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碳素鋼的性能主要取決于鋼的含碳量和顯微組織。在退火或熱軋狀態(tài)下﹐隨含碳量的增加﹐鋼的強(qiáng)度和硬度升高﹐而塑性和沖擊韌性下降。焊接性和冷彎性變差。所以工程結(jié)構(gòu)用鋼﹐常限制含碳量。
碳素鋼中的殘余元素和雜質(zhì)元素如錳﹑硅﹑鎳﹑磷﹑硫﹑氧﹑氮等﹐對(duì)碳素鋼的性能也有影響。這和影響有時(shí)互相加強(qiáng)﹐有時(shí)互相抵銷。例如﹕硫﹑氧﹑氮都能增加鋼的熱脆性﹐而適量的錳可減少或部分抵銷其熱脆性。殘余元素除錳﹑鎳外都降低鋼的沖擊韌性﹐增加冷脆性。除硫和氧降低強(qiáng)度外﹐其它雜質(zhì)元素均在不同程度上提高鋼的強(qiáng)度。幾乎所有的雜質(zhì)元素都能降低鋼的塑性和焊接性。
氫在鋼中能造成很多嚴(yán)重缺陷﹐如產(chǎn)生白點(diǎn)﹑點(diǎn)狀偏析﹑氫脆﹑表面鼓泡和焊縫熱影響區(qū)內(nèi)的裂縫等。為鋼的質(zhì)量﹐盡可能降低鋼中氫的含量。脫氧帶入的殘余元素如鋁﹐可減小低碳鋼的時(shí)效傾向﹐還可以細(xì)化晶粒﹐提高鋼在低溫下的韌性﹐但余量不宜過多。由爐料中帶入的殘余元素如鎳﹑鉻﹑鉬﹑銅等﹐含量高時(shí)可提高鋼的淬透性﹐但對(duì)要求具有高塑性的鋼﹐如深沖用鋼板﹐則是不利的。
冶煉﹑加工對(duì)碳素鋼性能的影響碳素鋼大都采用氧氣轉(zhuǎn)爐和平爐冶煉﹐碳素鋼也采用電弧爐生產(chǎn)。根據(jù)煉鋼過程脫氧程度的不同﹐碳素鋼可分為鎮(zhèn)靜鋼﹑沸騰鋼和介于兩者之間的半鎮(zhèn)靜鋼。冶煉方法對(duì)鋼的性能影響﹐主要是通過鋼的純凈度而起作用的。近年來人們通過真空處理﹑爐外精煉和噴吹技術(shù)等﹐都可獲得更高純凈度的鋼﹐從而顯著改善了碳素鋼的品質(zhì)。
碳素鋼的塑性加工工藝通常分熱加工和冷加工。經(jīng)過熱加工﹐鋼錠中的小氣泡﹑疏松等缺陷被焊合起來﹐使鋼的組織致密。同時(shí)﹐熱加工可破壞鑄態(tài)組織﹑細(xì)化晶粒。使鍛軋的鋼材比鑄態(tài)具有更好的力學(xué)性能。經(jīng)冷加工的鋼﹐隨著冷塑性變形程度增大﹐強(qiáng)度和硬度增加﹐塑性和韌性降低。為提高成材率﹐廣泛應(yīng)用連續(xù)鑄鋼工藝。
鐵碳合金，是以鐵和碳為組元的二元合金。鐵基材料中應(yīng)用多的一類——碳鋼和鑄鐵，就是一種工業(yè)鐵碳合金材料。鋼鐵材料適用范圍廣闊的原因，在于可用的成分跨度大，從近于無碳的工業(yè)純鐵到含碳4%左右的鑄鐵，在此范圍內(nèi)合金的相結(jié)構(gòu)和微觀組織都發(fā)生很大的變化；另外，還在于可采用各種熱加工工藝，尤其金屬熱處理技術(shù)，大幅度地改變某一成分合金的組織和性能。
