不锈钢和铁的主要区别是碳的含量,但是不锈钢中主要还是铁不是,除此之外,由于矿石及冶炼过程中也会带入一些其他元素,像锰(Mn)、硅(Si)、硫(S)、磷(P)、氧(O)、氮(N)和氢(H)等元素,这些元素也被称为杂质元素。它们对不锈钢的性能也有一定的影响,而为了保证不锈钢材的质量,在国家标准中对各类不锈钢钢的化学成分都作了严格的规定。
1)硫:硫来源于炼钢的矿石与燃料焦炭,是钢中的一种有害元素,在不锈钢中以FeS化合物形式存在。钢材的热加工温度一般在1150-1200℃以上,在热加工时,由于 FeS化合物的过早熔化而导致工件开裂,这种现象称为“热脆”。含硫量愈高,热脆现象愈严重,所以必须控制不锈钢中的含硫量。
高级优质钢:S<0.02~0.03%;优质钢:S<0.03~0.045%;普通钢:S<0.055~0.7%以下。
2)磷:磷也是来源于矿石,一般来说磷也是有害元素。磷在使钢材的强度、硬度增高的同时,会引起不锈钢可塑性、冲击韧性等显著降低。特别是在低温时,它会使钢材显著变脆,这种现象称"冷脆"。冷脆会使钢材的冷加工及焊接性变坏,含磷愈高,冷脆性愈大,所以钢中对磷的含量控制也较严。
高级优质钢: P<0.025%;优质钢: P<0.04%;普通钢: P<0.085%。
3)锰:锰是炼钢时作为脱氧剂加入钢中的。锰在一定程度上消除了硫的有害作用,也具有很好的脱氧能力,能够与钢中的FeO成为MnO进入炉渣,从而改善钢的品质,降低钢的脆性,提高钢的强度和硬度。因此,锰在钢中也被认为是一种有益元素。一般情况下,含锰量在0.5%~0.8%以下时,把锰看成是常存杂质。在技术条件中规定,优质碳素结构钢中,正常含锰量是0.5%~0.8%;而较高含锰量的结构钢中,含量可达0.7~1.2%。
4)硅:硅和锰相似好,在不锈钢中也是作为脱氧剂。硅与钢水中的FeO能结成密度较小的硅酸盐炉渣而被除去,因此硅是一种有益的元素。另硅在钢中溶于铁素体内使钢的强度、硬度增加,塑性、韧性降低。镇静钢中的含硅量通常在0.1-0.37%,沸腾钢中只含有0.03-0.07%。由于钢中硅含量一般不超过0.5%,对不锈钢钢性能影响不大。
5)氧:氧在钢中是有害元素。它是在炼钢过程中自然进入钢中的,尽管在炼钢末期要加入锰、硅、铁和铝进行脱氧,但不可能完全除尽。氧在钢中形成各种杂质从而使钢的强度、塑性降低。
6)氮:铁素体溶解氮的能力强,在不锈钢钢中溶有过饱和的氮,放置较长一段时间后或在200~300℃加热就有氮化物析出,使钢的硬度、强度提高,塑性下降。
7)氢:钢中溶有氢会引起钢的氢脆、白点等缺陷。锻件中有白点,使用时会发生突然断裂,造成不测事故。因此,化工容器用钢,不允许有白点存在。氢产生白点冷裂的主要原因是因为高温奥氏体冷至较低温时,氢在钢中的溶解度急剧降低。当冷却较快时,氢原子来不及扩散到钢的表面而逸出,就在钢中的一些缺陷处由原子状态的氢变成分子状态的氢。氢分子在不能扩散的条件下在局部地区产生很大压力,这压力超过了钢的强度极限而在该处形成裂纹,即白点。
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