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钢材中的典型“两面元素”

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铅为银灰色金属,质地柔软,熔点327.5℃,沸点1740℃。钢材中含铅极微,因绝大部分铅在冶炼过程中以蒸汽的形式逸出钢液。铅一般以微小的球状形态存在于钢材中,易使钢材发生偏析。铅能使钢的冲击韧性有较大幅度减低,在通常条件下,铅是被认为对钢材有害的元素。


铅对改善钢的切削加工功能作用比较明显,如最常见的Y15Pb铅钢,已广泛用作制造精密仪表零件、汽车零件、各类机械的重要零件等。欧盟委员会的RoHS(环保合规性)指令修订决议中,明确设定了均质材料中6种有害物质的浓度上限,其中规定铅的含量不得超过1000ppm,这对国内出口钢材提出了更高的环保要求。



锡(Sn)


锡是大名鼎鼎的"五金"成员之一, 金属锡柔软,易弯曲,熔点231.89℃,沸点2260℃。钢材中锡的存在会使钢产生高温脆性,特别是在耐热合金中会大大降低高温力学性能,如高压锅炉管、石油钻采用管等对锡的含量比较敏感。锡还会对钢材造成严重偏析,给后期加工造成十分有害影响。


钢材中含有一定量的锡能提高钢的耐腐蚀性。新日铁住友公司(NSSC)已研发出低间隙原子含锡铁素体不锈钢,它以14%Cr含量达到了传统标准中18%Cr不锈钢的耐蚀性。



砷(As)


砷,其化合物三氧化二砷被称为砒霜,砷熔点814℃,沸点615℃。砷来源于炼钢原料,冶炼中很难去除,在冶炼过程有所富集并随废钢资源循环使用而逐渐累积,从而恶化钢材性能。钢材中砷含量的增加会降低钢的冲击韧性,增加钢的脆性,形成严重的偏析,并使疲劳裂纹扩展速度显著增加,并且影响焊接性能,其也是导致热轧板、中板表面微裂纹的诱因之一。



砷能提高钢的屈服强度和屈服点,增加抗腐蚀和抗氧化性能,如海洋平台用耐蚀钢板10NiCuAs。


锑(Sb)


锑,银白色金属,熔点630℃,沸点1635℃。锑会使钢材强度降低,脆性增加,如会导致合金钢的回火脆性增加。钢中含有一定量的锑,会提高钢材的耐腐蚀性及耐磨性,比如铜-锑系的耐候钢。


湖南省冷水江市的锡矿山是世界最大锑矿


铋(Bi)


铋,银白色至粉红色的金属,有极其微弱的放射性,熔点271℃。沸点1560℃。铋在冶炼过程中绝大部分以蒸汽的形式逸出,在钢材中的含量极微。铋会降低钢材的高温强度、塑性及韧性。


当作为特殊用途在钢材中添加少量的铋会显著改善钢的切削加工性能,由于环保的要求,国内很多厂家已开发出Bi易切削钢代替Pb易切削钢,如1215M,1214Bi等。


小记


铅(Pb)、锡(Sn)、砷(As)、锑(Sb)、铋(Bi)这五个元素熔点与钢的熔点相比较低,通常都被认为是对钢材有害的元素。它们往往共生于一体成团伙,很少单独存在,聚集时会对钢材造成严重的偏析,对钢的破坏作用更大。


附:普通高压锅炉管坯对五种元素的要求:


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