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49種元素對鋼材性能的影響，建議鋼鐵人收藏學(xué)習(xí)！
發(fā)布日期:2018-03-31 來源:
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元素 |
對鋼材性能的影響 |
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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、白點等缺陷。氫與氧、氮一樣，在固態(tài)鋼中溶解度極小，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。“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）。
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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，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。
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較大，不便采用。
硼和氮及氧有強的親和力，沸騰鋼中加入0.007%的硼，可以消除鋼的時效現(xiàn)象。
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C （碳） |
C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。
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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，冷脆性加劇；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。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。
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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，使鋼的強度、塑性降低。尤其是對疲勞強度、沖擊韌性等有嚴(yán)重影響。
氧會使硅鋼中鐵損增大，磁導(dǎo)率及磁感強度減弱，磁時效作用加劇。
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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% ,其抗拉強度和屈服強度增加5%以上，塑性基本保持不變。
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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，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。鋁的缺點是影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能。
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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度，其作用僅次于磷，較錳、鎳、鉻、鎢、鉬、釩等元素強。但含硅量超過3%時，將顯著降低鋼的塑性和韌性。硅能提高鋼的彈性極限、屈服強度和屈服比（σs/σb），以及疲勞強度和疲勞比（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度。但在強磁場下硅降低鋼的磁感強度。硅因有強的脫氧力，從而減少了鐵的磁時效作用。
含硅的鋼在氧化氣氛中加熱時，表面將形成一層SiO2薄膜，從而提高鋼在高溫時的抗氧化性。
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。因為與氧的結(jié)合能力硅比鐵強，在焊接時容易生成低熔點的硅酸鹽，增加熔渣和融化金屬的流動性，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作為原料帶入的。在沸騰鋼中，硅限制在<0.07%，有意加入時，則在煉鋼時加入硅鐵合金。
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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，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的固溶強化及冷作硬化作用很好，與銅聯(lián)合使用，提高低合金高強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%（如冷軋電機用硅鋼含P=0.07～0.10%）。 磷是強化鐵素體作用最強的元素。（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。）
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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(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，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，在鍛造和軋制時造成裂紋。硫?qū)附有阅芤膊焕档湍透g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。
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K/Na （鉀/鈉） |
鉀/鈉可作為變質(zhì)劑使白口鐵中碳化物團球化，使白口鐵（以及萊氏體鋼） 新聞中心
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