1、磷（P）：使钢产生冷脆和降低钢的冲击韧性；但可改善钢的切削性能。
2、硅（Si）：能增加钢的强度、弹性、耐氧剂能增加钢
3、锰（Mm）：能提高钢的强度和硬度及耐磨性。冶炼时的脱氧剂和脱硫剂。
4、铬（Cr）：能增加钢的机械性能和耐磨性，可力。同时又可增加钢的硬度、弹性、抗磁力和抗强力，增加
钢的耐蚀性和耐热性等。
5、镍（Ni）：可以提高钢的强度、韧性、耐热性、防腐性、抗酸性、导磁性等。增加钢的淬透性及硬度。
6、钒（V）：可赋于钢的一些特殊机械性能：如提高抗张强度和屈服点，明显提高钢的高温强度。
7、钛（Ti）：可防止和减少钢中气泡的产
生，提高钢的硬度、细化晶粒、降低钢的时效敏感性、冷脆性和腐蚀性。
8、铜（Cu）：一般如P、S一样是残留有害元素。Cu的存在会降低钢的机械性能，破坏钢的焊接性能，会使钢在锻轧等加工时产生热脆性。钢
中加入一定量的Cu，可提高钢的退火硬度，降低成本。若含Cu 0.15～0.25%时，可
9、铝（Al）：（1）低碳结构钢中 0.5～1%的Al有助于增加钢的硬度和强度；（2）铬钼钢和铬钢中含
Al可增加其耐磨性；（3）高碳工具钢
中Al的存在可使产生淬火脆性。
10、钨（W）：可提高钢的蠕变强度，又是钢中碳%的W可提高钢的抗张强度和屈服点4＆#215;9.8N/cm2,并使其具有回火稳
定性和高温强度。
11、钼（Mo）：可增加钢的强度又不致降低钢的可塑性和又能使钢在高温下具有足够的强度，能改善钢的冷脆性和耐磨性等。
12、钴（Co）：可以提高和改善钢的高温性能，增加其红硬高钢的抗氧化性和耐蚀性能等。 13、铌（Nb）：可使钢的晶粒细化，降低
的过热敏感性及回火脆性；改善钢的焊接性能，提高耐热钢的强度和抗蚀性等。
14、钽（Ta）：提高钢的质量及机械性能，提高合金的熔点、高温强度、碳物及γ相的 15、锆（Zr）: 冶炼过程中的除氧、硫、磷
剂，Zr、Hf能提高钢的强度与硬度，尤其是钢的持久强度及改善钢的焊接性能。
16、稀土（Re）:是很好的脱氧、脱硫剂。能
性能，结构钢中加入Re可提高其塑性及韧性。
17、硼（B）：钢中的“维生素“。
中子的功能。
18、钙（Ca）：可以提高钢的强度及切削性能。
钢结构基本原理及设计课程专题报告 严寒地区结构钢材的选用 专业土木工程 学号 学生 教师 日期
严寒地区结构钢材的选用（以铁塔为例进行说明）【摘要】提高寒冷地区抗脆断能力的要求，是为了使设计人员重视钢结构可能发生脆性破坏事故。由于对国产建筑钢材在不同工作条件下的脆断问题还缺乏深入研究，规范条文的内容主要来自前苏联的资料，同时亦参考了其他国内外的有关资料。前苏联严寒地区面积大，出现脆断事故的机会较多。根据对事故调查的结果，格构式桁架结构占事故总数的48%，而梁结构仅占18%，板结构占34%，可见桁架结构容易发生脆断。我国低温地区钢桁架、储液罐等也曾发生过脆断事故。这些资料在定量的规定上差别较大，很难直接引用，但在定性方面即概念设计中却有一些共同规律。因此规范在焊接构件的板厚、构造及结构施工等方面提出了防止脆断发生的措施。 【关键词】严寒地区钢材选用 1 严寒地区钢材选用问题的提出背景 在提出问题之前，首先有必要搞清楚各种温度区的准确定义。宏观上人们依据纬度的高低（更准确地说是地球在公转当中与太阳的关系）把地球自北向南划分为北寒带、北温带、热带、南温带、南寒带，我国绝大部分地区属于从北极圈（北纬66°30′）～北回归线（北纬23°30′）的北温带，属于温带气候；常规和习惯上依冬季的温度高低，人们又把温度区划为寒冷、严寒等地区，而各种温度区的划分和准确定义，均来自于国家标准《采暖通风与空气调节设计规范》（GBJ19－81）的2001 年版。为了对本文叙述的需要，并使读者了解各种温度划分的定义和标准，现将该国家规范的有关室外气象温度参数的标准定义内容介绍如下： 严寒地区：累年最冷月平均温度T≤－10℃的地区定义为严寒地区，我国东北、华北的北纬40°30′以上的地区（即大致鞍山－张家口－大同－呼和浩特连线以北）以及陕西省榆林、甘肃省山丹和青海省格尔木均属严寒地区。寒冷地区：累年（不少于3 年）最冷月平均温度－10℃＜T≤0℃的地区定义为寒冷地区。全国北纬超过34℃以上除严寒地区以外的所有地区（即大致陇海线以北）和西藏全境及四川的甘孜地区，均属寒冷地区；对承重钢结构钢材的选用，按照新版《钢结构设计规范》（GB50017－2003）的规定，要求同时有7 种考虑的因素，其中以应力状态、连接方法和工作温度三项最重要，所有因素都基于一个出发点，那就是要防止脆性破坏的发生，这对于钢结构来说是至关重要的。对处于不同地区的送电线路杆塔来说，其它六项如结构重要性、菏载特征、结构形式等其它几项均相同，唯一的区别，就是其工程所经地区的环境温度，在《钢结构设计规范》（GB50017－2003）中，是以结构工作温度为表征的。结构工作温度：按新版《钢结构设计规范》
国内钢材生产专家: 1分钟搞懂常用钢材型号、性能特性 45——优质碳素结构钢,是最常用中碳调质钢。 主要特征 : 最常用中碳调质钢,综合力学性能良好,淬透性低,水淬时易生裂纹。小型件宜采用调质处理,大型件宜采用正火处理。应用举例 : 主要用于制造强度高的运动件,如透平机叶轮、压缩机活塞。轴、齿轮、齿条、蜗杆等。焊接件注意焊前预热,焊后消除应力退火。 Q235A(A3钢——最常用的碳素结构钢。 主要特征 : 具有高的塑性、韧性和焊接性能、冷冲压性能,以及一定的强度、好的冷弯性能。应用举例 : 广泛用于一般要求的零件和焊接结构。如受力不大的拉杆、连杆、销、轴、螺钉、螺母、套圈、支架、机座、建筑结构、桥梁等。 40Cr——使用最广泛的钢种之一,属合金结构钢。 主要特征 : 经调质处理后,具有良好的综合力学性能、低温冲击韧度及低的缺口敏感性,淬透性良好,油冷时可得到较高的疲劳强度,水冷时复杂形状的零件易产生裂纹,冷弯塑性中等,回火或调质后切削加工性好,但焊接性不好,易产生裂纹,焊前应预热到 100~150℃ ,一般在调质状态下使用,还可以进行碳氮共渗和高频表面淬火处理。 国内钢材生产专家: 应用举例 :调质处理后用于制造中速、中载的零件,如机床齿轮、轴、蜗杆、花键轴、顶针套等,调质并高频表面淬火后用于制造表面高硬度、耐磨的零件,如齿轮、轴、主轴、曲轴、心轴、套筒、销子、连杆、螺钉螺母、进气阀等,经淬火及中温回火后用于制造重载、中速冲击的零件,如油泵转子、滑块、齿轮、主轴、套环等,经淬火及低温回火后用于制造重载、低冲击、耐磨的零件,如蜗杆、主
轴、轴、套环等,碳氮共渗处即后制造尺寸较大、低温冲击韧度较高的传动零件,如轴、齿轮等。 HT150——灰铸铁应用举例 :齿轮箱体,机床床身,箱体,液压缸,泵体, 阀体,飞轮,气缸盖,带轮,轴承盖等 35——各种标准件、紧固件的常用材料 主要特征 : 强度适当,塑性较好,冷塑性高,焊接性尚可。冷态下可局部镦粗和拉丝。淬透性低,正火或调质后使用应用举例 : 适于制造小截面零件, 可承受较大载荷的零件:如曲轴、杠杆、连杆、钩环等,各种标准件、紧固件 65Mn——常用的弹簧钢 应用举例 :小尺寸各种扁、圆弹簧、座垫弹簧、弹簧发条,也可制做弹簧环、气门簧、离合器簧片、刹车弹簧、冷卷螺旋弹簧,卡簧等。 0Cr18Ni9——最常用的不锈钢 (美国钢号 304,日本钢号 SUS304 国内钢材生产专家: 特性和应用 : 作为不锈耐热钢使用最广泛,如食品用设备,一般化工设备,原于能工业用设备 Cr12——常用的冷作模具钢 (美国钢号 D3,日本钢号 SKD1 特性和应用 : Cr12钢是一种应用广泛的冷作模具钢,属高碳高铬类型的莱氏体钢。该钢具有较好的淬透性和良好的耐磨性 ; 由于 Cr12钢碳含量高达 2.3%,所以冲击韧度较差、易脆裂,而且容易形成不均匀的共晶碳化物 ;Cr12钢由于具有良好的耐磨性,多用于制造受冲击负荷较小的要求高耐磨的冷冲模、冲头、下料模、冷镦模、冷挤压模的冲头和凹模、钻套、量规、拉丝模、压印模、搓丝板、拉深模以及粉末冶金用冷压模等 DC53——常用的日本进口冷作模具钢
材料的冲击韧性 一、冲击韧性的定义 冲击韧性：当试验机的重摆从一定高度自由落下时，在试样中间开V型缺口，试样吸收的能量等于重摆所作的功W。若试件在缺口处的最小横截面积为A，则冲击韧性αk为： 式中αk的单位为J/cm2 。 冲击实验有两种：V型和U型，一般情况下V 型冲击功测的数据小于U 型的冲击功值。 钢材的冲击韧性越大,钢材抵抗冲击荷载的能力越强。αk值与试验温度有关。有些材料在常温时冲击韧性并不低，破坏时呈现韧性破坏特征。但当试验温度低于某值时，αk突然大幅度下降，材料无明显塑性变形而发生脆性断裂，这种性质称为钢材的冷脆性 冲击韧性是一个对材料组织结构相当敏感的量,所以提高材料的冲击韧性的途径有:改变材料的成分,如加入钒,钛,铝,氮等元素,通过细化晶粒来提高其韧性,尤其是低温韧性;提高材料的冶金质量,减少偏析,夹渣等。 二、缺口冲击试验的应用 缺口冲击韧性试验的应用，主要表现在两方面： 1．用于控制材料的冶金质量和铸造，锻造，焊接及热处理等热加工工艺的质量。
2．用来评定材料的冷脆倾向。而评定脆断倾向的标准常常是和材料的具体服役条件相联系的。在这种情况下所提出的材料冲击韧性值要求，虽然不是一个直接的服役性能，但应理解为和具体服役条件有关的性能指标。 材料因温度的降低导致冲击韧性的急剧下降并引起脆性破坏的现象叫作冷脆。可将材料的冷脆倾向归结为3种类型，如图2-15所示。 三．冷脆转化温度的评定 工程上希望确定一个材料的冷脆转化温度，在此温度以上只要名义应力还处于弹性范围，材料就不会发生脆性 破坏。在冷脆转化温度的确定标准 一旦建立之后，实际上是按照冷脆 转化温度的高低来选择材料。例如， 有两种材料A和B，在室温以上A 的冲击韧性高于B，但当温度降低 时，A的冲击韧性就急剧下降了，如 按冷脆转化温度来选择材料时应选 材料B，见图2-16。
第一章绪论、第二章钢材习题 一、名词解释 1、承载能力的极限状态：结构或构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形时所对应的极限状态。 2、正常使用极限状态：结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项限值时所对应的极限状态。 3、钢材的韧性：钢材抵抗冲击荷载的能力，用冲击韧性值指标来衡量。 4、时效硬化：轧制钢材放置一段时间后，其机械性能会发生变化，强度提高，塑性降低，这种现象称为时效硬化。 5、冷作硬化：钢材受荷超过弹性范围以后，若重复地卸载、加载，将使钢材弹性极限提高，塑性降低，这种现象称为冷作硬化。 6、钢材的冷脆：在负温度范围，随温度下降，钢材的屈服强度、抗拉强度提高，但塑性变形能力减小，冲击韧性降低，这种现象称为钢材的冷脆。 7、应力集中：构件由于截面的突然改变，致使应力线曲折、密集，故在空洞边缘或缺口尖端处，将局部出现应力高峰，其余部分则应力较低，这种现象称为应力集中。 8、塑性破坏：破坏前有显著的变形，吸收很大的能量，延续时间长，有明显的塑性变形，断裂时断口呈纤维状，色泽发暗。 9、脆性破坏：破坏前无明显变形，破坏突然发生，断裂时断口平齐，呈有光泽的晶粒状。脆性破坏危险性大。 10、蓝脆：钢材总得趋势是随着温度的提高，钢材强度及弹性模量下降；但是在250℃附近，钢材强度有所提高，塑性相应降低，钢材性能转脆，由于在这个温度下钢材表面氧化膜呈蓝色，故称为蓝脆。 二、填空题 1．钢材的三项基本力学性能指标分别为：屈服强度、抗拉强度伸长率和伸长率。2．Q235－BF表示屈服强度为235MPa的B级常温冲击韧性沸腾钢。 3．普通工字钢用符号I 及号数表示，其中号数代表高度的厘米数。 4．根据应力－应变曲线，低碳钢在单向受拉过程中的工作特性，可以分为弹性阶段、弹塑性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段。 5．钢材在当温度下降到负温的某一区间时，其冲击韧性急剧下降，破坏特征明显地由塑性破坏破坏转变为脆性破坏破坏，这种现象称为冷脆。 6.钢结构有耐腐蚀性差和_ 耐火性__差的弱点。 7．钢结构目前采用的设计方法是_以概率论基础的极限状态_设计方法。 8．当温度达到600℃时，强度几乎降为零，完全失去了承载力，这说明钢材的_耐火_性能差。 9.钢材标号Q235B中的235表示材料的屈服强度为235N／mm2。 10.钢材在连续的循环荷载作用下，当循环次数达到某一定值时，钢材会发生突然断裂破坏
二次正火温度对B+级钢低温韧性的影响 在B级钢(ZG25MnNi)的基础上开发的B+级钢(ZG25MnCrNi)，具有优良的综合力学性能，是铁路货车转向架用钢。转向架是连接列车车轮和车厢的关键部件，而侧架和摇枕是转向架最大的承载件，对列车的安全性有着举足轻重的影响，对钢材的强度、韧性以及焊接性能等要求较高。随着我国经济的发展，提速、重载、安全运行已成为现代铁路运输业迅速发展的迫切需要。北方严寒、低温气候对B+级钢的低温韧性提出了更高的要求，亟待需要研究新的改善低温韧性的热处理工艺，以提高转向架运行的可靠性。 选择强韧性匹配良好的热处理工艺对于提高B+级钢的性能意义重大。有研究结果表明，二次正火可以改善显微组织，同时提高常温强度和低温冲击功。二次正火工艺，一般要求一次温度较高，使难溶成分溶于奥氏体、材料成分均匀化；二次正火采用较低温度，可获得均匀细小的奥氏体晶粒，以确保冷却后得到均匀细化的组织。二次正火工艺简单，成本相对较低，不需增加其他设备，生产中切实可行。本文采用二次正火工艺对B+级钢进行热处理，研究正火温度对B+级钢显微组织和力学性能尤其是低温冲击功的影响，为B+级钢制定合理的热处理工艺提供试验依据。 材料为某厂提供的铸态B+级钢基尔试棒，其主要化学成分(质量分数，%)为：0.25C，0.37Si，0.87Mn，0.017P，0.010S，0.39Cr，0.33Ni，0.14Cu。在箱式电阻炉中对铸态试样分别进行两次正火处理。一次正火温度950℃，保温30min，二次正火温度分别为800、870、910和950℃，保温时间均为30min。试样到温入炉，保温后出炉冷却。现行B+级钢的热处理工艺中，910℃一次正火，强度与塑性、韧性指标配合最佳。为了比较二次正火和一次正火对B+级钢组织与力学性能的影响，选用正火温度910℃，保温30min的一次正火作参比试验。 结果显示，二次正火后，B+级钢的组织为均匀分布、细小的铁素体+珠光体，强度和低温冲击功均有增加。随二次正火温度的升高，低温冲击功先升高后降低。二次正火的温度不宜过高，否则将导致低温冲击功降低。亚温二次正火对提高低温冲击功作用不大。B+级钢经950℃×30min正火+870℃×30min正火，可获得优良的强韧性配合。
低温钢材的韧性要求 （1）试验方法 低温压力容器及其受压元件所采用的钢材，必须进行低温夏比（V形缺口）冲击试验。 钢材的冲击试验方法，应符合GB 4159《金属低温夏比冲击试验方法》的有关规定。冲击试样按GB 2106《金属夏比V形缺口冲击试验方法》规定的 10mm×10mm×55mm标准试样。若无法制备标准试样时，也可采用 7.5mm×10mm×55mm、5mm×10mm×55mm的小尺寸试样，小尺寸试样的试样宽度一般应不小于钢材名义厚度的80%。试样的缺口应沿厚度方向（棒材沿径向）切取，并以3个试样为1组。 （2）取样规则 根据需要，钢材可按批进行冲击试验取样，其分批要求及试样截取应遵循以下规定。 ①钢板每批钢板由同一牌号、同一炉罐号、同一规格和同一热处理制度组成。每批钢板质量按厚度分类：6-16mm钢板应不大于15t；大于16mm钢板应不大于25t。每批取1组试样，试样方向为横向。 ②钢管每批钢管由同一牌号、同一炉罐号、同一规格和同一热处理制度组成。每批钢管按直径分类： 外直径大于351mm的钢管每批不超过50根；外直径小于或等于351mm 的钢管每一批不超过200根。在每批中的任意两根钢管上各取1组试样。 用于制造容器圆筒，且厚度大于16mm的钢管，按批抽10%，且不少于两根，每根取1组试样。 取样位置应靠近钢管内壁，一般为纵向，对大直径厚壁管可沿切向取样。缺口应沿厚度方向切取。
③锻件按照JB 4727《低温压力容器用碳素钢和低合金锻件》规定的取样数 量和取样部位切取试样。 ④钢棒每批钢棒由同一牌号、同一炉罐号、同一尺寸、同炉热处理组成。在经最终热处理的每批钢棒中任选两根，各取1组试样。试样方向为纵向，试样的纵轴应尽量位于钢棒半径的处。 （3）试验温度 低温压力容器用钢的冲击试验温度必须小于或等于容器或其受压元件的设计温度。当容器或其受压元件使用在低温应力工况时，钢材的冲击试验温度必须小于或等于调整后的设计温度。 （4）冲击功指标 钢材试验温度下的冲击功指标，按钢材标准规定的最低抗拉强度确定，具体要求必须满足表13-4的规定。小试样的冲击功指标根据试样宽度按比率缩减。 表13-4低温夏比（V形缺口）冲击试验最低冲击功规定值 钢材标准的最低抗拉强度 σb/Mpa ≤4503个试样的冲击功平均值钢材标准的最低抗拉 (10mm×10mm×55mm) 18强度σb/Mpa ＞515-6503个试样的冲击功平均值(10mm×10mm×55mm)27＞450-51520奥氏体钢焊接接头区31注： 1、试验温度下3个试样的冲击功平均值不得低于表中规定；其中单个试样的冲击功可小于平均值，但不得小于平均值的70%。
超高强度钢 超高强度钢一般是指屈服强度大于1380MPa的高强度结构钢。20世纪40年代中期，美国用AISI4340结构钢通过降低回火温度，使钢的抗拉强度达到1600～1900MPa。50年代以后，相继研制成功多种低合金和中合金超高强度钢，如300M、D6AC和H一11钢等。60年代研制成功马氏体时效钢，逐步形成18Ni马氏体时效钢系列，70年代中期，美国研制成功高纯度HP310钢，抗拉强度达到2200MPa。法国研制的35NCDl6钢，抗拉强度大于1850MPa，而断裂韧度和抗应力腐蚀性能都有明显的改进。80年代初，美国研制成功AFl410二次硬化 型超高强度钢，在抗拉强度为1860MPa时，钢的断裂韧度达到160 MPa·m以上，AFl410 钢是目前航空和航天工业部门正在推广应用的一种新材料。 中国于50年代初研制成功30CrMnSiNi2A超高强度钢，抗拉强度为1700MPa。70年代初，结合中国资源条件，研制成功32Si2Mn2MoVA和40CrMnSiMoVA(GC一4)钢。1980年以来，从国外引进新技术，采用真空冶炼新工艺，先后研制成功45CrNiMoVA (D6AC)、34Si2MnCrMoVA (406A)、35CrNi4MoA、40CrNi2Si2MoVA(300M)和18Ni马氏体时效钢，成功地用于制做飞机起落架、固体燃料火箭发动机壳体和浓缩铀离心机简体等。目前超高强度钢已形成不同强度级别系列，在国防工业和经济建设中发挥着重要的作用。 现在，以改变合金成分提高超高强度钢的强度和韧性已很困难。发展超高强度钢的主要方向是开发新工艺、新技术，提高冶金质量，如采用真空冶炼技术，最大限度降低钢中气体和杂质元素含量，研制超纯净超高强度钢；通过多向锻造和形变热处理，改变钢的组织结构和细化晶粒尺寸，从而提高钢的强度和韧性，例如正在发展的相变诱发塑性钢(TRIP钢)等。 一超高强度钢的合金成分、组织和特性 (1)中碳低合金超高强度钢此类钢是通过淬火和回火处理获得较高的强度和韧性，钢的强度主要取决于钢中马氏体的固溶碳浓度。含碳量增加，钢的强度升高；而塑性和韧性相应降低。因此，在保证足够强度的原则下，尽可能降低钢中含碳量，一般含碳量在0.30～0.45％。钢中合金元素总量约在5％左右，Cr、Ni和Mn在钢中的主要作用是提高钢的淬透性，以保证较大的零件在适当的冷却条件下获得马氏体组织，Mo、W和v的主要作用是提高钢的抗回火能力和细化晶粒等。几种典型钢种的化学成分如表2·12．1。 该类钢通过淬火处理，在Ms点温度以下发生无扩散相变，形成马氏体组织。采用适宜的温度进行回火处理，析出ε—碳化物，改善钢的韧性，获得强度和韧性的最佳配合。提高回火温度(250—450℃回火)时，板条马氏体的ε—碳化物发生转变和残留奥氏体分解形成Fe3C渗碳体，钢的韧性明显下降，此现象称为回火马氏体脆性。产生此种回火脆性的原因主要是由于钢中的硫、磷等杂质元素在奥氏体晶界偏聚和渗碳体沿晶界分布，降低了晶界结合强度。300M钢等含有1.5％硅，能有效地仰制ε—碳化物转变和残留奥氏体分解，使钢的回火马氏体脆性温度提高到350～500℃。硅在钢中只能提高回火马氏体脆性区的温度，但
钢材韧性及断裂原因 用于各行业的钢材品种达数千种之多。每种钢材都因不同的性能、化学成分或合金种类和含量而具有不同的商品名称。虽然断裂韧性值大大方便了每种钢的选择，然而这些参数很难适用于所有钢材。 主要原因有： 第一，因为在钢的冶炼时需加入一定数量的某种或多种合金元素，成材后再经简单热处理便可获得不同的显微组织，从而改变了钢的原有性能； 第二，因为炼钢和浇注过程中产生的缺陷，特别是集中缺陷（如气孔、夹杂等）在轧制时极其敏感，并且在同一化学成分钢的不同炉次之间，甚至在同一钢坯的不同部位发生不同的改变，从而影响钢材的质量。 由于钢材韧性主要取决于显微结构和缺陷的分散（严防集中缺陷）度，而不是化学成分。所以，经热处理后韧性会发生很大变化。要深入探究钢材性能及其断裂原因，还需掌握物理冶金学和显微组织与钢材韧性的关系。 1.铁素体-珠光体钢断裂 铁素体-珠光体钢占钢总产量的绝大多数。它们通常是含碳量在0.05%～0.20%之间的铁-碳和为提高屈服强度及韧性而加入的其它少量合金元素的合金。 铁素体-珠光体的显微组织由BBC铁（铁素体）、0.01%C、可溶合金和Fe3C组成。在碳含量很低的碳钢中，渗碳体颗粒（碳化物）停留在铁素体晶粒边界和晶粒之中。但当碳含量高于0.02%时，绝大多数的Fe3C形成具有某些铁素体的片状结构，而称为珠光体，同时趋向于作为“晶粒”和球结（晶界析出物）分散在铁素体基体中。含碳量在0.10%～0.20%的低碳钢显微组织中，珠光体含量占10%～25%。 尽管珠光体颗粒很坚硬，但却能非常广泛地分散在铁素体基体上，并且围绕铁素体轻松地变形。通常，铁素体的晶粒尺寸会随着珠光体含量的增加而减小。因为珠光体球结的形成和转化会妨碍铁素体晶粒长大。因此，珠光体会通过升高d-1/2（d为晶粒平均直径）而间接升高拉伸屈服应力δy。 从断裂分析的观点看，在低碳钢中有两种含碳量范围的钢，其性能令人关注。一是含碳量在0.03%以下，碳以珠光体球结的形式存在，对钢的韧性影响较小；二是含碳量较高时，以球光体形式直接影响韧性和夏比曲线。 2.处理工艺的影响
第一章绪论及第二章钢材习题 一、名词解释 1、承载能力的极限状态： 2、钢材的韧性： 3、时效硬化： 4、钢材的冷脆 5、正常使用极限状态 6、应力集中 7、塑性破坏 8、脆性破坏 二、填空题 1．钢材的三项基本力学性能指标分别为：、和 。 2．Q235－BF表示。3．普通工字钢用符号及号数表示，其中号数代表的厘米数。 4．根据应力－应变曲线，低碳钢在单向受拉过程中的工作特性，可以分为、 、、、。5．钢材在当温度下降到负温的某一区间时，其冲击韧性急剧下降，破坏特征明显地由破坏转变为破坏，这种现象称为。 6.钢结构有耐腐蚀性差和_______差的弱点。 7．钢结构目前采用的设计方法是______设计方法。 8．当温度达到600℃时，强度几乎降为零，完全失去了承载力，这说明钢材的_____________性能差。 9.钢材标号Q235B中的235表示材料的为235N／mm2。 10.钢材在连续的循环荷载作用下，当循环次数达到某一定值时，钢材会发生突然断裂破坏的现象，称为钢材的___________。 11.钢结构中采用的各种板件和型材，都是经过多次辊轧而成的，一般薄钢板的屈服点比厚钢板___________。 12．当钢材受荷载作用进入弹塑性阶段及以后时，间歇重复加载将使弹性变形范围扩大，这种现象称为钢材的__________。
13．Q235A级钢材的__________不作为钢厂供货的保证项目，因而这种钢材不宜在焊接承重结构中使用。 14.钢结构设计规范(GB50017—2003)将钢材分为四组，钢板越厚，设计强度越________。 15．钢材承受动力荷载作用时，抵抗脆性破坏的性能用______指标来衡量。 16.钢材的设计强度是根据材料的_______确定的 三、单项选择 1、钢结构更适合于建造大跨结构，这是由于（） A.钢材具有良好的耐热性 B.钢材具有良好的焊接性 C.钢结构自重轻而承载力高 D.钢结构的实际受力性能和力学计算结果最符合 2、钢结构发生脆性破坏是由于（） A.钢材是塑性较差的材料 B.钢材的强度较高 C.结构的构造不合理或工作条件差 D.材料的使用应力超过屈服点 3、在承受动荷的下列连接构造中，不合理 ．．．的是（） 4、钢材的冲击韧性A KV值代表钢材的（） A.韧性性能 B.强度性能 C.塑性性能 D.冷加工性能 5、钢材的伸长率指标是通过下列哪项试验得到的？（） A.冷弯试验 B.冲击功试验 C.疲劳试验 D.单向拉伸试验 6、钢材所含化学成分中，需严格控制含量的有害元素为( ) A.碳、锰 B.钒、锰 C.硫、氮、氧 D.铁、硅 7、随着钢材中含碳的增加会使钢材的_____提高。 A、强度 B、塑性 C、韧性 D、强度和塑性 8.钢材具有良好的焊接性能是指() A.焊接后对焊缝附近的母材性能没有任何影响 B.焊缝经修整后在外观上几乎和母材一致
低温钢 适于在0℃以下应用的合金钢。能在-196℃以下使用的，称为深冷钢或超低温钢。低温钢主要应具有如下的性能：①韧性－脆性转变温度低于使用温度；②满足设计要求的强度； ③在使用温度下组织结构稳定；④良好的焊接性和加工成型性；⑤某些特殊用途还要求极低的磁导率、冷收缩率等。低温钢按晶体点阵类型一般可分为体心立方的铁素体低温钢和面心立方的奥氏体低温钢两大类。 铁素体低温钢一般存在明显的韧性－脆性转变温度，当温度降低至某个临界值（或区间）会出现韧性的突然下降。附图表示含碳 0.2％碳钢冲击值与温度的关系,其转变温度在-20℃左右。因此，铁素体钢不宜在其转变温度以下使用，一般需加入Mn、Ni等合金元素，降低间隙杂质，细化晶粒，控制钢中第二相的大小、形态和分布等,使铁素体钢的韧性-脆性转变温度降低（见金属的强化）。 铁素体低温钢按成分分为三类：①低碳锰钢(C0.05～0.28％,Mn0.6～2％)。使Mn/C≈10，降低氧、氮、硫、磷等有害杂质，有的还加入少量铝、铌、钛、钒等元素以细化晶粒。这类钢最低使用温度为－60℃左右。②低合金钢。主要有低镍钢(Ni2～4％)、锰镍钼钢(Mn0.6～1.5％,Ni0.2～1.0％，Mo0.4～0.6％，C≤0.25％)、镍铬钼钢 (Ni0.7～3.0％，Cr0.4～2.0％，Mo0.2～0.6％，C≤0.25％)。这些钢种的强度高于低碳钢，最低使用温度可达-110℃左右。中国研制了几种节镍的低温用低合金钢如09Mn2V等。③中（高）合金钢。主要有 6％Ni钢、9％Ni钢、36％Ni钢，其中9％Ni钢是应用较广的深冷用钢。这类高镍钢的使用温度可低至-196℃。 奥氏体低温钢具有较高的低温韧性，一般没有韧性－脆性转变温度。按合金成分不同，可分为三个系列：①Fe-Cr-Ni系。主要为18-8型铬镍不锈耐酸钢。这种钢低温韧性、耐蚀性和工艺性均较好，已不同程度地应用于各种深冷(-150～269℃)技术中。②Fe-Cr-Ni-Mn和Fe-Cr-Ni-Mn-N 系。这类钢种以锰、氮代替部分镍来稳定奥氏体。氮还有强化作用，使钢具有较高的韧性、极低的磁导率和稳定的奥氏体组织，适用于作超低温无磁钢（即材料的磁导率很小）。如0Cr21Ni6Mn9N和0Cr16Ni22Mn9Mo2等在-269℃作无磁结构部件。③Fe-Mn-Al系奥氏体低温无磁钢。是中国研制的节约铬、镍的新钢种，如15Mn26Al4等可部分代替铬镍奥氏体钢,用于-196℃以下的极低温区。如能改善这种钢的抗化学腐蚀能力，还可扩大其应用范围。 使用范围低温钢在石油气深冷分离设备中，绝大部分的最低使用温度为-110℃,个别设备中达-150℃,可分别采用低合金钢、3～6％镍钢或 9％镍钢。在空气分离设备中，最低工作温度达-196℃,一般采用9％镍钢或奥氏体低温钢。工作温度为-253℃的液氢生产、贮运设备，工作温度为-269℃的液氦设备，均应采用组织结构稳定的奥氏体低温钢。而某些特殊设备如超导磁体或超导电机，宜采用在工作温度以下除有稳定的奥氏体组织外,还要能保持极低磁导率(μ)≤1.01或更低）的钢种。 一些具有较高低温韧性的铁镍基和镍基高温合金如A-286、Inconel718、InconelX-750 等也常用于需要高强度的低温设备上。
20世纪30年代以来，国外发生过多次桥梁构件脆断的事故。分析表明，金属或合金在低于某个临界温度的条件下，韧性急剧降低，性质变脆。这个温度(实际上足一个温度范围)叫做脆性临界转变温度。随着科学技术的发展，为了适应低温的要求，人们研制了各种低温钢。 钢的低温机械性能与它的晶体结构有很大关系，几乎所有钢种的强度、硬度和弹性模量都随着温度的降低而提高。而大部分钢的塑性和韧性却随温度的降低有不同程度的降低。其中，一类钢种随着温度下降，屈服强度迅速提高到强度极限的数值，从而转向脆性破坏；另—类钢种则随着温度的下降，其强度提高，而塑性和韧性指标仍保持较高数值。前者通常具有体心立方晶格，叫做冷脆体：后者一般具有面心立方晶格，叫做非冷脆体。因此，具有面心立方晶格的金属材料，如奥氏体不锈钢，在低温技术中首先得到应用。随着对低温钢需求量的增大和使用温区的多样化，各国已研制出许多低合金低温钢。 对于低温钢的技术要求一般是：在低温下具有足够的强度和充分的韧性，具有良好的工艺性能、加工性能和耐腐蚀性等。其中低温韧性，即低温下防止脆性破坏发生和扩展的能力是最重要的因素。所以，各国通常都规定出最低温度下的一定的冲击韧性值。 在低温钢成分中，一般认为，碳、硅、磷、硫、氮等元素使低温韧性恶化，其中磷的危害最大，所以在冶炼中应早期低温脱磷。锰、镍等元素能使低温韧性提高。每增加1%的镍含量，脆性临界转变温度约可降低20℃左右。 低温钢一般在碱性感应电炉、电弧炉中进行冶炼。出钢温度和浇铸温度均不宜过高，过高的出钢温度会使钢水中气体增多：过高的浇铸温度则导致晶粒粗大，因而降低低温韧性。 热处理工艺对低温钢的金相组织和晶粒度有决定性影响，从而也影响钢的低温韧性。经过调质处理后的低温韧性有明显的提高。 根据热加工成型方式的不同，低温钢可分为铸钢和轧材两种。根据成分和金相组织的区别，低温钢可分为：低合金钢、6％镍钢、9％镍钢、铬—锰或铬—锰—镍奥氏体钢以及铬—镍奥氏体不锈钢等。低合金钢一般在一100℃左右的温区内使用，用于制造冷冻设备、运输设备、乙烯地上贮藏室和石油化工设备等。在美国、英国、日本等国家，9％镍钢广泛应用于一196℃的低温结构上，如保存、运输液化沼气和甲烷的贮罐、贮存液氧、制造液氧和液氮的设备等。奥氏体不锈钢是非常优良的低温用结构材料，它的低温韧性好、焊接性能优良、导热率低，在低温领域里得到广泛应用，用于液氢、液氧的运输罐车和贮罐等。但是，由于它含铬、镍较多，因而比较昂贵。 随着低温技术的发展，一定会有更多更好的低温钢问世。 适于在0℃以下应用的合金钢。能在-196℃以下使用的，称为深冷钢或超低温钢。低温钢主要应具有如下的性能：①韧性－脆性转变温度低于使用温度；②满足设计要求的强度；③在使用温度下组织结构稳定；④良好的焊接性和加工成型性；⑤某些特殊用途还要求极低的磁导率、冷
钢材的冲击功Akv是什么意思 钢材在进行缺口冲击试验时，摆锤冲击消耗在试样上的能量，称为冲击功，用Ak表示，单位为焦耳（J）。当为V形缺口时，即为AKV，当为U形缺口时，即为AKU。 冲击试验时摆锤消耗在试样单位截面上的冲击功称为冲击韧性（也称为冲击值），用αk表示。即：ak=Ak/F，其单位为kJ/m2或J/cm2。 由于冲击功仅为试样缺口附近参加变形的体积所吸收，而此体积又无法测定，且在同一断面上每一部分的变形也不一致，因此用单位截面积上的冲击功αk来判断韧性的方法国内外已逐渐被淘汰。 工程上常用一次摆锤冲击弯曲试验来测定材料抵抗冲击载荷的能力，即测定冲击载荷试样被折断而消耗的冲击功Ak，单位为焦耳（J）。 而用试样缺口处的截面积F去除Ak，可得到材料的冲击韧度（冲击值）指标，即ak=Ak/F，其单位为kJ/m2或J/cm2。 因此，冲击韧度ak表示材料在冲击载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。ak值的大小表示材料的韧性好坏。 一般把ak值低的材料称为脆性材料，ak值高的材料称为韧性材料。 ak值取决于材料及其状态，同时与试样的形状、尺寸有很大关系。ak值对材料的内部结构缺陷、显微组织的变化很敏感，如夹杂物、偏析、气泡、内部裂纹、钢的回火脆性、晶粒粗化等都会使ak 值明显降低；同种材料的试样，缺口越深、越尖锐，缺口处应力集中程度越大，越容易变形和断裂，冲击功越小，材料表现出来的脆性越高。因此不同类型和尺寸的试样，其ak或Ak值不能直接比较。 材料的ak值随温度的降低而减小，且在某一温度范围内，ak值发生急剧降低，这种现象称为冷脆，此温度范围称为“韧脆转变温度（Tk）”。 冲击韧度指标的实际意义在于揭示材料的变脆倾向。 什么是夏比冲击试验？夏比是音译：Charpy，夏比冲击试验（英文标准名称：Charpy Imapc t Test）是用以测定金属材料抗缺口敏感性(韧性)的试验。制备有一定形状和尺寸的金属试样（通常为10×10×55mm），使其具有U形缺口或V形缺口，在夏比冲击试验机上处于简支梁状态，以试验机举起的摆锤作一次冲击，使试样沿缺口冲断，用折断时摆锤重新升起高度差计算试样的吸收功，即为Aku（U型缺口）和Akv（V型缺口）。可在不同温度下作冲击试验。吸收功值(焦耳)大，表示材料韧性好，对结构中的缺口或其他的应力集中情况不敏感。对重要结构的材料近年来趋向于采用更能反映缺口效应的V形缺口试样做冲击试验 冲击试验：一种动态力学性能试验，主要用来测定冲断一定形状的试样所消耗的功，又叫冲击韧性试验。 根据试样形状和破断方式，冲击试验分为弯曲冲击试验、扭转冲击试验和拉伸冲击试验三种。横梁式弯曲冲击试验法操作简单，应用最广,其试验原理见图1。 冲击试样世界各国常用的弯曲冲击试样如图2所示。中国有关标准规定采用横梁式试验法，所用标准试样以U形缺口试样和V形缺口试样为主。 冲击试样所消耗的功,称为冲击功Ak。将Ak除以缺口处横截面积F，则得冲击韧度ak，单位为J/c
3.3.1 温度 不同用途的压力容器的工作温度不同。 钢材在低温、中温、高温下，性能不同。高温下，钢材性能往往与作用时间有关。 介绍几种情况的影响: 一、短期静载下温度对钢材力学性能的影响 1、高温下 在温度较高时，仅仅根据常温下材料抗拉强度和屈服点 来决定许用应力是不够的，一般还应考虑设计温度下材 料的屈服点。 2、低温下 随着温度降低，碳素钢和低合金钢的强度提高，而韧性 降低。当温度低于20℃时，钢材可采用20℃时的许用应 力。 韧脆性转变温度——（或脆性转变温度） 当温度低于某一界限时，钢的冲击吸收功大幅度地下 降，从韧性状态变为脆性状态。这一温度常被称为韧脆 性转变温度或脆性转变温度。 图3-3 温度对低碳钢力学性能 的影响 (图3-4 低碳钢冲击吸收功和温度的关系曲线) 低温变脆的金属：具有体心立方晶格的金属如碳素钢和低合金钢。
低温仍有很高韧性的金属：面心立方晶格材料如铜、铝和奥氏体不锈钢，冲击吸收功随温度的变化很小，在很低的温度下仍具有高的韧性。 二、高温、长期静载下钢材性能 蠕变现象：在高温和恒定载荷的作用下，金属材料会产生随时间而发展的塑性变形，这种现象被称为蠕变现象。 一定的应力作用下，碳素钢（>420度）合金钢(>400-500度)时发生蠕变。 蠕变的危害:蠕变的结果是使压力容器材料产生蠕变脆化、应力松弛、蠕变变形和蠕变断裂。因此,高温压力容器设计时应采取措施防止蠕变破坏发生。 1、蠕变曲线 蠕变曲线三阶段：减速蠕变，恒速蠕变， 加速蠕变。 oa线段——试样加载后的瞬时应变。 a点以后的线段——从a点开始随时间增 长而产生的应变才属于蠕变。蠕变曲线上 任一点的斜率表示该点的蠕变速率。 ab为蠕变的第一阶段: 即蠕变的不稳定阶段，蠕变速率随时间的 增长而逐渐降低，因此也称为蠕变的减速 阶段。 bc为蠕变的第二阶段: 图3-5 蠕变应变与时间的关系
1.碳素结构钢 指各种钢结构中采用的结构钢和工程用热轧钢板、型钢等。现行国家标准为《碳素结构钢》（GB700-88）。 牌号及其表示方法如下动画中所示。 Q235-AF: 屈服强度是235 MPa，A 级，沸腾钢。 碳素结构钢的技术要求 1.化学成分 2.力学性质 3.冶炼方法 4.交货状态 5.表面质量 化学成分 各种不同牌号的碳素结构钢的化学成分应符合GB700-88的要求。 力学性能 碳素结构钢的拉伸和冲击试验指标应符合下表规定：碳素结构钢的力学性能指标
冷弯试验 碳素结构钢的冷弯试验指标（GB700-88）。 各类牌号钢材的性能 牌号与性能的关系 根据国家标准GB700-88的规定，碳素结构钢按屈服点分为五个牌号如表7.5.1 和表7.5.2所示,当牌号增大时，钢材的含碳量提高，伸长率 降低，冷弯性能也降低. 质量等级：取决于钢材内有害杂质S、P的含量，钢材的质量好，其焊接性能和低温抗冲击性能也提高。 碳素结构钢的选用
建筑钢结构中最常用的牌号为Q235(综合性能符合建筑工程的要求)。 因为Q235钢既有较高的强度，又有良好的塑性和韧型，如：B、C、D等，可焊接性也很好，能满足一般钢结构用钢的要求。Q235的C级和D级钢，其S和P的含量低，所以主要用作重要的焊接结构。尤其适用于低温条件 下，受冲击荷载作用的焊接钢结构。Q195及Q215：强度低，但塑性和韧 性好，易冷加工，在轧制、焊接加工成受冲击或偶然荷载等情况下，能保 证安全使用。Q255及Q275：强度高，但塑性和韧性差，可焊接差，不 易冷加工；可用作混凝土配筋和钢结构中的构件及螺栓（常用在机械零件 及工具中）。 选用钢材，主要根据工程结构的重要性、荷载类型、焊接要求及使用环境温度等条件选择。 低合金高强度结构钢 定义 在碳素结构钢的基础上，添加少量的一种或几种合金元素，合金元素的总含量小于5%的结构钢。常用的合金元素有：Si、Mn、Ti、Nb、V和C等。 牌号及其表示方法 现行国家标准《低合金结构钢》（GB1591-94）共有5个牌号：Q295、Q345、Q390、Q420、Q460。 低合金高强度结构钢的化学组成(GB1591-94) 如表7.5.4所示。低合金高 强度结构钢的力学性能(GB1591-94) 如表7.5.5所示。 如表7.5.5所示，低合金钢的强度大大高于碳素结构钢，并且具有良好的塑性和韧性、耐磨性、耐蚀性及耐低温性也好于碳素钢，其生产工艺 和成本都与碳素钢相近，比采用碳素结构钢节省钢材，而且可以减轻自重，延长使用寿命，尤其适用于大跨度结构和桥梁工程等。
低温钢概述 低温用钢的种类、成分及性能 低温用钢分4个温度级别：－20～40℃、－50～80℃、－100～110℃、－196～269℃。主要用于液化石油气及液化天然气等的贮存运输容器，以及海洋石油工程结构等。 1．中合金低碳马氏体型低温钢 合金元素总含量5％～10％，组织取决于热处理制度。9Ni钢为典型钢种，有两种常用热处理制度，一种是900℃正火加790℃正火加570℃回火；另一种是800℃水淬加570℃回火。淬火后组织为低碳马低体，正火后组织为低碳马氏体加铁素体加少量高碳奥氏体。9Ni钢在－196℃低温下具有优良的韧性。磷会增9Ni钢回火脆性的敏感性，应严格控制。5Ni钢主要通过化学成分的最佳化以及三级热处理方法来控制组织，使之在－162℃乃至－196℃低温下具有与9Ni 钢相近的强度和韧性。 2．高合金奥氏体型低温钢 合金元素总含量＞10％，组织为奥氏体，具有极为优良的低温韧性，在－196～296℃低温下仍保持相当高的韧性。含铬镍奥氏体型低温钢含Cr18%和 Ni9%，无铬镍奥氏体型低温钢含M23%～26％，A1%～4%，两者的低温钢韧性相近。一般均在固溶处理后使用。 低温钢锻件 表11-1 中国常用钢号 (一）20D 钢锻件 表11-2 钢的化学成分 表11-3 钢锻件的常温拉伸和低温冲击性能
表11-4 钢锻件的许用应力 （二）16MnD 钢锻件 表11-5化学成分 表11-6 钢锻件的常温拉伸和低温冲击性能 表11-7 钢锻件的许用应力 （三）09Mn2VD 钢锻件 表11-8化学成分 表11-9 钢锻件的常温拉伸和低温冲击性能
表11-10 钢锻件的许用应力 （四）09MnNiD 钢锻件 表11-11化学成分 表11-12 钢锻件的常温拉伸和低温冲击性能 表11-13 钢锻件的许用应力 （五）16MnMoD 和20MnMoD 钢锻件 表11-14 钢的化学成分 表11-15 钢锻件的常温拉伸和低温冲击性能
低温钢的焊接 通常把-10~-196℃的温度范围称为“低温”（我国从-40℃算起），低于-196℃时称为“超低温”。低温钢主要是为了适应能源、石油化工等产业部门的需要而迅速发展起来的一种专用钢。低温钢要求在低温工作条件下具有足够的强度、塑性和韧性，同时应具有良好的加工性能，主要用于制造-20~-253℃低温下工作的焊接结构，如贮存和运输各类液化气体的容器等。 低温钢的分类、成分及性能 1.低温锅的分类 （1）按使用温度等级分类分为-10~-40℃、-50~-90℃、-100~-120℃和 -196~-273℃等级的低温钢。 （2）按合金含量和组织分类分为低合金铁素体低温钢、中合金低温钢和高合金奥氏体低温钢。 （3）按有无镍、铬元素分类分为无镍、铬低温钢和含镍、铬低温钢。 （4）按热处理方法分类分为非调质低温钢和调质低温钢。 2.低温钢的化学成分和组织 （1）低合金低温钢（无Ni低温钢）铝镇静Mn-Si低温钢是先用Mn 、Si进行脱氧，再用铝进行强烈脱氧的优质钢种。该钢正火处理或淬火+回火处理可细化晶粒，明显提高其低温韧性，多用于一4O℃以上的结构。 低合金铁素体低温钢是在Si-Mn优质钢基础上，加人少量合金元素（如Nb、V 、Ti、Al 、Cu、RE等）得到的低温钢组织为铁素体加少量珠光体。其中Mn、Ni以及能促使晶粒细化的微量元素都有利于提高低温韧性。为了保证良好的综合力学性能和 焊接性，一般要求低C和低S、P。这种钢具有高的塑性和韧性，多用于-50℃以上的结构。 （2）中合金低温钢（含Ni低温钢）合金元素总的质量分数为5%~10%，其组织与热处理工艺有关。其中5NI钢、9Ni钢是典型的中合金低温钢。 Ni是发展低温钢的一个重要元素。为了提高钢的低温性能，可加人Ni元素，形成含Ni的铁素体低温钢。在提高Ni的同时，应降低含碳量和严格限制S、P 含量及N、H、O的含量，防止产生时效脆性和回火脆性等。这类钢的热处理条件为正火、正火十回火和淬火+回火等。 5Ni钢通过化学成分调整和热处理控制组织，在-162~-196℃的低温下具有良好的低温韧性。若加人质量分数为0.25%的Mo，可增加析出奥氏体的数量并使之稳定化，还可起到细化晶粒的作用。采用淬火、回火和回复退火的热处理方法来控制组织，使5Ni钢具有高的强度、塑性和低温韧性。9Ni钢具有一定的回火脆性敏感性，并随着P含量的增加而显著增大，因此应严格控制9Ni钢中的P含量。9Ni低温钢由于Ni含量较高，具有很高的低温韧性，能用于-196℃的环境，比奥氏体不锈钢有更高的强度，适宜制造贮存液化气的大型容器。 3.低温钢的力学性能 对低温钢的性能要求，首先应满足低温下的力学性能，特别是低温条件下的缺口韧性。这类钢须具备的最重要的性能是抗低温脆化。在一些重要结构上，为了防止意外事故的发生，还要求材料具有抗脆性裂纹扩展的止裂性能，即一旦
1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。 2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。 3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。 4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。 5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，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。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。 6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。 7、镍(Ni)：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。 8、钼(Mo)：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变)。结构钢中加入钼，能提高机械性能。还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。 9、钛(Ti)：钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。10、钒(V)：钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5%的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。 11、钨(W)：钨熔点高，比重大，是贵生的合金元素。钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性。在工具钢加钨，可显著提高红硬性和热强性，作切削工具及锻模具用。 12、铌(Nb)：铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，但塑性和韧性有所下降。在普通低合金钢中加铌，可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力。铌可改善焊接性能。在奥氏体不锈钢中加铌，可防止晶间腐蚀现象。 13、钴(Co)：钴是稀有的贵重金属，多用于特殊钢和合金中，如热强钢和磁性材料。 14、铜(Cu)：武钢用大冶矿石所炼的钢，往往含有铜。铜能提高强度和韧性，特别是大气腐蚀性能。缺点是在热加工时容易产生热脆，铜含量超过0.5%塑性显著降低。当铜含量小于0.50%对焊接性无影响。 15、铝(Al)：铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，如作深冲薄板的08Al钢。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝与铬、硅合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削