硅(Si)元素对钢材的影响
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硅(Si):在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂,所以镇静钢含有0.15-0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限,屈服点和抗拉强度,故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0-1.2%的硅,强度可提高15-20%。硅和钼、钨、铬等结合,有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用,可制造耐热钢。含硅1-4%的低碳钢,具有极高的导磁率,用于电器工业做矽钢片。硅量增加,会降低钢的焊接性能。


(1)一般合金钢中的Si含量不会高于3.5%,更多时(4.8~6.5%)将使钢具有很高的脆性。

Si的有益作用:高的热强性和弹性极限,高的导磁率,涡流损失少。

①象Al、Cr一样,其氧化物均是尖晶石类型的组织。其晶格常数与α-Fe、γ-Fe区别小。因为其氧化物与金属分界处的晶胞之间就紧密而强固地结合在一起,氧化皮紧密地被贴在金属上,甚至在高温下也不剥落。所以它具有很强的抗氧化性和耐热性能,而被加入耐热钢。

②有利于提高钢的弹性极限,在中碳钢中加入1~2%的Si,调质中σb将增15~20%,而Aku也提高了,还提高了σs和δ。

③利于促进钢中石墨化而用于炼制石墨钢。此钢可制轴承,甚至作为工具钢代替,制冲头,拉模、弯曲模等。

④脱氧能力较强,是炼钢常用的脱氧剂,故一般钢中均含Si,其量≤0.5%。

⑤硅可减小晶体的各向异性,使磁化容易,使磁阻减小,它还可减轻钢中其他杂质对磁场磁感的危害(使%C石墨化,脱氧,与N形成氢化硅等)。所以可大大减少涡流损失。由于硅的脆性,目前高硅钢片硅含量规定为低于4.5%,最多只为4.8%,正在研究提高至6.5%。

⑥硅可显著地减慢回火马氏体在低温(200℃)时的分解速度。(在较高温度即400~500℃则作用并不显著)Si是铁素体形成元素,多加Si会使A-α转化。

(2)Si的不良影响

①促使石墨化,促进脱碳(它是阻止碳化物形成的一种元素),含Si钢一般不作渗碳。

②促进回火脆性的发展,使塑性降低。

Si对冲击韧性和韧性的温度储量的影响不是等值的。

当Si=1~1.5%时作用尚良好。Si=2.5~3%时则影响不良,含Si=2~2.5%,则难以锻造。

当Si≤2.3%时,矽铬钢对回火脆性的敏感性还很低,但对当Si=2.5~3.5%时,对回火脆性和敏感性就高。用这种钢必须采取韧性处理(回火后在水中浸渍,锻时用少韧处理),而当Si>3.5%时,甚至持用韧性处理也已不能消除矽铬钢的脆性。(不过,Mo的加入可使其脆性稍许改善),SI=4%时,室温下即可能脆裂。

③对碳素工具钢,Si含量上升时,将降低其淬透性等级。一般结构钢中均不宜加Si,对于高速钢,不大于0.4%。

④由于硅的存在,使钢中增碳困难,并使渗碳速度降低,所以此类钢多不作渗碳处理。

⑤硅锰结合,Mn可下降,因为Si引起的脱碳,Si有微弱的抑制晶粒长大的作用,可稍下降,Mn引起的调质粗晶,有相互改善作用,但易生白点,应注意冶炼时原材料的干燥烘烤。

⑥硅在钢中还常以Fe、Mn的硅酸盐类夹杂物而存在,均会降低钢的各种性能,塑性比硫化物低。这类夹杂物透光度很高,而反光度则低,故显微镜下常呈灰黑色。

(3)一般合金钢中Si含量:

一般碳钢:Si<0.5%

合金结构钢: Si =0.9~1.6% (27SiMn、40CrSi、20CrMnSi、35CrMnSiA等)

弹簧钢:     Si =1.5~2% (55Si2Mn、60Cr2Mn等)

轴承钢:     Si =0.4~0.7% (GCr9SiMn、GCr15SiMn、GCr6SiMn等)

工具钢:     Si =0.65~1.8% (SiMn、9SiCr、5SiMnMoV、6SiMoV等)

耐热钢:     Si =1~4.3% (Cr17Al4Si、Cr20Si3、4Cr9Si2、4Cr3Si4等)

电机硅钢片: Si =0.8~1.8% 、1.8~2.8%、2.8~3.8%、3.8~4.8%为低、中、较高、高级硅钢片


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