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錳是良好的脫氧劑和脫硫劑 。鋼中一般都含有一定量的錳,它能消除或減弱由于硫所引起的鋼的熱脆性,從而改善鋼的熱加工性能。
錳和鐵形成固溶體,提高鋼中鐵素體和奧氏體的硬度和強(qiáng)度;同時(shí)又是碳化物形成元素,進(jìn)入滲碳體中取代一部分鐵原子。錳在鋼中由于降低臨界轉(zhuǎn)變溫度。起到細(xì)化珠光體的作用。也間接地起到提高珠光體鋼強(qiáng)度的作用;錳穩(wěn)定奧氏體組織的能力僅次于鎳,也強(qiáng)烈增加鋼的淬透性。已用含量不超過(guò)2%的錳與其他元素配合制成多種合金鋼。
錳具有資源豐富、效能多樣的特點(diǎn),獲得了廣泛的應(yīng)用,如含錳較高的碳素結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼。
在高碳高錳耐磨鋼中。錳含量可達(dá)10%一14% ,經(jīng)固溶處理后有良好的韌性,當(dāng)受到?jīng)_擊而變形時(shí),表面層將因變形而強(qiáng)化,具有高的耐磨性。
錳與硫形成熔點(diǎn)較高的MnS ??煞乐挂騀eS而導(dǎo)致的熱脆現(xiàn)象。錳有增加鋼晶粒粗化的傾向和回火脆性敏感性。若冶煉澆鑄和鍛軋后冷卻不當(dāng),容易使鋼產(chǎn)生白點(diǎn)。
(1) 對(duì)鋼的顯微組織及熱處理的作用
A、錳是良好的脫氧劑和脫硫劑,工業(yè)用鋼中一般均含有一定量的錳。
B、錳固溶于鐵素體和奧氏體中.擴(kuò)大奧氏體區(qū),使臨界溫度A4點(diǎn)升高,A3點(diǎn)降低,(α+γ)區(qū)下移.當(dāng)錳含量超過(guò)12%時(shí),上臨界點(diǎn)降至室溫以下,使鋼在室溫時(shí)形成單一奧氏體組織。在降低共析溫度同時(shí),使共析體中的碳含量減少。
C、錳強(qiáng)烈降低鋼的Ar1和馬氏體轉(zhuǎn)變溫度(其作用僅次于碳)和鋼中相變的速度,提高鋼的淬透性,增加殘余奧氏體含量。
D、使鋼的調(diào)質(zhì)組織均勻、細(xì)化,避免了滲碳層中碳化物的聚集成塊,但增大了鋼的過(guò)熱敏感性和回火脆性傾向。
E、錳是弱碳化物形成元素。
(2) 對(duì)鋼的力學(xué)性能的作用
A、錳強(qiáng)化鐵素體或奧氏體的作用不及碳,磷、硅,在增加強(qiáng)度的同時(shí),對(duì)延展性無(wú)影響。
B、由于細(xì)化了珠光體,顯著提高低碳和中碳珠光體鋼的強(qiáng)度,使延展性有所降低。
C、通過(guò)提高淬透性而提高了調(diào)質(zhì)處理索氏體鋼的力學(xué)性能。
D、在嚴(yán)格控制熱處理工藝、避免過(guò)熱時(shí)的晶粒長(zhǎng)大以及回火脆性的前提下,錳不會(huì)降低鋼的韌性。
(3) 對(duì)鋼的物理、化學(xué)及工藝性能的作用
A、隨錳含量的增加,鋼的熱導(dǎo)率急劇下降,線脹系數(shù)上升,使快速加熱或冷卻時(shí)形成較大內(nèi)應(yīng)力,工件開裂傾向增大。
B、使鋼的電導(dǎo)率急劇降低,電阻率相應(yīng)增大,電阻溫度系數(shù)下降。
C、使矯頑力增大,飽和磁感、剩余磁感和磁導(dǎo)率均下降,因而錳對(duì)永磁合金有利,對(duì)軟磁合金有害。
D、錳含量很高時(shí),鋼的抗氧化性能下降。
E、使鋼中的硫形成較高熔點(diǎn)的MnS ,避免了晶界上的FeS 薄膜,消除鋼的熱脆性,改善熱加工性能。
F、高錳奧氏體鋼的變形阻力較大,且鋼錠中柱狀結(jié)晶明顯,鍛軋時(shí)較易開裂。
G、由于提高了淬透性和降低了馬氏體轉(zhuǎn)變溫度,對(duì)焊接性能有不利影響。在適當(dāng)范圍內(nèi)應(yīng)降低碳含量。
(4) 在鋼中的應(yīng)用
A、易切削鋼中常有適量的錳和磷,MnS夾雜使切屑易于碎斷。
B、普通低合金鋼中利用錳來(lái)強(qiáng)化鐵素體和珠光體,提高鋼的強(qiáng)度,錳含量一般為1%-2%。
C、滲碳和調(diào)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼的許多系列中含有不超過(guò)2%的錳。
D、彈簧鋼、軸承鋼和工具鋼中利用錳強(qiáng)烈提高淬透性的作用,可采用油淬和空冷的淬火工藝,減少開裂、扭曲和變形。
E、耐磨鋼、無(wú)磁鋼、不銹鋼、耐熱鋼,包括高碳高錳耐磨鑄鋼(C:1.0 %-1.4%,Mn:10%-14%),中碳高錳無(wú)磁鋼(C:0.3 %-0.6% , Mn:18%-19%),低碳高錳不銹鋼(有Cr ,無(wú)Ni或少Ni),高錳耐熱鋼(以Mn代Ni 的耐熱不起皮鋼,或含有Al、Mo、V等)。