钢的化学成分五大元素

钢铁中五大元素的作用与危害及其分析方法作者：刘张50905022010 应化2班钢铁是铁与C(碳)、Si(硅)、Mn(锰)、P(磷)、S(硫)以及少量的其他元素所组成的合金。

其中除Fe(铁)外，C的含量对钢铁的机械性能起着主要作用，故统称为铁碳合金。

它是工程技术中最重要、用量最大的金属材料。

钢铁生产流程包括：矿山开采→选矿→烧结→炼铁→炼钢→连铸→轧钢等。

钢铁工业是最重要的基础工业，是其他工业发展的物质基础。

有了钢铁，就使得中国国民经济的技术改造成为可能。

同时，钢铁工业的发展也有赖于煤炭工业、采掘工业、冶金工业、动力、运输等工业部门的发展。

由于钢铁工业与其他工业的关系十分密切，因此许多国家都把发展钢铁工业放在十分重要的地位，并把这种发展与国民经济各部门的发展互相协调起来，保持正常的比例关系。

针对此块精英人才，也是目前我国最稀缺的。

五大元素是特指钢铁中的碳、硫、硅、磷、锰五种元素。

五大元素各个化学元素对钢的性能有以下的影响：1、碳(C) 碳是钢铁的主要成分之一它直接影响着钢铁的性能。

碳是区别铁与钢，决定钢号、品级的主要标志。

碳是对钢性能起决定作用的元素。

碳在钢中可作为硬化剂和加强剂，正是由于碳的存在，才能用热处理的方法来调节和改善其机械性能，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)：由原料矿石引入或脱氧及特殊需要而有意加入，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%。

钢的五大元素引言钢是一种重要的金属材料，广泛应用于建筑、交通、机械制造等领域。

它具有优异的力学性能和耐腐蚀性，被誉为现代工业文明的基石之一。

钢的组成主要包括铁和碳，但除此之外，还存在着其他几个重要的元素对钢材的性能产生着深远影响。

这些元素被称为钢的五大元素，分别是碳、硅、锰、磷和硫。

本文将详细介绍每个元素在钢中的作用及其对钢材性能的影响。

1. 碳（C）碳是构成钢材最重要的元素之一，它可以通过控制含碳量来调节钢材的硬度和强度。

在低碳钢中，碳含量通常在0.05%以下；而高碳钢中，碳含量可以达到0.6%以上。

•硬度：增加碳含量可以提高钢材的硬度。

这是因为碳原子可以在晶格中形成固溶体，并增加晶格间距离，使得晶体结构更加紧密，从而增加了钢材的硬度。

•强度：碳的存在可以增加钢材的强度。

碳原子可以与铁原子形成固溶体，并生成强化相，如Fe3C（渗碳体），从而增加钢材的强度。

•韧性：适量的碳含量可以提高钢材的韧性。

过高或过低的碳含量都会降低钢材的韧性。

2. 硅（Si）硅是一种常见的合金元素，在钢中起到多种作用。

•脱氧剂：硅可以作为脱氧剂，与氧反应生成SiO2，有效地除去钢中的氧化物。

这有助于提高钢材的纯净度和耐蚀性。

•弥散剂：硅能够与其他合金元素形成固溶体，改善晶界结构，提高钢材的强度和韧性。

•抑制晶粒长大：适量添加硅可以抑制晶粒长大，细化晶粒尺寸，从而提高钢材在高温下的力学性能。

3. 锰（Mn）锰是一种重要的合金元素，在钢中起到多种作用。

•强化剂：锰能够与铁形成固溶体，并生成强化相，如MnS（硫化锰）和Mn3N （氮化锰），从而提高钢材的强度和硬度。

•脱氧剂：锰可以作为脱氧剂，与氧反应生成MnO，有效地除去钢中的氧化物。

这有助于提高钢材的纯净度和耐蚀性。

•抑制晶粒长大：适量添加锰可以抑制晶粒长大，细化晶粒尺寸，从而提高钢材在高温下的力学性能。

4. 磷（P）磷是一种常见的合金元素，在钢中起到多种作用。

•强化剂：适量添加磷可以提高钢材的强度和硬度。

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。

钢铁中的元素（除铁外）可简单分为两大类：五大元素和稀少元素。

五大元素即指碳、硅、锰、硫、磷；稀少元素主要指氮、氢、氧等气体元素和合金元素。

当然所有元素都可能影响钢料的生产、制造及其性质，元素间也可能彼此影响。

另外，某元素对某一钢种有益，但在另外一种钢种中就可能有害。

下面简要介绍下五大元素对钢性能的影响：1、碳碳是影响钢的组织和性能的主要元素。

在钢中碳主要以渗碳体的形式存在。

当钢的含碳量≤1.0％时，随着含碳量的增加，钢的强度和硬度提高，而塑性和韧性不断下降。

这是因为在以铁素体（ferrite）为基体的钢中，层片状渗碳体起着强化作用，钢中珠光体(pearlite)含量愈多，则强度和硬度愈高（张万昌，2000）。

炼钢厂所生产的极低碳钢(IF钢，Interstitial Free 钢)，是在炼钢过程中加入铌和钛元素以制约碳元素的形成，这种极低碳钢超深冲性良好，主要用于汽车工业。

在冷轧厂中最常见的卷板低碳钢为碳含量0.08％的SAE1008钢种，作为各大产业产品用钢的原料。

但是，当钢中含碳量>1.0％以后、钢中出现网状渗碳体，这时钢的硬度虽随着含碳量的增加而不断提高，却导致钢的强度下降。

钢中含碳量愈多，渗碳体网愈严重，网的厚度也越大。

所以高碳钢的性能硬而脆，仅作工具用。

2、硅硅是在钢冶炼生产过程中由原料（铁矿石、废钢铁、脱氧剂等）所带入的(王章忠，2001)，硅溶于α－Fe中形成固溶体，提高钢的强度和硬度。

所以，硅是钢中的有益元素，在钢中硅的含量<0.5％（张万昌，2000）。

但是在一般具有无氧化炉（NOF）的连续退火线的热浸镀锌厂中，所使用的低碳钢(冷轧板)，其硅成分一般为0.03％max,最好不得超过0.04％，否则钢带进入460℃左右的锌槽之后，无法取得良好的着锌状态。

3、锰锰是在钢冶炼生产过程中由原料（铁矿石、废钢铁、脱氧剂等）所带入的，锰溶于α－Fe和渗碳体中使钢的强度和硬度提高，此外锰和硫化合成MnS，可以减轻硫对钢的危害，所以锰也是钢中的有益元素（张万昌，2000）。