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低碳鋼的時效通常有淬火時效和應變時效兩種,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)。
應變時效 經冷加工變形后的性能隨時間而變化的現象。碳和氮對應變時效的影響,與對淬火時效的影響相似,磷也促進應變時效。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。應變時效比淬火時效更為復雜。如鋼材經淬火后再進行冷加工,無論在室溫或稍高溫度下,均將加速其應變時效。
碳素鋼的時效常給工業生產帶來很大危害,例如沸騰鋼焊接后,由于時效使焊接接頭熱影響區出現細小裂紋,嚴重影響焊接結構的性。但由于近代冶金技術的發展,和在工業生產中的應用,尤其是氧氣轉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,由于設備、工藝和操作等原因造成鋼的欠缺。主要包括結疤、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)造成的結疤,疤下一般有肉眼可見的非金屬夾雜。軋鋼造成的結疤一般稱“軋疤”,疤下一般僅有氧化鐵皮。
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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。所以工程結構用鋼,常限制含碳量。 碳素鋼中的殘余元素和雜質元素如錳、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,其他雜質元素均在不同程度上提高鋼的強度。④幾乎所有的雜質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,如產生白點、點狀偏析、氫脆、表面鼓泡和焊縫熱影響區內的裂縫等。為保證鋼的質量,必須盡可能降低鋼中氫的含量(見應力腐蝕斷裂和氫脆)。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專用鋼,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爐和平爐冶煉,優質碳素鋼也采用電弧爐生產。根據煉鋼過程脫氧程度的不同,碳素鋼可分為鎮靜鋼、沸騰鋼和介于兩者之間的半鎮靜鋼。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。
碳素鋼的塑性加工工藝通常分熱加工和冷加工。經過熱加工,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,熱加工可破壞鑄態組織、細化晶粒。使鍛軋的鋼材比鑄態具有更好的力學性能。經冷加工的鋼,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,廣泛應用連續鑄鋼工藝。
用途應用編輯
制造工藝
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