钢中常见的元素、夹杂物对钢性能的作用及影响

钢中不可能除尽所有的杂质 在钢的冶炼过程中，不可能除尽所有的杂质，所以实际使用的碳钢中除碳以外，还含有少量的锰、硅、硫、磷、氧、氢、氮等元素，它们的存在，会影响钢的质量和性能。

()一•锰和硅的影响 ● 锰和硅是炼钢过程中必须加入的脱氧剂，用以去除溶于钢液中的氧。

● 它还可把钢液中的FeO 还原成铁，并形成MnO 和2SiO 。

● 锰除了脱氧作用外，还有除硫作用，即与钢液中的硫结合成MnS ，从而在相当大程度上消除硫在钢中的有害影响。

● 这些反应产物大部分进入炉渣，小部分残留于钢中，成为非金属夹杂物。

● 脱氧剂中的锰和硅总会有一部分溶于钢液中，冷至室温后即溶于铁素体中，提高铁素体的强度。

● 此外，锰还可以溶入渗碳体中，形成()C Mn Fe 3,锰和硅的固溶强化作用铁素体提高钢的强度和硬度● 锰对碳钢的机械性能有良好的影响，它能提高钢的强度和硬度，当含锰量不高<0.8%时，可以稍微提高或不降低钢的塑性和韧性。

● 锰提高强度的原因是它溶入铁素体而引起的固溶强化，并使钢材在轧后冷却时得到层片较细、强度较高的珠光体，在同样含锰量和同样冷却条件下珠光体的相对量增加。

● 硅溶于铁素体后有很强的固溶强化作用，显着提高钢的强度和硬度，但含量较高时，将使钢的塑性和韧性下降。

()二•硫的影响 来源：硫是钢中的有害元素，它是在炼钢时由矿石和燃料带到钢中来的杂质。

存在形式：从FeS 相图4.25可以看出，硫只能溶于钢液中，在固态铁中几乎不能溶解，而是以FeS 夹杂的形式存在于固态钢中。

热加工开裂即热脆：1. 硫的最大危害是引起钢在热加工时开裂，这种现象称为热脆2. 造成热脆的原因是由于FeS 的严重偏折3. 即使钢中含硫量不算高，也会出现Fe+FeS 共晶4. 钢在凝固时，共晶组织中的铁依附在先共晶相一铁晶体上生长，最后把FeS 留在晶界处，形成离异共晶。

FeS Fe +共晶的熔化温度很低989度，而热加工的温度一般为1150~1250度，这时位于晶界上的FeS Fe +共晶已处于熔融状态，从而导致热加工时开裂5. 如果钢液中含氧量也高，还会形成熔点更低的（940度）FeS FeO Fe ++三相共晶，其危害性更大防止热脆的方法和原理：防止热脆的方法是往钢中加入适当的锰。

c si mn p cr s ni ti nb cu化学元素对钢性能的影响对钢材起的作用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。

各种金属元素在钢中的作用1.铁（Fe）：铁是钢的主要成分，赋予钢良好的强度和塑性。

纯铁本身并不适合作为结构材料，但与其他元素合金后可形成钢，使其具有更高的强度和耐用性。

2.碳（C）：碳是钢中最重要的合金元素之一、适量的碳能提高钢的硬度和强度，增加其耐磨性和耐蚀性。

其中，碳含量在0.02%至2.1%之间的钢被广泛应用。

3.锰（Mn）：锰能够提高钢的硬度和韧性，使钢更加耐磨和耐冲击。

锰还可以与硫、磷等杂质结合，形成易于熔化的夹杂物，从而提高钢的可塑性和加工性能。

4.硅（Si）：硅在钢中作为脱氧剂，能够有效降低钢中的氧含量，从而减少气孔和夹杂物的形成。

硅对钢的强度和塑性影响有限，但有助于改善钢的耐腐蚀性能。

5.磷（P）：磷的掺入可以提高钢的硬度和抗拉强度。

然而，高磷含量会降低钢的可塑性和韧性，并增加冷脆倾向。

因此，磷含量通常应控制在较低水平。

6.硫（S）：硫主要存在于原材料中的钢中，并往往是不可避免的。

过高的硫含量会导致钢的脆化和冷脆倾向。

因此，控制硫含量对于保证钢的可锻性和韧性至关重要。

7.铬（Cr）：铬是不锈钢中的主要合金元素之一，能够形成耐蚀的氧化层，提高钢的耐腐蚀性能。

铬还可以增加钢的硬度和强度，同时改善钢的高温强度和抗氧化性能。

8.镍（Ni）：镍可以提高钢的韧性和可塑性，改善冷加工性能。

镍还能增加钢的耐腐蚀性能和高温强度，使钢具有更好的抗剪切、耐磨和耐腐蚀性能。

9.钼（Mo）：钼能够提高钢的强度和韧性，特别是在高温下。

钼还能增加钢的耐腐蚀性能、抗磨性和切削性能，因此常用于制造高速钢和高温合金。

10.钛（Ti）：钛能够提高钢的耐高温性能和抗腐蚀性能。

钛还能够与氮结合形成细小的碳化钛，提高钢的硬度和强度。

由于钛的昂贵和难处理性，其含量通常较低。

除了上述主要的金属元素外，钢中还可能含有其他元素，如铜、铝、氮等，它们也会对钢的性能产生影响。

这些元素的含量、相互作用和加工过程都将影响到钢的力学性能、耐蚀性能、可加工性等特性。

夹杂物及其对钢性能的影响（1）夹杂物的分类钢在加工变形中，各类夹杂物变形性不同，按其变形能力分为三类：1.脆性夹杂物一般指那些不具有塑性变形能力的简单氧化物（Al2O3、Cr2O3、ZrO2等）、双氧化物（如FeO·Al2O3、MgO·Al2O3、CaO·6 Al2O3）、碳化物（TiC）、氮化物(TiN、Ti(CN)AlN、VN等)和不变形的球状或点状夹杂物（如球状铝酸钙和含SiO2较高的硅酸盐等）。

钢中铝硅钙夹杂物具有较高的熔点和硬度，当压力加工变形量增大时，铝硅钙被压碎并沿着加工方向而呈串链状分布，严重破坏了钢基体均匀的连续性。

2.塑性夹杂物这类夹杂物在钢经受加工变形时具有良好的塑性，沿着钢的流变方向延伸成条带状，属于这类的夹杂物含SiO2量较低的铁锰硅酸盐、硫化锰（MnS）、（Fe, Mn）S等。

夹杂物与钢基体之间的交界面处结合很好，产生裂纹的倾向性较小。

3.半塑性变形的夹杂物一般指各种复合的铝硅酸盐夹杂物，复合夹杂物中的基体，在热加工变形过程中产生塑性变形，但分布在基体中的夹杂物（如CaO·Al2O3、尖晶石型的双氧化物等）不变形，基体夹杂物随着钢基体的变形而延伸，而脆性夹杂物不变形，仍保持原来的几何形状，因此将阻碍邻近的塑性夹杂物自由延伸，而远离脆性夹杂物的部分沿着钢基体的变形方向自由延伸。

（2）夹杂物对钢性能的影响大量试验事实说明夹杂物对钢的强度影响较小，对钢的韧性危害较大，其危害程度又随钢的强度的增高而增加。

4.夹杂物变形性对钢性能的影响钢中非金属夹杂物的变形行为与钢基休之间的关系，可用夹杂物与钢基体之间的相对变形量来表示，即夹杂物的变形率v，夹杂物的变形率可在v=0~1这个范围受化，若变形率低，钢经加工变形后.由于钢产生塑性变形，而夹杂物基本不变形，便在夹杂物和钢基体的交界处产生应力集中，导致在钢与夹杂物的交界处产生微裂纹，这些微裂纹便成为零件在使用过程中引起疲劳破坏的隐患。

三、各种合金元素对钢性能的影响目前在合金钢中常用的合金元素有：铬(Cr)，锰(Mn)，镍(Ni)，硅(Si)，硼(B)，钨(W)，钼(Mo)，钒(V)，钛(Ti)和稀土元素(Re)等。

五大元素:硅、锰、碳、磷、硫。

五大杂质元素:氧、氮、磷、硫、氢。

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。

硅可提高强度、高温疲劳强度、耐热性及耐H2S等介质的腐蚀性。

硅含量增高会降低钢的塑性和冲击韧性。

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。

锰可提高钢的强度，增加锰含量对提高低温冲击韧性有好处。

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。

各种金属元素对钢材的影响机理金属元素是钢材中不可或缺的组成部分，它们对钢材的影响机理是多方面的。

以下将介绍常见的几种金属元素对钢材的影响及其机理。

1.碳元素对钢材的影响机理：碳是钢材中最重要的合金元素之一，对钢材的影响很大。

当碳含量达到一定限度时，可以使钢材具有较高的强度和硬度。

碳元素可以通过固溶强化和析出来增强钢材的力学性能。

碳与钢中的铁形成固溶体，可以增加钢材的强度和硬度。

此外，碳元素还可以与铁形成一些强化相，如碳化铁和渗碳体，进一步提高钢材的强度。

2.铬元素对钢材的影响机理：铬是一种常见的合金元素，对钢材具有重要影响。

铬主要通过固溶强化和析出来增强钢材的性能。

它与钢中的铁形成固溶体，可以提高钢材的强度和硬度，并且可以增加钢材的耐腐蚀性能。

铬与钢中的碳结合可形成强化相，如碳化铬，进一步提高钢材的强度和硬度。

此外，铬还能够形成一层致密的氧化铬膜，从而防止钢材进一步被氧化，提高钢材的抗腐蚀性能。

3.镍元素对钢材的影响机理：镍是一种常用的合金元素，它对钢材的影响也很大。

镍可以提高钢材的抗冲击性和耐蚀性能。

镍可以与钢中的铁形成固溶体，从而提高钢材的强度和韧性。

此外，镍还具有一定的稳定化作用，可以提高钢材的抗腐蚀性能，防止钢材被腐蚀。

4.锰元素对钢材的影响机理：锰是一种常见的合金元素，对钢材的影响很大。

锰可以通过固溶强化和析出来增强钢材的性能。

它与钢中的铁形成固溶体，可以提高钢材的强度和硬度，并且可以提高钢材的透磁性。

此外，锰还可以与硫形成夹杂物，从而改善钢材的加工性能。

5.钼元素对钢材的影响机理：钼是一种重要的合金元素，对钢材具有较大影响。

钼能够通过固溶强化和析出来提高钢材的力学性能。

它与钢中的铁形成固溶体，可以提高钢材的强度和硬度，并且还可以提高钢材的耐高温性能和耐腐蚀性能。

综上所述，不同的金属元素对钢材的影响机理是多样的。

通过合理控制金属元素的含量和配比，可以调节钢材的力学性能、耐腐蚀性能和加工性能，从而满足不同用途和工况对钢材性能的要求。

夹杂物对钢材性能与生产顺行的影响夹杂物是指在钢材中存在的一些异物，如氧化皮、氧化物、硫化物、夹杂气泡等。

这些夹杂物的存在会对钢材的性能和生产顺行产生一定的影响。

首先，夹杂物会对钢材的力学性能产生直接影响。

夹杂物的存在会降低钢材的强度和韧性，使其易于断裂。

夹杂物会导致钢材中的应力集中，从而加剧断裂的可能性。

此外，夹杂物还会影响钢材的延展性和可塑性，降低其变形能力和工艺性能。

这些力学性能的下降将直接影响钢材在使用过程中的可靠性和安全性。

其次，夹杂物会对钢材的腐蚀性能产生影响。

夹杂物的存在会破坏钢材表面的连续性，使钢材易于发生腐蚀。

特别是一些有害的夹杂物，如硫化物和氧化物，会加速钢材的腐蚀速度，缩短其使用寿命。

由于腐蚀会使钢材的断裂和损坏，因此夹杂物的存在对钢材的使用性能和耐久性有着重要的影响。

此外，夹杂物还对钢材的加工性能产生影响。

夹杂物会影响钢材的切削性能和焊接性能。

在切削过程中，夹杂物会导致切削刀具磨损加剧和加工表面粗糙度增加。

在焊接过程中，夹杂物容易成为焊接缺陷的起始点，导致焊接接头的质量下降。

因此，夹杂物的存在会影响钢材的加工效率和产品质量。

此外，夹杂物还会对钢材的热处理和热加工过程产生影响。

夹杂物的存在会干扰钢材的晶粒长大和相变行为，从而降低热处理的效果。

在热加工过程中，夹杂物会导致钢材易于开裂，影响产品的成形性和综合性能。

为了降低夹杂物对钢材性能和生产顺行的影响，可以采取以下措施：1.优化原料选择和质量控制，尽量避免夹杂物的产生。

2.加强钢材的清洁工艺，清除钢材表面的夹杂物。

3.通过合理的热处理工艺，尽可能使夹杂物迁移到钢材的边缘，减少对钢材性能的影响。

4.加强钢材的保护措施，减少钢材在储存和运输过程中的受污染风险。

5.加强钢材的检测技术，及时发现和排除含有夹杂物的钢材。

总之，夹杂物对钢材的性能和生产顺行有着重要的影响。

了解和控制夹杂物的存在对于提高钢材的性能和质量，确保钢材的安全可靠使用具有重要的意义。

化学元素对钢的性能的影响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。

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。

钢铁中所含元素在钢铁应用的作用2008-11-12 15:201、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、耐热、耐酸性及电阻系数等。

冶炼中的脱氧剂能增加钢的过热和脱碳敏感性。

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，可增大钢的淬火度和淬火后的变形能力。

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，可使钢的耐大气腐蚀的性能。

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，又是钢中碳化物的强促进剂，每1%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韧性，同时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，增加其红硬性，提高钢的抗氧化性和耐蚀性能等。

13、铌（Nb）：可使钢的晶粒细化，降低钢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。

盘点对钢性能产生影响的19种化学元素钢铁中有着各种各样的化学元素，组成成百上千的不同牌号，那么这些化学元素在钢材中到底发挥了些什么作用呢？今天小编带您走进钢材中化学元素的世界。

1.碳（Carbon）碳元素在钢材中的作用是把双刃剑，随着碳含量的增高，材料屈服点和抗拉强度会逐渐提高，但是可塑形和冲击性却会降低。

因此碳含量需要根据不同的材料用途而量身定做。

当含碳量超过0.23%时，焊接性能会大幅下滑，使得用于焊接场合的低合金结构钢的含碳量不能超过0.20%。

过高的碳含量也会导致钢材的耐大气腐蚀能力下滑，在露天料场的高碳钢就很容易遭到腐蚀。

碳含量高也不净是缺点，高碳含量能提高钢的冷脆性和时效敏感性。

2.硅（Silicon）硅元素作为还原剂和脱氧剂被添加在炼钢过程中，因此镇静钢中会含有0.15-0.30%的硅，当钢中含硅量超过0.50-0.60%，那么硅就算是合金元素。

硅元素能显著提升钢的弹性极限、屈服点和抗拉强度，故广泛用于弹簧钢中，如65Mn和82B这类弹簧钢就含有0.15-0.37%的硅。

在调质结构钢中加入1.0-1.2%的硅，可以提升钢材15-20%的强度；硅与钼、钨、铬等接合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢；含硅1.0-4.0%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。

当然，硅也不是百利而无一害的，会降低钢的焊接性能。

3.锰（Manganese）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。

含锰量高也是有缺点的。

含锰量较高时，钢材有较明显的回火脆性现象；锰元素有促进晶粒增长的作用，在热处理过程中需要注意；当锰的质量分数超过1%时，会降低钢材焊接性能。

合金元素对钢的组织与性能的影响合金元素对钢的组织和性能具有重要影响。

钢是一种碳含量在0.02%至2.11%之间的铁碳合金，合金元素的添加可以改变钢的组织结构，从而使其具备不同的物理和化学性能。

以下将对几种常见的合金元素在钢中的影响进行介绍。

1.铬（Cr）：添加铬可以提高钢的耐腐蚀性能。

铬在钢中生成一层致密的氧化膜，阻止氧气和水的进一步侵蚀，从而增加钢材的抗氧化和抗腐蚀能力。

2.锰（Mn）：锰是一种重要的强化元素，可以提高钢的强度和耐磨性。

锰和碳共同形成硬质的碳化物，增强钢的晶粒细化，提高硬度和强度。

3.钼（Mo）：钼可以提高钢的强度和硬度，并增加其耐高温性能。

钼在钢中形成的钼碳化物可以细化钢的晶粒，从而提高钢的抗拉强度和硬度。

4.镍（Ni）：镍可以提高钢的韧性和抗冲击性能，并且具有优异的耐腐蚀性。

镍可以改善钢的晶粒细化，提高塑性和韧性。

5.钒（V）：钒可以提高钢的强度、韧性和耐磨性能。

钒与钢中的碳形成碳化物，增强晶体的硬度，提高钢的耐磨性能。

6.硅（Si）：硅可以增加钢的硬度和强度，并降低磁性。

硅与碳形成硅化物，可以细化钢的晶粒，提高硬度和强度。

7.磷（P）：适量的磷可以提高钢的强度和硬度，但过量的磷会降低钢的韧性和冷加工性能。

8.硫（S）：硫与钢中的其他元素形成非金属夹杂物，使钢的塑性和韧性降低，但可以提高钢的切削性能。

除了上述几种合金元素外，钢中还可以添加其他元素，如铌、铝、钛等，以进一步改善钢的性能。

不同的合金元素的添加量和配比会产生不同的效果，因此需要根据具体的应用要求选择适当的合金元素进行调整。

总的来说，合金元素的添加可以改变钢的组织结构，从而改善钢的性能。

通过合理的合金设计和配比，在不同的应用场景中可以获得理想的钢材。

结构钢一般按强度分类，在钢号中的数字往往代表抗拉强度的最低值。

由于该类钢常用于制作结构件，因此称作为结构钢。

结构钢的强化机制倾向于降碳增锰固溶强化铁素体、细化珠光体和添加微合金的析出强化、沉淀强化和细晶强化，以确保在提高强度的同时仍保持较好的韧、塑指标并兼具良好的焊接性能。

钢中常见的元素、夹杂物对钢性能的作用及影响常见元素主要有C、Si、Mn、P、S、N、H、O及其他非金属夹杂物。

碳（C）：是对钢的性能影响最大的基本元素。

不同的碳含量依据钢中杂质元素含量和轧后冷却条件的不同对于钢的性能影响是不同的，随着钢中碳含量的增加，碳钢在热轧状态下的硬度直线上升，塑性和韧性降低。

在亚共析范围内，碳对抗拉强度的影响是，随着碳含量增加，抗拉强度不断提高，超过共析范围后，抗拉强度随碳含量的增加减缓，最后发展到随碳含量的增加抗拉强度降低。

另外，含碳量增加时碳钢的耐蚀性降低，同时碳也使碳钢的焊接性能和冷加工（冲压、垃拔）性能变坏。

硅（Si）：硅在碳钢的含量≤0.50％。

硅也是钢中的有益元素。

在沸腾钢中，含硅量很低，硅是作为脱氧元素加入到钢中。

在镇静钢中硅的含量一般为0.12～0.37％。

硅增大了钢液的流动性，除了形成非金属夹杂外，硅溶于铁素体中。

随着硅含量的提高，钢的抗拉强度提高，屈服点提高，伸长率下降，钢的面缩率和冲击韧性显著降低。

锰（Mn）：在碳钢中，锰是有益元素。

锰是作为脱氧除硫的元素加入到钢中的。

对于镇静钢来说，锰可以提高硅和铝的脱氧效果，可以同硫形成硫化锰，相当程度上降低硫在钢中的危害。

锰对碳钢的力学性能有良好的影响，它能提高钢热轧后的硬度和强度，原因是锰溶入铁素体中引起固溶强化。

因此，精炼过程中要按照技术要求严格稳定控制各炉次的锰含量。

磷（P）：一般来说，磷是钢中的有害元素。

它来源于矿石和生铁等炼钢原料。

磷能提高钢的强度，但使塑性和韧性降低，特别是使钢的脆性转折温度急剧上升，即提高钢的冷脆性（低温变脆）。

钢铁中化学成分与性能间的关系1、生铁生铁中除铁外，还含有碳、硅、锰、磷、硫等元素。

这些元素对生铁的性能均有一定的影响。

碳（C）：在生铁中以两种形态存在，一种是游离碳（石墨），主要存在于铸造生铁中，另一种是化合碳（碳化物），主要存在于炼钢生铁中，碳化物硬而脆，塑性低，含量适当可提高生铁的强度和硬度，含量过多，则使生铁难于切削加工，这就是炼钢生铁切削性能差的原因。

石墨很软，强度低，它的存在能增加生铁的铸造性能。

硅（Si）：能促使生铁中所含的碳分离为石墨状，能去氧，汉能减少铸造的气眼，能提高熔化生铁的流动性，降低铸件的收缩量，但含硅过多，也会使生铁变硬变脆。

锰（Mn）：能溶于铁素体和渗碳体。

在高炉炼制生铁时，含锰量适当，可提高生铁的铸造性能和切削性能，在高炉里锰还可以和有害杂质硫形成硫化锰，进入炉渣。

磷（P）：属于有害元素，但磷可使铁水的流动性增加，这是因为硫减低了生铁熔点，所以在有的制品内往往含磷量较高。

然而磷的存在又使铁增加硬脆性，优良的生铁含磷量应少，有时为了要增加流动性，含磷量可达1.2%.硫（S）：在生铁中是有害元素，它促使铁与碳的结合，使铁硬脆，并与铁化合成低熔点的硫化铁，使生铁产生热脆性和减低铁液的流动性，故含硫高的生铁不适于铸造细件。

铸造生铁中硫的含量规定最多不超过0.06%。

2钢2.1 元素在钢中的作用2.1.1常存杂质元素对钢材性能的影响钢除含碳以外，还含有少量Mn、Si、S、P、O、N、H等元素。

这些元素并非为改善钢材质量有意加入的，而是由矿石及冶炼过程中带入的，故称为杂质元素。

这些杂质对钢材性能有一定影响，为保证钢材质量，在国家标准中对各类钢的化学成分都做了严格的规定。

1）硫硫来源于炼钢的矿石与燃烧焦炭。

它是钢中的一种有害元素。

硫以硫化铁(FeS)的形态存在于钢中，FeS和Fe形成低熔点(985℃)化合物。

而钢材料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”。

②加速脱碳当Al含量增加至3～5%时，8～9%将会大大地促进钢锭的柱状结晶过程。

因此而大大增加钢的机械热加工的困难，也使钢极易脱碳。

〔其热加工之所以困难是因为该合金钢锭具有粗晶结构，且其晶体的解理极弱，所以导热性低，加热时容易出现大的温度差而锻裂，甚至钢锭的去皮加工都会使其晶界氧化而破坏。

此外，它在800℃以上的高温长时间停置也极易变脆。

一般合金钢中含Al量：合金结构钢：Al=0.4～1.1% (38CrAlA、38CrMoAlA、38CrWVAlA等)耐热不起皮钢：Al=1.1～4.5% (Cr13SiAl、Cr24Al2Si、Cr17Al4Si等)电热合金：Al=3.5～6.5% (Cr13Al4、1Cr17Al5、Cr8Al5、0Cr17Al5等)甚至Al=8% Cr7Al7：考虑电热合金受荷不大，虽有脆性，仍可使用。

2、Si〔1〕一般合金钢中的Si含量不会高于3.5%，更多时〔4.8～6.5%〕将使钢具有很高的脆性。

Si的有益作用：高的热强性和弹性极限，高的导磁率，涡流损失少。

①象Al、Cr一样，其氧化物均是尖晶石类型的组织。

其晶格常数与α-Fe、γ-Fe区别小。

因为其氧化物与金属分界处的晶胞之间就紧密而强固地结合在一起，氧化皮紧密地被贴在金属上，甚至在高温下也不剥落。

所以它具有很强的抗氧化性和耐热性能，而被加入耐热钢。

②有利于提高钢的弹性极限，在中碳钢中加入1～2%的Si，调质中σb 将增15～20%，而Aku也提高了，还提高了σs和δ。

③利于促进钢中石墨化而用于炼制石墨钢。

此钢可制轴承，甚至作为工具钢代替，制冲头，拉模、弯曲模等。

④脱氧能力较强，是炼钢常用的脱氧剂，故一般钢中均含Si，其量≤0.5%。

⑤硅可减小晶体的各向异性，使磁化容易，使磁阻减小，它还可减轻钢中其他杂质对磁场磁感的危害〔使%C石墨化，脱氧，与N形成氢化硅等〕。

所以可大大减少涡流损失。

由于硅的脆性，目前高硅钢片硅含量规定为低于4.5%，最多只为4.8%，正在研究提高至6.5%。

常存杂质对钢性能的影响实际使用的钢中，除了含有铁、碳与合金元素外，在冶炼过程中，不可避免地要带入一些杂质（如锰、硅、硫、磷、非金属类杂质以及某些气体，如氮、氢、氧等）。

这些杂质对钢的质量有很大的影响。

1．锰锰在钢中作为杂质存在时，一般均小于0.8%。

它来自作为炼钢原料的生铁及脱氧剂锰铁。

锰有很好的脱氧能力，还能与硫形成mns,以消除硫的有害作用。

这些反应产物大部分进入炉渣而被除去，小部分残留于钢中成为非金属夹杂物。

此外，在室温下锰能溶于铁素体，对钢有一定强化作用。

锰也能溶于渗碳体中，形成合金渗碳体。

但锰作为少量杂质存在时，它对钢的性能影响不显著。

2．硅硅在钢中作为杂质存在时，一般均小于0.4%,它也来自生铁与脱氧剂。

在室温下硅能溶于铁素体，对钢有一定的强化作用。

但硅作为少量杂质存在时，它对钢的性能影响也不显著。

3．硫硫是由生铁及燃料带入钢中的杂质。

在固态下，硫在铁中的溶解度极小，而是以fes的形态存在于钢中。

由于fes 的塑性差，使含硫较多的钢脆性较大。

更严重的是，fes与fe可形成低熔点（985℃）的共晶体，分布在奥氏体的晶界上。

当钢加热到约1200℃进行热压力加工时，晶界上的共晶体已溶化，晶粒间结合被破坏，使钢材在加工过程中沿晶界开裂，这种现象称为热脆性。

为了消除硫的有害作用，必须增加钢中含锰量。

锰与硫优先形成高熔点（1620℃）的硫化锰，并呈粒状分布在晶粒内，它在高温下具有一定塑造性，从而避免了热脆性。

硫化物是非金属夹杂物，会降低钢的机械性能，并在轧制过程中形成热加工纤维组织。

因此，通常情况下，硫是有害的杂质。

在钢中要严格限制硫的含量。

但含硫量较多的钢，可形成较多的mns，在切削加工中，mns能起断屑作用，可改善钢的切削加工性，这是硫有利的一面。

1．磷磷由生铁带入钢中，在一般情况下，钢中的磷能全部溶于铁素体中。

磷有强烈的固溶强化作用，使钢的强度、硬度增加，但塑性、韧性则显著降低。

这种脆化现象在低温时更为严重，故称为冷脆。

普通钢中硅的含量范围在0.17~0.37%。

铬是碳化物形成元素。

它形成硬的碳化物Cr7C3和Cr23C6，另一方面还可以与碳形成复合碳化物。

所有这些碳化物都比初始的渗碳体硬。

作为铁素体形成元素，铬降低了A4温度并提高A3温度，因此以γ-相为代价稳定了α-相。

如果在纯铁中加入大于11%的铬，那么γ-相会全部消失。

4.铬Cr铬的主要作用：在钢中含足够的碳时铬提高钢的硬度，含1%碳的低铬钢是非常硬的；在低碳钢中加入的铬能够提高强度但延展性有所降低；铬提高钢的高温强度；铬提供中等淬透性；在高碳钢中，铬改善耐磨性能；当加入大量的铬，直到25%时，由于在钢的表面形成保护性的氧化物层而改善耐腐蚀能力；与镍元素等配合能提高抗氧化性和钢的热强性，并进一步提高抗腐蚀性；铬促进晶粒长大，导致钢的脆性增加。

铬是结构钢、工具钢、轴承钢、不锈钢和耐热钢中应用很广的元素。

铬在一些钢和合金中的含量范围：铬钢0.30~1.60%，奥氏体铬-镍不锈钢15.0~30.0%，马氏体铬钢4.0~18.0%，铁索体铬钢10.5~27.0%，沉淀硬化钢12.2~18.0%，5.钨W钨是非常强的碳化物形成元素。

它形成非常硬而又稳定的碳化物W2C、WC 和复合碳化物Fe4W2C。

这些碳化物溶解很慢并且只在很高的温度溶解。

因此钨是工具钢的重要成分，尤其是高速工具钢。

在这些钢中，钨显著地提高二次硬化后的硬度。

作为铁素体形成元素，钨降低A4温度而提高A3温度。

钨的主要作用：钨抑制晶粒长大并因此有晶粒细化的作用；钨减少在热加工和热处理过程中的脱碳；钨提高耐磨性；它提高淬火及回火钢的高温硬度；在一些高温合金中，钨提高蠕变强度；钨对淬透性的贡献是非常重要的；钨限制回火软化，含钨的钢加热到600~700℃碳化物仍不会沉淀，从而避免了钢的软化。

是高速工具钢、合金工具钢中应用较多的元素之一。

对钢抗氧化性不利。

钨在一些钢中的含量范围：钨-铬钢1.75%，高速工具钢1.15~21.0%，热作工具钢0~19.0%，冷作工具钢0~2.0%，抗冲击钢0~3.0%.6.钼Mo钼是强的碳化物形成元素。