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一、 碳钢的优缺点
优点:冶炼工艺简单,可热处理强化,压力加工和机械加工性能好,价格低廉。
不足之处:
(1) 加热时,晶粒易长大;
(2) 淬透性低。形状复杂、尺寸大的零件,在淬火时易开裂、淬不透;
(3) 回火稳定性差。回火温度高时,强度和硬度显著下降,不能在高温下使用。回火稳定性是指淬火钢在回火时抵抗硬度下降的能力。
(4) 强度不够高。碳钢的屈强比在0.6左右,合金钢为0.85~0.9。碳钢强度低,增加截面积提高构件刚度会使重量增加,构件笨重,不能满足重量轻、体积小、效率高的要求。
(5) 不具备特殊性能。化工、仪表等要求耐腐蚀、耐高温、无磁等性能,碳钢不能满足特殊性能的要求。
二、 合金元素在钢中的作用
1.合金元素在钢中的分布
为了使钢获得预期的性能,而有目的地加入钢中的化学元素称为合金元素。按其与碳的亲和力的大小,可将合金元素分为非碳化物形成元素和碳化物形成元素两大类,在钢中主要以固溶体和化合物的形式存在。
(1)非碳化物形成元素:包括Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B等,在钢中不与碳化合,大多溶入铁素体、奥氏体或马氏体中,产生固溶强化;有的形成其它化合物如Al2O3、AlN、SiO2、Ni3Al等。
(2) 碳化物形成元素: Mn、Cr、Mo、W、V、Nb、Zr、Ti等。


这类合金元素在钢中,
一是可溶入渗碳体中形成合金渗碳体,如(Fe,Mn)3C、(Fe,Cr)3C等,是低合金钢中存在的主要碳化物,比渗碳体的硬度高,且稳定。
二是强碳化物形成元素与碳形成特殊碳化物,如TiC、NbC、VC、MoC、WC、Cr3C6等,它们具有高熔点、高硬度、高耐磨性、稳定性好,主要存在于高碳高合金钢中,产生弥散强化,提高钢的强度 、硬度和耐磨性。
(3)其它:如稀土元素,钢号中统一用Re表示。

2.合金元素在钢中的作用
作用机理比较复杂,可归纳以下几个方面:
(1)阻碍晶粒奥氏体晶粒长大,细化晶粒;
(2)提高淬透性 (Co除外);
(3)提高回火稳定性,防止回火脆性;
(4)提高钢的使用性能,使之具有耐热、抗腐蚀、高耐磨等特殊的性能;
(5)提高钢的强韧性。金属材料的强化是通过阻碍位错的移动来实现的,主要方法有:
 固溶强化,提高强度和硬度;
 细晶强化,提高强韧性;
 位错强化,位错密度增加,提高强度;
 弥散强化(第二相强化),细小均匀的第二相硬质点分布在基体上,阻碍位错移动面强化;
 加工硬化,金属产生塑性变形后位错密度增加,晶料变得细碎,使金属的强度硬度提高。
大多数的合金元素较好利用了上述前四种强化机制。如合金钢淬火时,形成马氏体,马氏体中含较高的位错密度,马氏体的形成分割了A的晶粒,使之细小,马氏体中碳的过饱和产生固溶强化,回火时析出的碳化物颗粒又产生弥散强化,等等。

第三节 结构钢
结构钢按用途分为工程结构钢和机器结构钢两大类。
一、 工程结构钢
用于制作各种工程构件的钢称为工程结构钢,如制作房屋、桥梁、起重机机械、锅炉、压力容器、钻井架、车辆构件等,所以又称工程构件用钢或建筑工程用钢,包括碳素结构钢和低合金高强度结构钢。
1. 碳素结构钢
见第四章碳钢的分类、编号及用途。

2. 低合金高强度结构钢
用途:在大气和海洋中工作的的大型焊接结构件,如建筑结构、桥梁、车辆 、船舶 、输油输气管道、压力容器等。
性能特点:强度高,良好的塑性、韧性、冷冲压性能及焊接性能 ,可抵抗大气腐蚀。

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