钢中常存杂质元素的影响

钢中常存杂质元素的影响

一、 硅：在钢中是有益元素
    硅是由炼钢时加入的脱氧剂带入钢中的。由于硅的脱氧能力较强，硅与钢液中的 FeO能结成密度较小的硅酸盐以炉渣的形式被除去。脱氧后钢不可避免地残留着少量硅，这些残留下来的硅能溶于铁素体，使得铁素体强化，从而提高钢的强度、硬度和弹性。因此，硅在钢中是有益元素，但作为杂质元素存在时其质量分数应不超过0.4％。

二、 锰：在钢中是有益元素
    锰是由炼钢时加入的脱氧剂带入钢中的。锰从 FeO中夺取氧形成MnO进入炉渣。锰不能与硫化合成MnS，以减少硫对钢的有害影响，改善钢的热加工性能。在室温下，锰大部分溶于铁素体，对钢有一定的强化作用。因此，锰在钢中是有益元素，但作为杂质元素存在时其质量分数应不超过0.8％。

三、 硫：在钢中是有害元素
    硫是由生铁和燃料带入的杂质，炼钢时难以除尽。在固态下硫不深于铁，而以 FeS的形式存在，FeS与Fe能形成低熔点的共晶体（Fe+FeS），熔点仅为985℃，且分布在奥氏体晶界上。当钢在1000~1200℃压力加工时，由于低熔点共晶体熔化，显著减弱晶粒之间的联系，使钢材在压力加工时沿晶界开裂，这种现象为热脆。因此，钢中硫的质量分数必须严格控制。
    为了消除硫所形成的热脆，在炼钢时必须增加锰。由于 Mn与S能形成高熔点（1620℃）的MnS，并呈粒状分布在晶粒内，MnS在高温时有一定的塑性，从而避免了钢的热脆。
硫虽然产生热脆，但对改善钢材的切削加工性能却有利。如在硫的质量分数较高的钢（ Ws＝0.08％~0.45％）中适当提高锰的质量分数（WMn＝0.70～1.55％），可形成较多的MnS，在切削加工中MnS能起断屑作用，可改善钢的切削加工性，这种钢称为易切削钢，广泛应用于标准件等的生产。

四、 磷：在钢中是有害元素
    磷是由生铁和燃料带入的杂质，炼钢时难以除尽。磷能全部熔于铁素体，提高了铁素体的强度、硬度；但在室温下钢的塑性、韧性急剧下降，变脆，这种现象称为冷脆。所以，磷是一种有害杂质元素，因此要严格控制磷在钢中的含量。
    磷的有害作用在一定条件下也可以转化，例如易切削钢，把磷的含量提高到 W p ＝0.05％~0.15％，使铁素体脆化，从而改善钢的切削加工性能。在炮弹钢（W c ＝0.60％～0.90％、W Mn ＝0.60％~1.0％）中加入较多磷，可使钢的脆性增大，炮弹爆炸时碎片增多，增加杀伤力。