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钢的性能取决于钢的相组成,相的成分和结构,各种相在钢中所占的体积组分和彼此相对的分布状态。合金元素是通过影响上述因素而起作用的。对钢的相变点的影响 主要是改变钢中相变点的位置,大致可以归纳为以下三个方面:
①改变相变点温度。一般来说,扩大γ相(奥氏体)区的元素,如锰、镍、碳、氮、铜、锌等,使A3点温度降低,A4点温度升高;相反,缩小γ相区的元素,如锆、硼、硅、磷、钛、钒、钼、钨、铌等,则使A3点温度升高,A4点温度降低。惟有钴使A3和A4点温度均升高。铬的作用比较特殊,含铬量小于7%时使A3点温度降低,大于7%时则使A3点温度提高。
②改变共析点S的位置。缩小γ相区的元素,均使共析点S温度升高;扩大γ相区的元素,则相反。此外几乎所有合金元素均降低共析点S的含碳量,使S点向左移。不过碳化物形成元素如钒、钛、铌等(也包括钨、钼),在含量高至一定限度以后,则使S点向右移。
③改变γ相区的形状、大小和位置。这种影响较为复杂,一般在合金元素含量较高时,能使之发生显著改变。例如镍或锰含量高时,可使γ相区扩展至室温以下,使钢成为单相的奥氏体组织;而硅或铬含量高时,则可使γ相区缩得很小甚至完全消失,使钢在任何温度下都是铁素体组织。
对钢的晶粒度和淬透性的影响 影响奥氏体晶粒度的因素很多。钢的脱氧和合金化情况均与“奥氏体本质晶粒度”有关。一般来说,一些不形成碳化物的元素,如镍、硅、铜、钴等,阻止奥氏体晶粒长大的作用较弱,而锰、磷则有促进晶粒长大的倾向。碳化物形成元素如钨、钼、铬等,对阻止奥氏体晶粒长大起中等作用。强碳化物形成元素如钒、钛、铌、锆等,强烈地阻止奥氏体晶粒长大,起细化晶粒作用。铝虽然属于不形成碳化物元素,但却是细化晶粒和控制晶粒开始粗化温度的常用的元素。
钢的淬透性(见淬火)高低主要取决于化学成分和晶粒度。除钴和铝等元素外,大部分合金元素溶入固溶体后都不同程度地抑制过冷奥氏体向珠光体和贝氏体的相变,增加获得马氏体组织的数量,即提高钢的淬透性。一些碳化物形成元素,如钒、钛、锆、钨等,如果形成碳化物而固定了钢中的碳,反而会降低淬透性,易使晶粒粗化的元素如锰,能提高淬透性;使晶粒细化的元素如铝,则降低淬透性。硼是显著影响淬透性的元素,合金钢中即使只含十万分之一的硼,也能显著提高钢的淬透性。但硼的这种影响仅对低、中碳钢有效,对高碳钢完全无效。
在不预热条件下,T91钢焊接接头的临界应力为176.4 MPa;预热150℃时,临界应力为354.8 MPa,为T91钢常温屈服极限415 MPa的85.4%;预热200℃以上时,临界应力大于460 MPa,超过了T91钢常温屈服极限。由此,为避免T91钢焊接时产生冷裂纹,预热温度必须不低于200℃,德国规定预热温度为180~250℃,美国CE公司规定预热温度为120~205℃。
合金钢分为优质合金钢和特殊质量合金钢。优质合金钢生产过程中需要特别控制质量和性能;特殊质量合金钢生产过程中要严格控制质量和性能。
一般工程结构用合金钢属优质合金钢俗称合结钢。主要用于制造机械结构件,大多经热处理后使用。由于合金元素作用,增加淬透性(Mn,Mo,Cr)、细化晶粒(V,Ti…)提高淬火稳定性。低碳合金结构钢经过渗碳,氮 淬火及低温回火处理后,构件表面耐磨,心部韧性好,也叫表面硬化钢;中碳合金结构钢经过调质处理,能获得良好的综合性能,叫调节器质钢。
合结钢牌号用两位阿拉伯数字和合金元素符号及数字表示,数字表示平均含碳量万分数,平均合金含量小于1.5%时,钢号中仅标明元素符号,不标明含量,含量大于1.5%时,用数字标明。
优质合金钢除合结钢外,还包括合金钢筋钢、地质石油钻探用合金钢、电工硅钢、铁道用合金钢。
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