彈簧機課堂|常存雜質(zhì)對鋼性能的影響

實際使用的鋼中，除了含有鐵、碳與合金元素外，在冶煉過程中，不可避免地要帶入一些雜質(zhì)（如錳、硅、硫、磷、非金屬類雜質(zhì)以及某些氣體，如氮、氫、氧等）。這些雜質(zhì)對鋼的質(zhì)量有很大的影響。

　　1．錳錳在鋼中作為雜質(zhì)存在時，一般均小于0.8％。它來自作為煉鋼原料的生鐵及脫氧劑錳鐵。錳有很好的脫氧能力，還能與硫形成MnS,以消除硫的有害作用。這些反應(yīng)產(chǎn)物大部分進入爐渣而被除去，小部分殘留于鋼中成為非金屬夾雜物。此外，在室溫下錳能溶于鐵素體，對鋼有一定強化作用。錳也能溶于滲碳體中，形成合金滲碳體。但錳作為少量雜質(zhì)存在時，它對鋼的性能影響不顯著。

　　2．硅硅在鋼中作為雜質(zhì)存在時，一般均小于0.4％,它也來自生鐵與脫氧劑。在室溫下硅能溶于鐵素體，對鋼有一定的強化作用。但硅作為少量雜質(zhì)存在時，它對鋼的性能影響也不顯著。

　　3．硫硫是由生鐵及燃料帶入鋼中的雜質(zhì)。在固態(tài)下，硫在鐵中的溶解度極小，而是以FeS的形態(tài)存在于鋼中。由于FeS的塑性差，使含硫較多的鋼脆性較大。更嚴(yán)重的是，F(xiàn)eS與Fe可形成低熔點（985℃）的共晶體，分布在奧氏體的晶界上。當(dāng)鋼加熱到約1200℃進行熱壓力加工時，晶界上的共晶體已溶化，晶粒間結(jié)合被破壞，使鋼材在加工過程中沿晶界開裂，這種現(xiàn)象稱為熱脆性。為了消除硫的有害作用，必須增加鋼中含錳量。錳與硫優(yōu)先形成高熔點（1620℃）的硫化錳，并呈粒狀分布在晶粒內(nèi)，它在高溫下具有一定塑造性，從而避免了熱脆性。硫化物是非金屬夾雜物，會降低鋼的機械性能，并在軋制過程中形成熱加工纖維組織。因此，通常情況下，硫是有害的雜質(zhì)。在鋼中要嚴(yán)格限制硫的含量。但含硫量較多的鋼，可形成較多的MnS，在切削加工中，MnS能起斷屑作用，可改善鋼的切削加工性，這是硫有利的一面。

　　4．磷磷由生鐵帶入鋼中，在一般情況下，鋼中的磷能全部溶于鐵素體中。磷有強烈的固溶強化作用，使鋼的強度、硬度增加，但塑性、韌性則顯著降低。這種脆化現(xiàn)象在低溫時更為嚴(yán)重，故稱為冷脆。一般希望冷脆轉(zhuǎn)變溫度低于工件的工作溫度，以免發(fā)生冷脆。而磷在結(jié)晶過程中，由于容易產(chǎn)生晶內(nèi)偏析，使局部地區(qū)含磷量偏高，導(dǎo)致冷脆轉(zhuǎn)變溫度升高，從而發(fā)生冷脆。冷脆對在高寒地帶和其它低溫條件下工作的結(jié)構(gòu)件具有嚴(yán)重的危害性，此外，磷的偏析還使鋼材在熱軋后形成帶狀組織。因此，通常情況下，磷也是有害的雜質(zhì)。在鋼中也要嚴(yán)格控制磷的含量。但含磷量較多時，由于脆性較大，在制造炮彈鋼以及改善鋼的切削加工性方面則是有利的。

　　5．非金屬夾雜物在煉鋼過程中，少量爐渣、耐火材料及冶煉中反應(yīng)產(chǎn)物可能進入鋼液，形成非金屬夾雜物。例如氧化物、硫化物、硅酸鹽、氮化物等。它們都會降低鋼的機械性能，特別是降低塑性、韌性及疲勞極限。嚴(yán)重時，還會使鋼在熱加工與熱處理時產(chǎn)生裂紋或使用時突然脆斷。非金屬夾雜物也促使鋼形成熱加工纖維組織與帶狀組織，使材料具有各向異性。嚴(yán)重時，橫向塑性僅為縱向的一半，并使沖擊韌性大為降低。因此，對重要用途的鋼（如滾動軸承鋼、彈簧鋼等）要檢查非金屬夾雜物的數(shù)量、形狀、大小與分布情況。此外，鋼在整個冶煉過程中，都與空氣接觸，因而鋼液中總會吸收一些氣體，如氮、氧、氫等。它們對鋼的質(zhì)量也會產(chǎn)生不良影響。