合金元素对钢的组织与性能的影响-Si/Mn

      对钢的显微组织及热处理的作用

　　1）作为钢中的合金元素,其质量分数一般不低于0.4%，以固溶体形态存在于铁素体或奥氏体中,缩小奥氏体相区；

　　2）提高退火、正火和淬火温度，在亚共析钢中提高淬透性；

　　3）硅不能形成碳化物，有强烈的促进碳的石墨化作用，在硅含量较高的中碳和高碳钢中，如不含有强碳化物形成元素，易在一定温度条件下发生石墨化；

　　4）在渗碳钢中，硅减小渗碳层厚度和碳的浓度；

　　5）硅对钢液有良好脱氧作用。对钢的力学性能的作用

　　1）提高铁素体和奥氏体的硬度和强度其作用较 Mn、Ni、Cr、W、Mo、V等更强；显著提高钢的弹性极限、屈服强度和屈强比，并提高疲劳强度和疲劳比；

　　2）硅的质量分数超过3%时显著降低钢的塑性和韧性；硅提高韧脆转变温度；

　　3）硅易使钢中形成带状组织，使横向性能低于纵向性能；

　　4）改善钢的耐磨性能。

　　对钢的物理、化学及工艺性能的作用

　　1）降低钢的密度、热导率、电导率和电阻温度系数；

　　2）硅钢片的涡流损耗量显著低于纯铁，矫顽力、磁阻和磁滞损耗较低，磁导率和磁感强度较高。但在强磁场中，硅降低磁感强度；

　　3）提高高温时钢的抗氧化性能，但硅含量高时，表面脱碳加剧；

　　5）硅降低钢的焊接性；

　　在钢中的作用

　　1）在普通低合金钢中提高强度，改善局部耐蚀性，在调质钢中提高淬透性和耐回火性，是多远合金结构钢中的主要合金元素之一；

　　2）硅的质量分数为0.5%~2.8%的SiMn或SiMnB钢广泛用于高载荷弹簧材料，同时加入W、V、Mo、Nb、Cr等强碳化物形成元素；

　　3）硅钢片为硅的质量分数为1.0%~4.5%的低碳和超低碳钢，用于电机和变压器；

　　4）在不锈钢和耐蚀钢中，与Mo、W、Cr、Al、Ti、N等配合，提高耐蚀性和抗高温氧化能力；

　　5）硅含量较高的石墨钢用于冷作模具材料。

      对钢的显微组织及热处理的作用

　　1）锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，工业用钢中一般均含有一定量的锰；

　　2）锰股溶于铁素体和奥氏体中，扩大奥氏体区，使临界温度A4点升高，A3点降低，（α和γ）区下移，当锰的质量分数超过12%时，上临界点降至室温以下，使钢在室温时形成单一奥氏体组织。在降低共析温度时，使共析体中的碳含量减少；

　　3）锰剧烈降低钢的Ar1和马氏体转变温度（其作用仅次于碳）和钢中相变的速率，提高钢的淬透性，增加残留奥氏体含量

　　4）使钢的调质组织均匀、细化，变了渗碳层中碳化物的聚集成块，但增大了高的过热敏感性和回火脆性倾向；

　　5）锰是弱碳化物形成元素。对钢的力学性能的作用

　　1）锰强化铁素体或奥氏体的作用不及碳、磷、硅，在增加强度的同时，对延展性无影响；

　　2）锰可细化珠光体，显著提高低碳和中碳珠光体钢的强度，使延展性有所降低；

　　3）通过提高淬透性而提高了调质处理索氏体钢的力学性能；

　　4）在严格控制热处理工艺、避免过热时的晶粒长大以及回火脆性的前提下，锰不会降低钢的韧性。

　　对钢的物理、化学及工艺性能的作用

　　1）随锰含量的增加，钢的热导率急剧下降，线膨胀系数上升，使快读加热或冷却时形成较大内应力，工件开裂清晰增大；

　　2）使钢额电导率急剧下降，电阻率相应增大，电阻温度系数下降；

　　3）使矫顽力增大，饱和磁感、剩余磁感和磁导率均下降，因而锰对永磁合金有利，对软磁合金有害；

　　4）锰含量很高时，钢的抗氧化性能降低；

　　5）使钢中的硫形成较高熔点的MnS，避免了境界上的FeS薄膜，消除钢的热脆性，改善热加工性能；

　　6）高锰奥氏体钢的变形阻力较大，且钢锭柱状结晶明显，锻轧时较易开裂；

　　7）由于提高了淬透性和降低了马氏体转变温度，对焊接性能有不利影响。在适当范围内降低碳含量。

　　在钢中的作用

　　1）易切削钢中常有适量的锰和磷，MnS夹杂物使切屑易于脆断；

　　2）普通低合金钢中利用锰来强化铁素体和珠光体，提高钢的强度，锰的质量分数一般为1%~2%；

　　3）渗碳和调质合金结构钢额许多系列中含量质量分数不超过2%的锰；

　　4）弹簧钢、轴承钢和工具钢中利用锰强烈提高淬透性的作用，可采用油淬和空冷的淬火工艺，减少开裂、扭曲和变形；

　　5）耐磨钢、无磁钢、不锈钢、耐热钢，包括高碳高锰耐磨铸钢（锰的质量分数10%~14%），中碳高锰无磁钢（锰的质量分数为18%~19%），高锰耐热钢（以Mn代替Ni的耐热钢，或含有Al、Mo、V等）。

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