在钢的使用中,除了含有铁、碳与合金元素外,在冶炼过程中,不可避免地要带入一些杂质(如锰、硅、硫、磷、非金属类杂质以及某些气体,如氮、氢、氧等)。这些杂质对钢的质量有很大的影响。

硅在钢中作为杂质存在时,一般均小于0.4%,它也来自生铁与脱氧剂。在室温下硅能溶于铁素体,对钢有一定的强化作用。但硅作为少量杂质存在时,它对钢的性能影响不大。

锰在钢中作为杂质存在时,一般均小于0.8%。它来自作为炼钢原料的生铁及脱氧剂锰铁。锰有很好的脱氧能力,还能与硫形成MnS,以消除硫的有害作用。这些反应产物大部分进入炉渣而被除去,小部分残留于钢中成为非金属夹杂物。此外,在室温下锰能溶于铁素体,对钢有一定强化作用。锰也能溶于渗碳体中,形成合金渗碳体。但锰作为少量杂质存在时,它对钢的性能影响不明显。

硫是由生铁及燃料带入钢中的杂质。在固态下,硫在铁中的溶解度极小,而是以FeS的形态存在于钢中。由于FeS的塑性差,使含硫较多的钢脆性较大。更严重的是,FeS与Fe可形成低熔点(985℃)的共晶体,分布在奥氏体的晶界上。当钢加热到约1200℃进行热压力加工时,晶界上的共晶体已溶化,晶粒间结合被破坏,使钢材在加工过程中沿晶界开裂,这种现象称为热脆性。为了消除硫的有害作用,必须增加钢中含锰量。锰与硫优先形成高熔点(1620℃)的硫化锰,并呈粒状分布在晶粒内,它在高温下具有一定塑造性,从而避免了热脆性。硫化物是非金属夹杂物,会降低钢的机械性能,并在轧制过程中形成热加工纤维组织。因此,通常情况下,硫是有害的杂质。在钢中要严格限制硫的含量。但含硫量较多的钢,可形成较多的MnS,在切削加工中,MnS能起断屑作用,可改善钢的切削加工性,这是硫有利的一面。

  非金属夹杂物在炼钢过程中,少量炉渣、耐火材料及冶炼中反应产物可能进入钢液,形成非金属夹杂物。例如氧化物、硫化物、硅酸盐、氮化物等。它们都会降低钢的机械性能,特别是降低塑性、韧性及疲劳极限。严重时,还会使钢在热加工与热处理时产生裂纹或使用时突然脆断。非金属夹杂物也促使钢形成热加工纤维组织与带状组织,使材料具有各向异性。严重时,横向塑性仅为纵向的一半,并使冲击韧性大为降低。因此,对重要用途的钢(如滚动轴承钢、弹簧钢等)要检查非金属夹杂物的数量、形状、大小与分布情况。此外,钢在整个冶炼过程中,都与空气接触,因而钢液中总会吸收一些气体,如氮、氧、氢等。它们对钢的质量也会产生一定的影响。在钢的使用中,除了含有铁、碳与合金元素外,在冶炼过程中,不可避免地要带入一些杂质(如锰、硅、硫、磷、非金属类杂质以及某些气体,如氮、氢、氧等)。这些杂质对钢的质量有很大的影响。

硅在钢中作为杂质存在时,一般均小于0.4%,它也来自生铁与脱氧剂。在室温下硅能溶于铁素体,对钢有一定的强化作用。但硅作为少量杂质存在时,它对钢的性能影响不大。

锰在钢中作为杂质存在时,一般均小于0.8%。它来自作为炼钢原料的生铁及脱氧剂锰铁。锰有很好的脱氧能力,还能与硫形成MnS,以消除硫的有害作用。这些反应产物大部分进入炉渣而被除去,小部分残留于钢中成为非金属夹杂物。此外,在室温下锰能溶于铁素体,对钢有一定强化作用。锰也能溶于渗碳体中,形成合金渗碳体。但锰作为少量杂质存在时,它对钢的性能影响不明显。

硫是由生铁及燃料带入钢中的杂质。在固态下,硫在铁中的溶解度极小,而是以FeS的形态存在于钢中。由于FeS的塑性差,使含硫较多的钢脆性较大。更严重的是,FeS与Fe可形成低熔点(985℃)的共晶体,分布在奥氏体的晶界上。当钢加热到约1200℃进行热压力加工时,晶界上的共晶体已溶化,晶粒间结合被破坏,使钢材在加工过程中沿晶界开裂,这种现象称为热脆性。为了消除硫的有害作用,必须增加钢中含锰量。锰与硫优先形成高熔点(1620℃)的硫化锰,并呈粒状分布在晶粒内,它在高温下具有一定塑造性,从而避免了热脆性。硫化物是非金属夹杂物,会降低钢的机械性能,并在轧制过程中形成热加工纤维组织。因此,通常情况下,硫是有害的杂质。在钢中要严格限制硫的含量。但含硫量较多的钢,可形成较多的MnS,在切削加工中,MnS能起断屑作用,可改善钢的切削加工性,这是硫有利的一面。

  非金属夹杂物在炼钢过程中,少量炉渣、耐火材料及冶炼中反应产物可能进入钢液,形成非金属夹杂物。例如氧化物、硫化物、硅酸盐、氮化物等。它们都会降低钢的机械性能,特别是降低塑性、韧性及疲劳极限。严重时,还会使钢在热加工与热处理时产生裂纹或使用时突然脆断。非金属夹杂物也促使钢形成热加工纤维组织与带状组织,使材料具有各向异性。严重时,横向塑性仅为纵向的一半,并使冲击韧性大为降低。因此,对重要用途的钢(如滚动轴承钢、弹簧钢等)要检查非金属夹杂物的数量、形状、大小与分布情况。此外,钢在整个冶炼过程中,都与空气接触,因而钢液中总会吸收一些气体,如氮、氧、氢等。它们对钢的质量也会产生一定的影响。