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经常看到俄罗斯军舰全部结冰,会影响舰体强度

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经常看到俄罗斯军舰全部结冰,会影响舰体强度

问题:经常看到俄罗斯军舰全部结冰,会影响舰体强度吗,会变的很脆吗?

钢质中的元素可以提高钢材的性能也会影响其性能,那么各种元素对钢铁性能有哪些影响,小编为您总结如下:

回答:

H

其实军舰只要在温度低于零度的地区航行,海水冲上甲板和军舰其他部位,就很容易发生结冰的现象,而且不光是俄罗斯这样的高纬度国家,到了冬季,我国北方舰队的军舰也经常发生结冰的现象。小时候在课本上,我们经常看到这样形容南极的寒冷,钢铁在南极低温下也会变得一碰就碎,那么军舰结冰后,会不会变脆,舰体强度会不会因此改变呢?图片 1图片 2(2014年韩国驱逐舰“崔莹号”访问俄罗斯海参崴被冻成冰棍)

H是一般钢中最有害的元素,钢中溶有氢会引起钢的氢脆、白点等缺陷。氢与氧、氮一样,在固态钢中溶解度极小,在高温时溶入钢液,冷却时来不及逸出而积聚在组织中形成高压细微气孔,使钢的塑性、韧度和疲劳强度急剧降低,严重时会造成裂纹、脆断。“氢脆”主要出现在马氏体钢中,在铁氧体钢中不十分突出,一般与硬度和含碳量一起增加。

金属在低温下会变脆主要是因为低温会使钢铁内部粒子之间变得松弛,从而产生内部应力,这就是所谓的金属低温冷冲击,如果内部应力的变化不能引起金属外部的收缩扩张,当应力到达一定程度时,金属就会因为内部瓦解而破碎,基本上这块金属就报废了,而军舰上所使用的钢铁材料也是如此。图片 3

另一方面,H能提高钢的磁导率,但也会使矫顽力和铁损增加(加H后矫顽力可增大0.5~2倍)。

如果要提高钢铁的抗低温冷冲击性能,就必须使钢铁具有一定的屈服性能,这就需要通过改变钢铁碳元素的比例以及添加其他稀有金属作为搭配。但是在这之前,在炼钢之初必须对铁水进行脱磷,因为铁矿石常常伴生有磷酸盐,而磷的存在对钢铁特别是高碳钢的抗冷冲击性能影响最大,磷含量过高,钢铁在低温下就容易变脆易碎。图片 4

B

不知道大家看过打铁没有,铁匠在打铁时对铁不停的捶打,铁的表面会不断的有一层东西掉下来,这里面大部分是氧化铁,还有少部分就是磷。而现代对钢铁的脱磷主要源于1879年欧洲人发明的碱性转炉炼钢法,利用碱性炉渣碱性脱磷,这才使钢的大规模工业应用成为了现实。现代钢铁对磷含量一般要求低于 0.045%,而军舰所使用的钢更是需要低于 0.02%,也因为这样军舰的抗冷冲击性能更为突出,屈服强度也更大。
图片 5

B在钢中的主要作用是增加钢的淬透性,从而节约其他较稀贵的金属,与镍、铬、钼等。为了这一目的,其含量一般规定在0.001%~0.005%范围内。它可以代替1.6%的镍、0.3%的铬或0.2%的钼,以硼代钼应注意,因钼能防止或降低回火脆性,而硼却略有促进回火脆性的倾向,所以不能用硼将钼完全代替。

(从原矿到合格铁水,脱磷是最重要的一步)

中碳碳素钢中加硼,由于提高了淬透性,可使厚20mm以上的钢材调质后性能大为改善,因此,可用40B和40MnB钢代替40Cr,可用20Mn2TiB钢代替20CrMnTi渗碳钢。但由于硼的作用随钢中碳的含量的增加而减弱,甚至消失,在选用含硼渗碳钢时,必须考虑到零件渗碳后,渗碳层的淬透性将低于芯部的淬透性的这一特点。

目前俄罗斯军舰和潜艇制造一般使用的是苏联时期开发的屈服强度在390-1175MPa之间的АБ系列舰船钢,我国目前主流的水面舰艇使用的是九五计划期间研制的屈服强度在390MPa以上的连铸907A钢,054A和052CD使用的就是这种钢材。军用特种钢的超低磷和高屈服强度的属性让她们具有了一般钢铁所不具备的超强抗冷冲击性,所以请大家放心,即使舰体表面全部结冰,依旧在它的承受程度之内,并不会对军舰舰体结构强度产生什么实质性的危害。图片 6但是结冰对军舰武器装备和电子设备的影响较大,而且容易让军舰增重,导致吃水过深,影响航行安全,所以扫冰除雪作业还是必须要搞的。图片 7(我国054A护卫舰除冰作业)

弹簧钢一般要求完全淬透,通常弹簧面积不大,采用含硼钢有利。对高硅弹簧钢硼的作用波动较大,不便采用。

回答:

硼和氮及氧有强的亲和力,沸腾钢中加入0.007%的硼,可以消除钢的时效现象。

图片 8
图片 9
这是我军054A导弹护卫舰结冰的图片,就是本月这几天最冷的时候,这艘舰可能是在北方某军港,由于强冷空气南下与海洋的湿空气交汇,迅速的将湿空气里面的水凝结成冰,并且持续时间长就会不断的加厚结冰层,就形成了我们看见的这个样子,其实世界各国北纬40°以上的军港每年12月至来年2-3月份都会出现这种情况,越往北持续时间越久。俄罗斯的海参崴军港、彼得.巴甫洛夫斯克军港、日本的函馆军港、美军阿留申群岛的荷兰港…都会这样。

C

回到问题的原点,军舰结冰对军舰雷达天线、电子对抗天线、各种通讯天线、光电观察仪器,都是有害的,虽然不会“冻坏电子零部件”,但是雷达…等天线表面结冰以后会影响电磁波发射/接收、各种电线的裸露接口处也会结冰,这时就需要用 掸子、笤帚把表面浮雪扫掉,然后拿融冰剂喷洒,以除去天线和电线接口处的冰,等冰完全融化后用 电温器材加热 天线、等到了适合温度以后雷达再开机。

C是仅次于铁的主要元素,它直接影响钢材的强度、塑性、韧性和焊接性能等。

同样,武器装备上的冰也是先拿笤帚扫去浮雪,再用融冰剂喷洒…。而军舰甲板、舰桥上的冰可以用铁锹、扁铲…等金属工具清除。

当钢中含碳量在0.8%以下时,随着含碳量的增加,钢材的强度和硬度提高,而塑性和韧性降低;但当含碳量在1.0%以上时,随着含碳量的增加,钢材的强度反而下降。

至于能否将军舰的钢板冻脆,有是有一丝一毫的脆,但是冻坏的可能性不大!钢铁的五大基本元素是 碳(C)硅(si)锰(Mn)磷(P)硫(S),其中磷在大部分情况下是有害的,它会使钢材在低温的环境下变脆,所以在炼钢的过程中 钢水在低温环境下就要脱磷,磷去掉越少越好!这样钢在低温环境下就不会冷脆了,著名的 泰坦尼克号就是因为 钢板含磷太高,根据打捞出来的钢材分析,磷含量居然达到了0.09%以上,而现在的普通船用钢材都在0.03以下,而军舰用钢材要在0.02左右,但是磷不会完全被去除,还要留一些在钢材里面,它有一个另外的好处是 耐大气腐蚀,军舰由于在高盐分环境下,钢材耐腐蚀一直是一个课题。
图片 10
英国“伊丽莎白女王号”航母模块正在室内厂房焊接

随着含碳量的增加,钢材的焊接性能变差(含碳量大于0.3%的钢材,可焊性显著下降),冷脆性和时效敏感性增大,耐大气锈蚀性下降。

另外,军舰钢板焊接成模块的时候都要在室内焊接,由于钢铁也有 热胀冷缩的特性,在高温环境或者低温环境焊接会出现细微的尺寸误差,这种误差累积以后就是很大的误差,并且钢铁还有蠕变性,所以焊接的时候要在适合的温度下焊接(18-25度),而室内焊接可以调节温度,在适合温度下焊接出来的模块误差尺寸最小,这样舰船在高热或高寒的环境下焊缝就不会过度“拉扯”,也就不会把钢板之间的焊缝拉坏了,形成建造事故。

N

所以,从上面简单的介绍了军舰除冰和军舰钢材冶炼和舰艇焊接的方法后 就明白了,军舰在高寒环境下结冰绝大多数情况下,是不会损坏军舰的。

N对钢材性能的影响与碳、磷相似,随着氮含量的增加,可使钢材的强度显著提高,塑性特别是韧性也显著降低,可焊性变差,冷脆性加剧;同时增加时效倾向及冷脆性和热脆性,损坏钢的焊接性能及冷弯性能。因此,应该尽量减小和限制钢中的含氮量。一般规定氮含量应不高于0.018%。

回答:

氮在铝、铌、钒等元素的配合下可以减少其不利影响,改善钢材性能,可作为低合金钢的合金元素使用。有些牌号的不锈钢,适当增加N的含量,可以减少Cr的使用量,可以有效降低成本。

军舰结冰不会影响舰体的强度,更加不会使其变脆,虽然低温确实会对钢材的冷脆性产生影响(低温下冷脆性会变高,使钢材容易变脆),但是这种影响对于军舰使用的特种钢材说,是可以忽略不计的,或者说这种零下几十度的低温对军舰舰体强度的影响远远达不到有危害的程度,毕竟世界上在低温环境下执行任务从而出现舰体结冰的军舰多了去了,但是也没有听说过有军舰因此(舰体强度由于低温变脆)而出现事故的情况发生!

O

图片 11

O在钢中是有害元素。它是在炼钢过程中自然进入钢中的,尽管在炼钢末期要加入锰、硅、铁和铝进行脱氧,但不可能除尽。钢水凝固期间,溶液中氧和碳反应会生成一氧化碳,可以造成气泡。氧在钢中主要以FeO、MnO、SiO2、Al2O3等夹杂形式存在,使钢的强度、塑性降低。尤其是对疲劳强度、冲击韧性等有严重影响。

既然说到低温对钢材强度的影响,那么这里就给大家科普一下相关原理,首先,在低温环境下,钢材确实会出现韧性降低,容易导致被脆性破坏的情况,这种情况的出现是由于钢材里面含有“磷”这种元素,因为磷具有较大的偏析(即在合金锻造中各组成元素在结晶时出现分布不均匀的现象,被称为偏析),所以,对钢材中的磷元素含量必须要有着严格的控制,虽然磷也能提高钢材的强度,但是当其含量过高时,同样会使钢材的韧性和塑性降低(与里面的铁元素形成极脆的化合物“磷化铁” Fe3P),并且提高钢材的脆性转折温度(即冷脆性变高),这样一来,在低温环境下,钢材整体强度就会变脆!

氧会使硅钢中铁损增大,磁导率及磁感强度减弱,磁时效作用加剧。

图片 12因此,为了防止钢材在低温条件下出现整体结构强度降低的情况,在炼钢的时候就要对钢水进行“脱磷”处理,把钢材中的磷含量降低到一个合适的程度,通俗来说就是“磷的含量越低越好”,因为磷的含量越低,钢材的强度就越不容易受到低温的影响,而且对使用于不同场合的钢材,其对磷含量的要求也是不同的,比如题目中说到的军舰,其使用的特种钢材里面的磷含量必须要低于0.02%,如果是普通的民用船只,那么对钢材的使用要求会稍微低一点,对磷含量的要求只要低于0.03%即可!

Mg

图片 13因此,现代的船用高强度钢材对磷的含量有着极其严格的控制,就是为了避免出现低温环境下被脆性破坏的情况,尤其是对于军舰这样的军用船只来说,零下几十度的低温并不会对舰体的强度造成多大的影响,别说军舰了,就是我们家里用的一些合金器皿,比如各种不锈钢的盆子、杯子等,在冰箱里冰冻一下也不会出现变脆的情况,因为温度不够低,但是如果你用接近零下两百度的液氮给这些金属器皿“冰冻”一下,那么它们确实会变得跟玻璃一样一摔就碎,为什么?

镁能使钢中夹杂物数量减少、尺寸减小、分布均匀、形态改善等。微量镁能改善轴承钢的碳化物尺寸及分布,含镁轴承钢的碳化物颗粒细小均匀。当镁含量为0.002%~0.003% ,其抗拉强度和屈服强度增加5%以上,塑性基本保持不变。

图片 14

Al

因为这种强度的低温已经影响到了物质分子、原子层面的结构了,热力学中有个概念叫绝对零度(约零下273.15摄氏度),理论上达到绝对零度时,就连原子、分子都会“停止运动”,这种影响是基本粒子层面的影响,当然,绝对零度只是一个存在于理论上的温度下限值,现实中是不可能达到绝对零度的,说这些题外话的原因,就是想说,普通结冰低温,并不会对军舰的舰体的强度产生影响,想要用低温对军舰使用的特种钢材强度产生影响,零下几十度的低温是远远不够的,零下上百度甚至两百度的低温环境可能才会有很大的影响!

铝作为脱氧剂或合金化元素加入钢中,铝脱氧能力比硅、锰强得多。铝在钢中的主要作用是细化晶粒、固定钢中的氮,从而显著提高钢的冲击韧性,降低冷脆倾向和时效倾向性。如D级碳素结构钢要求钢中酸溶铝含量不小于0.015%,深冲压用冷轧薄钢板08AL要求钢中酸溶铝含量为0.015%―0.065%。

回答:

铝还可提高钢的抗腐蚀性能,特别是与钼、铜、硅、铬等元素配合使用时,效果更好。

知道冰海沉船泰坦尼克吗?其实那船沉没的原因之一就是铆钉在低温下变得很脆。

铬钼钢和铬钢中含Al可增加其耐磨性。高碳工具钢中Al的存在可使产生淬火脆性。铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。

钢铁存在低温脆性,零下20多度以下时,有些钢种会象玻璃一样脆 用小锤子能敲碎,这是真的,我亲手试过,黑龙冮齐齐哈尔,未预热的焊缝,一敲就裂。

Si

回答:

Si是炼钢过程中重要的还原剂和脱氧剂:对于碳钢中的很多材质来说,都含有0.5%以下的Si,这些Si一般是由于炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂而带入的。

不会变脆,也不会影响强度。在军舰制造前,已经分析了军舰的使用环境条件,设计方案中明确了环境适应性的设计,因此所选的材料一定是符合这种环境的。在制造完成后还要进行环境试验,包括高低温试验和盐雾试验等等。军工产品严格依据相应的国军标来设计、制造、生产、使用和维护维修。

硅能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度,其作用仅次于磷,较锰、镍、铬、钨、钼、钒等元素强。但含硅量超过3%时,将显著降低钢的塑性和韧性。硅能提高钢的弹性极限、屈服强度和屈服比,以及疲劳强度和疲劳比等。这是硅或硅锰钢可作为弹簧钢种的缘故。

硅能降低钢的密度、热导率和电导率。能促使铁素体晶粒粗化,降低矫顽力。有减小晶体的各向异性倾向,使磁化容易,磁阻减小,可用来生产电工用钢,所以硅钢片的磁阻滞损耗较低。硅能提高铁素体的导磁率,使钢片在较弱磁场下有较高的磁感强度。但在强磁场下硅降低钢的磁感强度。硅因有强的脱氧力,从而减少了铁的磁时效作用。

含硅的钢在氧化气氛中加热时,表面将形成一层SiO2薄膜,从而提高钢在高温时的抗氧化性。

硅能促使铸钢中的柱状晶成长,降低塑性。硅钢若加热时冷却较快,由于热导率低,钢的内部和外部温差较大,因而断裂。

硅能降低钢的焊接性能。因为与氧的结合能力硅比铁强,在焊接时容易生成低熔点的硅酸盐,增加熔渣和融化金属的流动性,引起喷溅现象,影响焊接质量。硅是良好的脱氧剂。用铝脱氧时酌情加一定量的硅,能显著提高率的脱氧性。硅在钢中本来就有一定的残存,这是由于炼铁炼钢时作为原料带入的。在沸腾钢中,硅限制在<0.07%,有意加入时,则在炼钢时加入硅铁合金。

P

P是由矿石带入钢中的,一般说磷也是有害元素。磷虽能使钢材的强度、硬度增高,但引起塑性、冲击韧性显著降低。特别是在低温时,它使钢材显著变脆,这种现象称"冷脆"。冷脆使钢材的冷加工及焊接性变坏,含磷愈高,冷脆性愈大,故钢中对含磷量控制较严。高级优质钢:P<0.025%;优质钢:P<0.04%;普通钢:P<0.085%。

P的固溶强化及冷作硬化作用很好,与铜联合使用,提高低合金高强度钢的耐大气腐蚀性能,但降低其冷冲压性能,与硫、锰联合使用,改善切削性,增加回火脆性及冷脆敏感性。

磷可提高比电阻,且由于容易粗晶而可使矫顽力和涡流损失降低,于磁感而言,则在弱中磁场下磷含量高的钢磁感会提高,含P硅钢的热加工也并不困难,但由于它会使硅钢具冷脆性,含量≯0.15%(如冷轧电机用硅钢含P=0.07~0.10%)。

磷是强化铁素体作用最强的元素。(P对硅钢再结晶温度和晶粒长大的影响将超过同等硅含量作用的4~5倍。)

S

硫来源于炼钢的矿石与燃料焦炭。它是钢中的一种有害元素。硫以硫化铁的形态存在于钢中,FeS和Fe形成低熔点化合物。而钢材的热加工温度一般在1150~1200℃以上,所以当钢材热加工时,由于FeS化合物的过早熔化而导致工件开裂,这种现象称为“热脆”。降低钢的延展性和韧性,在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利,降低耐腐蚀性。高级优质钢:S<0.02%~0.03%;优质钢:S<0.03%~0.045%;普通钢:S<0.055%~0.7%以下。

由于其切屑发脆而可得到非常光泽的表面,所以可用于制要求负荷不大而具高表面光洁度的钢制件,有意加进少量的硫(=0.2~0.4%)。 某些高速钢工具钢进行硫化表面。

K/Na

钾/钠可作为变质剂使白口铁中碳化物团球化,使白口铁在保持原有硬度的条件下, 韧性提高二倍以上;使球墨铸铁的组织细化、蠕铁的处理过程稳定化;是强烈的促进奥氏体化的元素,例如,它可使奥氏体锰钢的锰/碳比从10:1~13:1降至4:1~5:1。

Ca

钢中加钙能细化晶粒,部分脱硫,并改变非金属夹杂物的成分、数量和形态。与钢中加稀土的作用基本相似。

改善钢的耐蚀性、耐磨性、耐高温和低温性能;提高了钢的冲击韧性、疲劳强度、塑性和焊接性能;增加了钢的冷镦性、防震性、硬度和接触持久强度。

铸钢中加钙使钢水流动性大为提高;铸件表面光洁度得到改善, 铸件中组织的各向异性得以消除;其铸造性能、抗热裂性能、机械性能和切削加工性能均有不同程度的增加。

钢中加钙能改善抗氢致裂纹性能和抗层状撕裂性能,可延长设备、工具的使用

寿命。钙加入母合金中可用作脱氧剂和孕育剂,并起微合金化作用。

Ti

钛和氮、氧、碳都有极强的亲和力,与硫的亲和力比铁强,是一种良好的脱氧去气剂和固定氮和碳的有效元素。钛虽然是强碳化物形成元素,但不和其他元素联合形成复合化合物。碳化钛结合力强,稳定,不易分解,在钢中只有加热到1000℃以上才能缓慢地溶入固溶体中。

在未溶入之前,碳化钛微粒有阻止晶粒长大的作用。由于钛和碳之间的亲和力远大于铬和碳之间的亲和力,在不锈钢中常用钛来固定其中的碳以消除铬在晶界处的贫化,从而消除或减轻钢的晶间腐蚀。

钛也是强铁氧体形成元素之一,强烈的提高了钢的A1和A3温度。钛在普通低合金钢中能提高塑性和韧性。由于钛固定了氮和硫并形成碳化钛,提高了钢的强度。经正火使晶粒细化,析出形成碳化物可使钢的塑性和冲击韧性得到显著改善,含钛的合金结构钢,有良好的力学性能和工艺性能,主要缺点是淬透性稍差。

在高铬不锈钢中通常需加入约5倍碳含量的钛,不但能提高钢的抗蚀性和韧性;还能组织钢在高温时的晶粒长大倾向和改善钢的焊接性能。

V

钒和碳、氨、氧有极强的亲和力,与之形成相应的稳定化合物。钒在钢中主要以碳化物的形式存在。其主要作用是细化钢的组织和晶粒,降低钢的强度和韧性。当在高温溶入固溶体时,增加淬透性;反之,如以碳化物形式存在时,降低淬透性。钒增加淬火钢的回火稳定性,并产生二次硬化效应。钢中的含钒量,除高速工具钢外,一般均不大于0.5%。

钒在普通低碳合金钢中能细化晶粒,提高正火后的强度和屈服比及低温特性,改善钢的焊接性能。

钒在合金结构钢中由于在一般热处理条件下会降低淬透性,故在结构钢中常和锰、铬、钼以及钨等元素联合使用。钒在调质钢中主要是提高钢的强度和屈服比,细化晶粒,捡的过热敏感性。在渗碳钢中因能细化晶粒,可使钢在渗碳后直接淬火,不需二次淬火。

钒在弹簧钢和轴承钢中能提高强度和屈服比,特别是提高比例极限和弹性极限,降低热处理时脱碳敏感性,从而提高了表面质量。五铬含钒的轴承钢,碳化弥散度高,使用性能良好。

钒在工具钢中细化晶粒,降低过热敏感性,增加回火稳定性和耐磨性,从而延长了工具的使用寿命。

Cr

铬能增加钢的淬透性并有二次硬化的作用,可提高碳钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆。含量超过12%时,使钢有良好的高温抗氧化性和耐氧化性腐蚀的作用,还增加钢的热强性。铬为不锈钢耐酸钢及耐热钢的主要合金元素。

铬能提高碳素钢轧制状态的强度和硬度,降低伸长率和断面收缩率。当铬含量超过15%时,强度和硬度将下降,伸长率和断面收缩率则相应地有所提高。含铬钢的零件经研磨容易获得较高的表面加工质量。

铬在调质结构中的主要作用是提高淬透性,使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能,在渗碳钢中还可以形成含铬的碳化物,从而提高材料表面的耐磨性。

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