彈簧機課堂|常存雜質對鋼性能的影響

實際使用的鋼中，除了含有鐵、碳與合金元素外，在冶煉過程中，不可避免地要帶入一些雜質（如錳、硅、硫、磷、非金屬類雜質以及某些氣體，如氮、氫、氧等）。這些雜質對鋼的質量有很大的影響。

　　1．錳錳在鋼中作為雜質存在時，一般均小于0.8％。它來自作為煉鋼原料的生鐵及脫氧劑錳鐵。錳有很好的脫氧能力，還能與硫形成MnS,以消除硫的有害作用。這些反應產物大部分進入爐渣而被除去，小部分殘留于鋼中成為非金屬夾雜物。此外，在室溫下錳能溶于鐵素體，對鋼有一定強化作用。錳也能溶于滲碳體中，形成合金滲碳體。但錳作為少量雜質存在時，它對鋼的性能影響不顯著。

　　2．硅硅在鋼中作為雜質存在時，一般均小于0.4％,它也來自生鐵與脫氧劑。在室溫下硅能溶于鐵素體，對鋼有一定的強化作用。但硅作為少量雜質存在時，它對鋼的性能影響也不顯著。

　　3．硫硫是由生鐵及燃料帶入鋼中的雜質。在固態下，硫在鐵中的溶解度極小，而是以FeS的形態存在于鋼中。由于FeS的塑性差，使含硫較多的鋼脆性較大。更嚴重的是，FeS與Fe可形成低熔點（985℃）的共晶體，分布在奧氏體的晶界上。當鋼加熱到約1200℃進行熱壓力加工時，晶界上的共晶體已溶化，晶粒間結合被破壞，使鋼材在加工過程中沿晶界開裂，這種現象稱為熱脆性。為了消除硫的有害作用，必須增加鋼中含錳量。錳與硫優先形成高熔點（1620℃）的硫化錳，并呈粒狀分布在晶粒內，它在高溫下具有一定塑造性，從而避免了熱脆性。硫化物是非金屬夾雜物，會降低鋼的機械性能，并在軋制過程中形成熱加工纖維組織。因此，通常情況下，硫是有害的雜質。在鋼中要嚴格限制硫的含量。但含硫量較多的鋼，可形成較多的MnS，在切削加工中，MnS能起斷屑作用，可改善鋼的切削加工性，這是硫有利的一面。

　　4．磷磷由生鐵帶入鋼中，在一般情況下，鋼中的磷能全部溶于鐵素體中。磷有強烈的固溶強化作用，使鋼的強度、硬度增加，但塑性、韌性則顯著降低。這種脆化現象在低溫時更為嚴重，故稱為冷脆。一般希望冷脆轉變溫度低于工件的工作溫度，以免發生冷脆。而磷在結晶過程中，由于容易產生晶內偏析，使局部地區含磷量偏高，導致冷脆轉變溫度升高，從而發生冷脆。冷脆對在高寒地帶和其它低溫條件下工作的結構件具有嚴重的危害性，此外，磷的偏析還使鋼材在熱軋后形成帶狀組織。因此，通常情況下，磷也是有害的雜質。在鋼中也要嚴格控制磷的含量。但含磷量較多時，由于脆性較大，在制造炮彈鋼以及改善鋼的切削加工性方面則是有利的。

　　5．非金屬夾雜物在煉鋼過程中，少量爐渣、耐火材料及冶煉中反應產物可能進入鋼液，形成非金屬夾雜物。例如氧化物、硫化物、硅酸鹽、氮化物等。它們都會降低鋼的機械性能，特別是降低塑性、韌性及疲勞極限。嚴重時，還會使鋼在熱加工與熱處理時產生裂紋或使用時突然脆斷。非金屬夾雜物也促使鋼形成熱加工纖維組織與帶狀組織，使材料具有各向異性。嚴重時，橫向塑性僅為縱向的一半，并使沖擊韌性大為降低。因此，對重要用途的鋼（如滾動軸承鋼、彈簧鋼等）要檢查非金屬夾雜物的數量、形狀、大小與分布情況。此外，鋼在整個冶煉過程中，都與空氣接觸，因而鋼液中總會吸收一些氣體，如氮、氧、氫等。它們對鋼的質量也會產生不良影響。