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碳素钢碳结钢的时效常给工业生产带来很大危害,例如沸腾钢焊接后,由于时效使焊接接头热影响区出现细小裂纹,严重影响焊接结构的性。但由于近代冶金技术的发展,和在工业生产中的应用,尤其是氧气转炉炼钢能获得更低的氮、氧含量,因此时效问题有所减轻。缺陷碳素钢在冶炼和轧制(锻造)加工过程中,由于设备、工艺和操作等原因造成钢的欠缺。主要包括结疤、裂纹、缩孔残余、分层、白点、偏析、非金属夹杂、疏松和带状组织等。结疤钢材表面未与基体焊合的金属或非金属疤块。有的部分与基体相连,呈舌状;有的与基体不连接,呈鳞片状。后者有时在加工时脱落,形成凹坑。炼钢(浇铸)造成的结疤,疤下一般有肉眼可见的非金属夹杂。轧钢造成的结疤一般称“轧疤”,疤下一般仅有氧化铁皮。
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碳结钢钢水凝固过程中,由于体积收缩,在钢锭或连铸坯心部未能得到充分填充而形成的管状或分散孔洞。在热加工前,因为切头量过小或缩孔较深,造成切除不尽,其残留部分称为缩孔残余。缩孔残余分布在钢锭上部中心处,并与钢锭顶部贯通的叫一次缩孔。由于设计的钢锭模细长或上小下大,在浇铸凝固过程中,钢锭截口以下锭中心仍有未凝固的钢水,凝固后期不能充分填充,形成的孔洞叫二次缩孔。一次缩孔和二次缩孔有本质差别,前者只出现在钢锭头部,后者在钢锭上、中、下部位都有可能出现。一次缩孔酸洗试片中心区域呈不规则的折皱裂缝或空洞。在其上或附近常伴有严重的夹渣、成分偏析和疏松。二次缩孔孔洞中或附近没有夹渣,但有偏析生成碳物。一次缩孔残余和空气贯通的二次缩孔在轧制(锻造)过程中不能焊合,与空气隔绝的二次缩孔和连铸坯缩孔在轧制时一般能够焊合,不影响钢材使用性能。缩孔残余严重地破坏钢材的连续性,是钢材不允许存在的缺陷,轧制(锻造)时必然在钢坯上产生裂纹。为了防止缩孔的产生,要求正确设计钢锭模和保温帽尺寸,并采用性能优良的保护渣、保温剂(发热剂)和绝热板,把缩孔控制在钢锭头部,以保证在开坯时切掉。控制浇铸速度不要太快,温度不要过高可以防止缩孔产生。
碳结钢的时效通常有淬火时效和应变时效两种,都是由间隙元素作用引起的,主要是由于碳、氮、氧的重新分布所造成。淬火时效 即钢由高温快速冷却后性能随时间而变化的现象。钢中含碳量、脱氧程度和含氮量对淬火时效都有很大影响。低碳钢、脱氧不充分的沸腾钢和含氮量较高的钢发生淬火时效显著。含碳约0.3%的中碳钢,由淬火时效所引起的性能变化已大为减弱。含碳约0.6%的高碳钢,实际上不起时效硬化作用(见金属热处理)。应变时效 经冷加工变形后的性能随时间而变化的现象。碳和氮对应变时效的影响,与对淬火时效的影响相似,磷也促进应变时效。低碳钢因冷变形而消失的屈服点,随时间的延长而逐渐恢复。应变时效比淬火时效更为复杂。如钢材经淬火后再进行冷加工,无论在室温或稍高温度下,均将加速其应变时效。