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汽车材料钢铝之争(上):你眼中的廉价钢铁,其实是高科技的产物元素在热处理中对钢影响

更新时间:2021-11-23 04:06:13点击:

我曾经写过几篇关于机油方面的文章,里面说旧机油中会有含有铁屑。结果今天在一篇文章中看到一则评论,说我的发动机是全铝发动机,哪来的铁屑啊?老侯你纯粹是胡说八道,唬人呢。下面竟然还有一大群人跟着附和,说全铝发动机里面根本就没有铁,怎么会磨下来铁屑呢?老侯就是在胡说,根本不懂车。然后就是铝各种高级,铁各种廉价,现在的汽车还使用钢铁,就是低端,就是简配,就是车企坏良心了,只有使用铝才是合理的,才是不坑消费者的,等等等等。

这些评论彻底刷新了我的认知。我这才意识到,国人对于汽车材料的认知,低下到了令人发指的程度。难道他们真的不知道,铝是非常不耐磨的,发动机中主要的运动部件以及受力部件,还必须使用钢吗?所谓的全铝发动机,只是缸体缸盖是铝的,其它的大部分零部件,比如曲轴、凸轮轴、连杆、飞轮、气门等,都是钢的吗?

1、铬(Cr)

铬能增加钢的淬透性并有二次硬化作用。可提高高碳钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆;含量超过12%时,使钢有良好的高温抗氧化性和耐氧化性介质腐蚀的作用,还可以增加钢的热强性。铬为不锈耐酸钢及耐热钢的主要合金元素。 铬能提高碳素钢轧制状态的强度和硬度,降低伸长率和断面收缩率。当铬含量超过15%时,强度和硬度将下降,伸长率和断面收缩率则相应地有所提高。含铬钢的零件经研磨容易获得较高的表面加工质量。 铬在调质结构钢中的主要作用是提高淬透性,使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能,在渗碳钢中还可以形成含铬的碳化物,从而提高材料表面的耐磨性。 含铬的弹簧钢在热处理时不易脱碳。铬能提高工具钢的耐磨性、硬度和淬硬性。有良好的回火稳定性。在电热合金中,铬能提高合金的抗氧化性、电阻和强度。

汽车材料钢铝之争(上):你眼中的廉价钢铁,其实是高科技的产物

生化环材,四大天坑。作为现代工业基础中的基础——材料学,竟然被评为天坑专业,绝对是中国教育事业的一大败笔!很多人可能不知道,直到今天,材料也是制约中国工业(包括汽车工业)发展的关键技术之一!很多东西,我们不是设计不出来,而是受材料的制约制造不出来,或者制造出来性能较差、使用寿命不长。比如高端飞机发动机,一直是制约我国飞机性能的一个短板,就是因为制造发动机叶轮的材料无法突破,所以被卡了脖子。

汽车材料钢铝之争(上):你眼中的廉价钢铁,其实是高科技的产物

我们还是回来说汽车。在一辆汽车上,几乎能找到元素周期表中所有的元素,其中用量最大的,当然就是铁和铝。一直以来,在舆论的引导下,铁都是廉价、低端的代表,只有铝才是高级的,汽车上铝用得越多,汽车越高级、车企越良心。买车时看到全铝发动机、全铝车身、铝合金车门、铝合金悬架,就像捡到宝一样;如果是普通钢铁的,就弃之如敝帚,低端廉价,不值一提。

1对钢的显微组织及热处理的作用

01铬与铁形成连续固溶体,缩小奥氏体相区域。铬与碳形成多种碳化物,与碳的亲和力大于铁和锰而低于钨、钼等。铬与铁可形成金属间化合物σ相(FeCr)。

那么汽车上的钢铁真的就一文不值吗?其实并不是这样。汽车上所使用的钢铁,一点都不简单。

02铬使珠光体中碳的浓度及奥氏体中碳的极限溶解度减少。

汽车材料钢铝之争(上):你眼中的廉价钢铁,其实是高科技的产物

铁,元素周期表中第26号元素,元素符号Fe,原子量56,隶属于第Ⅷ族,白色或者银白色金属,熔点1538℃、沸点2750℃,有铁磁性。铁元素占地壳含量的4.75%,仅次于氧、硅、铝,位居地壳含量第四。纯铁是柔韧而延展性良好的银白色金属,强度与硬度都不高,机械性能一般;但是在纯铁中加入一定量的碳及其他元素,它的强度和硬度就会大幅度提升,机械性能非常优良,这就是所谓的钢。

钢铁是现代工业中最重要的基础材料,也是使用最为广泛的金属材料。人类使用铁的历史至今已经有三千年了,钢铁制成品随处可见,价格也比较低廉。正因为如此,很多人都把钢铁冶炼称为夕阳产业,认为它是一个低端、廉价的行业,不值一提。

汽车材料钢铝之争(上):你眼中的廉价钢铁,其实是高科技的产物

但是老侯告诉你:在当今世界上,钢铁冶炼技术,在绝大多数国家中,都是高科技行业!

你没看错,老侯也没有说错,钢铁冶炼,就是高科技行业,门槛很高的。

有人说老侯你开玩笑吧,炼钢还成高科技了,这高科技的门槛也太低了吧!几个农民在空地上支一个锅就能炼出钢,你说这是高科技?

03减缓奥氏体的分解速度,显著提高钢的淬透性,但亦增加钢的回火脆性倾向。

这当然不是高科技了。你要知道,做得出和做得好是两码事。比如说,飞机制造是高科技,你应该没意见吧?但是一个农民用几根木棒做成飞机的造型,然后把三轮车的发动机装上去,做出来的东西也飞起来了。这也可以叫做飞机,你说它能与真正在天上飞的飞机相比吗?

中国的钢铁工业,在过去相当长的一段时间内,都处于“做得出”的阶段,产量虽然很高,但品质不咋地,每年都要进口大量的高端钢材。这些高端钢材,就是真正的“高科技”,并且价格不菲。

举个例子。我们都知道,当年我国从国外买来瓦良格号之后,在相当长的时间内都没有修复,为什么?

2对钢的力学性能的作用

01提高钢的强度和硬度.时加入其他合金元素时,效果较显著。

修复飞行甲板的钢材,我们造不出来!

02显著提高钢的脆性转变温度。

03在含铬量高的Fe-Cr合金中,若有σ相析出,冲击韧性急剧下降。

这种钢材,在国际市场上是买不到,你出再多的钱也不行,没有人会把这种卡脖子的东西卖给对手!

怎么办?只有自己研究了!东北某大型钢铁央企,用来整整三年的时间,付出巨大的代价,终于把这种钢材研制出来了,这才圆了中国的航母梦。

其它的还有飞机发动机叶轮,航母阻拦索钢绳、汽车热成型钢,等等。你想想,制造业大国中国都是这样,其它的一些第三世界小国,钢铁冶炼技术会怎么样呢?在那些国家里,这些都是他们无法突破的高科技。

汽车材料钢铝之争(上):你眼中的廉价钢铁,其实是高科技的产物

还是回到汽车上,来说说汽车所使用的钢材。首先老侯把汽车上各个部位使用钢材的型号说一下,你看看世界上有几个国家能完全造出来,并且可以正常使用。

3对钢的物理、化学及工艺性能的作用

01提高钢的耐磨性,经研磨,易获得较高的表面光洁度。

02降低钢的电导率,降低电阻温度系数。

03提高钢的矫顽力和剩余磁感.广泛用于制造永磁钢。

04铬促使钢的表面形成钝化膜,当有一定含量的铭时,显著提高钢的耐腐蚀性能(特别是硝酸)。若有铬的碳化物析出时,使钢的耐腐蚀性能下降。

05提高钢的抗氧化性能。

06铬钢中易形成树枝状偏析,降低钢的塑性。

07由于铬使钢的热导率下降,热加工时要缓慢升温,锻、轧后要缓冷。

首先来看发动机部分。

气缸体、气缸盖:含镍、铬、钼、磷等元素的优质灰铸铁,球墨铸铁或蠕墨铸铁。

4在钢中的应用

01合金结构钢中主要利用铬提高淬透性,并可在渗碳表面形成含铬碳化物以提高耐磨性。

02弹簧钢中利用铬和共他合金元素一起提供的综合性能。

03轴承钢中主要利用铬的特殊碳化物对耐磨性的贡献及研磨后表面光沽度高的优点。

气缸套:珠光体铸铁、合金铸铁、高磷铸铁、含硼铸铁等。

活塞环:优质灰铸铁、合金铸铁或者球墨铸铁,多孔镀铬或者喷钼处理,以增强耐磨性以及润滑性能

活塞销:20Cr、20MnV等低碳钢或者低碳合金钢锻造,表面做渗碳或者氰化处理

04工具钢和高速钢中主要利用铬提高耐磨性的作用,并具有一定的回火稳定性和韧性。

05不锈钢、耐热钢中铬常与锰、氮、镍等联合便用,当需形成奥氏体钢时,稳定铁素体的铬与稳定奥氏体的锰、镍之间须有一定比例,如Cr18Ni9等。

连杆:40Cr等中碳合金钢锻造而成,表面喷丸处理

曲轴:优质中碳钢或者中碳合金钢锻造,大型柴油机一般是由球墨铸铁铸造,表面再经喷丸强化、淬火处理。还有些曲轴表面要做氮化处理,以提高耐疲劳强度。

06我国铬资源较少.应尽量节省铬的使用。

2、钼(Mo)

凸轮轴:优质碳素结构钢或者合金结构钢锻造而成,表面进行高频淬火或者渗碳淬火处理

气门、气门座圈:硅铬钢、硅铬钼钢、硅铬锰钢等耐热钢,表面喷涂钨钴合金,以提高耐蚀性和耐高温性能。

钼在钢中能提高淬透性和热强性。防止回火脆性,增加剩磁和矫顽力以及在某些介质中的抗蚀性。 在调质钢中,钼能使较大断面的零件淬深、淬透,提高钢的抗回火性或回火稳定性,使零件可以在较高温度下回火,从而更有效地消除(或降低)残余应力,提高塑性。 在渗碳钢中钼除具有上述作用外,还能在渗碳层中降低碳化物在晶界上形成连续网状的倾向,减少渗碳层中残留奥氏体,相对地增加了表面层的耐磨性。 在锻模钢中,钼还能保持钢有比较稳定的硬度,增加对变形、开裂和磨损等的抗力。 在不锈耐酸钢中,钼能进一步提高对有抗酸(如蚁酸、醋酸、草酸等)以及过氧化氢、硫酸,亚硫酸、硫酸盐、酸性染料、漂白粉液等的抗蚀性。特别是由于钼的加入,防止了氯离子存在所产生的点腐蚀倾向。 含1%左右钼的W12Cr4V4Mo高速钢具有高的耐磨性、回火硬度和红硬性等。

1对钢的显微组织及热处理的作用

01钼在钢中可固溶于铁素体、奥氏体和碳化物中,它是缩小奥氏体相区的元素。02当钢含量较低时,与铁、碳形成复合的渗碳体;含量较高时可形成钢的特殊碳化物。

03钼提高钢的淬透性,其作用较铬强.而稍逊于锰。

气门弹簧:采用优质冷拔弹簧钢丝卷制而成,并经过热处理,表面再进行抛光或喷丸处理。

04钼提高钢的回火稳定性,作为单一合金元素存在时,增加钢的回火脆性;与铬、锰等并存时,钼又降低或抑止因其他元素所导致的回火脆性。

2对钢的力学性能的作用

油底壳:普通薄钢板冲压

01钼对铁素体有固溶强化作用.同时也提高碳化物的稳定性,从而提高钢的强度。

底盘部分:

02钼对改善钢的延展性和韧性以及耐磨性起到有利作用。

车架纵梁、横梁等受力构件和安全件:含钛、锰钢或锰稀土系列、硅-钒钢和含钒系列等低合金高强度热轧钢板

03钼对改善钢的延展性和韧性以及耐磨性起到有利作用。

3对钢的物理、化学及工艺性能的作用

01在含碳1.5%的磁钢中,2%-3%的钢提高剩余磁感和矫顽力。

02在还原性酸及强氧化性盐溶液中都能使钢表面钝化.因此钼可以普遍提高钢的抗蚀性能,防止钢在氯化物溶液中的点蚀。

03钼含量较高(>3%)时使钢的抗氧化性恶化。

悬架弹簧钢:有Si-Cr系钢、Cr-Mn系钢、Si-Mn系钢和Si-V系钢,比如55SiCr、55SiCrV、60Si2Mn、55SiVB等,表面渗碳及氮化处理

04含钼不超过8%的钢仍可以锻、轧,但含量较高时,钢对热加工的变形抗力增高。

半轴:42CrMo合金钢

悬架上下支臂、导向杆系等:高强度热轧钢板冲压,表明调质处理

4在钢中的应用

车身部分:

01在调质和渗碳结构钢、弹簧钢、轴承钢、工具钢、不锈耐酸钢、耐热钢、磁钢中都得到了广泛应用。

02铬钼钢在许多情况下可代替铬镍钢来制造重要的部件。

03我国富产钼,但在世界范围内的储量并不丰富。含钼钢在我国应适当发展,但钼是重要战略物资,应注意合理和节约使用。

四门两盖用普通冷轧钢板,单面或双面镀锌,车身用高强度冷轧钢板冲压,在车身受力部位、重要安全部位使用超高强度的热成型钢。

3、硅(Si)

硅能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度,其作用仅次于磷,较锰、镍、铬、钨、钼和钒等元素强。但含硅超过3%时,将显著降低钢的塑性和韧性。硅能提高钢的弹性极限、屈服强度和屈服比(σs/σb),以及疲劳强度和疲劳比(σ-1/σb)等,这是硅或硅锰钢可作为弹簧钢种的缘故。 硅能降低钢的密度、热导率和电导率。能促使铁素体晶粒粗化。降低矫顽力。有减小晶体的各向异性倾向,使磁化容易,磁阻减小,可用来生产电工用钢,所以硅钢片的磁滞损耗较低,硅能提高铁素体的磁导率,使硅钢片在较弱磁场下有较高的磁感强度。但在强磁场下,硅降低钢的磁感强度。硅因有强的脱氧力,从而减小了铁的磁时效作用。 含硅的钢在氧化气氛中加热时,表面将形成一层SiO2薄膜,从而提高钢在高温时的抗氧化性。 硅能促使铸钢中的柱状晶成长,降低塑性。硅钢若加热或冷却较快,由于热导率低,钢的内部和外部温差较大,因而易裂。 硅能降低钢的焊接性能。因为与氧的亲合力硅比铁强,在焊接时容易生成低熔点的硅酸盐,增加熔渣和熔化金属的流动性,引起喷溅现象,影响焊缝质量。硅是良好的脱氧剂。用铝脱氧时酌加一定量的硅,能显著提高铝的脱氧能力。硅在钢中本来就有一定的残存,这是由于炼铁炼钢作为原料带入的。在沸腾钢中,硅限制在<0.07% ,有意加入时,则在炼钢时加入硅铁合金。

1对钢的显微组织及热处理的作用

1作为钢中的合金元素,其含量一般不低于0.4%。以固溶体形态存在于铁素体或奥氏体中,缩小奥氏体相区。

汽车材料钢铝之争(上):你眼中的廉价钢铁,其实是高科技的产物

有人说制造出这些钢材很难吗?我不是搞钢铁冶炼的,难不难我不知道,但我知道一件事:当年桑塔纳要提高国产化率,使用国产钢板替代进口钢板制造车身,结果国产钢板进入冲压机,不是粉身碎骨就是裂纹纵横,根本没法用。国产的凸轮轴,很快就磨损报废了。还有车身使用的超高强度热成型钢,长期需要进口。

2提高退火、正火和淬火温度,在亚共析钢中提高淬透性。

事实上,能把这些钢材都冶炼出来,并满足使用需求,世界上不超过五个国家!中国在二十年前还做不到,现在已经可以把这些都做出来了,只是在性能上与某些国家还是有一定的差距。当年邓公说:如果我的手中有一亿吨钢,我就谁都不怕了。现在我国的钢铁产能已经超过了10亿吨,邓公可以瞑目了。

汽车材料钢铝之争(上):你眼中的廉价钢铁,其实是高科技的产物

所以说,炼钢炼铁,并不像你想象中的那么简单,汽车上使用的钢板也并不是那么的低端廉价,而是高科技的产物,而且钢材的成形以及热处理工艺也是需要高超技术的,这个世界上没有几个国家能做到。汽车所使用的钢材,价格都是很高的,比如底盘悬架系统使用的上下支臂、各个拉杆、球头等,车身使用的双面镀锌冷轧钢板、超高强度的热成型钢等,还有极大影响汽车使用寿命的轴承钢、齿轮钢等。有些车企为了降低成本,在这方面使用廉价的钢材,结果导致车身生锈、车体强度及刚性不足等,就是车企自身原因了。

汽车材料钢铝之争(上):你眼中的廉价钢铁,其实是高科技的产物

好了,今天就说到这里吧,水平所限,有词不达意、知识点遗漏者,敬请谅解。下一篇给大家说说汽车上使用的铝究竟是什么样的,敬请期待!

3硅不形成碳化物,有强烈的促进碳的石墨化的作用,在硅含量较高的中碳和高碳钢中,如不含有强碳化物形成元素,易在一定温度条件下发生石墨化。

4在渗碳钢中,硅减小渗碳层厚度和碳的浓度。

5硅对钢水有良好脱氧作用。

2对钢的力学性能的作用

1提高铁素体和奥氏体的硬度和强度,其作用较Mn、Ni、Cr、W、Mo、V等更强;显著提高钢的弹性极限、屈服强度和屈强比(σs/σb),并提高疲劳强度和疲劳比(σ-1/σb)。

2硅含量超过3%时显著降低钢的塑性和韧性;硅提高塑/脆转变温度。

3硅易使钢中形成带状组织,使横向性能低于纵向性能。

4改善钢的耐磨性能。

3对钢的物理、化学及工艺性能的作用

1降低钢的密度、热导率、电导率和电阻温度系数。

2硅钢片的涡流损耗量显著低于纯铁,矫顽力、磁阻和磁滞损耗较低.磁导率和磁感强度较高。但在强磁场中,硅降低磁感强度。

3提高高温时钢的抗氧化性能,但硅含量高时,表面脱碳加剧。

4硅含量超过2.5%的钢,其变形加工较为困难。

5硅降低钢的可焊性。

4在钢中的应用

1在普通低合金钢中提高强度,改善局部腐蚀抗力,在调质钢中提高淬透性和抗回火性,是多元合金结构钢中的主要合金组元之一。

2硅含量为0.5%-2.8%的SiMn 或SiMnB钢(碳含量0.5%-0.7%)广泛用于高载荷弹黄材料,同时加人W、V 、Mo、Nb 、Cr等强碳化物形成元素。

3硅钢片为含硅1.0%-4.5%的低碳和超低碳钢,用于电机和变压器。

4在不锈钢和耐蚀钢中,与Mo 、W 、Cr、Al、Ti、N 等配合,提高抗蚀和抗高温氧化能力。

5硅含量较高的石墨钢用于冷作模具材料。

4、锰(Mn)

锰是良好的脱氧剂和脱硫剂 。钢中一般都含有一定量的锰,它能消除或减弱由于硫所引起的钢的热脆性,从而改善钢的热加工性能。 锰和铁形成固溶体,提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度;同时又是碳化物形成元素,进入渗碳体中取代一部分铁原子。锰在钢中由于降低临界转变温度。起到细化珠光体的作用。也间接地起到提高珠光体钢强度的作用;锰稳定奥氏体组织的能力仅次于镍,也强烈增加钢的淬透性。已用含量不超过2%的锰与其他元素配合制成多种合金钢。 锰具有资源丰富、效能多样的特点,获得了广泛的应用,如含锰较高的碳素结构钢、弹簧钢。 在高碳高锰耐磨钢中。锰含量可达10%-14% ,经固溶处理后有良好的韧性,当受到冲击而变形时,表面层将因变形而强化,具有高的耐磨性。 锰与硫形成熔点较高的MnS 。可防止因FeS而导致的热脆现象。锰有增加钢晶粒粗化的倾向和回火脆性敏感性。若冶炼浇铸和锻轧后冷却不当,容易使钢产生白点。

1对钢的显微组织及热处理的作用

锰是良好的脱氧剂和脱硫剂,工业用钢中一般均含有一定量的锰。锰固溶于铁素体和奥氏体中.扩大奥氏体区,使临界温度A4点升高,A3点降低,(α+γ)区下移.当锰含量超过12%时,上临界点降至室温以下,使钢在室温时形成单一奥氏体组织。在降低共析温度同时,使共析体中的碳含量减少。锰强烈降低钢的Ar1和马氏体转变温度(其作用仅次于碳)和钢中相变的速度,提高钢的淬透性,增加残余奥氏体含量。使钢的调质组织均匀、细化,避免了渗碳层中碳化物的聚集成块,但增大了钢的过热敏感性和回火脆性倾向。锰是弱碳化物形成元素。

2对钢的力学性能的作用

锰强化铁素体或奥氏体的作用不及碳,磷、硅,在增加强度的同时,对延展性无影响。由于细化了珠光体,显著提高低碳和中碳珠光体钢的强度,使延展性有所降低。通过提高淬透性而提高了调质处理索氏体钢的力学性能。在严格控制热处理工艺、避免过热时的晶粒长大以及回火脆性的前提下,锰不会降低钢的韧性。

3对钢的物理、化学及工艺性能的作用

随锰含量的增加,钢的热导率急剧下降,线胀系数上升,使快速加热或冷却时形成较大内应力,工件开裂倾向增大。使钢的电导率急剧降低,电阻率相应增大,电阻温度系数下降。使矫顽力增大,饱和磁感、剩余磁感和磁导率均下降,因而锰对永磁合金有利,对软磁合金有害。锰含量很高时,钢的抗氧化性能下降。使钢中的硫形成较高熔点的MnS ,避免了晶界上的FeS 薄膜,消除钢的热脆性,改善热加工性能。高锰奥氏体钢的变形阻力较大,且钢锭中柱状结晶明显,锻轧时较易开裂。由于提高了淬透性和降低了马氏体转变温度,对焊接性能有不利影响。在适当范围内应降低碳含量。

4在钢中的应用

易切削钢中常有适量的锰和磷,MnS夹杂使切屑易于碎断。普通低合金钢中利用锰来强化铁素体和珠光体,提高钢的强度,锰含量一般为1%-2%。渗碳和调质合金结构钢的许多系列中含有不超过2%的锰。弹簧钢、轴承钢和工具钢中利用锰强烈提高淬透性的作用,可采用油淬和空冷的淬火工艺,减少开裂、扭曲和变形。耐磨钢、无磁钢、不锈钢、耐热钢,包括高碳高锰耐磨铸钢(C:1.0%-1.4%,Mn:10%-14%),中碳高锰无磁钢(C:0.3%-0.6% ,Mn:18%-19%),低碳高锰不锈钢(有Cr ,无Ni或少Ni),高锰耐热钢(以Mn代Ni 的耐热不起皮钢,或含有Al、Mo、V等)。

5、硫(S)

硫在钢铁中一般认为是有害元素,它主要以MnS和FeS形式存在,可以引起钢的热脆性降低钢的力学性能,特别是屈服极限强度、塑性和耐磨性。硫的存在对钢的耐蚀性及可焊性也有不得影响。一般要求普通钢中ω(S)≤0.050%,优质钢中ω(S)≤0.030%,高级优质钢中ω(S)≤0.020%,然而在某些钢中(如切削钢、磁钢),加入适量的硫[有的ω(S)高达0.35%,能改善钢的切削性、加工性和磁性等。 提高硫和锰的含量,可改善钢的被切削性能,在易切削钢中硫作为有益元素加入。硫在钢中偏析严重,恶化钢的质量。在高温下,降低钢的塑性,是一种有害元素,它以熔点较低的FeS的形式存在;单独存在的FeS的熔点只有1190℃ ,而在钢中与铁形成共晶体的共晶温度更低,只有988℃ ,当钢凝固时,硫化铁析集在原生晶界处。钢在1100-1200℃进行轧制时,晶界上的FeS就将熔化,大大地削弱了晶粒之间的结合力,导致钢的热脆现象。因此对硫应严加控制,一般控制在0.020%-0.050%。为了防止因硫导致的脆性,应加入足够的锰,使其形成熔点较高的MnS。若钢中含硫量偏高,焊接时由于SO2的产生,将在焊接金属内形成气孔和疏松。

1对钢的显做组织及热处理的作用

氮和碳一样可固溶于铁,形成间隙式的固溶体。氮扩大钢的奥氏体相区,是一种很强的形成和稳定奥氏体的元素,具效力约20倍于镍,在一定限度内可代替一部分镍用于钢中。渗入钢表面的氮与铬、铝、钒、钛等元素可化合成极稳定的氮化物,成为表而硬化和强化元素。氮使高铬和高铬镍钢的组织致密坚实。钢中残留氮量过高会导致宏观组织疏松或气孔。

2对钢的力学性能的作用

氮有固溶强化作用。含氮铁素体钢中,在快冷后的回火或在室温长时间停留时,由于析出超显微氮化物,可发生沉淀硬化过程• 氮也使低碳钢发生应变时效现象。在强度和硬度提高的同时,钢的韧性下降,缺口敏感性增加,氮导致钢的脆性的特件近似磷,其作用远大于磷、氮也是导致钢产生蓝脆的主要原因。提高高铬和高铬镍钢的强度,而塑性并不降低,冲击韧性还有显著提高。氮还能提高钢的蠕变和高温持久强度。

3对钢的物理、化学及工艺性能的作用

氮对不锈钢的抗蚀性能无显著影响。对钢的高温抗氧化性也无显著影响,氮含量过高(如>0.16%)可使抗氧化性恶化。含氮钢冷作变形硬化率较高,采用冷变形工艺时应予注意。氮可降低高铬铁素体钢的晶粒长大倾向,从而改善其焊接性能。

4在钢中的应用

氮作为合金元素,在钢的含量一般小于0.3% ,特殊情况下可高达0.6%。主要应用于渗氮调质结构钢、普通低合金钢、不锈耐酸钢及耐热不起皮钢。氮在钢中作为合金元素的应用还在扩大。

6、磷(P)

磷在钢中固溶强化和冷作硬化作用强,作为合金元素加入低合金结构钢中,能提高其强度和钢的耐大气腐蚀性能,但降低其冷冲压性能。磷与硫和锰联合使用,能增加钢的被切削性能,增加加工件的表面质量,用于易切钢,所以易切钢含磷也较高。磷溶于铁素体,虽然能提高钢的强度和硬度,最大的害处是偏析严重,增加回火脆性,显著降低钢的塑性和韧性,致使钢在冷加工时容易脆裂,也即所谓”冷脆”现象。磷对焊接性也有不良影响。磷是有害元素,应严加控制,一般含量不大于0.030%-0.040%。

7、碳(C)

钢中含碳量增加,屈服点和抗拉强度升高,但塑性和冲击性降低,当碳量0.23%超过时,钢的焊接性能变坏,因此用于焊接的低合金结构钢,含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力,在露天料场的高碳钢就易锈蚀;此外,碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。典型的例子是低碳钢、高碳钢、高碳钢力学性能变化。