元素对钢的影响.docx

元素对钢的影响1、 硅(Si)是钢中常见元素之一，在炼钢过程中用作还原剂和脱氧剂所以钢中常含有0.20%〜0.30% 的硅如果钢中硅含量超过0.50%〜0.60%时，硅就算作特殊的合金元素，这种钢就称为“硅 钢硅能显著提高钢的弹性极限、屈服强度和抗拉强度，故可广泛用于制造重负的弹簧钢 在凋质结构钢中，硅不仅能增加钢的淬透性，还增加钢淬火后的抗回火性因此，常被用作 调质结构钢的合金元素，并可用于制造承受重负荷的较大截面零件的无镍铬、高强度、高韧 性的高级调质钢硅和其他合金元素如钼、钨、铬等结合，有提高钢抗腐蚀和抗高温氧化的 作用，可用于制造无镍低铬的不锈耐热钢含硅1.0%〜4.5%低碳和超低碳钢，具有极高的 导磁率，可做电气制造业中的硅钢片在热处理时硅易于促使石墨化、产生脱碳现象，故在 弹簧中，常加入钨、钒、铬等元素来加以防止也用于制造耐磨的石墨钢或模具钢但钢中 含硅量较高时，在焊接时喷溅较严重，有损焊缝质量，并易导至冷脆，会增加镀锌时锌对铁 的破坏作用2、 锰( Mn)是良好的脱氧剂和脱硫剂因此，钢中含 0.30%〜0.50%的锰是经常的在碳素钢中加入0.7%〜1.8%或以上的锰时，就算是特殊钢“锰钢”了。

这种含锰量较高的碳素钢的力学性能， 要比一般含锰量的好得多，不但有足够的韧性(在适当的热处理条件之下)，且有较高的强度 和硬度，能提高钢的淬透性，改善钢的热加工性能故在低合金结构钢中，含锰钢种发展十 分迅速利用锰和硫化合所生成的硫化锰(MnS)夹杂，有使切屑易于碎断的作用所以在钢 中可加适量的锰和硫来生产易切削钢此外，锰在合金结构钢、弹簧钢、轴承钢，工具钢、 耐磨钢、无磁钢、不锈钢、耐热钢中，也获得广泛的应用但锰能使钢的抗腐蚀能减弱，对 钢的焊接性能也有不利的影响3、 镍( Ni) 能使钢强化，改善钢的低温性能，特别是韧性，还可以提高钢的淬透性镍钢的抗锈性也很 强，具有较高的对酸、碱和海水的耐腐蚀能力，但在高温高压下对氧介质的抗腐蚀能力无明 显效果，反会造成脱碳促使钢腐蚀破裂一般国产低合金结构钢中不加入镍镍在高含量时， 可显著改变钢和合金的一些物理性能但镍是一种重要的战略物资，在全世界范围内比较稀 缺，所以作为钢的一种合金元素，应该只在不能用其他元素来获得所需的性能时，才考虑使 用镍譬如需要在高强度时具有高韧性的重要用途的结构钢，在低温工作条件下具有高韧性 的钢，高合金铬镍奥氏体不锈耐热钢，以及要求具有特殊物理性能的钢等。

4、 铬(Cr)加入钢中能显著提高钢的抗氧化作用，增加钢的抗腐蚀能力并能提高钢的强度和耐磨性 由于铬加入钢中能改善钢的力学性能及物理和化学性能，因此在各种用途的合金钢中，普遍 含有不同数量的铬由于目前我国铬资源较少，故因尽量节约使用，特别是在大量生产的结 构钢中，应当少用或不用铬5、 钼(Mo)是一种贵重的合金元素，在我国是富产，但在整个世界范围内的储量却并不丰富钼在钢中 的作用，可归纳为提高淬透性和热强性，防止回火脆性，提高剩磁和矫顽力，提高在某些介 质中(如硫化氢、氨、一氧化碳、水等介质)的抗蚀性与防止点蚀倾向等故在结构钢、弹簧 钢、轴承钢、工具钢、不锈耐酸钢、耐热钢(也称热强钢)、磁钢等一系列的钢种中，得到广 泛的应用铬钼钢在很多情况下，可以代替较贵重的铬镍钢来制造各种重要的机件，由于钼 增加钢的热强性，所以钼含量较高时，也会增加热加工的困难6、 铝( Al)是炼钢时的脱氧定氮剂，并且能细化钢的晶粒，提高钢在低温下的韧性，铝对氮有极大的亲 和力，含铝的钢渗氮后，在钢种表面牢固地形成一层薄而硬的弥散分布的氮化铝层，从而提 高其硬度和疲劳强度，并改善其耐磨性铝还具有耐腐蚀性和抗氧化性，可作为不锈耐酸钢 的主要合金元素。

在钢的表面镀铝或渗铝，可提高其抗氧化性铝和铬、硅复合应用，可以 显著提高钢的高温不起皮性和耐高温腐蚀能力铝还适用于作电热合金材料和磁性材料但 是，铝会影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能7、 铜（Cu）在钢中加入0.20%〜0.50%的铜，特别是和磷配合使用时，可以使低合金结构钢和钢轨钢 获得优良的抗大气腐蚀性能，并且也有利于提高钢的强度、耐磨性和屈强比，而对钢的焊接 性并没有不良的影响，是目前建造桥梁、船舶、汽车、机车车辆、化工石油设备及高压容器 等的主要钢类在奥氏体不锈钢中加入2 % 〜3 %的钢，可以提高其在酸性介质中的抗蚀性 但铜是稀缺金属之一，也是战略物资，因此一般不应在炼制中有意地加入不过由于钢中含 铜无法从冶炼过程中去除，而我国又有丰富的含铜铁矿，所以可以利用含铜铁矿来发展含铜 钢8、 铅（ Pb） 不溶于钢中，它的沸点又很低，因此，为了特殊用途需要而专门加入少量的铅时，需在冶炼 完了，在浇注过程中加入其作用是在不显著地影响钢的其他性能的情况下，能显著提高钢 的切削加工性9、钨（ W） 具有熔点高、密度大的特点，和钼相似，也是一种贵重的金属元素它在钢中的用途，主要 是增加钢的回火稳定性，热硬性和热强性，以及由于形成的特殊碳化物而增加的耐磨性。

如 当钨加入高碳钢中时，可以显著提高其耐磨性和切削性因此，它主要用于工具钢，如高速 钢、热锻模具等，而只在个别特殊情况下，才用于机械制造用的渗碳和调质结构钢中去但 这时必须和其他元素如硅、锰、铝、钼、钒、铬、镍等同时加入，单一含钨的结构钢，在力 学性能上与碳素钢相比，得不到多少改善，故很少采用钨能耐高压氧气的侵入，还能提高 钢在高温下的蠕变抗力，当与钼复合应用时，效果更加显著10、钒（ V） 是我国富有元素之一，也是目前发展新钢种最常用的合金元素之一它和碳、氮、氧都有极 强的亲和力，与之形成相应的极为稳定的化合物少量的不到 0.5%的钒能细化钢的晶粒， 提高钢的强度、屈强比和低温韧性，改善钢的焊接性能，也能增加钢的热强性和蠕变的抗力 此外钒对碳的固定作用，还可以提高钢在高温下的抗氢侵蚀但是，钒总是和其他合金元素 如锰、铬、钨、钼等配合使用常用于低温用钢、高压抗氢钢、高级优质弹簧钢、新型轴承 钢、合金工具钢、高速工具钢、耐热钢等但钒含量不宜过高，过高则降低钢的韧性，不利 于钢的蠕变性能11、钛（ Ti） 是化学上极为活泼的金属元素之一，它和氮、氧、碳都有极强的亲和力因此，钛也是一种 良好的脱氧去气剂和固定氮和碳的有效元素。

钛能使钢的内部组织致密，提高钢的强度，含 钛量为 0.06%〜0.12%的低合金结构钢，具有良好的力学性能和工艺性能，但主要缺点是 淬透性稍差在含钼锅炉钢中，钛可以阻止在高温（大于500^）下长期使用时出现的石墨化 现象；在含铬4%〜6%的耐热钢中，加人大于4倍碳含量的钛，可以避免钢的淬硬倾向， 还可以显著提高钢的焊接性能钛还能提高钢在高温高压下抗氢、氮、氨腐蚀的能力与其 他元素配合使用，能提高钢的抗大气、海水及抗硫化氢（H2S）腐蚀的能力此外，一定量的 钛加入 Cr18Ni9 型奥氏体不锈钢中，可完全避免晶间腐蚀，从而被广泛地应用目前钛越 来越多地被应用于夹端工业材料，成为重要的战略物资12、铌（Nb） 和钽（Ta）均是难熔的稀有元素，价格较昂贵，在钢中的作用和钒、钛、锆等类似，和碳、氮、氧都有 极强的亲和力，与之形成相应的极稳定的化合物铌和钽均能细化钢的晶粒，降低钢的过热 敏感性和回火脆性，在一定的存在条件下，也能提高钢的强度和韧性及对蠕变的抗力等在 低合金结构钢中加铌，既能提高钢的抗大气、海水腐蚀能力，及在高温高压下抗氢、氮、氨 腐蚀能力，也能提高钢的屈服强度和冲击韧性，降低其脆性转变温度，并改善其焊接性能； 在高铬耐热不锈钢中加铌，可以降低钢的空冷硬化性，提高钢的热强性，避免回火脆性，提 高其蠕变强度，并改善钢的高温不起皮性，在奥氏体钢如 Cr18Ni8 型不锈耐热钢中加铌， 可以防止不锈钢晶间腐蚀现象的发生，但这类钢冷变形比较困难，焊接性也较差。

13 、镐（ Zr ） 是稀有金属，为碳化物形态元素在炼钢过程中，锆是强有力的脱氧和脱氮元素钴能细化 钢的奥氏体晶粒，它和硫能化合成硫化锆，因此能防止钢的热脆性锆还能改善钢的蓝脆现 象，降低钢的回火脆性，在低合金结构钢中改善钢的低温韧性，作用比钒好但由于锆在钢 中的溶解度很小，且价格昂贵，因此很少在一般钢中应用，而多用于特殊用途目前，锆主 要用于原子能工业，广泛用作核反应堆的包套材料和结构材料此外，在化工方面，锆和铪 一起用于制造耐腐蚀性很高的设备14 、钴（ Co ） 是世界上稀有的贵重金属，因此多用于特殊钢和合金中如在高速钢中加入钴，可以提高它 的高温硬度钻加入含镍（18%〜25%）的马氏体时效钢中，可以获得很高的硬度和强度，很 好的综合力学性能尤其是随着钴和钼含量的增多，时效后硬度和强度的增高就更为显著 而与此同时，如再加入适量的钛、铝、硼和钻，则对时效后的性能更好此外，钻在热强钢 和磁性材料中，也是重要的合金元素15、稀土元素（RE） 是很好的钢中脱硫去气剂，可用于清除其他如砷、锑、铋等有害杂质，可以改变钢中夹杂物 的形态和分布情况，从而改善钢的质量在低合金结构钢中加入适量的稀土，有良好的脱氧、 脱硫作用，可以提高冲击韧性（特别是低温韧性），耐大气腐蚀，并有良好的焊接性能和冷 加工性能，在高合金的不锈耐热钢和电热合金中加入稀土，既可以提高钢的抗氧化性和抗蚀 性，也可以改善钢和合金的铸态组织，从而改善其热加工性能并提高其使用寿命。

但由于稀 土加入方法以及分析检验方法尚未能很好地掌握，以致使用效果波动颇大，甚至有时反会产 生不利的影响，有待今后进一步研究一般所说的稀土元素，是指镧、铈、镨、钕、钜、钐、 铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇、钪共17 个元素16 、铍（ Be ） 是稀有轻金属之一和氧、硫都有极强的亲和力，是一种理想的脱氧去硫剂铍是极强的铁 索体固溶强化元素之一，钢中加铍，能增加钢的淬透性，也可以使钢具有较高的温度强度和 蠕变性能但由于铍供给困难，价格昂贵，目前除了特殊用途（如原子能工业、导弹等）外， 在一般合金钢中尚难于普遍使用17 、硫（ S ）、硒（ Se ）、碲（ Te ） 硫在钢中一般认为它是残存在钢中的有害元素之一它降低钢的延展性及韧性，损害钢的抗 蚀性，对焊接也有不利影响等所以在优质钢中，其含量控制在0.045%以下，就是在普通 钢中也不得大于0.055 % （在侧吹碱性转炉钢中，放宽为不大于0.065 % ） 但在某种条件下， 害处可以转化为益处，如在含硫易切钢中，就是提高其硫和锰的含量，使形成较多的硫化锰 （Mn S）微粒，以改善钢的切削加工性，硒和碲在周期表中和硫同族，性能颇相似，在钢中的 作用也相似。

18、磷（P）、砷（As）、锑（Sb）是属于元素周期表中同一族的元素因此这三种元素在钢中有一些类似的作用它们加入钢 中都有不同程度的抗腐蚀能力磷和砷，尤其是磷对提高钢的抗拉强度有显著的作用，也能 改善钢的切削加工性，但它们又都增加钢的脆性，尤其是低温脆性此外，磷和砷都是造成 钢较严重偏析的有害元素，砷和锑都有抗蚀作用，但如何在钢中予以应用，尚需研究19、 硼（B） 硼和氮及氧都有很强的亲和力，它在钢中突出的作用是微量（0.001％）的硼就可以成信地增 加钢的淬透性，从而节约其他较稀缺、贵重的合金元素，如镍、铬、钼等在珠光体耐热钢 中，微量硼可以提高钢的高温强度，并提高钢的抗硫化氢（H2S）腐蚀能力；在奥氏体钢中加 入0.025％的硼，可以提高其蠕变强度.至于硼含量较高（大于1％）的钢，在原子能方面的应 用，则是近十几年的事20、 氮（ N）在钢中的作用主要为：①固溶强化及时效沉淀强化；②形成和稳定奥氏体组织；③改善高铬 和高铬镍钢的宏观组织，使之致密坚实，并提高其强度；④借渗入方法与钢表面层中的铬、 铝等合金元。