第八章碳钢含碳量低于2.11%的铁碳合金称为钢。但工业用碳钢除碳外还含有其他元素,如硅、锰、硫、磷、氧、氮、氢等。其中硅、锰是在钢冶炼时作为脱氧元素而加入的,硫和磷是冶炼时未能除尽的杂质元素。在碳钢中它们的含量范围大致如下:锰≤0.7%;硅≤0.5%;磷≤0.05%;硫≤0.04%。氧、氢、氮等的含量与冶炼方法有关,一般只有十万分之几到万分之几,非常少。有时为了改善钢的组织和性能,还人为地向钢中加入某些元素,如硅、锰、铬、钼、佟⒎啊⒛⑴稹⑾?土元素等,这种有意加入钢中的元素称为合金元素。含有合金元素的钢称为合金钢。第一节钢的宏观组织一、三种不同形式的钢锭根据钢液的最终脱氧程度和钢锭宏观组织的特征,可把钢分为三类:沸腾钢、半镇静钢和镇静钢。三种钢中,沸腾钢的脱氧程度最轻,镇静钢??氧最彻底,而半镇静钢的脱氧程度介于二者之间。对沸腾钢来说,只用一定量的弱脱氧剂锰铁对钢液脱氧(有时为了调节钢液的氧化性,也临时加入少量的铝,但这只是辅助性的),因此,钢液的含氧量较高。在沸腾钢的凝固过程中,钢液中碳和氧发生反应而产生大量气体(主要是一氧化碳气),造成钢液沸腾,沸腾钢由此而得名。所形成的气体,大部分逸入大气中,一小部分留在钢锭内形成气泡。沸腾钢的外层是在沸腾所造成的钢液剧烈搅动的条件下凝固的。由于搅动,结晶出的钢锭有比较纯净的外层,而心部是在沸腾停止后凝固的,因此沸腾钢钢锭宏观组织的特点是,钢锭内部有大量气泡,但是没有或者很少有缩孔。钢锭的外层比较纯净,这纯净的外层包住了一个富集着杂质的锭心。沸腾钢只限于生产普通低碳钢,钢的品种受到限制。镇静???在浇注之前不仅用弱脱氧剂锰铁而且还使用强脱氧剂硅铁和铝对钢液进行脱氧,因而钢液的含氧量很低。强脱氧元素硅和铝的加人,使得在凝固过程中,钢液中的氧优先与强脱氧元素铝和硅结合,从而抑止了碳氧之间的反应,所以镇静钢结晶时没有沸腾现象,镇静钢由此而得名。在正常操作情况下,镇静钢中没有气泡,但有缩孔和疏松。高级优质碳钢或优质碳钢以及全部合金钢均按镇静钢生产。半镇静钢的最终脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间,即除了用锰铁脱氧之外,也加入硅铁和少量的铝。钢液的含硅量通常在0.06~0.15%范围内,铝的用量比镇静钢的少得多。在钢液结晶过程中没有沸腾现象,但仍然有一氧化碳气体放出并在钢锭中形成分散气泡。半镇静钢没有镇静钢钢锭头部的集中缩孔。半镇静钢可用于生产低合金钢。二、镇静钢的宏???组织1.物理的不均匀性(1)缩孔缩孔是由凝固收缩引起的,当结晶前沿各处由于液固相变所引起的收缩能够源源不断地得到钢液补充时,便在钢锭最后凝固部分造成集中收缩,即形成缩孔。(2)疏松由于凝固收缩,除形成缩孔外,还在锭身各处形成许多细小、分散的孔隙,引起钢的致密程度降低。钢的这种不致密现象称为疏松。当结晶前沿各处由于液固相变所引起的收缩不能得到有效的补充时,在补缩供应线被切断的地方,凝固后就会留下小孔隙,得到分散的收缩,即疏松。(3)气泡严格来讲,气泡已经不只是物理的不均匀性,但是从其对力学性能的影响来看,气泡与空洞相当。在正常操作条件下,镇静钢中不应有气泡;在某些不正常的情况下,镇静钢中会形成皮下气泡和内部气泡。皮下气泡多产生于钢锭尾部,时常成群出现。皮下??泡的产生主要是由于浇注条件不好;此外,钢液含气体太多和脱氧不良也能助长皮下气泡的形成。内部气泡在钢坯横向试片酸浸蚀面上表现为未焊合的细小裂纹。内部气泡的产生主要是由于钢液含气体是太高。(4)裂纹钢在铸造凝固后降温时将发生固态收缩。在某种外部条件下,当固态收缩受阻时,或者由于凝固层厚度不均匀或凝固层各部分收缩量不一致时,或者当凝固壳层受到内部钢液的静压力作用时,凡此种种使固态钢中产生内应力,当此内应力超过钢本身强度时,就发生破裂,导致产生裂纹。裂纹可以在钢锭凝固期间或者在凝固之后出现。2.初生晶粒的不均匀性(结晶的不均匀性)--结晶带镇静钢钢锭有三个结晶带:从钢淀表面向内几个毫米为外壳层,由细小的等轴初生晶粒组成;然后为柱晶带,由柱状的初生晶粒组?此带的厚度可???达到几十或者上百毫米;最后为钢锭轴心部位的粗大等轴晶带。3.化学的不均匀性--偏析在钢锭或钢材中,各部分的化学成分远不是均匀一致的,这种化学成分不均匀的现象称为偏析。偏析可以在初生晶粒的范围内发生,叫枝晶偏析或晶内偏析;也可以在整个钢锭(或铸件)范围内发生,称为区域偏析。在钢锭中,有时在某些局部地区,化学成分与其周围有差异,形成所谓带状偏析,它叠加在缓慢变化的一般区域偏析的背景上。带状偏析是区域偏析的一种特殊形式。宏观组织分析(即低倍检验)包括的内容:低倍酸浸试验、断口分析和各种无损探伤(磁力探伤、超声波探伤、X线探伤及其它)。第二节碳和杂质元素对碳钢显微组织和性能的影响一、碳对缓冷钢显微组织和性能的影响碳是决定碳钢在