钢的化学成分及对性能的影响.docx

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。

• 5. 硅(Si)
硅也是有益元素，有更强的脱氧作用，是强 氧化剂，常与锰共同除氧。适量的硅可以细 化晶粒，提高钢的强度，而对塑性、韧性、 冷弯性能和焊接性能却没有显著的不良影响。 硅在镇静钢中的含量一般为0.12%～0.30%， 在低合金钢中的含量一般为0.2%～0.55%。 但过量的硅也会对焊接性能和抗锈蚀性能不 利。
影响钢材性能的主要因素
• 4. 热处理 • 一般钢材以热轧状态交货，某些高强度钢材
则在轧制后经热处理才出厂。热处理的目的 在于取得高强度的同时能够保持良好的塑性 和韧性。
影响钢材性能的主要因素
• 三、应力集中的影响
• 钢构件当中不可避免地 存在着孔洞、刻槽、凹 角、裂纹以及厚度或宽 度的突然改变，此时构 件中的应力不再保持均 匀分布，而是在某些区 域产生高峰应力，另外 一些区域则应力降低， 即所谓应力集中的现象。
• 8. 氧(O)、氮(N)
氧和氮也是有害元素，在金属熔化状态下可 以从空气中进入。氧能使钢热脆，其作用比 硫剧烈，一般要求其含量小于0.05%。氮能使 钢冷脆，与磷相似，一般要求其含量小于 0.008%。
影响钢材性能 二、成材过程中的影响
• 1. 冶炼
我国目前结构用钢主要是用平炉和氧化转炉 冶炼而成，侧吹转炉钢质量较差，不宜作为 承重结构用钢。在建筑钢结构中，主要使用 氧气顶吹转炉生产的钢材。冶炼过程控制钢 的化学成分与含量，并不可避免地产生冶金 缺陷，从而影响不同钢种、钢号的力学性能。
影响钢材性能的主要因素
• 7. 铝(Al)、铬(Cr)、镍(Ni)
铝是强氧化剂，用铝进行补充脱氧，不仅能 进一步减少钢中的有害氧化物而且能细化晶 粒，提高钢的强度和低温韧性。铬和镍是提 高钢材强度的合金元素，用于Q390 及以上牌 号的钢材中，但其含量也应受到限制，以免 影响钢材的其他性能。

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。

钢材中的合金与杂质含量对其性能的影响工业纯铁的塑性很好，但强度很低，一般不能满足实际需要。

通常加入Si、Mn等合金钢元素改善钢材性能，以满足实际要求。

另外，钢材在冶炼的过程中不可避免的含有C，S，P等杂质元素。

它们的存在，对钢材的性能也有很大影响。

1 对钢材力学性能的影响1.1 杂质的影响1.1.1 碳的影响碳与铁可以形成一系列化合物：Fe3C，Fe2C，FeC等。

碳能提高钢材的强度和硬度，但会降低钢材的塑性。

碳含量增加0.1%，钢材的抗拉强度可提高70MPa，屈服点提高28 MPa。

含碳量大于6.67%的合金脆性大，不具有实际使用价值。

海洋工程用钢根据碳的含量一般可分为三类（Section 8, API RP-2A-WSD, 1994）：①普通钢。

含碳量小于或等于0.4%。

最小屈服应力为280MPA。

②高强度钢。

碳含量为0.45%或更高。

屈服应力在280MPA和360MPA之间。

③对于屈服应力大于360MPA的超高强度钢要限制使用。

1.1.2 硫的影响硫通常以FeS的形式存在于钢材中。

FeS塑性差，熔点低。

钢水结晶时FeS 分布于晶界周围。

在800 0C~1200 0C时，轧制或铸造会导致晶界开裂，此现象即通常所说的钢的热脆现象。

若钢材中有Mn，则可形成高熔点的MnS（1600 0C）。

钢水在结晶时，MnS 呈颗粒分布于晶内，这样就可以大大降低硫的危害。

作为有害杂质，钢材中的硫含量通常限制在≤0.04%。

1.1.3 磷的影响钢材中的磷能全部溶于中，使其在室温下的强度升高，塑性降低，产生冷脆现象。

除上述有害方面外，磷对钢材有很高的强化作用。

磷提高钢材的屈服强度比镍高10倍，比锰高5倍，比铬高5倍，比铜高2.5倍，比硅高2倍，比钛高1.7倍。

磷提高钢材的极限强度比镍高6倍，比锰高5倍，比铬高3倍，比铜高1.1倍，比硅高1.3倍，比钛稍低。

此外，磷、铜共存可大大提高抗腐蚀性。

针对磷使钢脆化，冲击韧性降低，生产中一般把磷控制在0.12%以下。