不鏽鋼和鐵的主要區别是碳的含量,但是不鏽鋼中主要還是鐵不是,除此之外,由于礦石及冶煉過程中也會帶入一些其他元素,像錳(Mn)、矽(Si)、硫(S)、磷(P)、氧(O)、氮(N)和氫(H)等元素,這些元素也被稱為雜質元素。它們對不鏽鋼的性能也有一定的影響,而為了保證不鏽鋼材的質量,在國家标準中對各類不鏽鋼鋼的化學成分都作了嚴格的規定。
1)硫:硫來源于煉鋼的礦石與燃料焦炭,是鋼中的一種有害元素,在不鏽鋼中以FeS化合物形式存在。鋼材的熱加工溫度一般在1150-1200℃以上,在熱加工時,由于 FeS化合物的過早熔化而導緻工件開裂,這種現象稱為“熱脆”。含硫量愈高,熱脆現象愈嚴重,所以必須控制不鏽鋼中的含硫量。
高級優質鋼:S<0.02~0.03%;優質鋼:S<0.03~0.045%;普通鋼:S<0.055~0.7%以下。
2)磷:磷也是來源于礦石,一般來說磷也是有害元素。磷在使鋼材的強度、硬度增高的同時,會引起不鏽鋼可塑性、沖擊韌性等顯著降低。特别是在低溫時,它會使鋼材顯著變脆,這種現象稱"冷脆"。冷脆會使鋼材的冷加工及焊接性變壞,含磷愈高,冷脆性愈大,所以鋼中對磷的含量控制也較嚴。
高級優質鋼: P<0.025%;優質鋼: 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。錳在一定程度上消除了硫的有害作用,也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,降低鋼的脆性,提高鋼的強度和硬度。因此,錳在鋼中也被認為是一種有益元素。一般情況下,含錳量在0.5%~0.8%以下時,把錳看成是常存雜質。在技術條件中規定,優質碳素結構鋼中,正常含錳量是0.5%~0.8%;而較高含錳量的結構鋼中,含量可達0.7~1.2%。
4)矽:矽和錳相似好,在不鏽鋼中也是作為脫氧劑。矽與鋼水中的FeO能結成密度較小的矽酸鹽爐渣而被除去,因此矽是一種有益的元素。另矽在鋼中溶于鐵素體内使鋼的強度、硬度增加,塑性、韌性降低。鎮靜鋼中的含矽量通常在0.1-0.37%,沸騰鋼中隻含有0.03-0.07%。由于鋼中矽含量一般不超過0.5%,對不鏽鋼鋼性能影響不大。
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、矽、鐵和鋁進行脫氧,但不可能完全除盡。氧在鋼中形成各種雜質從而使鋼的強度、塑性降低。
6)氮:鐵素體溶解氮的能力強,在不鏽鋼鋼中溶有過飽和的氮,放置較長一段時間後或在200~300℃加熱就有氮化物析出,使鋼的硬度、強度提高,塑性下降。
7)氫:鋼中溶有氫會引起鋼的氫脆、白點等缺陷。鍛件中有白點,使用時會發生突然斷裂,造成不測事故。因此,化工容器用鋼,不允許有白點存在。氫産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态的氫變成分子狀态的氫。氫分子在不能擴散的條件下在局部地區産生很大壓力,這壓力超過了鋼的強度極限而在該處形成裂紋,即白點。
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喜有沃不鏽鋼
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