钢材中各元素对性能性的影响.docx

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钢材中各元素对性能性的影响

钢材中各元素对性能性的影响

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构造钢，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复原剂和脱氧剂，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。

在调质构造钢中参加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%,在碳素钢中参加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%。

在钢中参加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〕：

在构造钢和工具钢中，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。

7、镍（Ni）：

镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。

镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。

但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。

8、钼（Mo）：

钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力（长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变）。

构造钢中参加钼，能提高机械性能。

还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。

在工具钢中可提高红性。

9、钛（Ti）：

钛是钢中强脱氧剂。

它能使钢的部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。

改善焊接性能。

在铬18镍9奥氏体不锈钢中参加适当的钛，可防止晶间腐蚀。

10、钒（V）：

钒是钢的优良脱氧剂。

钢中加0.5%的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。

钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。

11、钨（W）：

钨熔点高，比重大，是贵生的合金元素。

钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性。

在工具钢加钨，可显著提高红硬性和热强性，作切削工具及锻模具用。

12、铌（Nb）：

铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，但塑性和韧性有所下降。

在普通低合金钢中加铌，可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力。

铌可改善焊接性能。

在奥氏体不锈钢中加铌，可防止晶间腐蚀现象。

13、钴（Co）：

钴是稀有的贵重金属，多用于特殊钢和合金中，如热强钢和磁性材料。

14、铜（Cu）：

武钢用大冶矿石所炼的钢，往往含有铜。

铜能提高强度和韧性，特别是大气腐蚀性能。

缺点是在热加工时容易产生热脆，铜含量超过0.5%塑性显著降低。

当铜含量小于0.50%对焊接性无影响。

15、铝（Al）：

铝是钢中常用的脱氧剂。

钢中参加少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，如作深冲薄板的08Al钢。

铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝与铬、硅合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。

铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削、加工性能。

16、硼（B）：

钢中参加微量的硼就可改善钢的致密性和热轧性能，提高强度。

17、氮（N）:

氮能提高钢的强度，低温韧性和焊接性，增加时效敏感性。

18、稀土（Xt）：

稀土元素是指元素周期表中原子序数为57-71的15个镧系元素。

这些元素都是金属，但他们的氧化物很象“土〞，所以习惯上称稀土。

钢中参加稀土，可以改变钢中夹杂物的组成、形态、分布和性质，从而改善了钢的各种性能，如韧性、焊接性，冷加工性能。

在犁铧钢中参加稀土，可提高耐磨性。

钢材的质量及性能是根据需要而确定的，不同的需要，要有不同的元素含量。

（1）、碳；含碳量越高，刚的硬度就越高，但是它的可塑性和韧性就越差。

（2）、硫；是钢中的有害杂物，含硫较高的钢在高温进展压力加工时，容易脆裂，通常叫作热脆性。

（3）、磷；能使钢的可塑性及韧性明显下降，特别的在低温下更为严重，这种现象叫作冷脆性。

在优质钢中，硫和磷要严格控制。

但从另方面看，在低碳钢中含有较高的硫和磷，能使其切削易断，对改善钢的可切削性是有利的。

（4）、锰；能提高钢的强度，能消弱和消除硫的不良影响，并能提高钢的淬透性，含锰量很高的高合金钢〔高锰钢〕具有良好的耐磨性和其它的物理性能。

（5）、硅；它可以提高钢的硬度，但是可塑性和韧性下降，电工用的钢中含有一定量的硅，能改善软磁性能。

（6）、钨；能提高钢的红硬性和热强性，并能提高钢的耐磨性。

（7）、铬；能提高钢的淬透性和耐磨性，能改善钢的抗腐蚀能力和抗氧化作用。

（8）、钒；能细化钢的晶粒组织，提高钢的强度，韧性和耐磨性。

当它在高温熔入奥氏体时，可增加钢的淬透性；反之，当它在碳化物形态存在时，就会降低它的淬透性。

（9）、钼；可明显的提高钢的淬透性和热强性，防止回火脆性，提高剩磁和娇顽力。

（10）、钛；能细化钢的晶粒组织，从而提高钢的强度和韧性。

在不锈钢中，钛能消除或减轻钢的晶间腐蚀现象。

（11）、镍；能提高钢的强度和韧性，提高淬透性。

含量高时，可显著改变钢和合金的一些物理性能，提高钢的抗腐蚀能力。

（12）、硼；当钢中含有微量的〔0.001、－0.005、％〕硼时，钢的淬透性可以成倍的提高。

（13）、铝；能细化钢的晶粒组织，阻抑低碳钢的时效。

提高钢在低温下的韧性，还能提高钢的抗氧化性，提高钢的耐磨性和疲劳强度等。

（14）、铜；它的突出作用是改善普通低合金钢的抗大气腐蚀性能，特别是和磷配合使用时更为明显。

钢材的化学成分及其对钢材性能的影响

钢材中除了主要化学成分铁〔Fe〕以外，还含有少量的碳〔C〕、硅〔Si〕、锰〔Mn〕、磷〔P〕、硫〔S〕、氧〔O〕、氮〔N〕、钛〔Ti〕、钒〔V〕等元素，这些元素虽然含量少，但对钢材性能有很大影响：

1、碳：

碳是决定钢材性能的最重要元素。

碳对钢材性能的影响如图6-3所示：

当钢中含碳量在0.8%以下时，随着含碳量的增加，钢材的强度和硬度提高，而塑性和韧性降低；但当含碳量在1.0%以上时，随着含碳量的增加，钢材的强度反而下降。

随着含碳量的增加，钢材的焊接性能变差〔含碳量大于0.3%的钢材，可焊性显著下降〕，冷脆性和时效敏感性增大，耐大气锈蚀性下降。

、图6-3、含碳量对碳素钢性能的影响——抗拉强度；——冲击韧性；——伸长率；——断面收缩率；HB——硬度。

一般工程所用碳素钢均为低碳钢，即含碳量小于0.25%；工程所用低合金钢，其含碳量小于0.52%。

2、硅：

硅是作为脱氧剂而存在于钢中，是钢中的有益元素。

硅含量较低〔小于1.0%〕时，能提高钢材的强度，而对塑性和韧性无明显影响。

3、锰：

锰是炼钢时用来脱氧去硫而存在于钢中的，是钢中的有益元素。

锰具有很强的脱氧去硫能力，能消除或减轻氧、硫所引起的热脆性，大大改善钢材的热加工性能，同时能提高钢材的强度和硬度。

锰是我国低合金构造钢中的主要合金元素。

4、磷：

磷是钢中很有害的元素。

随着磷含量的增加，钢材的强度、屈强比、硬度均提高，而塑性和韧性显著降低。

特别是温度愈低，对塑性和韧性的影响愈大，显著加大钢材的冷脆性。

磷也使钢材的可焊性显著降低。

但磷可提高钢材的耐磨性和耐蚀性，故在低合金钢中可配合其他元素作为合金元素使用。

5、硫：

硫是钢中很有害的元素。

硫的存在会加大钢材的热脆性，降低钢材的各种机械性能，也使钢材的可焊性、冲击韧性、耐疲劳性和抗腐蚀性等均降低。

6、氧：

氧是钢中的有害元素。

随着氧含量的增加，钢材的强度有所提高，但塑性特别是韧性显著降低，可焊性变差。

氧的存在会造成钢材的热脆性。

7、氮：

氮对钢材性能的影响与碳、磷相似，随着氮含量的增加，可使钢材的强度提高，塑性特别是韧性显著降低，可焊性变差，冷脆性加剧。

氮在铝、铌、钒等元素的配合下可以减少其不利影响，改善钢材性能，可作为低合金钢的合金元素使用。

8、钛：

钛是强脱氧剂。

钛能显著提高强度，改善韧性、可焊性，但稍降低塑性。

钛是常用的微量合金元素。

9、钒：

钒是弱脱氧剂。

钒参加钢中可减弱碳和氮的不利影响，有效地提高强度，但有时也会增加焊接淬硬倾向，钒也是常用的微量合金元素。

钢产品具体牌号

根据?

钢铁产品牌号表示方法?

GB221-2000的规定，我国钢铁产品牌号一般采用汉语拼音字母、国际化学元素符号及阿拉伯数字结合起来表示。

1、碳素构造钢的具体牌号

Q195-Q195F、Q195b、Q195

Q215-Q215AF、Q215Ab、Q215A、Q215BF、Q215Bb、Q215B、

Q235-Q235AF、Q235Ab、Q235A、Q235BF、Q235Bb、Q235B、Q235C、Q235D

Q255-Q255A、Q255B

Q275-Q275、

对上述各牌号，要在供给工作中准确识别与使用。

2、低合金高强度构造钢

GB/T221-2000新牌号表示方法将低合金高强度构造钢分为通用钢和专用钢两类，新牌号表示方法与GB/T1591-94?

低合金高强度构造钢?

，GB700-88?

碳素构造钢?

一样，并与碳素构造钢的牌号组成工程用钢的系列。

低合金高强度构造钢按脱氧方法分为镇静钢和特殊镇静钢，但在牌号中没有表示脱氧方法的符号。

1）通用低合金高强度构造钢牌号组成

Q295-Q295A、Q295B

Q245-Q345A、Q345B、Q345C、Q345D、Q345E

Q390-Q390A、Q390B、Q390C、Q390D、Q390E

Q420-Q420A、Q420B、Q420C、Q420D、Q420E

Q460-Q460C、Q460D、Q460E

2）专用低合金高强度构造钢牌号

专用低合金高强度构造钢一般采用代表屈服点的拼音字母“Q〞、屈服点数值（单位为MPa）、，并在尾部加按产品用途的拼音第一个字母表示。

如：

压力容器用钢牌号表示为“Q345R〞；焊接气瓶用钢牌号表示为“Q295HP〞；锅炉用钢牌号表示为“Q390g〞；桥梁用钢牌号表示为“Q420q〞等。

3、优质碳素构造钢的根本牌号有：

08F、10F、15F、08、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、、85、15Mn、20Mn、25Mn、30Mn、35Mn、40Mn、45Mn、50Mn、60Mn、65Mn、70Mn共31个。

4、易切削构造钢：

易切削构造钢分加硫易切削钢、加硫磷易切削钢、加铅易切削钢、加钙易切削钢加硫碳锰易切削钢等。

牌号用规定的符号和阿拉伯数字表示。

即以“易〞的汉语拼音首位字母“Y〞打头，其后用两位阿拉伯数字表示碳含量的万分数。

具体牌号在：

Y12、Y12Pb、Y15、Y15Pb、Y20、Y30、Y35、Y40Mn、Y45Ca共9个牌号。

5、合金构造钢

其牌号是按钢的碳含量、所含合金元素的种类及数量来表示。

这种表示〔编制〕方法可以从牌号上直接看出钢的大致化学成分及质量等级，比拟直观简明。

具体牌号有：

20Mn2、30Mn2、35Mn2、40Mn2、45Mn2、5