钢的组织对钢性能的影响

求主要取决于它的组织结构。大量的生产实践表明，钢的组织对钢性能的影响起着决定性的

作用，而钢的组织又主要取决于它的化学成分和加工的生产工艺过程以及相应的热处理状

态。此外，还与钢中气体和非金属夹杂物的含量及其他的冶金缺陷有关。

一、合金元素对钢力学性能的影响

由于合金钢的种类很多，且不同钢种的化学成分具有不同的规格范围，而某一元素与其

他元素共同配合又组成一定的相，才使钢具有一定的力学性能。因此，孤立地分析某一元素

对钢力学性能有多大影响不仅是困难的，而且也是片面的。更何况，同一钢种因成分有微小

的变化，性能也表现出较大的差异。化学成分的力学性能的影响如下：

（1）碳。碳是决定钢力学性能的主要因素。一般说来，随着碳含量的增加，钢的硬度

升高，塑性及韧性降低。当碳含量小于0.80％时，钢的强度随碳含量的增加而增加；当碳

含量大于0.80％时，随着钢中碳含量的增加强度反而降低。

（2）硅。硅能固溶于铁素体和奥氏体中，能提高钢的硬度和强度。在普通碳钢中硅含

量不超过0.40％，这时对力学性能影响不大。当硅含量继续增加时，钢的强度指标，特别

是屈服点有明显提高，但塑性及韧性降低。硅能显著提高钢的弹性极限、屈服强度和屈服比

（s σ／b σ）以及疲劳强度和疲劳比（1-σ/b σ）等。此外，硅还能提高钢的脆性转变温度，

因而在低温用钢中应控制它的含量。

（3）锰。在一般碳钢中，锰含量在0.70％以下，对钢的性能影响不大，锰含量增加到

1％～2％时，可使强度提高、塑性降低。锰钢加热时易使晶粒粗化。ZGMn13钢经水韧处理

后可得到单一的奥氏体组织，具有高韧性及耐磨性，在耐热钢中锰还可提高钢的高温强度，

作用与镍相似。锰对钢的高温瞬时强度虽有所提高，但对持久强度和蠕变强度没有什么显著

的作用。

（4）钨。单一含钨的结构钢的性能与碳钢相比无多大改善，当钨与其他元素合用时，

可细化晶粒，降低回火脆性，从而提高钢的强度。铝能提高钢的红硬性及热强性，能形成特

殊碳化物，提高钢的耐磨性。高合金钨钢（如高速钢）由于含有大量共晶碳化物，塑性低。

钨能增大铁的自扩散活化能，显著提高钢的再结晶温度，因此也能提高钢在高温时对蠕变的

抗力。

（5）钼。钼对铁素体有固溶强化的作用，同时也提高碳化物的稳定性，因此对钢的强

度产生有利的影响。在冷冲模具钢中加入铝能改善韧性。在热锻模具钢中加入钢能使锻模保

持比较稳定的硬度。在调质钢中加入0.2O ％～O.30％的钼，不仅可以提高钢的淬透性，从

而提高钢的强度和延展性，而且可以减轻或消除因其他合金元素导致的回火脆性而大大有利

于提高钢的冲击韧性。铝是提高钢热强性最有效的合金元素之一，还能强烈地提高钢中铁素

体对蠕变的抗力。

（6）钒。钒对钢力学性能的影响主要取决于它在钢中存在的形态。对于退火的低碳钢，

如含量低固溶于铁素体时，将略增加钢的强度，并稍降低塑性和韧性；如以聚集的碳化物存

在时，因固定了一部分碳，反而降低钢的强度。对于中碳钢，无论在退火、正火或调质状态，

钒除提高钢的强度外，还改善钢的塑性和韧性。在弹簧钢中，与铬或锰配合使用，增加钢的

弹性极限，并改善冶金质量。少量的钒使钢晶粒细化，韧性增加，这对低温用钢是很重要的

一项特性。但钒含量不宜过高。因为V 4C 3在晶内的弥散析出将导致钢韧性的降低。与此相

反，在高温时，钒虽细化晶粒，不利于钢的蠕变性能，但由于V 4C 3经适当的热处理后可以

高度弥散地析出，均匀分布在晶粒内部的结晶面上，又不易聚集成较大的颗粒，将增加钢的

高温持久强度和对蠕变的抗力，降低高温蠕变速度。钒的碳化物几乎可以说是金属碳化物中

最硬和最耐磨的，因此在工具钢中加入钒，使生成的V

4C

3

弥散分布，将增加工具钢的硬度

和耐磨性，从而延长工具的使用寿命。

（7）钛。钛是强化铁素体的元素，它对钢力学性能的影响取决于它在钢中存在的状态，因而也取决于钢的化学成分，特别是Ti、C含量的比率以及钢的热处理制度等。当钢中含有微量的钛（0.03％～0.1％）并在避免碳化钛可以较多地溶于奥氏体的温度（＜900℃）正火时，与不含钛的钢相比较，强度，特别是屈服点和屈服比，将有所提高，同时还不影响塑性和韧性。但当钢中钛及碳含量的比值超过4时，强度及韧性均将急剧下降。如在较高温度（如超过1100℃）加热，因大部分碳化物溶于奥氏体中，在正火或淬火后，钢的强度将大幅度地提高，而塑性和韧性却将显著降低。必须指出，由于细化晶粒的作用，钛虽可在一定程度上提高钢的强度，但对钢的韧性，特别是低温冲击韧性，不一定有所改善。钛加入钢中能改善热强性。在碳素钢和低合金铬钢钢中加入钛，能提高它们的持久强度和蠕变强度。

（8）铬。铬在一定含量内能提高钢的强度和硬度，并降低断面收缩率和延伸率。但当铬含量超过15％时，由于残余奥氏体或 相的增加而使强度和硬度下降，断面收缩率和延伸率相应地有所提高。铬能提高钢的耐磨性，但它也能显著提高钢的脆性转变温度。一般说来是随钢中铬含量的增加，脆性转变温度也跟着提高，而低温冲击韧性明显下降。

（9）镍。镍对钢力学性能的影响是通过它对钢的相变和显微组织的影响而产生的。一般在低碳范围内，当镍含量低于6％以下时，钢的显微组织为铁素体加珠光体。镍强化铁素体并细化珠光体，总的效果是提高钢的强度，且对钢的塑性影响不显著。当镍含量达7％～8％时，钢的组织几乎全为细珠光体，强度增高而塑性有所降低。当镍含量在10％～20％时，钢的组织为马氏体，强度高、塑性低。当镍含量超过2O％时，出现奥氏体，强度逐渐降低，塑性转而升高。当镍含量达25％时，钢的显微组织将为纯奥氏体，强度低而塑性好。镍降低钢的低温脆性转变温度而能提高钢的低温冲击韧性。镍不增加钢对蠕变的抗力，但可提高钢对疲劳的抗力。

（10）稀土元素。稀土元素对钢的强度没有明显地提高，但对塑性和冲击韧性却有所提高。稀土能降低钢的脆性转变温度，因此能显著提高不同温度下的冲击功。在电热合金中，稀土能降低蠕变速度，延长断裂时间。

（11）磷。磷能固溶强化铁素体和奥氏体，钢中随磷含量的增加，室温时的屈服强度和抗拉强度也随着增高，而延伸率有所下降。磷能增加钢的脆性，这一点在低温时影响更显著。

（12）硫。硫对钢的强度影响不大，但却降低钢的延展性和韧性。同一钢种因成分有微小的变化，性能也表现出较大的差异。为了确保钢的机械性能合格，根据长期的生产实践得知，有些成分必须控制在标准中规定的更小范围内，从而出现了企业内部标准。如18Cr2Ni4WA，其标准规定碳含量为O.14％～0.21％，而钨含量为0.80％～1.20％，但为确保硬度和强度合格，碳必须控制在0.14％～0.17％，钨必须控制在0.80％～1.05％范围内较为合适。又如35CrMnSiA的断面收缩率极易不合，标准规定碳含量为O.32％～0.39％，但将碳控制在0.32％～0.36％就可确保这项指标合格。对于一些钢种必须控制的元素及含量见表31－3。

二、气体含量对钢力学性能的影响

氢溶解于钢中能使钢的塑性和韧性降低。特别是断面收缩率随氢含量的增加而急剧地降低。氢在钢中略有刚顺度的倾向，但不明显。钢中的氧对钢的力学性能也有极为不利的影响。在室温时，随氧含量的增加，强度变化不大，但延伸率和断面收缩率却有较显著的降低。在较低的温度和氧含量极低时，强度和塑性均随氧含量的增加而急剧降低。但到氧含量增至一定程度后，影响不再明显。与此同时，冲击功也是随着氧含量的增加而逐渐地降低，脆性转变温度却很快升高，脆性转变温度的范围也随着变宽。

当钢中残余氮含量较高时，能降低钢的延伸率和断面收缩率。在高铬钢中氮能使钢的强度提高，塑性几乎没有什么降低，当铬含量达到17％时，钢的冲击韧性反能显著地提高。在奥氏体不锈钢中，氮能显著地提高钢因固溶处理或冷却后的强度，同时还能保持有较好的塑性。

三、非金属夹杂物对钢力学性能的影响

钢中存在的大量的非金属夹杂物。严重地降低钢的力学性能，尤其是降低钢的塑性和冲击功。当钢中的非金属夹杂物呈网状分布时，对塑性及冲击韧性的影响更为显著。对于大型材，因体积大，冶炼时被夹杂物污染的可能性大，并且锻造比较小，不易使夹杂物破碎及分散，这样的非金属夹杂物对钢力学性能的危害更不容忽视。钢中的非金属夹杂物经压力加工变形伸长后，使钢产生带状组织，引起明显的各向异性，这往往是轧、锻材横向性能低于纵向性能的主要原因之一。

当钢的强度越高，塑性越低时，非金属夹杂物对缺口的敏感效应越明显。在钢中由于非金属夹杂物能起着缺口及应力集中的作用，因此它们还降低钢的疲劳强度，引起疲劳裂纹，从而导致钢件过早地疲劳损坏。然而氮化物质点在晶界和晶内的弥散析出，却能抑制钢在高温下的蠕变变形，因而能提高钢的蠕变和持久强度。

四、冶金缺陷对钢的力学性能的影响

一切冶金缺陷均将影响钢的力学性能。严重的方形偏析和轴心晶间裂纹能显著降低钢的

延伸率、断面收缩率和冲击韧性；点状偏析的钢之所以不堪使用的原因就是因为易在斑点处产生应力集中而导致早期疲劳断裂；发纹也是产生应力集中的地方，也容易产生疲劳破坏；白点和层状断口除了能降低钢的横向力学性能外，还降低钢的断面收缩率和冲击韧性。钢的组织中出现石墨碳，使钢的强度和塑性显著降低；亚共折钢中的带状组织及魏氏组织影响钢的横向塑性，因此也降低钢的冲击韧性和断面收缩率；液析碳化物具有高的硬度和脆性，使零件的耐磨性和疲劳寿命降低。凡此种种，不难看出，钢的力学性能与钢的冶金本质有密切关系。

晶粒的大小和均匀度对钢的力学性能也有影响。低温时晶粒越细小，金属的屈服强度升高，脆性转变温度下降，且缺口敏感性也得到改善。而在高温时，由于蠕变现象的出现，在某一变形速度下，随着温度的升高，晶粒和晶界强度下降。两者相比较，在高温下粗晶粒钢的热强性能要比细晶粒的好，但塑性却降低，抗疲劳能力变差。

不均匀的晶粒组织对钢的力学性能也有极大的影响。当晶粒大小不同时，塑性和抗力也就不同，在承受载荷时就会造成变形不均匀，易使材料过早断裂。晶粒的带状组织也同样会使材料的持久性能下降。由此可见，在生产中保证钢材得到均匀而又合乎要求的晶粒度是避免钢产生力学性能不合的又一重要方面。

五、加热与热加工对钢的力学性能的影响

钢经过正确而又合适的加热后具有较高的塑性和较低的强度，容易延伸和变形。然而加热温度过低，钢的塑性不足；加热不均匀，各部位的延伸率不均匀；过热的钢晶粒过分长大，变为粗晶组织而使晶间的结合力减弱，因此也降低了钢的可塑性。过烧的钢不仅晶粒粗大，晶粒周围的薄膜开始熔化，而且氧进入了晶粒之间的间隙，使金属发生氧化，导致晶粒间的彼此结合力大为降低，这样的钢一经加工就自行开裂，因此过烧的钢的力学性能极坏，钢在氧化气氛中加热还有一个缺陷（电工硅钢除外）就是容易脱碳，脱碳对钢力学性能的影响主要是降低强度和表面硬度，严重时甚至能引起疲劳裂纹。

钢经热加工后，可使气孔焊合，显微缩孔压实，材料的致密度增加，偏析可部分消除，成分也趋于均匀。另外，钢在热加工过程中，只要避开临界变形程度和过高的终轧、终锻温度，一般都会使晶粒变细，进而使钢的强度和塑性及冲击韧性得到提高，所以正确的热加工可以提高钢的力学性能，见表31－4。但钢在热加工过程中，易出现纤维组织将使钢的力学性能呈现各向异性，即沿着纤维伸长的方向上具有较高的力学性能，而垂直于纤维伸长方向的性能较为低劣，见表31－5。

钢的热加工很重视终轧、终锻温度，这主要是因为它们不仅影响钢的组织，而且也影响

钢的力学性能。终轧、终锻温度越高，晶粒聚集长大的倾向越大，奥氏体晶粒越粗大，钢的力学性能超低。另外，对于过共折钢来说，在加工后缓慢冷却过程中，沿奥氏体晶界易析出针状或网状二次渗碳体，而使钢的塑性变差。但终轧、终锻温度太低，对于亚共折钢，奥氏体中要析出铁素体，而加工后易被拉长成为纤维组织，使钢的力学性能出现方向性；对于过共析钢，低温加工不仅塑性差，且有石墨碳析出而降低钢的硬度。

目前，轧钢专业都在探索控制轧制。许多试验表明，钢材经过控制轧制生产后，强度和塑性等综合性能不仅比常规热轧后的要好，而且也比某些经过常规热处理的好。表31－6列出了36CrSi钢经两种工艺轧制后的力学性能。

六、热处理对钢的力学性能的影响

热处理是促使钢的组织发生变化，改变钢力学性能的重要手段。不同成分的钢的力学性能固然不同，然而同一成分的钢因热处理方法不一样，力学性能也可表现出巨大的差异。因此，分析钢在热处理后力学性能达不到预期要求的原因，也是讨论钢缺陷中的一个重要方面。钢在热处理后力学性能不合的原因很多，因受篇幅所限，我们不能进行全面的论述，这里仅讨论热处理工艺本身或操作不当等因素导致的钢力学性能不合。

热处理工艺是热处理生产的主要依据，制定钢的热处理工艺必须根据钢的化学成分、要求的机械性能、钢的几何形状及本单位的设备条件等进行考虑。热处理工艺不正确时，必然会使钢热处理后出现性能不合，或发生变形、裂纹等无法补救的缺陷而成为废品，也有的是因加热不均或淬火、正火温度偏低、或回火不足等造成钢的力学性能不合。加热不均使钢力学性能不合主要表现在钢材上性能差异很大，这种情况在大型钢件热处理时常可见到，这是因为钢件的尺寸大，而加热温度不易均匀。另外，也可能是炉温不易控制、波动大而引起的。

钢在淬火时加热温度偏低，易使钢中碳化物溶解不充分，奥氏体中的碳及合金元素浓度偏低，冷却时奥氏体的稳定性也低，这样既不能获得高的淬火硬度，回火后的强度也低于要求。当未溶碳化物分布不利时，在强度不合格的同时，还伴随着塑性及冲击韧性的降低。如果钢的正火加热温度偏低，易引起珠光体晶粒在基体中不能完全再结晶，钢的强度和冲击韧性也极易低于要求。调质钢经淬火后回火不足，对钢力学性能的影响有两种情况，一是强度高于要求较多，但塑性与冲击韧性低于要求，并且低很多，这种情况多系回火温度偏低所致，因此对于这种情况可采用提高回火温度的方法重新回火，在降低强度的情况下，而使塑性和冲击韧性恢复至满足标准要求；另一种情况是强度高于要求不多，塑性和冲击韧性低于要求不多，这种情况多系回火时间不足所致，因此对于这种情况可在原回火温度再补充回火一次，在保证原强度指标的情况下，以提高塑性及冲击韧性。回火温度偏高易造成钢的强度低于要求，而塑性和冲击韧性在合格要求以上或超出许多，在这种情况下唯一补救的办法就是重新淬火并降低回火温度。

第三节在冶炼过程中防止钢力学性能不合的一般措施

钢的力学性能不合影响钢材（件）的出厂，一旦报废也使生产成本增加，就是有的经挽救后，虽能成为合格品，但也增加了生产工序。为了防止钢的力学性能不合，电炉钢在冶炼过程中，要求所用的原材料必须加热或干燥，并防止冷却系统漏水。另外，还要严格执行工艺。重点是控制好冶炼温度，且做好氧化沸腾操作，全扒渣要迅速、彻底并保证脱氧良好，

钢的化学成分一定要满足企业内部控制标准的要求。在出钢和浇注过程中，既要防止钢液的再次氧化，又要避免钢液的吸气，因此未经烘烤或烘烤不良的钢包不能用来出钢，模温不够的锭模不能用来浇注。此外，流钢砖要保持干燥，选用合适的保护浇注与发热剂，并在浇注过程中控制好注温与注速，尽量避免产生这样或那样的冶金缺陷等，均是防止钢产生力学性能不合的有力措施。目前，钢液普遍经炉外精炼进行处理，纯洁度大为提高，因此这也是防止钢产生力学性能不合的重要手段。

钢材或钢件一旦出现力学性能不合，要进行全面的技术分析，有的可能是冶炼方面的原因，也有的可能是加热或加工、或热处理不当造成的，还有的可能是检验过程中的贻误引起的，总之要找出原因并制定相应的措施，避免今后再发生。凡因力学性能不合的钢材或钢件，如能挽救合格，则必须采取积极的措施进行挽救。

――完――

钢材中各元素对性能性的影响

钢材中各元素对性能性的影响 1、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。 2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢 含有0.15－0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就 算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度， 故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入 1.0－1.2%的硅， 强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀 性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具 有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低 钢的焊接性能。 3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢 中含锰0.30-0.50%,在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度， 提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点 高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性 能。 4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，

使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求 钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。 5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降 低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性 能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改 善切削加工性，通常称易切削钢。 6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐 磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐 腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。 7、镍(Ni)：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍 对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但 由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬 钢。 8、钼(Mo)：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高 温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发 生变形，称蠕变)。结构钢中加入钼，能提高机械性能。还可以 抑制合金钢由于火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。9、钛(Ti)：钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化 晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在铬18 镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。 10、钒(V)：钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5%的钒可细化组织晶

20号钢热处理实用工艺对组织性能地影响

20号钢热处理工艺对组织性能的影响 1.前言 1.1名称及性质 20号钢，含碳量为0.2%，该钢属于优质低碳碳素钢，冷挤压、深碳淬硬钢。该钢强度低，韧性、塑性和焊接性均好。抗拉强度为253-500MPa，伸长率≥24%。密度是7.85，无冲击韧度。 1.2应用 冷变形塑性高，一般供弯曲、压延用，为了获得好的深冲压延性能，板材应正火或高温回火；用于不经受很大应力而要求很大韧性的机械零件，如轴套、螺钉、杠杆轴、变速箱变速叉、齿轮、重型机械拉杆、钩环等，还可用于表面硬度高而心部强度要求不大的渗碳于氰化零件。 1.3实验目的 测定含碳量，加热温度，加热时间，冷却速度等因素对20号钢的影响，本实验还研究一般材料成分、组织及性能的关系，探寻成分、组织与性能之间存在着的对应关系和规律，加深理论知识的熟悉程度和应用能力的提高。 1.4任务 完成测定试样硬度，制备金相样品，观察组织，照相，分析，出报告等任务。 2.材料及实验 2.1材料的化学成分及力学性能[1] 2.2实验设计内容 根据对含碳量，加热温度，加热时间，冷却速度对碳钢材料硬度的影响资料的检索得到如下的相关数据：

在本试验条件下，试样硬度随加热保温时间的变化而发生曲折的变化。当试样还未发生奥氏体化时，硬度随着温度时间的增加而提高;当试样刚开始奥氏体化至刚完全奥氏体化为止，硬度随着奥氏体化转变量的增加而下降;当试样完全奥氏体化后，随着保温时间的延长，硬度缓慢升高。 200 119 100 0 1 2 3 4 10 191 150 硬度HV 图1 保温时间（分）

碳量、加热温度、加热时间、冷却速度对试样硬度性能的影响。 淬火：是将钢或合金加热到临界温度Ac1(过共析钢)或Ac3（亚共析钢）以上30～50℃，保温一定时间，使钢的组织全部或大部分奥氏体化，然后在水或油等介质中快速冷却，以得到高硬度的淬火马氏体组织的一种工艺方法。 ①提高硬度和耐磨性；②提高弹性；③提高强韧性；④提高耐蚀性和耐热性。 总之，钢的强度、硬度、耐磨性、弹性、韧性、疲劳强度等等，都可以利用淬火与回火使之大大提高，所以，淬火是强化钢铁的主要手段之一。 2.3 所需实验器材 2.3.1样品预处理：粗细不同的打磨砂纸 2.3.2热处理：洛氏硬度计，箱式电炉，淬火用水槽 2.3.3样品后处理：抛光机，金相显微镜，硝酸腐蚀液，酒精 2.3.4材料图像分析：Neophot 21(包括图像分析仪) 2.3.5硬度实验：表面洛氏硬度计 2.4 消耗材料：20号钢试样 、4%硝酸酒精溶液 、清洗酒精 、 砂纸 2.5实验步骤 2.5.1 选取试样 2.5.2 用洛氏硬度计测试样硬度 2.5.3 将试样放入箱式电炉中按加热方案加热，保温，冷却 2.5.4 制取金相试样，再试样的硬度 2.5.5 用腐蚀剂腐蚀 2.5.6 再测表面硬度 2.5.7 观察组织形态 2.5.8 分析实验结果 2.6 加热方案 先将试样放入炉中，接通箱式电炉加热，查资料得20号钢的相变点温度（近似值）Ac1=735℃，Ac3=855℃，Ar3=835℃，Ar1=680℃，故将试样加热到890℃，然后保温，通过查阅相关资料，得到箱式电炉保温时间： 碳钢：t=1′/mm +(10′～ 30′) 合金钢：t=1.2 ′/mm +(30′～ 60′) 本试样为20号碳钢，则加热时间为：)30~10(''+*=D k t k 为mm /1' D 为工件有效厚度（单位/mm ） 保温结束后，根据冷却方式空气冷，油冷，水冷分别进行冷却。

各化学元素对钢材的影响

各化学元素对钢材的影响 1、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。 2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。 3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。 4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。 5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。 6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。

钢材性能有影响

钢材性能有影响？ 1．化学成分；冶金缺陷；钢材硬化；温度影响；应力集中；反复荷载作用。2．钢结构用钢材机械性能指标有哪几些？承重结构的钢材至少应保证哪几项指标满足要求？ 钢材机械性能指标有：抗拉强度、伸长率、屈服点、冷弯性能、冲击韧性； 承重结构的钢材应保证下列三项指标合格：抗拉强度、伸长率、屈服点。3．钢材两种破坏现象和后果是什么？ 钢材有脆性破坏和塑性破坏。塑性破坏前，结构有明显的变形，并有较长的变形持续时间，可便于发现和补救。钢材的脆性破坏，由于变形小并突然破坏，危险性大。 4．选择钢材屈服强度作为静力强度标准值以及将钢材看作是理想弹性一塑性材料的依据是什么？ 选择屈服强度f y 作为钢材静力强度的标准值的依据是：①他是钢材弹性及塑性工作的分界点，且钢材屈服后，塑性变开很大（2%~3%），极易为人们察觉，可以及时处理，避免突然破坏；②从屈服开始到断裂，塑性工作区域很大，比弹性工作区域约大200倍，是钢材极大的后备强度，且抗拉强度和屈服强度的比例又较 大（Q235的f u /f y ≈1.6~1.9）,这二点一起赋予构件以f y 作为强度极限的可靠安 全储备。 将钢材看作是理想弹性—塑性材料的依据是：①对于没有缺陷和残余应力影响的 试件，比较极限和屈服强度是比较接近（f p =(0.7~0.8)f y ），又因为钢材开始屈服 时应变小（ε y ≈0.15%）因此近似地认为在屈服点以前钢材为完全弹性的，即将屈服点以前的б-ε图简化为一条斜线；②因为钢材流幅相当长（即ε从0.15%到2%~3%），而强化阶段的强度在计算中又不用，从而将屈服点后的б-ε图简化为一条水平线。 5．什么叫做冲击韧性？什么情况下需要保证该项指标？ 韧性是钢材抵抗冲击荷载的能力，它用材料在断裂时所吸收的总能量(包括弹性和非弹性能)来度量，韧性是钢材强度和塑性的综合指标。在寒冷地区建造的结构不但要求钢材具有常温(℃ 20)冲击韧性指标，还要求具有负温(℃ 0、℃ 20 -或℃ 40 -)冲击韧性指标。 6．为什么薄钢板的强度比厚钢板的强度高(或钢材的强度按其厚度或直径分

各种元素对钢材性能的影响

1、碳(C):钢中含碳量增加,屈服点与抗拉强度升高,但塑性与冲击性降低,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与时效敏感性。 2、硅(Si):在炼钢过程中加硅作为还原剂与脱氧剂,所以镇静钢含有0、15－0、30%的硅。如果钢中含硅量超过0、50-0、60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限,屈服点与抗拉强度,故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1、0－1、2%的硅,强度可提高15－20%。硅与钼、钨、铬等结合,有提高抗腐蚀性与抗氧化的作用,可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢,具有极高的导磁率,用于电器工业做矽钢片。硅量增加,会降低钢的焊接性能。 3、锰(Mn):在炼钢过程中,锰就是良好的脱氧剂与脱硫剂,一般钢中含锰0、30－0、50%。在碳素钢中加入0、70%以上时就算“锰钢”,较一般钢量的钢不但有足够的韧性,且有较高的强度与硬度,提高钢的淬性,改善钢的热加工性能,如16Mn钢比A3屈服点高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性,用于挖土机铲斗,球磨机衬板等。锰量增高,减弱钢的抗腐蚀能力,降低焊接性能。 4、磷(P):在一般情况下,磷就是钢中有害元素,增加钢的冷脆性,使焊接性能变坏,降低塑性,使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0、045%,优质钢要求更低些。 5、硫(S):硫在通常情况下也就是有害元素。使钢产生热脆性,降低钢的延展性与韧性,在锻造与轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利,降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0、055%,优质钢要求小于0、040%。在钢中加入0、08-0、20%的硫,可以改善切削加工性,通常称易切削钢。 6、铬(Cr):在结构钢与工具钢中,铬能显著提高强度、硬度与耐磨性,但同时降低塑性与韧性。铬又能提高钢的抗氧化性与耐腐蚀性,因而就是不锈钢,耐热钢的重要合金元素。 7、镍(Ni):镍能提高钢的强度,而又保持良好的塑性与韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力,在高温下有防锈与耐热能力。但由于镍就是较稀缺的资源,故应尽量采用其她合金元素代用镍铬钢。 8、钼(Mo):钼能使钢的晶粒细化,提高淬透性与热强性能,在高温时保持足够的强度与抗蠕变能力(长期在高温下受到应力,发生变形,称蠕变)。结构钢中加入钼,能提高机械性能。还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。 9、钛(Ti):钛就是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密,细化晶粒力;降低时效敏感性与冷脆性。改善焊接性能。在铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛,可避免晶间腐蚀。10、钒(V):钒就是钢的优良脱氧剂。钢中加0、5%的钒可细化组织晶粒,提高强度与韧性。钒与碳形成的碳化物,在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。 11、钨(W):钨熔点高,比重大,就是贵生的合金元素。钨与碳形成碳化钨有很高的硬度与耐磨性。在工具钢加钨,可显著提高红硬性与热强性,作切削工具及锻模具用。 12、铌(Nb):铌能细化晶粒与降低钢的过热敏感性及回火脆性,提高强度,但塑性与韧性有所下降。在普通低合金钢中加铌,可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力。铌可改善焊接性能。在奥氏体不锈钢中加铌,可防止晶间腐蚀现象。 13、钴(Co):钴就是稀有的贵重金属,多用于特殊钢与合金中,如热强钢与磁性材料。 14、铜(Cu):武钢用大冶矿石所炼的钢,往往含有铜。铜能提高强度与韧性,特别就是大气腐蚀性能。缺点就是在热加工时容易产生热脆,铜含量超过0、5%塑性显著降低。当铜含量小于0、50%对焊接性无影响。 15、铝(Al):铝就是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝,可细化晶粒,提高冲击韧性,如作深冲薄板的08Al钢。铝还具有抗氧化性与抗腐蚀性能,铝与铬、硅合用,可显著提高钢的高温不起皮性能与耐高温腐蚀的能力。铝的缺点就是影响钢的热加工性能、焊接性能与切削加

TRIP钢板的组织、性能与工艺控制

第11卷第3期1999年6月 钢铁研究学报 JOU RNAL O F I RON AND ST EEL R ESEA RCH V o l .11,N o.3 　Jun .1999 　康永林,男,44岁,博士,教授; 收稿日期:1998209202;修订日期:1998212230 ?综合论述? TR IP 钢板的组织、 性能与工艺控制康永林 王　波 北京科技大学压力加工系　北京　100083 摘　要:介绍了TR IP 钢板的组织形成机理、影响因素、性能以及国内外近几年的研究、开发进展情况,为TR IP 钢板的进一步研究、开发和应用提供依据。关键词:TR IP 钢板,组织,性能,工艺控制中图分类号:T G 335,T G 113 Structure and Property of TR IP Plate and Its Con trol Process K ang Y ong lin W ang B o U n iversity of Science and T echno logy Beijing Beijing 100083 ABSTRACT :T he fo rm ing m echan is m ,influence facto rs ,p roperties and recen t research develop 2m en t of the structu re of TR IP p late are in troduced fo r the fu rther research ,developm en t and app li 2cati on of TR IP p late . KEY WOR D S :TR IP p late ,structu re ,p roperty ,con tro lling p rocess TR IP (T ran sfo rm ati on Induced P lasticity ——相变诱发塑性)钢板是近几年为满足汽车工业对高强度、高塑性新型钢板的需求而开发的。TR IP 钢板最先是由V .F .Zackay 发现并命名的,他利用残余奥氏体的应变诱发相变及相变诱发塑性提高了钢板的塑性并改善了钢板的成形性能,但早期的TR IP 钢因含有较多镍、铬等贵重合金元素,成本高,使用受到限制。后来H ayam i 在双相钢中发现其含有残余奥氏体并具有TR IP 效应[1],因此人们开始考虑以硅、锰等廉价的合金元素代替镍、铬等贵重元素来研制TR IP 钢板。目前,日本已可以工业规模的生产与制造TR IP 钢板[2]。按生产工艺的不同,该类钢可分为热处理型冷轧TR IP 钢板和热轧型热轧TR IP 钢板[3]。热处理型冷轧TR IP 钢板是采用临界加热、下贝氏体等温淬火的工艺方法来获取TR IP 所需的大量残余奥氏体,而热轧型热轧TR IP 钢板是通过 控制轧制和控制冷却来获得大量的残余奥氏体,因为只有存在足够的残余奥氏体才能使钢板具有TR IP 现象。钢中残余奥氏体含量(体积分数,下同)一般为10%～20%。两种工艺生产的TR IP 钢板显微组织都是由铁素体、贝氏体和残余奥氏体三相组成。目前,对热处理型冷轧TR IP 钢板的研究较多,而热轧型热轧TR IP 钢板的研究较少。 1　TR IP 的形成机理 金属材料的相变超塑性可以分为扩散型与非扩散型,TR IP 现象属于非扩散型[4]。具有相变超塑性的材料除纯铁、钢和铸铁外,还有T i 、A l 和Zr 等非铁金属和合金。在钢中,非扩散型超塑性可发生在950℃←→室温的奥氏体←→马氏体转变温度范围。若在冷却的同时,对钢施加载荷,也可以出现在马氏体转变温度M s 以上的温度范围,此温度的上限

各元素对钢材的影响

（ a ）碳；含碳量越高，刚的硬度就越高，但是它的可塑性和韧性就越差． （ b ）硫；是钢中的有害杂物，含硫较高的钢在高温进行压力加工时，容易脆裂，通常叫作热脆性． （ c ）磷；能使钢的可塑性及韧性明显下降，特别的在低温下更为严重，这种现象叫作冷脆性．在优 质钢中，硫和磷要严格控制．但从另方面看，在低碳钢中含有较高的硫和磷，能使其切削易断，对改 善钢的可切削性是有利的． （ d ）锰；能提高钢的强度，能消弱和消除硫的不良影响，并能提高钢的淬透性，含锰量很高的高合 金钢（高锰钢）具有良好的耐磨性和其它的物理性能． （ e）硅；它可以提高钢的硬度，但是可塑性和韧性下降，电工用的钢中含有一定量的硅，能改善软 磁性能． （ f）钨；能提高钢的红硬性和热强性，并能提高钢的耐磨性． 冷镦钢成型用钢,冷镦是在室温下采用一次或多次冲击加载,广泛用于生产螺钉,销钉,螺母等标准件.冷镦 工艺可节省原料,降成本,而且通过冷作硬化提高工作的抗拉强度,改善性能,冷镦用钢必须其有良好的冷 顶锻性能,钢中S和P等杂质含量减少,对钢材的表面质量要求严格,经常采用优质碳钢,若钢的含碳钢大 于0.25%,应进行球化退火热处理,以改善钢的冷镦性能. 力学性能要求 1．屈服强度σs及变形抗力尺可能的小，这样可使单位变形力相应减小，以延长模具寿命。 2．钢材的冷变形性能要好，即材料应有较好的塑性，较低的硬度，能在较大的变形程度下不致引起产品开裂。3．钢材的加工硬化敏感性尽可能的低，这样不致使冷镦变形过程中的变形力太大。 二、化学成份要求冷镦钢 1．碳（C）碳是影响钢材冷塑性变形的最主要元素。含碳量越高，钢的强度越高，而塑性越低。实践证明，含碳量每提高0.1%，其屈服强度σs约提高27.4Mpa；抗拉强度σb提高58.8~78.4Mpa；而伸 长率δ则降低4.3%，断面收缩率ψ降低7.3%。由此可见，钢中含碳量对于钢材的冷塑性变形性能的 影响是很大的。在生产实际中，冷镦，冷挤用钢的含碳量大于0.25%时，要求钢材在拉拔前要进行球 化退火。对于变形程度为65%~80%的冷镦件，不经过中间退火而进行三次镦锻变形时，其含碳量不应超过0.4%。2．锰（Mn）锰在钢的冶炼中与氧化铁作用（Mn+FeO→MnO+Fe）,主要是为钢脱 氧而加入。锰在钢中硫化铁作用（Mn+FeS→MnS+Fe）,能减少硫对钢的有害作用。所形成的硫化锰，可改善钢的切削性能。锰使钢的抗拉强度σb和屈服强度σs有所提高，塑性有所降低，对于钢的冷塑 性变形是不利的。但是锰对变形力的影响仅为碳的1/4左右。所以，除特殊要求外，碳钢的含锰量，不宜超过0.9%。3．硅（Si）硅是钢在冶炼时脱氧剂的残余物。当钢中含硅量增加0.1%时，抗拉 强度σb提高13.7Mpa。经验表明，含硅量超过0.17%且含碳量较高时，对钢材的塑性降低有很大的影响。在钢中适当增加硅的含量，对钢材的综合力学性能，特别是弹性极限有利，还可增加钢的耐蚀性。但是钢中含硅量超过0.15%时，使钢急剧形成非金属夹杂物。高硅钢即使退火，也不会软化，降低钢 的冷塑性变形性能。因此，除了产品有高强度性能要求外，冷镦钢总是尽量要求减少硅的含量。 4．硫（S）硫是有害杂质。钢中的硫在冷镦时会使金属的结晶颗粒彼此分离引起裂纹，硫的存在还促使钢产生热脆和生锈，因此，含硫量应小于0.055%。优质钢应小于0.04%，由于硫、磷和锰的化合物能改善切削性能、冷镦螺母用钢的含硫量可放宽到0.08~0.12%，以有利于攻螺纹。但一般没有专为螺

钢的组织与化学成分对钢材性能的影响

钢的组织与化学成分对钢材性能的影响 一、钢的组织及其对钢性能的影响： 钢材是由无数微细晶粒所构成，碳与铁结合的方式不同，可形成不同的晶体组织，使钢材的性能产生显著差异。 1、钢的基本组织： 纯铁在不同温度下有不同的晶体结构： 钢中碳原子与铁原子的三种基本结合形式为：固融体、化合物和机械混合物。 下表列出了钢的四种基本组织及其性能。 钢的基本晶体组织 2、晶体组织对钢材性能的影响： 碳素钢的含碳量不大于0.8%时，其基本组织为铁素体和珠光体；含碳量增大时，珠光体的含量增大，铁素体则相应减少，因而强度、硬度随之提高，但塑性和冲击韧性则相应下降。

二、钢的化学成分对钢性能的影响： 钢材中除了主要化学成分铁（Fe）以外，还含有少量的碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）、磷（P）、硫（S）、氧（O）、氮（N）、钛（Ti）、钒（V）等元素，这些元素虽然含量少，但对钢材性能有很大影响： 1、碳。 碳是决定钢材性能的最重要元素。当钢中含碳量在0.8%以下时，随着含碳量的增加，钢材的强度和硬度提高，而塑性和韧性降低；但当含碳量在1.0%以上时，随着含碳量的增加，钢材的强度反而下降。 随着含碳量的增加，钢材的焊接性能变差（含碳量大于0.3%的钢材，可焊性显著下降），冷脆性和时效敏感性增大，耐大气锈蚀性下降。 一般工程所用碳素钢均为低碳钢，即含碳量小于0.25%；工程所用低合金钢，其含碳量小于0.52%。 2、硅。 硅是作为脱氧剂而残留于钢中，是钢中的有益元素。 硅含量较低（小于1.0%）时，能提高钢材的强度和硬度以及耐蚀性，而对塑性和韧性无明显影响。但当硅含量超过1.0%时，将显著降低钢材的塑性和韧性，增大冷脆性实效敏感性，并降低可焊性。 3、锰。 锰是炼钢时用来脱氧去硫而残留于钢中的，是钢中的有益元素。 锰具有很强的脱氧去硫能力，能消除或减轻氧、硫所引起的热脆性，大大改善钢材的热加工性能，同时能提高钢材的强度和硬度，但塑性和韧性略有降低。但钢材中含锰量太高，则会降低钢材的塑性、韧性和可焊性。锰是我国低合金结构钢中的主要合金元素。 4、磷。 磷是钢中很有害的元素。 随着磷含量的增加，钢材的强度、屈强比、硬度均提高，而塑性和韧性显著降低。特别是温度愈低，对塑性和韧性的影响愈大，显著加大钢材的冷脆性。 磷也使钢材的可焊性显著降低。但磷可提高钢材的耐磨性和耐蚀性，故在经过合理的冶金工艺之后，低合金钢中也将磷可配合其他元素作为合金元素使用。

各大钢厂高性能钢材组织性能控制与品种开发

各大钢厂高性能钢材组织性能控制与品种开发 近年来，通过加强对碳锰钢、微合金钢及合金钢在轧制与冷却过程中的晶粒细化、析出与相变等的组织性能控制的基础与应用研究，在细晶高强钢、高级管线钢、高性能中厚板及特厚板、取向硅钢及先进汽车板等高性能冷轧带钢、新型铁素体不锈钢及双相不锈钢、高性能长材及管材等的工艺控制技术与产品开发方面取得了一大批重要成果，为轧制钢材的品质提升和国家经济建设作出了重大贡献。 1轧制过程组织性能控制研究及应用 1.1细晶和超细晶钢的研究开发及应用 近年的“新一代钢铁材料重大基础研究”项目以细晶和超细晶钢的研究开发为目标，该项目通过结合轧制生产线装备和工艺实际，开展了大量的理论和试验研究与探索，其中包括：①铁素体+珠光体（F+P）碳素钢或低合金钢采用强力轧制、形变诱导铁素体相变（DIFT）以及形变和相变耦合的组织超细化理论和技术；②结合奥氏体再结晶和未再结晶控制轧制和加速冷却（RCR+ACC）控制的晶粒适度细化理论和技术；③基于过冷奥氏体热变形的低碳钢组织细化一形变强化相变（DEFT）理论和技术；④基于薄板坯连铸连轧流程（TSCR）的奥氏体再结晶细化+冷却路径控制的低碳钢组织细化与强化理论与技术；⑤针对低（超低）碳微合金贝氏体钢的中温转变组织细化的TMCP+RPC理论与技术等。 这些理论与技术研究在长材、板带材和中厚板的强度翻番或升级，以及新产品开发中发挥重大的作用和显著的效果，近年已大批量地生产出细晶和超细晶钢。 1.2钢在形变、相变中的析出行为研究与控制 钢在形变、相变中的析出行为研究与控制是钢的组织性能控制的一个重要方面。通过大量的试验研究和生产实践证明，采用合理的冶金成分设计和轧制、冷却工艺控制，可以在钢中使大量的纳米尺寸粒子析出，使钢的强韧性得到显著提高。珠钢及涟钢等企业同高校合作，在TSCR线上通过实施高温大变形再结晶细化+冷却路径控制，实现晶粒细化与纳米粒子析出与分布控制，进而形成不同强韧化效果的组织性能柔性控制，开发生产出具有高成形性的低碳高强汽车大梁钢510L、550L、屈服强度500MPa~700MPa级钛微合金化高强耐候钢、600MPa和700MPa级低碳贝氏体工程机械用钢等系列高强韧钢，并进行了大批量生产和应用。经分析，微合金化高强钢中纳米粒子析出强化的贡献可达到150MPa~300MPa。 2 2250热连轧生产高级别管线钢的技术开发 中国近年先后投产的11套2000mm 以上宽带钢热连轧生产线为高级别管线钢等高性能高强钢产品开发提供了关键设备条件。2007年以来，首钢、太钢、马钢等钢铁企业利用2250热连轧生产线成功开发并大批量生产出18.4mm厚X80高级别管线钢。采用低C-高Mn-高Nb-少Mo-微V，或低C-高Mn-高Nb+适量Cr-Ni-Mo-Cu的成分体系设计，结合优化的TMCP 轧制工艺和低温或超低温卷取控制，获得以针状铁素体为主的高级管线钢复相组织，确保了厚规格产品的高强韧性和耐蚀性，保证了带钢全长组织性能的均匀性及良好的板形。2008年，首钢、太钢、马钢的2250热连轧生产线共生产了73.5万t X80管线钢，在中国的西气东输二线管线工程建设中发挥了关键作用。 3高性能高强度中厚板品种开发 3.1新型桥梁用钢的开发及应用 近年，武钢、鞍钢等企业采用TMCP技术开发了满足高强度、较低屈强比、焊接性、耐候性及低温冲击韧性要求的系列新型桥梁用钢，并应用于南京大胜关长江大桥等几十座跨江、跨海、铁路和公路桥梁建设。 武钢开发生产的WNQ570、WNQ690、14MnNbq桥梁钢的特点是：高强度，屈服强度大于等于420MPa；高韧性，-40℃Akv≥120J；良好焊接性，60mm以上厚钢板埋弧焊不预

各种元素对钢材性能的影响

1、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。 2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。 3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。 4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。 5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。 6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。 7、镍(Ni)：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。 8、钼(Mo)：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变)。结构钢中加入钼，能提高机械性能。还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。 9、钛(Ti)：钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。10、钒(V)：钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5%的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。 11、钨(W)：钨熔点高，比重大，是贵生的合金元素。钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性。在工具钢加钨，可显著提高红硬性和热强性，作切削工具及锻模具用。 12、铌(Nb)：铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，但塑性和韧性有所下降。在普通低合金钢中加铌，可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力。铌可改善焊接性能。在奥氏体不锈钢中加铌，可防止晶间腐蚀现象。 13、钴(Co)：钴是稀有的贵重金属，多用于特殊钢和合金中，如热强钢和磁性材料。 14、铜(Cu)：武钢用大冶矿石所炼的钢，往往含有铜。铜能提高强度和韧性，特别是大气腐蚀性能。缺点是在热加工时容易产生热脆，铜含量超过0.5%塑性显著降低。当铜含量小于0.50%对焊接性无影响。 15、铝(Al)：铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，如作深冲薄板的08Al钢。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝与铬、硅合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削

基本热处理对45钢组织和性能影响

基本热处理对45钢组织和性能影响 作者：学号：班级：材料成型6班 小组成员： 关键词 45钢、热处理、组织、性能、正火、淬火、回火。 摘要 热处理是一种很重要的金属加工工艺方法，也是充分发挥金属材料性能潜力的重要手段。热处理的主要目的是改变钢的性能，其中包括使用性能和工艺性能。钢的热处理工艺特点是将钢加热到一定的温度，经一定时间的保温，然后以某种速度冷却，使得钢的组织和性能发生改变。 45钢经过热处理后组织、性能也会发生显著变化。在热处理操作中，加热温度、保温时间和冷却方法是最重要的三个基本工艺因素，正确选择规范，是保证工件获得合格性能的关键。本文将介绍本次45热处理过程、问题分析和结果。通过45钢基本热处理结果来验证热处理给45钢的组织和性能的影响。同时着重介绍45钢的水淬（860℃）和中温回火（400℃）。 一、式样 二、处理工艺选择 860℃加热保温15min，直接在水中冷却至室温，然后中温400℃回火1h。 三、实验原理 所谓淬火就是将钢加热到 Ac3（亚共析钢）或Ac1 (过共析钢)以上30～50℃，保温后放入各种不同的冷却介质中（ V冷应大于V临），以获得马氏体组织。碳钢经淬火后的组织由马氏体及一定数量的残余奥氏体所组成。 为了正确地进行钢的淬火，必须考虑下列三个重要因素：淬火加热的温度、保温时间和 冷却速度。

（1）淬火温度的选择 选定正确的加热温度是保证淬火 质量的重要环节。淬火时的具体加热温度主要取决于钢的含碳量，可根据 相图确定（如图4所示）。对亚共析钢，其加热温度为A c3＋30～50℃，若加热温度不足（低于A c3），则淬火组织中将出现铁素体而造成强度及硬度的降低。对过共析钢，加热温度为A c1＋30～50℃，淬火后可得到细小的马氏体与粒状渗碳体。后者的存在可提高钢的硬度和耐磨性。 （2）保温时间的确定 淬火加热时间是将试样加热到淬火温度所需的时间及在淬火温度停留保温所需时间的 总和。加热时间与钢的成分、工件的形状尺寸、所需的加热介质及加热方法等因素有关，一般可按照经验公式来估算，碳钢在电炉中加热时间的计算如表1所示。 表1 碳钢在箱式电炉中保温时间的确定 （3）冷却速度的影响 冷却是淬火的关键工序，它直接影响到钢 淬火后的组织和性能。冷却时应使冷却速度 大于临界冷却速度，以保证获得马氏体组织； 在这个 前提下又应尽量缓慢冷却，以减少钢中的内 应力，防止变形和开裂。为此，可根据C曲

钢材的主要性能

一、钢材的主要性能 钢材的力学性能：有明显流幅的钢筋，塑形好、延伸率大。 技术指标：屈服强度、延伸率、强屈比、冷弯性能。 力学性能是最重要的使用性能，包括抗拉性能、冲击韧性、耐疲劳性等。工艺性能包括冷弯性能和可焊性。 （1）抗拉性能：抗拉性能钢材最重要的力学性能。 屈服强度是结构设计中钢材强度的取值依据。 抗拉强度与屈服强度之比（强屈比）σb／σs，是评价钢材使用可靠性的一个参数。 对于有抗震要求的结构用钢筋，实测抗拉强度与实测屈服强度之比不小于1.25； 实测屈服响度与理论屈服强度之比不大于1.3； 强屈比愈大，钢材受力超过屈服点工作时的可靠性越大，安全性越高；但强屈比太大，钢材强度利用率偏低，浪费材料。 钢材受力破坏前可以经受永久变形的性能，称为塑性，它是钢材的一个重要指标。钢材的塑性指标通常用伸长率表示。伸长率随钢筋强度的增加而降低。 冷弯也是考核钢筋塑性的基本指标。 （2）冲击韧性，是指钢材抵抗冲击荷载的能力，在负温下使用的结构，应当选用脆性临界温度较使用温度为低的钢材。 （3）耐疲劳性：钢材在应力远低于其屈服强度的情况下突然发生脆断破裂的现象，称为疲劳破坏。危害极大，钢材的疲劳极限与其抗拉强度有关，一般抗拉强度高，其疲劳极限也较高。 二、钢筋的工艺性能 1、钢材的性能主要有哪些内容 钢材的主要性能包括力学性能和工艺性能。力学性能是钢材最重要的使用性能，包括抗拉性能、塑性、韧性及硬度等。工艺性能是钢材在各加工过程中表现出的性能，包括冷弯性能和可焊性。 (1)抗拉性能。表示钢材抗拉性能的指标有屈服强度、抗 拉强度、屈强比、伸长率、断面收缩率。 屈服是指钢材试样在拉伸过程中，负荷不再增加，而试样仍继续发生变形的现象。发生屈服现象时的最小应力，称为屈服点或屈服极限，在结构设计时，一般以屈服强度作为设计依据。 抗拉强度是指试样拉伸时，在拉断前所承受的最大荷载与试样原横截面面积之比。 钢材的屈服点（屈服强度）与抗拉强度的比值，称为屈强比。屈强比越大，结构零件的可靠性越高，一般碳素钢屈强比为0.6～0.65，低合金结构钢为0.65～0.75，合金结构钢为0.84～0.86。

钢材控制轧制和控制冷却技术

钢材控制轧制和控制冷却技术 葛玉洁 （材料成型及控制工程12 学号：9） [摘要]控轧控冷是对热轧钢材进行组织性能控制的技术手段，目前已经广泛应用于热轧带钢、中厚板、型钢、棒线材和钢管等钢材生产的各个领域。控轧控冷技术能够通过袭警抢话、相变强化等方式，使钢材的强度韧度得以提高。 [关键词]钢材轧制；轧制钢材变形量；控制轧制；控制轧制与控制冷却Controlled rolling and controlled cooling is a technical means for the control of the microstructure and properties of hot rolled steel. It has been widely used in various fields such as hot strip, medium plate, steel bar, rod and steel tube. Controlled rolling and controlled cooling technology by assaulting kibitz, phase transformation strengthening, the strength toughness of steel can be improved. 1引言 1.1控轧控冷技术的发展历史: 20世纪之前，人们对金属显微组织已经有了一些早期研究和正确认识，已经观察到钢中的铁素体、渗碳体、珠光体、马氏体等组织。20世纪20年代起开始有学者研究轧制温度和变形对材料组织性能的影响，这是人们对钢材组织性能控制 的最初尝试，当时人们不仅已经能够使用金相显微镜来观察钢的组织形貌，而且 还通过X射线衍射技术的使用加深了对金属微观组织结构的认识。 1980年OLAC层流层装置投产，控轧控冷在板带、棒线材等大面积应用，技 术已成熟，理论进展发展迅速。 2.控制轧制： 2. 1控制轧制概念: 控制轧制是在热轧过程中把金属范性形变和固态相变结合起来而省去轧后的热处理工序。这是既能生产出强度、韧性兼优的钢材，而又能节约能耗的一项新工艺。控制轧制对轧机的 设备强度、动力和生产控制水平均提出了较高的要求。 3控制轧制的内容 控制轧制参数，包括温度、变形量等，以控制再结晶过程，获得所要求的组织和性能。 加入某些微量元素可使钢的再结晶开始温度升高很多，同时适当地降低轧制温度。从而使多 道次变形的效果叠加，使再结晶在较大的变形量和较低的温度下进行，而使钢材获得符合要 求的组织和性能的钢材. 根据塑性变形、再结晶和相变条件，控制轧制可分为三阶段，如下所

各种元素对钢材性能的影响

各种元素对钢材性能的影响

1、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。 2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。 3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如

资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。 8、钼(Mo)：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变)。结构钢中加入钼，能提高机械性能。还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。 9、钛(Ti)：钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。 10、钒(V)：钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5%的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。 11、钨(W)：钨熔点高，比重大，是贵生的合金元素。钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性。在工具钢加钨，可显著提高红硬性和热强性，作切削工具及锻模具用。 12、铌(Nb)：铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，但塑性和韧性有所下降。在普通低合金钢中加铌，可提高抗大气腐蚀

10Cr9MoVNb钢的组织和性能

10Cr9Mo1VNbN钢的组织和性能 与奥氏体类耐热钢相比，铁素体类耐热钢的蠕变断裂强度低。但是铁素体类耐热钢导热性能好、热膨胀系数小、抗应力腐蚀性能好，并且还具有抗核辐射效突性好、抗氦脆性好等特点。１０Ｃｒ9ＭｏＶＮｂ钢是铁素体类耐热钢，我们就该钢的热处理工艺对组织和性能的影响，特别是该钢在回火过程中组织变化规律进行了研究和分析。 １试验方法 试验钢是在成都无缝钢管厂用１０ｔ电弧炉冶炼，并重熔成Ｉｔ锭。试验钢的化学成分（％）为： Ｃ０．１０，Ｓｉ 0．３６，Ｍｎ０．４８，Ｓ０．００７，Ｐ０．０１２，Ｃｒ９．３８，Ｍｏ０．９３， Ｖ０．２４，Ｎｂ０．０８，Ｎ０．０５０，ＡＩ０．０４。 试验用料取自必１７２ｍｉｎＸ８ｍｍ的钢管。首先选择４个因素（奥氏体化温度，奥氏体化之后的冷却速度，回火温度，回火时间），３个水平进行正交试验，确定了最佳热处理制度。然后以最佳热处理制度处理一批试样，测定了室温拉伸性能、室温冲击韧性、６００℃瞬时拉伸性能和６００℃持久拉伸性能。另外，为了研究高温强化机理，着重研究了最佳正火条件下，回火温度对试验钢组织的影响。为此，用光学显微镜和电子显微镜观察组织，以电子衍射法分析析出相的结构，并以能谱分析法确定了相的成分。 ２试验结果 ２．１机械性能正交试验结果，热处理制度对试验钢的室温拉伸性能、室温冲击韧性和６００℃瞬时拉伸性能的影响，如表１所示。正交试验显著性分析结果如表２所示。由表可知，在试验条件范围内，奥氏体化温度和冷却速度对机械性能的影响一般来讲不显著；而回火温度和回火时间对机械性能的影响有的稍显著，有的显著。综合分析试验结果，试验钢的最佳热处理制度为在１０５０Ｃ奥氏体化ｌｈ，空冷，然后在７８０Ｃ回火ｌｈ。按此制度处理的试验钢性能为室温σb７１５ＭＰａ，δ5２４．４％，，Ψ７４．６％，，Ａk v１５０J；６００℃σ0.2３００ＭＰａ，σb３４０ＭＰａ，δ5３５．０％，Ψ８７．０％。 ２．２显微组织 ２．２．１正火试样显微组织试验钢正火（１０５０Ｃ，ｌｈ）试样显微组织如图表１。由图可知，试验钢正火组织主要是有大量位错缠结的板条状马氏体，另外还有少量自回火板条状马氏体和少量未溶碳化物。 ２．２．２因火试样光学显微组织正火之后在不同温度回火（ｌｈ）试样用光学显微镜观察发现，马氏体的板条形貌一直保持到４００℃，在更高的温度回火的试样，马氏体的板条状形貌逐渐消失，但是直至７８０Ｃ回火试样仍有部分板条状形貌隐约可见，如图Ｚａ所示。另外，７００Ｃ回火试样，用光学显微镜可观察到马氏体分解析出的细小碳化物。当回火温度升高到８００ｏＣ，可明显地观察到析出的碳化物。 ２．２．３回火试样电子显微组织用电子显微镜观察发现，在４００Ｃ以下回火试样马氏体板条完整，板条边界清晰可见，板条内有大量缠结的位错。５００℃和６００℃回火试样马氏体板条仍较完整，位错密度仍然相当大。７００℃回火试样仍然是板条状马氏体，但有的板条边界不太清楚，位错密度降低，位错缠结形成的胞状结构胞壁变薄。７８０℃回火试样位错密度进一步降低，可见，在５００’Ｃ以下回火试样中析出相为平行排列的针状碳化物，它分布在马氏体板条内。随着回火温度的提高，碳化物形状由针状变为粒状或杆状，板条界面上亦有析出。回火温度在５００℃以下，析出相为Ｍ6Ｃ型碳化物，６００℃回火时析出相为Ｍ2３Ｃ6型碳化物，７８０Ｃ回火试样中除Ｍ23Ｃ6型碳化物之外，还有ＭＣ型碳化物。能谱分析证明，Ｍ6Ｃ型碳化物中Ｍ主要是Ｆｅ，另外还有少量Ｃｒ；而在Ｍ23Ｃ6型碳化物中Ｍ主要是Ｃｒ和Ｆｅ，另外还有Ｍ。和Ｖ。随着回火温度的提高，Ｍ2３Ｃ6中Ｃｒ／Ｆｅ比值稍有增加。在７８０℃回火析出的ＭＣ型碳化物中，Ｍ主要是Ｖ，另外还有Ｃｒ、Ｎｂ、 ２．３持久拉伸性能和时效组织试验钢以最佳工艺进行热处理的试样，在６００’Ｃ做持久拉伸试验，其试验数据位于外国同类钢的持久拉伸性能数据带内。６００℃，１０5ｈ持久强度极限为１３０ＭＰａ。６００℃１４２３ｈ时效组织仍然有板条束形貌，并且胞状结构也明显可见。 ２．４讨论根据试验结果粗略计算，正火后７８０℃回火的试验钢基体中Ｃｒ含量为９．２３％，固溶强化