21.元素:鎵(Ga)
對鋼鐵性能的影響:
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,同時也不形成氧化物、氮化物、硫化物。在γ+a兩相區(qū)時,微量鎵易于從奧氏體向鐵素體擴散,它在鐵素體中濃度高。微量鎵對鋼的力學(xué)性能的影響主要是固溶強化。鎵對鋼的耐腐蝕性有很小的改善作用。
22.元素:砷(As)
對鋼鐵性能的影響:
礦石中的砷在燒結(jié)過程中只能除去一部分,也可以用氯化焙燒方法去除,砷在高爐冶煉過程中全部還原進入生鐵中,鋼中含砷大于0.1%以上時,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0.07%。
砷有提高低碳圓鋼屈服點σs、抗拉強度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 有益夾雜對初次再結(jié)晶晶粒長大的抑制作用更強、更有利于促進二次再結(jié)晶晶粒擇優(yōu)長大,從而可獲得高取向(110)[001]織構(gòu)。
24.元素:鋯(Zr)
對鋼鐵性能的影響:
鋯是強碳化物形成元素,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)動機和彈道導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)使用的超高強度鋼和鎳基高溫合金中。
25.元素:鈮(Nb)
對鋼鐵性能的影響:
鈮常和鉭共生,它們在鋼中的作用相近。鈮和鉭部分溶入固溶體,起固溶強化作用。溶入奧氏體時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,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,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)對鋼的晶間腐蝕。由于固定碳和沉淀硬化作用,能提高熱強鋼的高溫性能,如蠕變強度等。
鈮在建筑用普通低合金鋼中能提高屈服強度和沖擊韌性,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。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,提高蠕變強度。
26.元素:鉬(Mo)
對鋼鐵性能的影響:
鉬在鋼中能提高淬透性和熱強性,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,增加對變形。開裂和磨損等的抗力。
在不銹耐酸鋼中,鉬能進一步提高對有機酸(如蟻酸、醋酸、草酸等)以及過氧化氫、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大。錫含量越高,晶粒析出量越大,有效阻礙晶粒的長大。錫含量越高,晶粒析出量越大,阻礙晶粒長大能力越強,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}強度,磁感應(yīng)強度明顯增加。
當(dāng)鑄鐵中含有少量錫時,即能改善其耐磨性,又可影響鐵水的流動性。珠光體球磨鑄鐵具有高強度、高耐磨性,為了得到鑄態(tài)珠光體,熔煉時在合金液中加入錫。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,而是通過晶界和相界的偏析來提高脆性,改善鋼材易切削性能,錫含量>0.05%時,鋼材有很好的切削性。
28.元素:銻(Sb)
對鋼鐵性能的影響:
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,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,能緩解碳化物的聚集過程,保持較高的高溫強度。鎢還可以降低鋼的過熱敏感性、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程中的有害作用,鉛有被逐漸替代的趨勢。
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,微粒鉍與切削工具接觸后熔化,起潤滑劑作用,并且使切削斷裂,避免過熱,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:單獨存在于鋼基體中、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,因為在1500℃時鉍已大量揮發(fā),難以均勻地將鉍滲到鋼鐵中去。目前國外用熔點1050℃的Bi- Mn合盤代替鉍作添加劑,但鉍的利用率仍僅有20%左右。
新日鐵、浦項制鐵、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,新日鐵、JFE加Bi生產(chǎn)高磁感取向硅鋼的發(fā)明總數(shù)已超過百項,加Bi后,磁感達(dá)到1.90T以上,最高時達(dá)到1.99T。
其他元素:Re稀土
對鋼鐵性能的影響:
一般所說的稀土元素,是指元素周期表中原子序數(shù)從57號至71號的鑭系元素(鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥)加上21號鈧和39號釔,共17個元素。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)小分散的球狀夾雜物從而消除MnS等夾雜的危害性。在生產(chǎn)實踐中,硫在鋼中以FeS、MnS形式存在,當(dāng)鋼中Mn高時,MnS的形成傾向就高。雖然其熔點較高能避免熱脆的產(chǎn)生,但MnS在加工變形時能沿著加工方向延伸成帶狀,鋼的塑性,韌性,及疲勞強度顯著降低,因此鋼中加入RE進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^硅、鋁、鈦等元素。它能改善鋼的流動性,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,提高高溫強度,因而使電熱合金的壽命得到顯著提高。