影響鋼材性能的19種化學(xué)元素

        鋼鐵中有著各種各樣的化學(xué)元素，組成成百上千的不同牌號，那么這些化學(xué)元素在鋼材中到底發(fā)揮了些什么作用呢？

        今天帶您走進(jìn)鋼材中化學(xué)元素的世界

        1.碳（Carbon）

        碳元素在鋼材中的作用是把雙刃劍，隨著碳含量的增高，材料屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度會逐漸提高，但是可塑形和沖擊性卻會降低。因此碳含量需要根據(jù)不同的材料用途而量身定做。

        當(dāng)含碳量超過0.23%時(shí)，焊接性能會大幅下滑，使得用于焊接場合的低合金結(jié)構(gòu)鋼的含碳量不能超過0.20%。過高的碳含量也會導(dǎo)致鋼材的耐大氣腐蝕能力下滑，在露天料場的高碳鋼就很容易遭到腐蝕。

        碳含量高也不凈是缺點(diǎn)，高碳含量能提高鋼的冷脆性和時(shí)效敏感性。

        2.硅（Silicon）

        硅元素作為還原劑和脫氧劑被添加在煉鋼過程中，因此鎮(zhèn)靜鋼中會含有0.15-0.30%的硅，當(dāng)鋼中含硅量超過0.50-0.60%，那么硅就算是合金元素。

        硅元素能顯著提升鋼的彈性極限、屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度，故廣泛用于彈簧鋼中，如65Mn和82B這類彈簧鋼就含有0.15-0.37%的硅。在調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼中加入1.0-1.2%的硅，可以提升鋼材15-20%的強(qiáng)度；硅與鉬、鎢、鉻等接合，有提高抗腐蝕性和抗氧化的作用，可制造耐熱鋼；含硅1.0-4.0%的低碳鋼，具有極高的導(dǎo)磁率，用于電器工業(yè)做矽鋼片。

        當(dāng)然，硅也不是百利而無一害的，會降低鋼的焊接性能。

        3.錳（Manganese）

        在煉鋼過程中，錳是良好的脫氧劑和脫硫劑，一般鋼中含錳0.30－0.50%。在碳素鋼中加入0.70%以上時(shí)就算“錳鋼”，較一般的鋼不但有足夠的韌性，且有較高的強(qiáng)度和硬度，提高鋼的淬性，改善鋼的熱加工性能，如16Mn鋼比A3屈服點(diǎn)高40%。含錳11－14%的鋼有極高的耐磨性，用于挖土機(jī)鏟斗，球磨機(jī)襯板等。

        含錳量高也是有缺點(diǎn)的。含錳量較高時(shí)，鋼材有較明顯的回火脆性現(xiàn)象；錳元素有促進(jìn)晶粒增長的作用，在熱處理過程中需要注意；當(dāng)錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過1%時(shí)，會降低鋼材焊接性能。

        4.硫（Sulfur）

        硫來源于煉鋼的礦石和燃料焦炭，是鋼材中的一種有害元素。

        硫以硫化鐵（FeS）的形態(tài)存在于鋼材中，F(xiàn)eS和Fe形成低熔點(diǎn)（985℃）的化合物，而鋼材的熱加工溫度一般在1150-1200℃，所以當(dāng)鋼材熱加工時(shí)，F(xiàn)eS化合物會過早熔化導(dǎo)致工件開裂，這種現(xiàn)象稱為“熱脆”。含硫量越高，熱脆現(xiàn)象越嚴(yán)重，故必須對鋼材中的含硫量進(jìn)行控制。

        高級優(yōu)質(zhì)鋼S＜0.02-0.03%，優(yōu)質(zhì)鋼S＜0.03-0.045%，普通鋼S＜0.055%-0.07%。在個(gè)別情況下也會有需要添加硫的情況，比如在鋼中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常稱易切削鋼。

        硫?qū)附有阅芤膊焕瑫档湍透g性。

        5.磷（Phosphorus）

        磷是由礦石帶入鋼中的，一般說磷也是有害元素。磷雖能使鋼材的強(qiáng)度、硬度增高，但引起塑性、沖擊韌性顯著降低。特別是在低溫時(shí)，它使鋼材顯著變脆，這種現(xiàn)象稱"冷脆"。冷脆使鋼材的冷加工及焊接性變壞，含磷愈高，冷脆性愈大，故鋼中對含磷量控制較嚴(yán)。高級優(yōu)質(zhì)鋼：P＜0.025%；優(yōu)質(zhì)鋼：P＜0.04%；普通鋼：P＜0.085%。

        6.氧（Oxygen）

         氧在鋼中是有害元素。它是在煉鋼過程中自然進(jìn)入鋼中的，盡管在煉鋼末期要加入錳、硅、鐵和鋁進(jìn)行脫氧，但不可能除盡。氧在鋼中以FeO、MnO、SiO2、Al2O3等夾雜形式，使鋼的強(qiáng)度、塑性降低。尤其是對疲勞強(qiáng)度、沖擊韌性等有嚴(yán)重影響。

        7.氮（Nitrogen）

        鐵素體溶解氮的能力很低。當(dāng)鋼中溶有過飽和的氮，在放置較長一段時(shí)間后或隨后在200～300℃加熱就會發(fā)生氮以氮化物形式的析出，并使鋼的硬度、強(qiáng)度提高，塑性下降，發(fā)生時(shí)效。鋼液中加入Al、Ti或V進(jìn)行固氮處理，使氮固定在AlN、TiN或VN中，可消除時(shí)效傾向。

        8.鉻 （Chromium）

        在結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼中，鉻能顯著提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性，使鋼材具有良好的的抗氧化性和耐腐蝕性，因而是不銹鋼，耐熱鋼的重要合金元素；還能提高鋼材的淬透性，是很重要的合金元素。

        但是鉻也會提高鋼材的脆性轉(zhuǎn)變溫度，提高鋼材的回火脆性，對于加工過程會導(dǎo)致不必要的困擾。

        9.鎳（Nickel）

        鎳能提高鋼的強(qiáng)度，而又保持良好的塑性和韌性。鎳對酸堿有較高的耐腐蝕能力，在高溫下有防銹和耐熱能力。但由于鎳是較稀缺的資源，故應(yīng)盡量采用其他合金元素代用鎳鉻鋼。檢測不銹鋼中的Ni含量，防止供應(yīng)商以次充好，對生產(chǎn)廠家是至關(guān)重要的。

        10.鉬（Molybdenum）

    鉬能使鋼的晶粒細(xì)化，提高淬透性和熱強(qiáng)性能，在高溫時(shí)保持足夠的強(qiáng)度和抗蠕變能力（長期在高溫下受到應(yīng)力，發(fā)生變形，稱蠕變）。結(jié)構(gòu)鋼中加入鉬，能提高機(jī)械性能。還可以抑制合金鋼由于火而引起的脆性。在工具鋼中添加鉬元素，則可提高紅性。

        11.鈦（Titanium）

        鈦是鋼中強(qiáng)脫氧劑。它能使鋼的內(nèi)部組織致密，細(xì)化晶粒力；降低時(shí)效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在Cr18Ni9奧氏體不銹鋼中加入適當(dāng)?shù)拟仯杀苊饩чg腐蝕。

        12.釩（Vanadium）

        釩是鋼的優(yōu)良脫氧劑。鋼中加0.5%的釩可細(xì)化組織晶粒，提高強(qiáng)度和韌性。釩與碳形成的碳化物，在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕能力。

        13.鎢（Tungsten）

        鎢熔點(diǎn)高，比重大，是貴生的合金元素。鎢與碳形成碳化鎢有很高的硬度和耐磨性。在工具鋼加鎢，可顯著提高紅硬性和熱強(qiáng)性，作切削工具及鍛模具用。

        14.鈮（Niobium）

        鈮能細(xì)化晶粒和降低鋼的過熱敏感性及回火脆性，提高強(qiáng)度，但塑性和韌性有所下降。在普通低合金鋼中加鈮，可提高抗大氣腐蝕及高溫下抗氫、氮、氨腐蝕能力。鈮可改善焊接性能。在奧氏體不銹鋼中加鈮，可防止晶間腐蝕現(xiàn)象。

        15.鈷（Cobalt）

        鈷是稀有的貴重金屬，多用于特殊鋼和合金中，如熱強(qiáng)鋼和磁性材料。

        16.銅（Copper）

        武鋼用大冶礦石所煉的鋼，往往含有銅。銅能提高強(qiáng)度和韌性，特別是大氣腐蝕性能。缺點(diǎn)是在熱加工時(shí)容易產(chǎn)生熱脆，銅含量超過0.5%塑性顯著降低。當(dāng)銅含量小于0.50%對焊接性無影響。

        17.鋁（Aluminum）

        鋁是鋼中常用的脫氧劑。鋼中加入少量的鋁，可細(xì)化晶粒，提高沖擊韌性，如作深沖薄板的08Al鋼。鋁還具有抗氧化性和抗腐蝕性能，鋁與鉻、硅合用，可顯著提高鋼的高溫不起皮性能和耐高溫腐蝕的能力。鋁的缺點(diǎn)是影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能。

        18.硼（Boron）

        鋼中加入微量的硼就可改善鋼的致密性和熱軋性能，提高強(qiáng)度。

        19.稀土（Rare Earth Element）

        稀土元素是指元素周期表中原子序數(shù)為57-71的15個(gè)鑭系元素。這些元素都是金屬，但他們的氧化物很象“土”，所以習(xí)慣上稱稀土。鋼中加入稀土，可以改變鋼中夾雜物的組成、形態(tài)、分布和性質(zhì)，從而改善了鋼的各種性能，如韌性、焊接性，冷加工性能。在犁鏵鋼中加入稀土，可提高耐磨性。

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