第八章碳钢第一节钢的宏观组织沸腾钢的外层是在沸腾所造成的钢液剧烈搅动的条件下凝固的。由于搅动，结晶出的钢锭有比较纯净的外层，而心部是在沸腾停止后凝固的，因此沸腾钢钢锭宏观组织的特点是，钢锭内部有大量气泡，但是没有或者很少有缩孔。钢锭的外层比较纯净，这纯净的外层包住了一个富集着杂质的锭心。沸腾钢只限于生产普通低碳钢，钢的品种受到限制。镇静钢在浇注之前不仅用弱脱氧剂锰铁而且还使用强脱氧剂硅铁和铝对钢液进行脱氧，因而钢液的含氧量很低。强脱氧元素硅和铝的加人，使得在凝固过程中，钢液中的氧优先与强脱氧元素铝和硅结合，从而抑止了碳氧之间的反应，所以镇静钢结晶时没有沸腾现象，镇静钢由此而得名。在正常操作情况下，镇静钢中没有气泡，但有缩孔和疏松。高级优质碳钢或优质碳钢以及全部合金钢均按镇静钢生产。半镇静钢的最终脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间，即除了用锰铁脱氧之外，也加入硅铁和少量的铝。钢液的含硅量通常在0.06~0.15%范围内，铝的用量比镇静钢的少得多。在钢液结晶过程中没有沸腾现象，但仍然有一氧化碳气体放出并在钢锭中形成分散气泡。半镇静钢没有镇静钢钢锭头部的集中缩孔。半镇静钢可用于生产低合金钢。二、镇静钢的宏观组织1.物理的不均匀性(1)缩孔缩孔是由凝固收缩引起的，当结晶前沿各处由于液固相变所引起的收缩能够源源不断地得到钢液补充时，便在钢锭最后凝固部分造成集中收缩，即形成缩孔。(2)疏松由于凝固收缩，除形成缩孔外，还在锭身各处形成许多细小、分散的孔隙，引起钢的致密程度降低。钢的这种不致密现象称为疏松。当结晶前沿各处由于液固相变所引起的收缩不能得到有效的补充时，在补缩供应线被切断的地方，凝固后就会留下小孔隙，得到分散的收缩，即疏松。(3)气泡严格来讲，气泡已经不只是物理的不均匀性，但是从其对力学性能的影响来看，气泡与空洞相当。在正常操作条件下，镇静钢中不应有气泡；在某些不正常的情况下，镇静钢中会形成皮下气泡和内部气泡。皮下气泡多产生于钢锭尾部，时常成群出现。皮下气泡的产生主要是由于浇注条件不好；此外，钢液含气体太多和脱氧不良也能助长皮下气泡的形成。内部气泡在钢坯横向试片酸浸蚀面上表现为未焊合的细小裂纹。内部气泡的产生主要是由于钢液含气体是太高。(4)裂纹钢在铸造凝固后降温时将发生固态收缩。在某种外部条件下，当固态收缩受阻时，或者由于凝固层厚度不均匀或凝固层各部分收缩量不一致时，或者当凝固壳层受到内部钢液的静压力作用时，凡此种种使固态钢中产生内应力，当此内应力超过钢本身强度时，就发生破裂，导致产生裂纹。裂纹可以在钢锭凝固期间或者在凝固之后出现。2.初生晶粒的不均匀性(结晶的不均匀性)——结晶带镇静钢钢锭有三个结晶带：从钢淀表面向内几个毫米为外壳层，由细小的等轴初生晶粒组成；然后为柱晶带，由柱状的初生晶粒组成，此带的厚度可以达到几十或者上百毫米；最后为钢锭轴心部位的粗大等轴晶带。3.化学的不均匀性——偏析在钢锭或钢材中，各部分的化学成分远不是均匀一致的，这种化学成分不均匀的现象称为偏析。偏析可以在初生晶粒的范围内发生，叫枝晶偏析或晶内偏析；也可以在整个钢锭(或铸件)范围内发生，称为区域偏析。在钢锭中，有时在某些局部地区，化学成分与其周围有差异，形成所谓带状偏析，它叠加在缓慢变化的一般区域偏析的背景上。带状偏析是区域偏析的一种特殊形式。宏观组织分析(即低倍检验)包括的内容：低倍酸浸试验、断口分析和各种无损探伤(磁力探伤、超声波探伤、X线探伤及其它)。第二节碳和杂质元素对碳钢显微组织和性能的影响图8-1含碳量对碳钢热轧后力学性能的影响二、常存元素和其它元素对碳钢显微组织和性能的影响1.锰的影响锰在碳钢中的含量一般为0.25~0.80%，在具有较高含锰量的碳钢中，锰含量可以达到1.2%。在碳钢中，锰属于有益元素。锰是作为脱氧除硫的元素而加人钢中的。对于镇静钢来说，锰可以提高硅和铝的脱氧效果，也可以同硫结合形成硫化锰，从而在相当大程度上消除硫在钢中的有害影响。钢中的锰，除一部分形成夹杂物(硫化锰以及锰的氧化物)外，其余部分溶于铁素体和渗碳体中。锰对碳钢的力学性能有良好影响。它能提高钢经热轧后的硬度和强度。在锰含量不高时(＜0.80%)，锰可以稍微提高或者不降低碳钢的面缩率和冲击韧性。在碳钢的锰含量范围内，每增加0.1%Mn，大约使热轧钢的抗拉强度增加7.8~12.7MN/m2，屈服点提高约7.8~9.8MN/m2，而伸长率约减小0.4%。由于锰的有益作用，因此，在冶炼时应把含锰量控制在钢号成分规格的上限。2.硅的影响硅在碳钢中的含量≤0.50%。在沸腾钢中，含硅量很低(＜0.05%)，硅是作为脱氧元素加入镇静钢中。在镇静钢中硅的含量一般为0.12~0.37%。硅也是钢中有益元素。硅增大钢液的流动性。除形成非金属