元素

對鋼材性能的影響

H  

（氫）

H是一般鋼中最有害的元素，鋼中溶有氫會引起鋼的氫脆、白點(diǎn)等缺陷。氫與氧、氮一樣，在固態(tài)鋼中溶解度極小，在高溫時(shí)溶入鋼液，冷卻時(shí)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(qiáng)度急劇降低，嚴(yán)重時(shí)會造成裂紋、脆斷。“氫脆”主要出現(xiàn)在馬氏體鋼中，在鐵氧體鋼中不十分突出，一般與硬度和含碳量一起增加。

另一方面，H能提高鋼的磁導(dǎo)率，但也會使矯頑力和鐵損增加（加H后矯頑力可增大0.5～2倍）。

B   （硼）

B在鋼中的主要作用是增加鋼的淬透性，從而節(jié)約其他較稀貴的金屬，與鎳、鉻、鉬等。為了這一目的，其含量一般規(guī)定在0.001%～0.005%范圍內(nèi)。它可以代替1.6%的鎳、0.3%的鉻或0.2%的鉬，以硼代鉬應(yīng)注意，因鉬能防止或降低回火脆性，而硼卻略有促進(jìn)回火脆性的傾向，所以不能用硼將鉬完全代替。

中碳碳素鋼中加硼，由于提高了淬透性，可使厚20mm以上的鋼材調(diào)質(zhì)后性能大為改善，因此，可用40B和40MnB鋼代替40Cr，可用20Mn2TiB鋼代替20CrMnTi滲碳鋼。但由于硼的作用隨鋼中碳的含量的增加而減弱，甚至消失，在選用含硼滲碳鋼時(shí)，必須考慮到零件滲碳后，滲碳層的淬透性將低于芯部的淬透性的這一特點(diǎn)。

彈簧鋼一般要求完全淬透，通常彈簧面積不大，采用含硼鋼有利。對高硅彈簧鋼硼的作用波動(dòng)較大，不便采用。

硼和氮及氧有強(qiáng)的親和力，沸騰鋼中加入0.007%的硼，可以消除鋼的時(shí)效現(xiàn)象。

C    （碳）

C是僅次于鐵的主要元素，它直接影響鋼材的強(qiáng)度、塑性、韌性和焊接性能等。  

當(dāng)鋼中含碳量在0.8%以下時(shí)，隨著含碳量的增加，鋼材的強(qiáng)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(shí)，隨著含碳量的增加，鋼材的強(qiáng)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(shí)效敏感性增大，耐大氣銹蝕性下降。

N 

（氮）

N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(qiáng)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(shí)增加時(shí)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。有些牌號的不銹鋼，適當(dāng)增加N的含量，可以減少Cr的使用量，可以有效降低成本。

O   （氧）

O在鋼中是有害元素。它是在煉鋼過程中自然進(jìn)入鋼中的，盡管在煉鋼末期要加入錳、硅、鐵和鋁進(jìn)行脫氧，但不可能除盡。鋼水凝固期間，溶液中氧和碳反應(yīng)會生成一氧化碳，可以造成氣泡。氧在鋼中主要以FeO、MnO、SiO2、Al2O3等夾雜形式存在，使鋼的強(qiáng)度、塑性降低。尤其是對疲勞強(qiáng)度、沖擊韌性等有嚴(yán)重影響。

氧會使硅鋼中鐵損增大，磁導(dǎo)率及磁感強(qiáng)度減弱，磁時(shí)效作用加劇。

Mg  （鎂）

鎂能使鋼中夾雜物數(shù)量減少、尺寸減小、分布均勻、形態(tài)改善等。微量鎂能改善軸承鋼的碳化物尺寸及分布，含鎂軸承鋼的碳化物顆粒細(xì)小均勻。當(dāng)鎂含量為0.002%～0.003% ,其抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度增加5%以上，塑性基本保持不變。

Al   （鋁）

鋁作為脫氧劑或合金化元素加入鋼中，鋁脫氧能力比硅、錳強(qiáng)得多。鋁在鋼中的主要作用是細(xì)化晶粒、固定鋼中的氮，從而顯著提高鋼的沖擊韌性，降低冷脆傾向和時(shí)效傾向性。如D級碳素結(jié)構(gòu)鋼要求鋼中酸溶鋁含量不小于0.015%，深沖壓用冷軋薄鋼板08AL要求鋼中酸溶鋁含量為0.015%―0.065%。

鋁還可提高鋼的抗腐蝕性能，特別是與鉬、銅、硅、鉻等元素配合使用時(shí)，效果更好。

鉻鉬鋼和鉻鋼中含Al可增加其耐磨性。高碳工具鋼中Al的存在可使產(chǎn)生淬火脆性。鋁的缺點(diǎn)是影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能。

Si   （硅）

Si是煉鋼過程中重要的還原劑和脫氧劑：對于碳鋼中的很多材質(zhì)來說，都含有0.5%以下的Si，這些Si一般是由于煉鋼過程中作為還原劑和脫氧劑而帶入的。

硅能溶于鐵素體和奧氏體中提高鋼的硬度和強(qiáng)度，其作用僅次于磷，較錳、鎳、鉻、鎢、鉬、釩等元素強(qiáng)。但含硅量超過3%時(shí)，將顯著降低鋼的塑性和韌性。硅能提高鋼的彈性極限、屈服強(qiáng)度和屈服比（σs/σb），以及疲勞強(qiáng)度和疲勞比（σ-1/σb）等。這是硅或硅錳鋼可作為彈簧鋼種的緣故。

硅能降低鋼的密度、熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率。能促使鐵素體晶粒粗化，降低矯頑力。有減小晶體的各向異性傾向，使磁化容易，磁阻減小，可用來生產(chǎn)電工用鋼，所以硅鋼片的磁阻滯損耗較低。硅能提高鐵素體的導(dǎo)磁率，使鋼片在較弱磁場下有較高的磁感強(qiáng)度。但在強(qiáng)磁場下硅降低鋼的磁感強(qiáng)度。硅因有強(qiáng)的脫氧力，從而減少了鐵的磁時(shí)效作用。

含硅的鋼在氧化氣氛中加熱時(shí)，表面將形成一層SiO2薄膜，從而提高鋼在高溫時(shí)的抗氧化性。

硅能促使鑄鋼中的柱狀晶成長，降低塑性。硅鋼若加熱時(shí)冷卻較快，由于熱導(dǎo)率低，鋼的內(nèi)部和外部溫差較大，因而斷裂。

硅能降低鋼的焊接性能。因?yàn)榕c氧的結(jié)合能力硅比鐵強(qiáng)，在焊接時(shí)容易生成低熔點(diǎn)的硅酸鹽，增加熔渣和融化金屬的流動(dòng)性，引起噴濺現(xiàn)象，影響焊接質(zhì)量。硅是良好的脫氧劑。用鋁脫氧時(shí)酌情加一定量的硅，能顯著提高率的脫氧性。硅在鋼中本來就有一定的殘存，這是由于煉鐵煉鋼時(shí)作為原料帶入的。在沸騰鋼中，硅限制在<0.07%，有意加入時(shí)，則在煉鋼時(shí)加入硅鐵合金。

P   （磷）

P是由礦石帶入鋼中的，一般說磷也是有害元素。磷雖能使鋼材的強(qiáng)度、硬度增高，但引起塑性、沖擊韌性顯著降低。特別是在低溫時(shí)，它使鋼材顯著變脆，這種現(xiàn)象稱"冷脆"。冷脆使鋼材的冷加工及焊接性變壞，含磷愈高，冷脆性愈大，故鋼中對含磷量控制較嚴(yán)。高級優(yōu)質(zhì)鋼：P＜0.025%；優(yōu)質(zhì)鋼：P＜0.04%；普通鋼：P＜0.085%。

P的固溶強(qiáng)化及冷作硬化作用很好，與銅聯(lián)合使用，提高低合金高強(qiáng)度鋼的耐大氣腐蝕性能，但降低其冷沖壓性能，與硫、錳聯(lián)合使用，改善切削性，增加回火脆性及冷脆敏感性。

磷可提高比電阻，且由于容易粗晶而可使矯頑力和渦流損失降低，于磁感而言，則在弱中磁場下磷含量高的鋼磁感會提高，含P硅鋼的熱加工也并不困難，但由于它會使硅鋼具冷脆性，含量≯0.15%（如冷軋電機(jī)用硅鋼含P=0.07～0.10%）。

磷是強(qiáng)化鐵素體作用最強(qiáng)的元素。（P對硅鋼再結(jié)晶溫度和晶粒長大的影響將超過同等硅含量作用的4～5倍。）

S   （硫）

硫來源于煉鋼的礦石與燃料焦炭。它是鋼中的一種有害元素。硫以硫化鐵(FeS)的形態(tài)存在于鋼中，FeS和Fe形成低熔點(diǎn)(985℃)化合物。而鋼材的熱加工溫度一般在1150～1200℃以上，所以當(dāng)鋼材熱加工時(shí)，由于FeS化合物的過早熔化而導(dǎo)致工件開裂，這種現(xiàn)象稱為“熱脆”。降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時(shí)造成裂紋。硫?qū)附有阅芤膊焕?，降低耐腐蝕性。高級優(yōu)質(zhì)鋼：S＜0.02%～0.03%；優(yōu)質(zhì)鋼：S＜0.03%～0.045%；普通鋼：S＜0.055%～0.7%以下。

由于其切屑發(fā)脆而可得到非常光澤的表面，所以可用于制要求負(fù)荷不大而具高表面光潔度的鋼制件（名為快削鋼），（如Cr14）有意加進(jìn)少量的硫（=0.2～0.4%）。 某些高速鋼工具鋼進(jìn)行硫化表面。

K/Na     （鉀/鈉）

鉀/鈉可作為變質(zhì)劑使白口鐵中碳化物團(tuán)球化，使白口鐵（以及萊氏體鋼）) 　

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