椭圆形封头用低合金钢中各元素对其性能的影响

　　椭圆形封头中除螺栓材料外，常用的低合金钢为含碳量小于0.20%的碳锰钢、硅钢、铬钼钢、铬钼钒钢和铬钼钒铝钢，而螺栓材料则常用含碳量为0.25%~0.45%的铬钢和铬钼钢。

　　低合金钢中，其主要影响元素有碳(C)、锰(Mn)、铬(Cr)、钼(Mo)、钒(V)、硅(Si)、铝(Al)等。除此之外，尚有硫(S)、氧(O)、磷(P)、砷(As)、锑(Sb)等杂质元素。

　　1、碳(C)在低合金钢中的作用

　　同碳素钢部分。

　　2、锰(Mn)在低合金钢中的作用

　　锰与铁形成固溶体，可提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度。锰又是碳化物形成元素，它进入渗碳体中将取代一部分铁原子。锰还可起到细化珠光体的作用，因此，在椭圆形封头用碳锰钢中常利用锰来提高钢的强度，但它使材料的延展性有所降低，而且增加了应力腐蚀开裂的敏感性。在一般碳锰钢和低合金钢中，其含量应在1%~2%。

　　锰是良好的脱氧剂和脱硫剂。锰与硫形成MnS，可防止因硫而导致的热脆现象，从而改善钢的热加工性能。因此，在工业用钢中一般都含有一定数量的锰。

　　锰在钢中由于能降低临界转变温度，故碳锰钢的低温冲击韧性比碳素钢好。

　　锰能强烈增加碳锰钢的淬透性。锰含量较高时，有使钢晶粒粗化并增加钢的回火脆性的不利倾向。

　　锰对钢的焊接性有不利的影响。为改善椭圆形封头用钢的焊接性，应在许可的范围内，适当降低钢的碳含量。焊接时也需采用 低氢焊条和相应的焊接工艺。

　　3、铬(Cr)在低合金钢中的作用

　　铬是缩小g相区和形成g相圈的元素，在a-Fe中无限固溶，在g-Fe中的 溶解度为12.5%。

　　铬属于中等碳化物形成元素。随铬含量的增加，可形成(Fe，Cr)3C、(Cr，Fe)7C3、(Cr，Fe)23C6等碳化物，使铬钼钢和铬钼钒钢有良好的抗高温氧化性和耐氧化介质腐蚀作用，并增加钢的热强性。

　　铬增加钢的淬透性并有二次硬化作用。

　　铬是 提高钢的脆性转变温度的元素，随着铬含量的增加，钢的脆性转变温度也逐步提高，冲击值随铬含量增加而下降。

　　在含钼的锅炉钢中，加入少量的铬，能防止钢在长期使用过程中的石墨化。

　　4、钼(Mo)在低合金钢中的作用

　　钼属于强碳化物形成元素，当其含量较低时，与铁及碳形成复杂的渗碳体;当含量较高时，则形成 殊碳化物。在较高回火温度下，由于钼的弥散分布，可使椭圆形封头用材料出现二次硬化。

　　钼对铁素体有固溶强化作用，同时也提高碳化物的稳定性，因此对钢的强度产生有利作用。钼是提高钢热强性 有效的合金元素，主要在于它能强烈提高钢中铁素体对蠕变的抗力。此外，钼还可有效地抑制渗碳体在450℃~650℃工作温度下的聚集，促进弥散的 殊碳化物的析出，椭圆形封头从而进一步起到了强化作用。自含钼0.5%的低合金钢用于锅炉管后，一系列二元和多元的含钼珠光体钢被 地用于动力、石油和化学工业中，如15CrMo、12Cr1MoV、1Cr5Mo等。钼同样也能提高马氏体钢和奥氏体钢的热强性。

　　钼在钢中，由于形成 殊碳化物，可以改善在高温高压下抗氢侵蚀的作用。

　　钼常与其他元素如锰、铬等配合使用，可 提高椭圆形封头用钢的淬透性;钼含量约0.5%时，能抑制或降低其他合金元素导致的回火脆性。

　　5、钒(V)在低合金钢中的作用

　　钒是缩小g相区、形成g相圈的元素，在a-Fe中无限固溶，在g-Fe中的 溶解度约1.35%。

　　钒与碳、氧、氮都有较强的亲合力，为强碳化物及氮化物形成元素。在低合金钢中，钒能有效地固定钢中的碳和氮，并形成高度弥散分布的碳化物和氮化物微粒，即使在高温下，聚合长大也极缓慢，因而可以增加钢的热强性和对蠕变的抗力。一系列的铬钼钒钢已成为制造锅炉、汽轮机的主要钢种，如12CrMoV及12Cr1MoV常用于过热器钢管、导管及相应的锻件等。

　　含钒钢在热处理中，能提高晶粒粗化的温度，从而降低椭圆形封头用钢的过热敏感性，并提高钢的强度和韧性等，尤其是它能提高钢正火后的强度和屈服比及低温韧性，因此它已成为普通低合金钢的一种比较理想的合金元素。

　　由于钒对碳的固定作用，在高温下，对抗氢腐蚀(脱碳和脆化)是有益的。在抗氢钢中钒和碳含量之比应在5.7左右，过低时不足以有效地起抗氢腐蚀作用，过高时，将有部分的钒溶入铁素体中降低其塑性和焊接性能。

　　6、硅(Si)在低合金钢中的作用

　　硅作为杂质元素时，它在椭圆形封头用低合金钢中的作用与在碳素钢中的作用相同，作为合金元素时，一般应不低于0.4%。

　　硅在钢中不形成碳化物，而是以固溶体的形态存在于铁素体或奥氏体中。硅固溶于铁素体和奥氏体中可起到提高它们的硬度和强度的作用，在常见元素中仅次于磷，而较锰、镍、铬、钨、钼、钒等为强。但硅含量若超过3%时，将 地降低钢的塑性、韧性和延展性。

　　低硅含量对钢的抗腐蚀性能影响不大，只有当硅含量达到一定值时，它对钢的抗腐蚀性能才有 的增强作用。硅含量为15%~20%的硅铸铁是很好的耐酸材料，对不同温度和浓度的硫酸、硝酸都很稳定，但在盐酸和王水的作用下稳定性很小，在氢氟酸中则不稳定。椭圆形封头用高硅铸铁之所以抗腐蚀，是由于当开始腐蚀时，在其表面形成致密的SiO2薄层，阻碍着酸的进一步向内侵蚀。

　　含硅的钢在氧化气氛中加热时，表面也将形成SiO2薄层，从而提高钢在高温时的抗氧化性。

　　7、铝(Al)在低合金钢中的作用

　　铝与氮及氧的亲和力很强，因此它也用作炼钢时的脱氧定氮剂，并起到细化晶粒、阻抑碳钢的时效、提高钢在低温下韧性的作用。

　　铝作为合金元素加入钢中时能提高钢的抗氧化性，改善椭圆形封头用钢的电磁性能，提高渗氮钢的耐磨性和疲劳强度等。因此，铝在不起皮钢、电热合金、磁钢和渗氮钢中，得到了 的应用。

　　铝在铁素体及珠光体钢中，当它的含量较高时，材料的高温强度和韧性较低。

　　铝和碳虽然可以化合生成碳化物Al4C3和Al3C，但它和碳的亲和力小于铁和碳的亲和力，因此在钢中一般不存在铝的碳化物。

　　当铝含量达到一定量时，可使钢产生钝化现象，使钢在氧化性酸中具有抗蚀性，但使钢的焊接性变坏。

　　铝还能提高钢对硫化氢的抗蚀作用。铝含量在4%左右的钢，在温度不超过600℃时有较好的抗硫化氢腐蚀作用。

　　椭圆形封头用铝对钢在水蒸汽、氯气、 别是在氯气及其化合物气氛中的抗蚀作用是不利的。

　　在钢铁材料表面镀铝和渗铝，可以提高其抗氧化性和在工业和海洋性气氛中的抗蚀性。

　　含铝的钢渗氮后，在钢的表面形成一层牢固的薄而硬的弥散分布的氮化铝层，从而提高其硬度和疲劳强度，并改善其耐磨性。

　　铝是高锰低温钢的主要合金元素。一定量的铝，有提高铁锰奥氏体的稳定度、抑制b—Mn相变的作用，从而使椭圆形封头用铝在低温钢中得到了应用。

　　8、硫(S)、氧(O)、磷(P)、砷(As)、锑(Sb)等杂质元素在低合金钢中的作用

　　同在碳素钢中的作用。但由于低合金钢熔点较高，磷、砷、锑等杂质元素容易在高温下迁移聚集，从而导致低合金钢的高温回火脆性注。一般情况下，椭圆形封头用低合金钢均采用较高级的冶炼方法(如电炉冶炼)，故其硫、磷等杂质元素含量较低。

　　注：合金钢在进行高温回火热处理或长期在高温下工作时，其中的杂质元素磷、砷、锑等容易在高温下迁移聚集。

　　由于这些元素的熔点一般比合金元素低，它将“割裂”椭圆形封头用材料基体而导致合金钢在高温下呈现脆性。因为合金

　　钢的这种脆性发生在红热的温度下，故常称为红脆。