鋼是由各種化學(xué)成分組成的，鐵(Fe)是基本元素，其次是碳(C)和其他元素，各種化學(xué)元素對鋼材的性能有不同的影響。
①碳(C)
碳是僅次于鐵的主要元素，它直接影響鋼材的強度、塑性、韌性和焊接性能等。
當(dāng)鋼中含碳量在0.8%以下時，隨著含碳量的增加，鋼材的強度和硬度提高，而塑性和韌性降低；但當(dāng)含碳量在1.0%以上時，隨著含碳量的增加，鋼材的強度反而下降。
隨著含碳量的增加，鋼材的焊接性能變差（含碳量大于0.3%的鋼材，可焊性顯著下降），冷脆性和時效敏感性增大，耐大氣銹蝕性下降。
②硅(Si)
硅是一種脫氧劑，其脫氧作用比錳強，是鋼中的有益元素。硅含量較低時，能提高鋼材的強度，而對塑性和韌性無明顯影響，但是當(dāng)硅含量超過0.8%~1.0%時，則塑性下降，特別是沖擊韌性顯著降低。
含硅量在1%~4%的低碳鋼，具有極高的導(dǎo)磁性能，常用于電器工業(yè)和矽鋼片。但隨著硅含量的增加，會降低鋼的焊接性能。
③錳(Mn)
錳是作為脫氧除硫的元素加入鋼中的，是鋼中的有益元素。
錳具有很強的脫氧去硫能力，它可以和硫結(jié)合形成MnS，從而在相當(dāng)大程度上消除硫的有害影響，顯著改善鋼材的熱加工性能。
同時，錳對碳素鋼的力學(xué)性能有良好影響，它能提高鋼材的硬度、強度和耐磨性。錳含量小于0.8%，能在保持（或只略降）原有的塑性及沖擊韌性的條件下，大幅度提高碳素鋼的屈服極限及強度極限。
錳對鋼的焊接性能也有影響。在含錳量很低時，錳主要起消除熱脆性的作用，此時錳對焊接性能的影響，特別是在硫含量略高時，是有益的；但在含錳量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過消除熱脆性所必需的含量時，多余的錳會顯著增加奧氏體的過冷能力，這時錳主要起增加冷裂紋形成的作用，會使得鋼的焊接性能變差。
④磷(P)
磷是鋼中難去除的有害雜質(zhì)，會引起鋼的冷脆性增加并損壞鋼的焊接性能。造成“冷脆”的原因是磷會形成硬脆化合物Fe2P。
另外磷能提高切削性能和抗蝕性，故在易切削或耐候鋼中可適當(dāng)增加磷含量。
⑤硫(S)
硫主要來自煉鋼原料，煉鋼時難以除盡。硫在鋼中是以硫化物夾雜形式存在，對鋼的塑性、韌性、焊接性能、厚度方向性能、疲勞性能和耐腐蝕性都有不利影響。
其中危害最大是與鐵生成FeS，并形成Fe-FeS二元低熔點共晶體，造成鋼在800~1200℃時變脆而易于開裂，即產(chǎn)生"熱脆性"。
⑥氧(O)
氧是有害雜質(zhì)元素，在鋼中氧幾乎全部以氧化物的形式存在，鋼中各種氧化物的總量隨著含氧量增加而增加，這些氧化物雜質(zhì)對鋼材力學(xué)性能等各方面均有不利影響。
隨著鋼中含氧量增加，鋼的塑性、沖擊韌性降低，氧化物夾雜使鋼的耐腐蝕性、耐磨性降低，使冷沖壓性、鍛造加工性及切削加工性變差。
⑦氮(N)
氮對鋼材性能的影響與碳、磷相似，隨著氮含量的增加，可使鋼材的強度顯著提高，塑性特別是韌性也顯著降低，可焊性變差，冷脆性加??；同時增加時效傾向及冷脆性和熱脆性，損壞鋼的焊接性能及冷彎性能。因此，應(yīng)該盡量減小和限制鋼中的含氮量。一般規(guī)定氮含量應(yīng)不高于0.018%。
氮在鋁、鈮、釩等元素的配合下可以減少其不利影響，改善鋼材性能，可作為低合金鋼的合金元素使用。
⑧氫(H)
氫也是鋼中的有害元素。 與氧、氮一樣，氣體元素在固態(tài)鋼中溶解度極小，它們在高溫時溶入鋼液，冷卻時來不及逸出而積聚在組織中形成高壓細(xì)微氣孔，使鋼的塑性、韌度和疲勞強度急劇降低，嚴(yán)重時會造成裂紋、脆斷，是必須嚴(yán)格控制的有害元素。
⑨鉻(Cr)
鉻能顯著提高鋼材強度、硬度和耐磨性，但同時降低塑性和韌性。鉻還能提高鋼材的抗氧化性和耐腐蝕性，因而是不銹鋼和耐熱鋼的重要合金元素。
⑩鎳(Ni)
鎳能提高鋼的強度，而又保持良好的塑性和韌性。鎳對酸堿有較高的耐腐蝕能力，在高溫下有防銹和耐熱能力。
?鉬(Mo)
鋁能使鋼的晶粒細(xì)化，提高淬透性和熱強性能，在高溫時保持足夠的強度和抗蠕變能力（長期在高溫下受到應(yīng)力而發(fā)生變形叫做蠕變）。結(jié)構(gòu)鋼中加入鉬，能提高機械性能，還可以抑制合金鋼因火而引起的脆性。
?鈦(Ti)
鈦是強脫氧劑，它能使鋼的內(nèi)部組織致密，細(xì)化晶粒；降低時效敏感性和冷脆性，改善焊接能。在一些奧氏體不銹鋼中加入適量的鈦，可避免晶間腐蝕。
?釩(V)
釩是鋼的優(yōu)良脫氧劑。鋼中加0.5%的釩可細(xì)化組織晶粒，提高強度和韌性。釩與碳形成的碳化物，在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕能力。
?鈮(Nb)
鈮能細(xì)化晶粒和降低鋼的過熱敏感性，提高強度，但塑性和韌性有所下降。在普通低合金鋼中加鈮，可提高抗大氣腐蝕及高溫下抗氫、氮、氨腐蝕的能力。鈮還可改善焊接性能。在奧氏體不銹鋼中加鈮，可防止晶問腐蝕現(xiàn)象。
?銅(Cu)
銅能提高強度和韌性，并具有良好的抗大氣腐蝕性能。缺點是在熱加工時容易產(chǎn)生熱脆，銅含量超過0.5%時塑性顯著降低。當(dāng)銅含量小于0.5%時對焊接性能無影響。
?硼(B)
鋼中加入微量的硼就可改善鋼的致密性和熱軋性能，提高強度。
?鋁(Al)
鋁是鋼中常用的脫氧劑。鋼中加入少量的鋁，可細(xì)化晶粒，提高沖擊韌性。鋁還具有抗氧化性和抗腐蝕性能，鋁和鉻、硅合用，可顯著提高鋼的高溫不起皮性能和耐高溫腐蝕的能力。鋁的缺點是影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能。
?鎢(W)
鎢有二次硬化作用，使鋼具有紅硬性，提高耐磨性，對鋼的淬透性、回火穩(wěn)定性、力學(xué)性能及熱強性的影響均與鉬相似，稍微降低鋼的抗氧化性。
?鉛(Pb)
鉛可以改善切削加工性。鉛系易切削鋼有良好的力學(xué)性能和熱處理性。由于污染環(huán)境以及在廢鋼回收熔煉過程中的有害作用，鉛有被逐漸替代的趨勢。
|
