钢的组织及化学成分对钢性能的影响

钢材中各元素对性能性的影响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。

化学元素对钢性能的影响钢是由主要成分为铁和碳的合金，但是其性能也受到其他化学元素的影响。

不同的化学元素可以通过形成固溶体、析出物、强化相等方式，对钢的性能产生显著的影响。

以下将重点讨论一些常见的化学元素对钢的性能的影响。

1. 碳（Carbon）：碳是钢中的主要合金元素之一，碳含量的增加可以提高钢的硬度和强度。

高碳钢通常具有较高的强度，但在焊接性方面可能会受到一些限制，而低碳钢则具有更好的可焊性。

2. 硅（Silicon）：硅是钢中的常见合金元素，其主要作用是提高钢的脆性转变温度和抗氧化性能。

适量的硅含量可以提高钢的强度和耐磨性。

3. 锰（Manganese）：锰是一种常用的微合金元素，能够提高钢的硬度和强度。

适量的锰含量可以提高钢的淬透性，使钢的焊接性能和冷加工性能得到改善。

4. 磷（Phosphorus）：磷的含量对钢的韧性和强度有明显的影响。

磷含量过高会使钢的韧性下降，影响钢的冷加工性能和可焊性。

5. 硫（Sulfur）：硫的含量对钢的韧性和冷加工性能也有重要影响。

硫含量过高会使钢变得脆性，但适量的硫含量可以提高钢的加工性能。

6. 镍（Nickel）：镍主要用于提高钢的耐腐蚀性和耐高温性能。

镍含量适当时，可增加钢的韧性和延展性。

7. 铬（Chromium）：铬主要用于提高钢的耐腐蚀性和抗氧化性能。

铬还可以提高钢的硬度和强度。

8. 钼（Molybdenum）：钼可以提高钢的高温强度和耐腐蚀性。

钼含量适当时，可以提高钢的韧性和硬度。

9. 钛（Titanium）：钛主要用于碳钢中，可以提高钢的强度和耐蚀性。

钛还可以用于控制晶粒尺寸，改善钢的强度和韧性。

需要指出的是，以上列举的化学元素只是对钢的性能产生了主要影响，实际上还有很多其他化学元素也会对钢的性能产生影响。

此外，除了化学元素的影响外，不同的热处理方式和工艺参数也会对钢的性能产生重要的影响。

总结而言，化学元素通过改变钢的组织结构、析出物相、固溶体等条件，对钢的性能产生显著的影响。

钢的晶体组织和化学成分及其对钢性能的影晌三、钢的晶体组织和化学成分及其对钢性能的影晌（一）钢的组织（1）铁素体：是碳在α-Fe中的固溶体。

其晶格原子间空隙较小，溶入碳少，滑移面较多，晶格畸变小，所以受力时强度低而塑性好。

抗拉强度约为250MPa，伸长率约为50%。

（2）渗碳体：是铁和碳组成的化合物（Fe3C）。

含碳量6.67% ，晶体结构复杂，性质硬而脆，抗拉强度很低。

（3）珠光体：是铁素体和渗碳体的机械混合物。

含碳量0.8% ，其强度较高，塑性和韧性介于铁素体和渗碳体之间。

建筑钢材的含碳量不大于0.8% ，其基本组织为铁素体和珠光体。

含碳量增大时，珠光体的相对含量随之增大，铁素体则相应减小。

因而，强度随之提高，但塑性和韧性则相应下降。

（二）钢的化学成分对钢材性能的影响1.碳建筑钢材含碳量不大于0.8%。

当碳含量提高，钢中的珠光体随之增多，故强度和硬度相应提高，而塑性和韧性则相应降低。

碳是显著降低钢材可焊性元素之一，含碳量超过0.3%时钢的可焊性显著降低。

碳还增加钢的冷脆性和时效敏感性，降低抗大气锈蚀性。

2.硅硅在钢中除少量呈非金属夹杂物外，大部分溶于铁素体中。

当含量较低（小于1%）时，可提高钢材的强度，对塑性和韧性影响不明显。

硅是我国钢筋用钢材中的主加合金元素。

3.锰锰溶于铁素体中。

锰能消减硫和氧所引起的热脆性，使钢材的热加工性质改善。

锰溶于铁素体中使其强化，并起到细化珠光体作用，使强度提高。

锤是我国低合金结构钢的主加合金元素，含量一般在1%~2%范围内。

4.磷磷是碳钢中的有害杂质。

主要溶于铁素体起强化作用。

含量提高，钢材的强度提高，塑性和韧性显著下降。

特别是温度愈低，对塑性和韧性的影响愈大。

磷在钢中的偏析倾向强烈，一般认为：磷的偏析富集，使铁素体品格严重畸变，是钢材冷脆性显著增大的原因。

磷使钢材变脆的作用，使它显著降低钢材的可焊性。

磷可提高钢的耐磨性和耐蚀性，在低合金钢中可配合其他元素作为合金元素使用。

钢材的化学成分及其对钢材性能的影响钢材的化学成分及其对钢材性能的影响钢材中除了主要化学成分铁（Fe）以外，还含有少量的碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）、磷（P）、硫（S）、氧（O）、氮（N）、钛（Ti）、钒（V）等元素，这些元素虽然含量少，但对钢材性能有很大影响：1．碳。

碳是决定钢材性能的最重要元素。

碳对钢材性能的影响如图6-3所示：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。

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。

图6-3 含碳量对碳素钢性能的影响——抗拉强度；——冲击韧性；——伸长率；——断面收缩率；HB——硬度一般工程所用碳素钢均为低碳钢，即含碳量小于0.25%；工程所用低合金钢，其含碳量小于0.52%。

2．硅。

硅是作为脱氧剂而存在于钢中，是钢中的有益元素。

硅含量较低（小于1.0%）时，能提高钢材的强度，而对塑性和韧性无明显影响。

3．锰。

锰是炼钢时用来脱氧去硫而存在于钢中的，是钢中的有益元素。

锰具有很强的脱氧去硫能力，能消除或减轻氧、硫所引起的热脆性，大大改善钢材的热加工性能，同时能提高钢材的强度和硬度。

锰是我国低合金结构钢中的主要合金元素。

4．磷。

磷是钢中很有害的元素。

随着磷含量的增加，钢材的强度、屈强比、硬度均提高，而塑性和韧性显著降低。

特别是温度愈低，对塑性和韧性的影响愈大，显著加大钢材的冷脆性。

磷也使钢材的可焊性显著降低。

但磷可提高钢材的耐磨性和耐蚀性，故在低合金钢中可配合其他元素作为合金元素使用。

5．硫。

硫是钢中很有害的元素。

硫的存在会加大钢材的热脆性，降低钢材的各种机械性能，也使钢材的可焊性、冲击韧性、耐疲劳性和抗腐蚀性等均降低。

6．氧。

氧是钢中的有害元素。

随着氧含量的增加，钢材的强度有所提高，但塑性特别是韧性显著降低，可焊性变差。

各化学元素对钢材的影响钢材是一种广泛应用于建筑、制造和其他领域的重要材料。

化学元素可以通过添加或与钢材中的化学成分相互作用来改变钢材的性能和特性。

下面将详细介绍一些常见的化学元素对钢材性能的影响。

1.碳（C）：碳是钢材中最重要的元素之一、含碳量的增加可以提高钢材的硬度和强度，但同时也会降低其可塑性和冲击韧性。

高碳钢具有较高的硬度和强度，适合用于制造刀具和弹簧等应用。

2.硅（Si）：硅的添加可以提高钢材的抗腐蚀性和磁性。

硅还有助于钢材的脱氧作用，减少对氧气的敏感性。

硅含量较高的钢材常用于制造电力设备和变压器。

3.锰（Mn）：锰的添加可以提高钢材的强度和韧性，并增加其耐磨性和耐蚀性。

锰含量较高的钢材常用于制造铁路轨道和重型机械设备。

4.硫（S）和磷（P）：硫和磷是常见的非金属杂质元素，其含量对钢材性能有负面影响。

高硫和高磷含量会导致钢材变脆，降低其可塑性和韧性。

因此，在钢材生产过程中对硫和磷的含量进行控制非常重要。

5.铬（Cr）：铬的添加可以提高钢材的耐腐蚀性和耐热性。

铬与钢中的碳形成的氧化物膜可以防止钢材与大气中的氧气接触，从而减少钢材的腐蚀。

高铬钢常用于制造不锈钢。

6.镍（Ni）：镍的添加可以提高钢材的韧性和强度，同时也增加了钢材的耐腐蚀性。

镍含量较高的钢材常用于制造耐高温和耐腐蚀的材料，如合金钢和不锈钢。

7.钼（Mo）：钼的添加可以提高钢材的强度和耐热性。

钼对钢材的影响类似于镍，但效果更加显著。

钼含量较高的钢材常用于制造高温设备和工具。

8.铝（Al）：铝的添加可以改善钢材的氧化抗性和耐蚀性，并降低钢材的密度。

铝还可以提高钢材的强度和硬度，用于制造航空和汽车零件。

9.钛（Ti）：钛的添加可以提高钢材的强度和耐腐蚀性。

钛含量较高的钢材常用于制造航空和化工设备。

10.硼（B）：硼的添加可以提高钢材的硬度和强度，并改善其机械性能。

硼含量较高的钢材常用于制造切削工具和弹簧。

总之，化学元素对钢材性能的影响是多样且复杂的。

钢的组成成分对钢材性能的影响姓名：黄伟翔学号：201503010504一．钢的组成对钢材性能的影响1.钢的化学成分钢的主要化学成分为铁。

除此之外还含有多种元素：碳（C），硅(Si），锰（Mn），磷（P），硫(S)，氧(O)，氮(N)，氢(H)等。

在合金钢或特殊合金钢中还含有以下元素：钛(Ti)，钒(V)，铌(Nb)，铝(Al)，铬(Cr)，镍(Ni)，铜(Cu)，钼(Mo)，硼(B)等这些元素虽然含量少，但对钢材性能有很大影响：存在于所有钢材中，是影响钢材性能的主要元素。

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，而延伸率下降，塑性、韧性降低；但当含碳量大于1.0%时，随着含碳量的增加，抗拉强度提高减缓，以致于随含C量增加而降低。

随着含碳量的增加，钢材的焊接性能变差（含碳量大于0.3%的图1. 含碳量对热轧碳素钢性能的影响钢材，可焊性显著下降），碳钢的耐腐蚀性降低，焊接性能和冷加工（冲压、拉拔）性能变坏。

1.2硅（Si）硅是钢材中的有益元素。

硅含量在1%以内时，可提高钢的强度，疲劳极限，耐腐蚀性及抗氧化性，对塑性和韧性影响不大，但对可焊性和冷加工性能有所影响。

硅可作为合金元素，用以提高合金钢的强度。

1.3锰（Mn）锰是炼钢时用来脱氧去硫而存在于钢中的，是钢中的有益元素，锰在碳钢中的含量一般为0.25-0.80%，锰具有很强的脱氧去硫能力，能消除或减轻氧、硫所引起的热脆性。

锰对碳钢的力学性能有良好影响，它能提高钢材的硬度、强度和耐磨性，在Mn含量不高时，可稍提高或不降低钢的面缩率和冲击韧性，在碳钢的Mn含量范围内，每增加0.1%Mn，大约使热轧钢材的抗拉强度增加7.8-12.7兆牛/米2，使屈服点提高7.8-9.8兆牛/米2，伸长率减小0.4%。

图2. 锰对钢材点蚀，腐蚀温度的影响1.4磷（P）一般说来，P是有害杂质元素，它来自于矿石和生铁等炼钢原料，炼钢时难以除尽。

随着磷含量的增加，钢材的强度、屈强比、硬度均提高，而塑性和韧性显著降低。

钢中化学元素对性能的影响钢的化学成分是控制钢材性能变化的内因，钢材的生产工艺条件是影响钢材性能的外因。

在实际生产中可以在规定范围内适当选择成分会计师来满足性能要求，也可以通过不同生产工艺制度，特别是控制轧制、控制冷却及热处理来改善钢材性能。

1、碳对钢性能的影响碳主要以碳化物形式存在于钢中，碳是决定钢的强度的主要元素。

碳含量升高时，强度、硬度提高，而塑性、韧性和冲击降低，冷脆倾向性和时效倾向性提高。

随着钢中含碳量提高，焊接性能显著下降，因此，用于焊接结构的低合金高强度钢，含碳量不超过0.25%，一般应不大于0.20%。

碳含量高低对热处理制度的确定有很大影响。

2、硅对钢性能的影响硅能显著提高强度，可提高钢的抗腐蚀能力和抗高温氧化能力。

对小于0.8—1.0%的硅，虽使钢延利率、收缩率和冲击韧性有所降低，但不显著。

硅含量过高至1—3%时，钢变脆，使冷脆转变温度提高，使钢的时效敏感性提高。

硅作为硅钢的主要成分能降低铁损，增加磁感应强度。

3、锰对钢性能的影响锰常作为脱氧剂或合金元素加入钢中，与钢水中的S、O反应生成的MnS和MnO熔点较高且易上浮排除，可消除FeO和FeS引起的热脆，改善了结构钢的热加工性能，一般要求Mn/S大于10倍，锰还可降低冷脆性，可溶下地渗碳体形成碳化物[Mn3C;(Fe、Mn)3C]，增加钢的强度。

通常，愿意用低碳高锰钢作焊接结构钢，一般情况下Mn/C比值越大（达2.5 以上），钢的低温韧性越好。

当Mn在0.80—1.0%以下时，几乎不降低钢的塑性和韧性，甚至对后者还有所提高。

当Mn超出1.0%时，在提高可度的同时降低钢的塑性和韧性。

当Mn 在2.0%以下时，对焊接性能影响不大，继续增加时，焊接性能变坏。

锰能提加钢的淬透性、碉磨性。

4、磷对钢性能影响磷在钢中以Fe3P和Fe2P形态存在。

溶于纯铁的磷，能使铁的晶粒急剧歪扭，因而使钢的强度、硬度增高，但塑性、韧性下降，尤其在低温时韧性降低得最厉害，这种现象称为“冷脆”。

求主要取决于它的组织构造。

大量的生产实践说明，钢的组织对钢性能的影响起着决定性的作用，而钢的组织又主要取决于它的化学成分和加工的生产工艺过程以及相应的热处理状态。

此外，还与钢中气体和非金属夹杂物的含量及其他的冶金缺陷有关。

一、合金元素对钢力学性能的影响由于合金钢的种类很多，且不同钢种的化学成分具有不同的规格范围，而某一元素与其他元素共同配合又组成一定的相，才使钢具有一定的力学性能。

因此，孤立地分析某一元素对钢力学性能有多大影响不仅是困难的，而且也是片面的。

更何况，同一钢种因成分有微小的变化，性能也表现出较大的差异。

化学成分的力学性能的影响如下：〔1〕碳。

碳是决定钢力学性能的主要因素。

一般说来，随着碳含量的增加，钢的硬度升高，塑性及韧性降低。

当碳含量小于0.80％时，钢的强度随碳含量的增加而增加；当碳含量大于0.80％时，随着钢中碳含量的增加强度反而降低。

〔2〕硅。

硅能固溶于铁素体和奥氏体中，能提高钢的硬度和强度。

在普通碳钢中硅含量不超过0.40％，这时对力学性能影响不大。

当硅含量继续增加时，钢的强度指标，特别是屈服点有明显提高，但塑性及韧性降低。

硅能显著提高钢的弹性极限、屈服强度和屈服比〔sσ／b σ〕以及疲劳强度和疲劳比〔1-σ/b σ〕等。

此外，硅还能提高钢的脆性转变温度，因而在低温用钢中应控制它的含量。

〔3〕锰。

在一般碳钢中，锰含量在0.70％以下，对钢的性能影响不大，锰含量增加到1％～2％时，可使强度提高、塑性降低。

锰钢加热时易使晶粒粗化。

ZGMn13钢经水韧处理后可得到单一的奥氏体组织，具有高韧性及耐磨性，在耐热钢中锰还可提高钢的高温强度，作用与镍相似。

锰对钢的高温瞬时强度虽有所提高，但对持久强度和蠕变强度没有什么显著的作用。

〔4〕钨。

单一含钨的构造钢的性能与碳钢相比无多大改善，当钨与其他元素合用时，可细化晶粒，降低回火脆性，从而提高钢的强度。

铝能提高钢的红硬性及热强性，能形成特殊碳化物，提高钢的耐磨性。

钢材的化学成分及其对钢材性能的影响钢材的化学成分及其对钢材性能的影响钢材中除了主要化学成分铁（Fe）以外，还含有少量的碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）、磷（P）、硫（S）、氧（O）、氮（N）、钛（Ti）、钒（V）等元素，这些元素虽然含量少，但对钢材性能有很大影响：1．碳。

碳是决定钢材性能的最重要元素。

碳对钢材性能的影响如图6-3所示：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。

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。

图6-3 含碳量对碳素钢性能的影响——抗拉强度；——冲击韧性；——伸长率；——断面收缩率；HB——硬度一般工程所用碳素钢均为低碳钢，即含碳量小于0.25%；工程所用低合金钢，其含碳量小于0.52%。

2．硅。

硅是作为脱氧剂而存在于钢中，是钢中的有益元素。

硅含量较低（小于1.0%）时，能提高钢材的强度，而对塑性和韧性无明显影响。

3．锰。

锰是炼钢时用来脱氧去硫而存在于钢中的，是钢中的有益元素。

锰具有很强的脱氧去硫能力，能消除或减轻氧、硫所引起的热脆性，大大改善钢材的热加工性能，同时能提高钢材的强度和硬度。

锰是我国低合金结构钢中的主要合金元素。

4．磷。

磷是钢中很有害的元素。

随着磷含量的增加，钢材的强度、屈强比、硬度均提高，而塑性和韧性显著降低。

特别是温度愈低，对塑性和韧性的影响愈大，显著加大钢材的冷脆性。

磷也使钢材的可焊性显著降低。

但磷可提高钢材的耐磨性和耐蚀性，故在低合金钢中可配合其他元素作为合金元素使用。

5．硫。

硫是钢中很有害的元素。

硫的存在会加大钢材的热脆性，降低钢材的各种机械性能，也使钢材的可焊性、冲击韧性、耐疲劳性和抗腐蚀性等均降低。

6．氧。

氧是钢中的有害元素。

随着氧含量的增加，钢材的强度有所提高，但塑性特别是韧性显著降低，可焊性变差。