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碳素鋼的性能主要取決于鋼的含碳量和顯微組織。在退火或熱軋狀態(tài)下,隨含碳量的增加,鋼的強(qiáng)度和硬度升高,而塑性和沖擊韌性下降。焊接性和冷彎性變差。所以工程結(jié)構(gòu)用鋼,常限制含碳量。
碳素鋼中的殘余元素和雜質(zhì)元素如錳、硅、鎳、磷、硫、氧、氮等,對碳素鋼的性能也有影響。這和影響有時(shí)互相加強(qiáng),有時(shí)互相抵銷。例如:硫、氧、氮都能增加鋼的熱脆性,而適量的錳可減少或部分抵銷其熱脆性。殘余元素除錳、鎳外都降低鋼的沖擊韌性,增加冷脆性。除硫和氧降低強(qiáng)度外,其它雜質(zhì)元素均在不同程度上提高鋼的強(qiáng)度。幾乎所有的雜質(zhì)元素都能降低鋼的塑性和焊接性。
氫在鋼中能造成很多嚴(yán)重缺陷,如產(chǎn)生白點(diǎn)、點(diǎn)狀偏析、氫脆、表面鼓泡和焊縫熱影響區(qū)內(nèi)的裂縫等。為保證鋼的質(zhì)量,須盡可能降低鋼中氫的含量。脫氧帶入的殘余元素如鋁,可減小低碳鋼的時(shí)效傾向,還可以細(xì)化晶粒,提高鋼在低溫下的韌性,但余量不宜過多。由爐料中帶入的殘余元素如鎳、鉻、鉬、銅等,含量高時(shí)可提高鋼的淬透性,但對要求具有高塑性的鋼,如深沖用鋼板,則是不利的。
冶煉、加工對碳素鋼性能的影響碳素鋼大都采用氧氣轉(zhuǎn)爐和平爐冶煉,質(zhì)優(yōu)碳素鋼也采用電弧爐生產(chǎn)。根據(jù)煉鋼過程脫氧程度的不同,碳素鋼可分為鎮(zhèn)靜鋼、沸騰鋼和介于兩者之間的半鎮(zhèn)靜鋼。冶煉方法對鋼的性能影響,主要是通過鋼的純凈度而起作用的。近年來人們通過真空處理、爐外精煉和噴吹技術(shù)等,都可獲得更高純凈度的鋼,從而改良了碳素鋼的品質(zhì)。
碳素鋼的塑性加工工藝通常分熱加工和冷加工。經(jīng)過熱加工,鋼錠中的小氣泡、疏松等缺陷被焊合起來,使鋼的組織致密。同時(shí),熱加工可破壞鑄態(tài)組織、細(xì)化晶粒。使鍛軋的鋼材比鑄態(tài)具有力學(xué)性能。經(jīng)冷加工的鋼,隨著冷塑性變形程度增大,強(qiáng)度和硬度增加,塑性和韌性降低。為提高成材率,應(yīng)用連續(xù)鑄鋼工藝。