1基本參數(shù)
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簡要介紹
含碳量小于1.35%(0.1%-1.2%),除鐵、碳和*以內(nèi)的硅、錳、磷、硫等雜質(zhì)外,不含其他合金元素的鋼。碳素鋼的性能主要取決于含碳量。含碳量增加,鋼的強度、硬度升高,塑性、韌性和可焊性降低。與其他鋼類相比,碳素鋼使用 早,成本低,性能范圍寬 ,用量 大。適用于公稱壓力PN≤32.0MPa,溫度為-30-425℃的水、蒸汽、空氣、氫、氨、氮及石油制品等介質(zhì)。常用牌號有WC1、WCB、ZG25及鋼20、25、30及低合金結(jié)構(gòu)鋼16Mn
依客思電氣“碳素鋼"材質(zhì)命名方法
1、碳素結(jié)構(gòu)鋼
主要用途:各類工程。通常熱軋后空冷供貨,用戶一般不需進行熱處理而直接使用。這類鋼按其屈服強度等級共分五個等級。
命名:標志符號Q+ 小σS值—等級符號+脫氧程度符號 如:Q23F
等級符號:A、B、C、D(D級達到了鋼水平)
2、碳素結(jié)構(gòu)鋼
主要用途:重要機件。可以通過熱處理調(diào)整零件的力學性能。出廠狀態(tài)可以是熱軋后空冷,也可以是退火、正火等狀態(tài)。按國家標準(GB/T699-1999的規(guī)定,分為鋼、鋼A和特級鋼E三個質(zhì)量等級。
命名:用兩位數(shù)字表示,兩位數(shù)字表示鋼中含碳量的萬分之幾。 如:45鋼 WC=0.45%
常用牌號:08F、15、45、60、60Mn等。
3、碳素工具鋼(WC=0.65%~1.35% 屬高碳鋼)
主要用途:制作各種小型工具。可進行淬火、低溫回火處理獲得高硬度高耐磨性。分為級和級兩大類。
命名:標志符號T+含碳量的1000倍。 如:T10 WC=1.0%
級在鋼號尾部加A,如T10A
4、一般工程用鑄造碳素鋼件(鑄鋼)
主要用途:難用鍛壓等方法成型的復(fù)雜零件且力學性能要求較高;
命名:標志符號ZG+ 低σS值— 低σb值 如:ZG340-640[1]
依客思電氣“碳素鋼"材質(zhì)表示方法
編號:Q+數(shù)字+質(zhì)量等級符號·脫氧方法符號
例如:Q23·F
其中Q表示屈服強度,235表示屈服強度的數(shù)值,A表示質(zhì)量等級為*,F(xiàn)表示沸騰鋼。
Q23·F―表示屈服強度為235N/mm2;,A等級質(zhì)量沸騰鋼。
化學影響
碳素鋼的性能主要取決于鋼的含碳量和顯微組織。在退火或熱軋狀態(tài)下,隨含碳量的增加,鋼的強度和硬度升高,而塑性和沖擊韌性下降(見圖)。焊接性和冷彎性變差。所以工程結(jié)構(gòu)用鋼,常限制含碳量。 碳素鋼中的殘余元素和雜質(zhì)元素如錳、硅、鎳、磷、硫、氧、氮等,對碳素鋼的性能也有影響。這些影響有時互相加強,有時互相抵銷。例如:①硫、氧、氮都能增加鋼的熱脆性,而適量的錳可減少或部分抵銷其熱脆性。②殘余元素除錳、鎳外都降低鋼的沖擊韌性,增加冷脆性。③除硫和氧降低強度外,其他雜質(zhì)元素均在不同程度上提高鋼的強度。④幾乎所有的雜質(zhì)元素都能降低鋼的塑性和焊接性。
氫在鋼中能造成很多嚴重缺陷,如產(chǎn)生白點、點狀偏析、氫脆、表面鼓泡和焊縫熱影響區(qū)內(nèi)的裂縫等。為保證鋼的質(zhì)量,必須盡可能降低鋼中氫的含量(見應(yīng)力腐蝕斷裂和氫脆)。脫氧帶入的殘余元素如鋁,可減小低碳鋼的時效傾向,還可以細化晶粒,提高鋼在低溫下的韌性,但余量不宜過多。由爐料中帶入的殘余元素如鎳、鉻、鉬、銅等,含量高時可提高鋼的淬透性,但對要求具有高塑性的鋼,如深沖用鋼板,則是不利的。
加工性能
碳素鋼大都采用氧氣轉(zhuǎn)爐和平爐冶煉,碳素鋼也采用電弧爐生產(chǎn)。根據(jù)煉鋼過程脫氧程度的不同,碳素鋼可分為鎮(zhèn)靜鋼、沸騰鋼和介于兩者之間的半鎮(zhèn)靜鋼。冶煉方法對鋼的性能影響,主要是通過鋼的純凈度而起作用的。人們通過真空處理、爐外精煉和噴吹技術(shù)等,都可獲得更高純凈度的鋼,從而顯著改善了碳素鋼的品質(zhì)。
碳素鋼的塑性加工工藝通常分熱加工和冷加工。經(jīng)過熱加工,鋼錠中的小氣泡、疏松等缺陷被焊合起來,使鋼的組織致密。同時,熱加工可破壞鑄態(tài)組織、細化晶粒。使鍛軋的鋼材比鑄態(tài)具有更好的力學性能。經(jīng)冷加工的鋼,隨著冷塑性變形程度增大,強度和硬度增加,塑性和韌性降低。為提高成材率,廣泛應(yīng)用連續(xù)鑄鋼工藝。
2結(jié)構(gòu)分類
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規(guī)格質(zhì)量
碳素鋼的品種主要有圓鋼、扁鋼、方鋼等。經(jīng)冷、熱加工后鋼材的表面不得有裂縫、結(jié)疤、夾雜、折疊和發(fā)紋等缺陷。尺寸和允許公差必須符合相應(yīng)品種國家標準的要求。
依客思電氣“碳素鋼"材質(zhì)具體分類
按化學成分分類
碳素鋼按化學成分(即以含碳量)可分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼。
(1) 低碳鋼
又稱軟鋼,含碳量從0.10%至0.25%低碳鋼易于接受各種加工如鍛造,焊接和切削,常用于制造鏈條,鉚釘,螺栓,軸等。
(2) 中碳鋼
碳量0.25%~0.60%的碳素鋼。有鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、沸騰鋼等多種產(chǎn)品。除碳外還可含有少量錳(0.70%~1.20%)。按產(chǎn)品質(zhì)量分為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼和碳素結(jié)構(gòu)鋼。熱加工及切削性能良好,焊接性能較差。強度、硬度比低碳鋼高,而塑性和韌性低于低碳鋼。可不經(jīng)熱處理,直接使用熱軋材、冷拉材,亦可經(jīng)熱處理后使用。淬火、回火后的中碳鋼具有良好的綜合力學性能。能夠達到的 高硬度約為 HRC55(HB538),σb為600~1100MPa。所以在中等強度水平的各種用途中,中碳鋼得到 廣泛的應(yīng)用,除作為建筑材料外,還大量用于制造各種機械零件。
(3)高碳鋼
常稱工具鋼,含碳量從0.60%至1.70%,可以淬硬和回火。錘,撬棍等由含碳量0.75%的鋼制造; 切削工具如鉆頭,絲攻,鉸刀等由含碳量0.90% 至1.00% 的鋼制造。
按鋼的品質(zhì)分類
按鋼的品質(zhì)可分為普通碳素鋼和碳素鋼。
(1)普通碳素結(jié)構(gòu)鋼又稱普通碳素鋼,對含碳量、性能范圍以及磷、硫和其他殘余元素含量的限制較寬。在中國和某些國家根據(jù)交貨的保證條件又分為三類:甲類鋼(A類鋼)是保證力學性能的鋼。乙類鋼(B類鋼)是保證化學成分的鋼。特類鋼(C類鋼)是既保證力學性能又保證化學成分的鋼,常用于制造較重要的結(jié)構(gòu)件。中國目前生產(chǎn)和使用 多的是含碳量在0.20%左右的A3鋼(甲類3號鋼),主要用于工程結(jié)構(gòu)。
有的碳素結(jié)構(gòu)鋼還添加微量的鋁或鈮(或其他碳化物形成元素)形成氮化物或碳化物微粒,以限制晶粒長大,使鋼強化,節(jié)約鋼材。在中國和某些國家,為適應(yīng)專業(yè)用鋼的特殊要求,對普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的化學成分和性能進行調(diào)整,從而發(fā)展了一系列普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的專業(yè)用鋼(如橋梁、建筑、鋼筋、壓力容器用鋼等)。
(2)碳素結(jié)構(gòu)鋼和普通碳素結(jié)構(gòu)鋼相比,硫、磷及其他非金屬夾雜物的含量較低。根據(jù)含碳量和用途的不同,這類鋼大致又分為三類:①小于0.25%C為低碳鋼,其中尤以含碳低于0.10%的08F,08Al等,由于具有很好的深沖性和焊接性而被廣泛地用作深沖件如汽車、制罐……等。20G則是制造普通鍋爐的主要材料。此外,低碳鋼也廣泛地作為滲碳鋼,用于機械制造業(yè)。②0.25~0.60%C為中碳鋼,多在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用,制作機械制造工業(yè)的零件。③大于0.6%C為高碳鋼,多用于制造彈簧、齒輪、軋輥等。根據(jù)含錳量的不同,又可分為普通含錳量(0.25~0.8%)和較高含錳量(0.7~1.0%和0.9~1.2%)兩鋼組。錳能改善鋼的淬透性,強化鐵素體,提高鋼的屈服強度、抗拉強度和耐磨性。通常在含錳高的鋼的牌號后附加標記“Mn",如15Mn、20Mn以區(qū)別于正常含錳量的碳素鋼。
按用途分類
按用途則又可分為碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼。
碳素工具鋼 含碳量在0.65~1.35%之間,經(jīng)熱處理后可得到高硬度和高耐磨性,主要用于制造各種工具、刃具、模具和量具(見工具鋼)。
碳素結(jié)構(gòu)鋼按照鋼材屈服強度分為5個牌號:
Q195、Q215、Q235、Q255、Q275
每個牌號由于質(zhì)量不同分為A、B、C、D等級, 多的有四種
,有的只有一;另外還有鋼材冶煉的脫氧方法區(qū)別。
脫氧方法符號:
F——沸騰鋼
b——半鎮(zhèn)靜鋼
Z——鎮(zhèn)靜鋼
TZ——特殊鎮(zhèn)靜鋼
3用途應(yīng)用
制造工藝
碳素鋼的冶煉通常在轉(zhuǎn)爐、平爐中進行。轉(zhuǎn)爐一般冶煉普通碳素鋼,而 平爐可以冶煉各種鋼。氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)發(fā)展很快,有趨勢可代替平爐煉鋼。將煉好的鋼液注入鋼錠模,就得到各種鋼錠。鋼錠經(jīng)過鍛壓或軋制后便加工成鋼板、鋼帶、鋼條和各種斷面形狀的型鋼。碳鋼一般在熱軋狀態(tài)下直接使用。當用于制造工具和各種機器零件時,則需要根據(jù)使用要求進行熱處理;至于鑄鋼件,絕大多數(shù)都要進行熱處理。
產(chǎn)地運輸
主要生產(chǎn)及輸往國家、地區(qū)
中國的鞍鋼、寶鋼、上海鋼廠、太原鋼廠、重慶鋼廠、天津鋼廠、保定普瑞商貿(mào)(鋼材)有限公司等是出口碳素鋼的主要產(chǎn)地。一般碳素鋼多加工成型材,如角鋼、扁鋼、工字鋼等輸往日本、香港、東南亞、中東等國家和地區(qū)。
主要進口生產(chǎn)國家
中國主要從日本、俄羅斯、德國、東歐等國家進口。與其他鋼類相比,碳素鋼進口數(shù)量 多。進口到貨后缺重問題較為突出。收用貨部門要加強到貨后重量的驗收。
碳素鋼的應(yīng)用
含碳量在0.1%-1.2%的碳素鋼、碳素工具鋼、彈簧鋼及其各種下腳料,都可以用作冶金鋼時配碳和增碳用鋼料。選用碳素鋼返回料時應(yīng)注意以下幾點。
1.鋼錠冒口、熱軋鍛切頭料等,其中磷、硫含量較高。冶煉低磷、硫合金鋼時應(yīng)控制用量。
2.車屑、廢絲帶材、廢次鋼材等成分不準確,選用時應(yīng)慎重, 好重熔(洗爐)后使用。
3.使用碳素鋼廢舊鋼材時應(yīng)進行火花鑒定,分類使用。
用途
Q195 用于制造承載較小的零件、鐵絲、鐵圈、墊鐵、開口銷、拉桿、沖壓件以及焊接件等。
Q215 A 用于制造拉桿、套圈、墊圈、滲圈、滲碳零件以及焊接件等。
Q235 A A、B級用于制造金屬結(jié)構(gòu)件、心部強度要求不高的滲碳件或碳氮共滲件、拉桿、連桿、吊鉤、車鉤、螺栓、螺母、套筒、軸以及接件;C、D級用于制造重要的焊接結(jié)構(gòu)件。
Q255 A 用于制造轉(zhuǎn)軸、心軸、吊鉤、拉桿、搖桿、楔等強度要求不高的零件。此負焊接性尚可。
Q275 用于制造軸類、鏈輪、齒輪、吊鉤等強度要求高的零件。
4注意問題
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雜質(zhì)影響
Mn的影響
鋼中常在雜質(zhì)有:Si、Mn、S、P和氧、氫、氮等氣體。
Mn是煉鋼時用錳鐵給鋼液脫氧后而殘余在鋼中的元素。
錳有較強的脫氧能力,錳大部分溶于F,使鋼強化,錳對鋼有益。
錳能降低S對鋼的危害。
一般碳素鋼中把錳控制在0.25%~0.8%范圍內(nèi)。
Si的影響
Si主要來自原料生鐵和硅鐵脫氧劑。
Si比錳脫氧能力強,硅溶于F,提高鋼的強度和硬度,但會使塑性和韌性降低。
硅促進Fe3C分解成石墨,若鋼中出現(xiàn)石墨會使鋼的韌性嚴重下降,產(chǎn)生所謂的“黑脆"。
硅在碳素鋼中一般控制在0.17~0.37%范圍內(nèi)
S的影響
S可使鋼的“熱脆"性增加。(S不溶于α-Fe,而以化合物FeS的形式存在,其熔點為1190℃,而FeS又能于Fe形成共晶體分布于晶界上,其熔點僅為985℃。)
S對鋼的焊接性能也有不良影響,容易導(dǎo)致焊縫熱裂。所以,S在鋼中是有害雜質(zhì),其含量一般要求不大于0.05%。但是,S能改善鋼材的切削性能。
P的影響
P會引起鋼的“冷脆"。(P在鋼中全部溶于α-Fe中,使鋼的強度和硬度增高,同時,塑性和韌性顯著降低。當鋼中含P量達0.3%時,鋼*變脆,這種脆性現(xiàn)象在低溫時更為嚴重。)
P還降低鋼的焊接性能。所以,P在鋼中是有害雜質(zhì),其含量一般要求不大于0.045%。但是,P能改善鋼材的切削性能和耐腐蝕性能。
氣體的影響
氧會降低鋼的力學性能,尤其是疲勞強度。對鋼無益,越少越好。
N會以氮化物的形式析出,增加鋼的強度和硬度,但會降低鋼的塑性和韌性,使鋼變脆。
H會使鋼的脆性顯著增加,稱為“氫脆"。
H會使鋼中產(chǎn)生裂紋,稱為“白點"。[1]
時效處理
低碳鋼的時效通常有淬火時效和應(yīng)變時效兩種,都是由間隙元素作用引起的,主要是由于碳、氮、氧的重新分布所造成。
淬火時效 即鋼由高溫快速冷卻后性能隨時間而變化的現(xiàn)象。鋼中含碳量、脫氧程度和含氮量對淬火時效都有很大影響。低碳鋼、脫氧不充分的沸騰鋼和含氮量較高的鋼發(fā)生淬火時效 顯著。含碳約0.3%的中碳鋼,由淬火時效所引起的性能變化已大為減弱。含碳約0.6%的高碳鋼,實際上不起時效硬化作用(見金屬熱處理)。
應(yīng)變時效 經(jīng)冷加工變形后的性能隨時間而變化的現(xiàn)象。碳和氮對應(yīng)變時效的影響,與對淬火時效的影響相似,磷也促進應(yīng)變時效。低碳鋼因冷變形而消失的屈服點,隨時間的延長而逐漸恢復(fù)。應(yīng)變時效比淬火時效更為復(fù)雜。如鋼材經(jīng)淬火后再進行冷加工,無論在室溫或稍高溫度下,均將加速其應(yīng)變時效。
碳素鋼的時效常給工業(yè)生產(chǎn)帶來很大危害,例如沸騰鋼焊接后,由于時效使焊接接頭熱影響區(qū)出現(xiàn)細小裂紋,嚴重影響焊接結(jié)構(gòu)的安全性。但由于近代冶金技術(shù)的發(fā)展,和在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用,尤其是氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼能獲得更低的氮、氧含量,因此時效問題有所減輕。
缺陷
碳素鋼在冶煉和軋制(鍛造)加工過程中,由于設(shè)備、工藝和操作等原因造成鋼的欠缺。主要包括結(jié)疤、裂紋、縮孔殘余、分層、白點、偏析、非金屬夾雜、疏松和帶狀組織等。
結(jié)疤
鋼材表面未與基體焊合的金屬或非金屬疤塊。有的部分與基體相連,呈舌狀;有的與基體不連接,呈鱗片狀。后者有時在加工時脫落,形成凹坑。煉鋼(澆鑄)造成的結(jié)疤,疤下一般有肉眼可見的非金屬夾雜。軋鋼造成的結(jié)疤一般稱“軋疤",疤下一般僅有氧化鐵皮。
煉鋼(澆鑄)造成結(jié)疤的主要原因有:
(1)上鑄錠未采取防濺措施或下鑄錠開鑄過猛造成飛濺結(jié)疤。
(2)下鑄錠保護渣性能不佳或模子不清潔、不干燥,造成鋼錠(連鑄坯)表面或皮下夾雜、氣泡和重皮。
(3)模壁嚴重缺陷或鑄溫過高造成凸疤和粘模,經(jīng)軋制或鍛壓加工演變?yōu)榻Y(jié)疤。
軋鋼方面造成結(jié)疤的原因有:
(1)成品前某道(架)軋輥或?qū)l(wèi)裝置缺陷或操作不當造成軋件凸包、耳子、劃疤,經(jīng)再軋形成結(jié)疤。
(2)鋼坯火焰清理清痕過陡或殘渣未除凈,外物落在鋼坯上被軋成結(jié)疤。
結(jié)疤缺陷直接影響鋼材外觀質(zhì)量和力學性能。在成品鋼材上不允許結(jié)疤存在。對結(jié)疤部位可進行磨修,磨修后鋼材尺寸應(yīng)符合標準規(guī)定。為了減少和消除結(jié)疤,一是煉鋼、軋鋼要改進有關(guān)工藝和操作,二是對鋼坯表面缺陷部位進行重點清理或全面扒皮清理。
裂紋
按裂紋形狀和形成原因有多種名稱,如拉裂、橫裂、裂縫、裂紋、發(fā)紋、炸裂(響裂)、脆裂(矯裂)、軋裂和剪裂等。從煉鋼、軋鋼到鋼材深加工幾乎每道工序都有造成裂紋的因素。
(1)煉鋼方面
鋼中硫、磷含量高,鋼的強度、塑性低;鑄錠澆鑄(模鑄、連鑄)溫度過高,澆鑄速度過快,鑄流不正;鋼錠模、結(jié)晶器設(shè)計不合理;冷卻強度不足或冷卻不均,造成激冷層薄或局部應(yīng)力過大;鋼錠模有嚴重缺陷或保溫帽安裝不良造成鋼錠凝固過程懸掛;保護渣性能不佳,模子潮和各種澆鑄操作不良都能造成鋼錠表面質(zhì)量不佳,在鋼材上形成裂紋。
(2)軋鋼(鍛造)方面
鋼錠、鋼坯加熱溫度不均或過燒造成裂紋;高碳鋼加熱或冷卻過快,火焰清理或火焰切割鋼材溫度過低造成炸裂;鋼材矯直應(yīng)力過大,矯直次數(shù)過多而又未進行適當熱處理時易產(chǎn)生矯裂;冷拔管、線鋼料熱處理不良或過酸洗造成裂紋;鋼件在藍脆區(qū)剪切易剪裂;焊接工藝不當造成焊縫或熱影響區(qū)裂紋。
裂紋直接影響鋼材的力學性能和耐腐蝕性能,成品鋼材不允許裂紋存在。對于裂紋可以進行磨修,磨修后鋼材尺寸應(yīng)符合標準規(guī)定。為了防止或減少鋼材裂紋,一是要改進煉鋼、軋鋼和鋼材深加工及有關(guān)工序工藝操作;二是對鋼坯缺陷部位要進行重點清理,對重要用途鋼坯可以進行扒皮處理。
縮孔殘余
鋼水凝固過程中,由于體積收縮,在鋼錠或連鑄坯心部未能得到充分填充而形成的管狀或分散孔洞。在熱加工前,因為切頭量過小或縮孔較深,造成切除不盡,其殘留部分稱為縮孔殘余。
縮孔殘余分布在鋼錠上部中心處,并與鋼錠頂部貫通的叫一次縮孔。由于設(shè)計的鋼錠模細長或上小下大,在澆鑄凝固過程中,鋼錠截口以下錠中心仍有未凝固的鋼水,凝固后期不能充分填充,形成的孔洞叫二次縮孔。一次縮孔和二次縮孔有本質(zhì)差別,前者只出現(xiàn)在鋼錠頭部,后者在鋼錠上、中、下部位都有可能出現(xiàn)。一次縮孔酸洗試片中心區(qū)域呈不規(guī)則的折皺裂縫或空洞。在其上或附近常伴有嚴重的夾渣、成分偏析和疏松。二次縮孔孔洞中或附近沒有夾渣,但有偏析生成碳物。一次縮孔殘余和空氣貫通的二次縮孔在軋制(鍛造)過程中不能焊合,與空氣隔絕的二次縮孔和連鑄坯縮孔在軋制時一般能夠焊合,不影響鋼材使用性能。
縮孔殘余嚴重地破壞鋼材的連續(xù)性,是鋼材不允許存在的缺陷,軋制(鍛造)時必然在鋼坯上產(chǎn)生裂紋。為了防止縮孔的產(chǎn)生,要求正確設(shè)計鋼錠模和保溫帽尺寸,并采用性能優(yōu)良的保護渣、保溫劑(發(fā)熱劑)和絕熱板,把縮孔控制在鋼錠頭部,以保證在開坯時切掉。控制澆鑄速度不要太快,溫度不要過高可以防止縮孔產(chǎn)生。
分層
鋼材基體上出現(xiàn)的互不結(jié)合的兩層結(jié)構(gòu)。分層一般都平行于壓力加工表面,在縱、橫向斷面低倍試片上均有黑線。分層嚴重時有裂縫發(fā)生,在裂縫中往往有氧化鐵、非金屬夾雜和嚴重的偏析物質(zhì)。
鎮(zhèn)靜鋼鋼錠的縮孔和沸騰鋼錠的氣囊及尾孔經(jīng)軋制(鍛造)不能焊合產(chǎn)生分層。鋼中大型夾雜和嚴重成分偏析也能產(chǎn)生分層。分層是鋼材中不允許存在的缺陷,嚴重影響鋼材的使用。
防止分層缺陷的措施有:
(1)煉鋼方面,要凈化鋼質(zhì),減少偏析、縮孔、氣囊和大型非金屬夾雜,防止連鑄坯產(chǎn)生中間裂紋。
(2)軋鋼方面,在鋼錠加熱時要嚴防內(nèi)裂,初軋坯要切凈縮孔和尾孔。
白點
在鋼材縱、橫斷面酸浸試片上,出現(xiàn)的不同長度無規(guī)則的發(fā)紋。它在橫向低倍試片上呈放射狀、同心圓或不規(guī)則分布,多距鋼件中心或與表面有一定距離。型鋼在橫向或縱向斷口上,呈圓形或橢圓形白亮點。直徑一般為3~10mm。
板鋼在縱向、橫向斷口上白點特征不明顯,而在z向斷口上呈現(xiàn)長條狀或橢圓狀白色斑點。采用斷口檢查白點時, 好把試樣先進行淬火和調(diào)質(zhì)處理。
鋼坯上出現(xiàn)白點,經(jīng)壓力加工后可變形或延伸,壓下率較大時也能焊合。
白點缺陷對鋼材力學性能(韌性和塑性)影響很大,當白點平面垂直方向受應(yīng)力作用時,會導(dǎo)致鋼件突然斷裂。因此,鋼材不允許白點存在。
白點產(chǎn)生的原因,一般認為是鋼中氫含量偏高和組織應(yīng)力共同作用的結(jié)果。奧氏體中溶解的氫,在冷卻相變過程中,其溶解度顯著降低,所析出的氫原子聚集在鋼材微孔中或晶間偏析區(qū)或夾雜物周圍,結(jié)合成氫分子,產(chǎn)生巨大局部壓力,當這種壓力與相變組織應(yīng)力相結(jié)合超過鋼的強度時,則產(chǎn)生裂紋,形成白點。
白點多在高碳鋼,馬氏體鋼和貝氏體鋼中出現(xiàn)。奧氏體鋼和低碳鐵素體鋼一般不出現(xiàn)白點。
消除白點的措施主要是改進冶煉操作,采用真空處理,降低鋼水氫含量和采用鋼坯(鋼材)緩冷工藝。
偏析
鋼材成分的嚴重不均勻。這種現(xiàn)象不僅包括常見的元素(如碳、錳、硅、硫、磷)分布的不均勻性,還包括氣體和非金屬夾雜分布的不均勻性。
偏析產(chǎn)生的原因是鋼水在凝固過程中,由于選分結(jié)晶造成的。首先結(jié)晶出來的晶核純度較高,雜質(zhì)在后結(jié)晶的鋼水中。因此,結(jié)晶前沿的鋼水為碳、硫、磷等雜質(zhì)富集。隨著溫度降低,雜質(zhì)凝固在樹枝晶間,或形成不同程度的偏析帶。此外,隨著溫度降低,氣體在鋼水中溶解度下降,在結(jié)晶前沿析出并形成氣泡上浮,富集雜質(zhì)的鋼水沿上山軌跡形成條狀偏析帶。由于偏析在鋼錠上出現(xiàn)部位不同和在低倍試片上表現(xiàn)出形式各異,偏析可分為方形偏析、“V"、“^"形偏析、點狀偏析、中心偏析和晶間偏析等。
另外,脫氧合金化工藝操作不當,可以造成嚴重的成分不均。保護渣卷入到鋼水中造成局部增碳。這些因素使鋼材產(chǎn)生偏析的程度往往超過由于選分結(jié)晶造成的偏析。
偏析影響鋼材的力學性能和耐蝕性能。嚴重偏析可能造成鋼材脆斷,冷加工時還會損壞機械,故超過允許級別的偏析是不允許存在的。
偏析程度往往與錠型、鋼種、冶煉操作和澆鑄條件有關(guān)。合金元素、雜質(zhì)和氣體的偏析,隨澆鑄溫度升高和澆鑄速度加快,偏析程度愈嚴重。連鑄鋼采用電磁攪拌可以減輕偏析程度。另外,增加鋼水潔凈度是減輕偏析的重要措施。
非金屬夾雜
鋼中含有與基體金屬成分不同的非金屬物質(zhì)。它破壞了金屬基體的連續(xù)性和各向同性性能。
按非金屬夾雜的來源可分為內(nèi)生夾雜、外來夾雜及兩者混合物。
(1)內(nèi)生夾雜是由脫氧和結(jié)晶時進行的各種物理化學反應(yīng)形成的,主要是鋼中氧、硫、氮同其他成分間的反應(yīng)產(chǎn)物,如Al2O3等。內(nèi)生夾雜的特點是顆粒小,在鋼內(nèi)分布均勻,它與脫氧方法和化學成分有密切關(guān)系。
(2) 外來夾雜是指鋼中混入耐火材料、爐渣、鋼包渣和模內(nèi)保護渣等外來物質(zhì)。外來夾雜的特點是尺寸大,成分結(jié)構(gòu)復(fù)雜,分布不規(guī)則,具有很大的偶然性。空氣對鋼水的二次氧化會形成外來夾雜。在煉鋼過程中,外來夾雜與內(nèi)生夾雜往往會形成兩者的混合物,具有兩者的共同特點,使檢驗者難以分辨其來源。非金屬夾雜按顆粒大小可分為亞顯微、顯微和大顆粒夾雜三種,其顆粒尺寸分別為<1μm、1~100μm和>100μm。大顆粒夾雜往往出現(xiàn)在鋼錠沉淀晶區(qū)和皮下位置。連鑄鋼上弧區(qū)有時也發(fā)現(xiàn)大顆粒夾雜。
按非金屬夾雜本身性質(zhì),可以分為塑性夾雜和脆性夾雜兩種。
(1)塑性夾雜在熱加工過程中,隨金屬一起發(fā)生變形,如MnS;而脆性夾雜,隨熱加工金屬的變彤發(fā)生破碎,如Al2O3。當非金屬夾雜熔點特別高時,在鋼中一生成就以固態(tài)形式存在,這類非金屬夾雜物在熱加工時既不變形,也不破碎,保持其原來形狀,如TiN。對于熔點很低的夾雜,從 后結(jié)晶母液中排除,此時多沿初生奧氏體晶界呈網(wǎng)狀薄膜析出,如FeS。
鋼中非金屬夾雜對鋼材的強度、伸長率、韌性和疲勞強度有不同程度的影響。按使用要求,根據(jù)中國國家非金屬夾雜標準評定鋼材夾雜級別。鋼材中不允許存在嚴重危害鋼材性能的大顆粒夾雜。
保證出鋼和澆鑄系統(tǒng)清潔,采用吹氬、渣洗、噴粉、真空處理等爐外精煉措施及保護澆鑄措施,可以減少鋼中非金屬夾雜。
疏松
鋼材截面熱酸蝕試片上組織不致密的現(xiàn)象。在鋼材橫斷面熱酸蝕試片上,存在許多孔隙和小黑點子,呈現(xiàn)組織不致密現(xiàn)象,當這些孔隙和小黑點子分布在整個試片上時叫一股疏松,集中分布在中心的叫做中心疏松。在縱向熱酸蝕試片上,疏松表現(xiàn)為不同長度的條紋,但仔細觀察或用8~10倍放大鏡觀察,條紋沒有深度。用掃描電子顯微鏡觀察孔隙或條紋,可以發(fā)現(xiàn)樹枝晶末梢有金屬結(jié)晶的自由表面特征。
疏松的成因與鋼水冷凝收縮和選分結(jié)晶有關(guān)。鋼水在結(jié)晶時,先結(jié)晶的樹枝晶晶軸比較純凈,而枝晶問富集偏析元素、氣體、非金屬夾雜和少量未凝固的鋼水, 后凝固時,不能夠全部充滿枝晶間,因而形成一些細小微孔。
鋼材在熱加工過程中,疏松可大大改善,但當鋼錠疏松嚴重時,壓縮比不足或孔型設(shè)計不當時,熱加工后疏松還會存在。嚴重的疏松視為鋼材缺陷,當疏松嚴重時,鋼材的力學性能會受到一定影響。但根據(jù)鋼材使用要求,可以按標準圖片評定鋼材疏松級別。
采用提高鋼水純凈度、加快冷卻速度、連鑄用電磁攪拌和減少枝晶等措施,可以減少疏松。
帶狀組織
熱加工后的低碳結(jié)構(gòu)鋼,其顯微組織鐵素體和珠光體沿軋向平行排列,呈帶狀分布,形成鋼材帶狀組織。
帶狀組織形成的機制一般有3種:
(1)通常,在低碳鋼中,當樹枝晶間富集磷、硫等雜質(zhì),鋼材經(jīng)熱加工后,非金屬夾雜被拉長。如硫化物,而奧氏體在冷卻過程中先共析鐵素體沿硫化物夾雜形核和長大,形成鐵素體條帶。同時,鐵素體形成時向鐵素體條帶兩側(cè)排碳,也形成了珠光體條帶。
(2)當?shù)吞间撝泻i較高時,先凝固的樹枝晶晶干成分較純,形成鐵素體條帶。而枝晶間含錳、碳、硫、磷等雜質(zhì),而且鐵素體條帶也向枝晶間排碳,形成珠光體條帶。
(3)當熱加工終軋溫度較低時,在雙相區(qū)軋制也能形成帶狀組織。
帶狀組織實質(zhì)上是鋼材組織不均勻的一種表現(xiàn),影響鋼材性能,產(chǎn)生備向異性。帶狀組織降低鋼材塑性、沖擊韌性和斷面收縮率,特別是對橫向力學性能影響較大。
根據(jù)鋼材的使用要求,可以按中國國家?guī)罱M織評級標準圖片來評定鋼材帶狀組織的級別。
降低鋼中夾雜和樹枝晶成分偏析是減輕鋼中帶狀組織的主要措施。
注意事項
碳素鋼淬火時通常采用水冷,但對小尺寸的中碳鋼,尤其是直徑為8―12mm的45號鋼淬火時容易產(chǎn)生裂紋,這是一個較為復(fù)雜的問題。采取的措施是淬火時試樣在水中快速攪動,或者采用油冷,可避免出現(xiàn)裂紋。包裝,裸裝,國產(chǎn)鋼按鋼號在端部進行涂色,詳見GB/T699-88標準規(guī)定。