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常用低合金钢中各元素对其性能的影响

2022-09-27
管道中除螺栓材料外,常用的低合金钢为含碳量小于0.20%的碳锰钢、硅钢、铬钼钢、铬钼钒钢和铬钼钒铝钢,而螺栓材料则常用含碳量为0.25%~0.45%的铬钢和铬钼钢。

主要影响元素:碳(C)、锰(Mn)、铬(Cr)、Mo、V、Si、Al
杂 质元素:S、O、P、As、Sb、
a碳(C)在低合金钢中的作用同碳素钢部分。

b锰(Mn)在低合金钢中的作用
1) 锰与铁形成固溶体,可提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度(这就是含Mn的Q345R(16Mn)屈服点大于20号钢的原因)。它使材料的延展性有所降低;
2)增加了应力腐蚀开裂的敏感性。在一般碳锰钢和低合金钢中,其含量应在1%~2%;
3)锰是良好的脱氧剂和脱硫剂。锰与硫形成MnS,可防止因硫导致的热脆现象,从而改善钢的热加工性能。因此,在工业用钢中一般都含有一定数量的锰;
4)锰在钢中由于能降低临界转变温度,故碳锰钢的低温冲击韧性比碳素钢好(这就是Q345D/E可用于较低温度的原因);
5)锰对钢的焊接性有不利的影响;

c铬(Cr)在低合金钢中的作用
铬在α-Fe中无限固溶,在γ-Fe中的最大溶解度为12.5%。
1)铬钼钢和铬钼钒钢有良好的抗高温氧化性和耐氧化介质腐蚀作用,并增加钢的热强性。
2)显著提高钢的脆性转变温度,随着铬含量的增加,钢的脆性转变温度也逐步提高,冲击值随铬含量增加下降。
3)在含铬的锅炉钢中,加入少量的铬,能防止钢在长期使用过程中的石墨化。

d钼(Mo)在低合金钢中的作用
钼属于强碳化物形成元素,当其含量较低时,与铁及碳形成复杂的渗碳体;当含量较高时,则形成特殊碳化物。
1) 钼对铁素体有固溶强化作用,同时也提高碳化物的稳定性,因此对钢的强度产生有利作用。
2)钼是提高钢热强性最有效的合金元素,主要在于它能强烈提高钢中铁素体对蠕变的抗力。
3) 钼还可有效地抑制渗碳体在450℃~650℃工作温度下的聚集,促进弥散的特殊碳化物的析出,从而进一步起到了强化作用。
4)钼在钢中,由于形成特殊碳化物,可以改善在高温高压下抗氢侵蚀的作用。
5)钼同样也能提高马氏体钢和奥氏体钢的热强性。
一系列二元和多元的含钼珠光体钢被广泛地用于动力、石油和化学工业中,如15CrMo、12Cr1MoV、1Cr5Mo等。

e 钒(V)在低合金钢中的作用
钒在α-Fe中无限固溶,在γ-Fe中的最大溶解度约1.35%。
钒与碳、氧、氮都有较强的亲合力,为强碳化物及氮化物形成元素。
1) 钒增加钢的热强性和对蠕变的抗力。钒能有效地固定钢中的碳和氮,并形成高度弥散分布的碳化物和氮化物微粒,即使在高温下,聚合长大也极缓慢.。
◆一系列的铬钼钒钢已成为制造锅炉、汽轮机的主要钢种,如12CrMoV及12CrlMoV常用于过热器钢管、导管及相应的锻件等。
2) 含钒钢在热处理中,能提高晶粒粗化的温度,从而降低钢的过热敏感性,并提高钢的强度和韧性等,尤其是它能提高钢正火后的强度和屈服比及低温韧性,因此它已成为普通低合金钢的一种比较理想的合金元素。
3) 由于钒对碳的固定作用,在高温下,对抗氢腐蚀(脱碳和脆化)是有益的。
◆在抗氢钢中钒和碳含量之比应在5.7左右,过低时不足以有效地起抗氢腐蚀作用,过高时,将有部分的钒溶入铁素体中降低其塑性和焊接性能。

f 硅(st)在低合金钢中的作用
硅作为杂质元素时,它在低合金钢中的作用与在碳素钢中的作用相同。
作为合金元素时一般应不低于0.4%,硅在钢中不形成碳化物,而是以固溶体的形态存在于铁素体或奥氏体中。
1) 硅固溶于铁素体和奥氏体中可起到提高它们的硬度和强度的作用
◆在常见元素中仅次于磷,而较锰、镍、铬、钨、钼、钒等为强。但硅含量若超过3%时,将显著地降低钢的塑性、韧性和延展性。
2)当硅含量达到一定值时,它对钢的抗腐蚀性能有显著的增强作用。
◆  硅含量为15%~20%的硅铸铁是很好的耐酸材料,对不同温度和浓度的硫酸、硝酸都很稳定,但在盐酸和王水的作用下稳定性很小,在氢氟酸中则不稳定。
3)提高钢在高温时的抗氧化性。含硅的钢在氧化气氛中加热时,表面也将形成SiO2薄层。

g 铝(AL)在低合金钢中的作用
1)时能提高钢的抗氧化性,改善钢的电磁性能,提高渗氮钢的耐磨性和疲劳强度等。因此,铝在不起皮钢、电热合金、磁钢和渗氮钢中,得到了广泛的应用。
2)铝在铁素体及珠光体钢中,当它的含量较高时,材料的高温强度和韧性较低。
3)当铝含量达到一定量时,可使钢产生钝化现象,使钢在氧化性酸中具有抗蚀性,但使钢的焊接性变坏。
4)铝还能提高钢对硫化氢的抗蚀作用。铝含量在4%左右的钢,在温度不超过600℃时有较好的抗硫化氢腐蚀作用。
5)铝对钢在水蒸汽、氯气、特别是在氯气及其化合物气氛中的抗蚀作用是不利的。
h硫(S)、氧(0)、磷(P)、砷(As)、锑(Sb)等杂质元素在低合金钢中的作用
同在碳素钢中的作用。



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