；

①提高鋼的淬透性。

②提高鋼的高溫強度,。強化晶界的作用,。

11）鋁在鋼中的作用

①用作煉鋼時的脫氧定氮劑，細(xì)化晶粒,，抑制低碳鋼的時效,，改善鋼在低溫時的韌性，特別是降低了鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度,；

②提高鋼的抗氧化性能,。曾對鐵鋁合金的抗氧化性進行了較多的研究；4％AI即可改變氧化皮的結(jié)構(gòu),，加入6％A1可使鋼在980C以下具有抗氧化性,。當(dāng)鋁和鉻配合并用時，其抗氧化性能有更大的提高,。例如,，含鐵50％一55％、鉻30％一35％、鋁10％一15％的合金,，在1 400C高溫時,，仍具有相當(dāng)好的抗氧化性。由于鋁的這一作用,，近年來,，常把鋁作為合金元素加入耐熱鋼中。

③此外,，鋁還能提高對硫化氫和V2O5,，的抗腐蝕性。

缺點：

①脫氧時如用鋁量過多,，將促進鋼的石墨化傾向,。

②當(dāng)含鋁較高時,其高溫強度和韌性較低。