十一個元素對鋼鐵性能的影響！
來源:rcd
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作者:rcd摘自
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發布時間: 2022-03-23
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十一個元素對鋼鐵性能的影響！
元素1：C（碳）對鋼鐵性能的影響：
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。
元素2：S（硫）對鋼鐵性能的影響：
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，所以當鋼材熱加工時，由于FeS化合物的過早熔化而導致工件開裂，這種現象稱為“熱脆”。降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時造成裂紋。硫對焊接性能也不利，降低耐腐蝕性。高級優質鋼：S＜0.02%～0.03%；優質鋼：S＜0.03%～0.045%；普通鋼：S＜0.055%～0.7%以下。由于其切屑發脆而可得到非常光澤的表面，所以可用于制要求負荷不大而具高表面光潔度的鋼制件（名為快削鋼），（如Cr14）有意加進少量的硫（=0.2～0.4%）。某些高速鋼工具鋼進行硫化表面。
元素3：P（磷）對鋼鐵性能的影響：
磷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。高級優質鋼：P＜0.025%；優質鋼：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。）
元素4：Cr（鉻）對鋼鐵性能的影響：
鉻能增加鋼的淬透性并有二次硬化的作用，可提高碳鋼的硬度和耐磨性而不使鋼變脆。含量超過12%時，使鋼有良好的高溫抗氧化性和耐氧化性腐蝕的作用，還增加鋼的熱強性。鉻為不銹鋼耐酸鋼及耐熱鋼的主要合金元素。
鉻能提高碳素鋼軋制狀態的強度和硬度，降低伸長率和斷面收縮率。當鉻含量超過15%時，強度和硬度將下降，伸長率和斷面收縮率則相應地有所提高。含鉻鋼的零件經研磨容易獲得較高的表面加工質量。
鉻在調質結構中的主要作用是提高淬透性，使鋼經淬火回火后具有較好的綜合力學性能，在滲碳鋼中還可以形成含鉻的碳化物，從而提高材料表面的耐磨性。
含鉻的彈簧鋼在熱處理時不易脫碳。鉻能提高工具鋼的耐磨性、硬度和紅硬性，有良好的回火穩定性。在電熱合金中，鉻能提高合金的抗氧化性、電阻和強度。
元素5：Mo（鉬）對鋼鐵性能的影響：
鉬在鋼中能提高淬透性和熱強性，防止回火脆性，增加剩磁和矯頑力以及在某些介質中的抗蝕性。在調質鋼中，鉬能使較大斷面的零件淬深、淬透，提高鋼的抗回火性或回火穩定性，使零件可以在較高溫度下回火，從而更有效地消除（或降低）殘余應力，提高塑性。
在滲碳鋼中鉬除了具有上述作用外，還能在滲碳層中降低碳化物在晶界上形成連續網狀的傾向，減少滲碳層中殘留的奧氏體，相對地增加了表面層的耐磨性。
在鍛模鋼中，鉬還能保持鋼有比較穩定的硬度，增加對變形。開裂和磨損等的抗力。
在不銹耐酸鋼中，鉬能進一步提高對有機酸（如蟻酸、醋酸、草酸等）以及過氧化氫、硫酸、亞硫酸、硫酸鹽、酸性染料、漂白粉液等的抗蝕性。特別是由于鉬的加入，防止了氯離子的存在所產生的點腐蝕傾向。含1%左右鉬的W12Cr4V4Mo高速鋼具有耐磨性、回火硬度和紅硬性等。
元素6：Ti（鈦）對鋼鐵性能的影響：
鈦和氮、氧、碳都有極強的親和力，與硫的親和力比鐵強，是一種良好的脫氧去氣劑和固定氮和碳的有效元素。鈦雖然是強碳化物形成元素，但不和其他元素聯合形成復合化合物。碳化鈦結合力強，穩定，不易分解，在鋼中只有加熱到1000℃以上才能緩慢地溶入固溶體中。
在未溶入之前，碳化鈦微粒有阻止晶粒長大的作用。由于鈦和碳之間的親和力遠大于鉻和碳之間的親和力，在不銹鋼中常用鈦來固定其中的碳以消除鉻在晶界處的貧化，從而消除或減輕鋼的晶間腐蝕。鈦也是強鐵氧體形成元素之一，強烈的提高了鋼的A1和A3溫度。鈦在普通低合金鋼中能提高塑性和韌性。由于鈦固定了氮和硫并形成碳化鈦，提高了鋼的強度。經正火使晶粒細化，析出形成碳化物可使鋼的塑性和沖擊韌性得到顯著改善，含鈦的合金結構鋼，有良好的力學性能和工藝性能，主要缺點是淬透性稍差。在高鉻不銹鋼中通常需加入約5倍碳含量的鈦，不但能提高鋼的抗蝕性（主要是抗晶間腐蝕）和韌性；還能組織鋼在高溫時的晶粒長大傾向和改善鋼的焊接性能。
元素7：Mn（錳）對鋼鐵性能的影響：
Mn能提高鋼材強度：由于Mn價格相對便宜，且能與Fe無限固溶，在提高鋼材強度的同時，對塑性的影響相對較小。因此，錳被廣泛用于鋼中的強化元素。可以說，基本上所有碳鋼中，都含有Mn。我們常見的沖壓軟鋼，雙相鋼(DP鋼)，相變誘導塑性鋼(TR鋼)，馬氏體鋼(MS鋼)，都含有錳元素。一般，軟鋼中的Mn含量不會超過0.5%；高強鋼中的Mn含量會隨著強度級別的升高而升高，例如馬氏體鋼，錳含量可高達3%。
Mn提高鋼的淬透性，改善鋼的熱加工性能：比較典型的例子是40Mn和40號鋼。
Mn能消除S（硫）的影響：Mn在鋼鐵冶煉中可與S形成高熔點的MnS，進而消弱和消除S的不良影響。但是，Mn的含量也是一把雙刃劍。Mn含量并不是越高越好。錳含量的增高，會降低鋼的塑性以及焊接性能。
元素8：V（釩）對鋼鐵性能的影響：
釩和碳、氨、氧有極強的親和力，與之形成相應的穩定化合物。釩在鋼中主要以碳化物的形式存在。其主要作用是細化鋼的組織和晶粒，降低鋼的強度和韌性。當在高溫溶入固溶體時，增加淬透性；反之，如以碳化物形式存在時，降低淬透性。釩增加淬火鋼的回火穩定性，并產生二次硬化效應。鋼中的含釩量，除高速工具鋼外，一般均不大于0.5%。
釩在普通低碳合金鋼中能細化晶粒，提高正火后的強度和屈服比及低溫特性，改善鋼的焊接性能。釩在合金結構鋼中由于在一般熱處理條件下會降低淬透性，故在結構鋼中常和錳、鉻、鉬以及鎢等元素聯合使用。釩在調質鋼中主要是提高鋼的強度和屈服比，細化晶粒，撿的過熱敏感性。在滲碳鋼中因能細化晶粒，可使鋼在滲碳后直接淬火，不需二次淬火。
釩在彈簧鋼和軸承鋼中能提高強度和屈服比，特別是提高比例極限和彈性極限，降低熱處理時脫碳敏感性，從而提高了表面質量。五鉻含釩的軸承鋼，碳化彌散度高，使用性能良好。
釩在工具鋼中細化晶粒，降低過熱敏感性，增加回火穩定性和耐磨性，從而延長了工具的使用壽命。
元素9：Ni（鎳）對鋼鐵性能的影響：
鎳的有益作用是：高的強度、高的韌性和良好的淬透性、高電阻、高的耐腐蝕性。
一方面既強烈提高鋼的強度，另方面又始終使鐵的韌性保持極高的水平。其變脆溫度則極低。（當鎳＜0.3%時，其變脆溫度即達‐100℃以下，當Ni量增高時，約4～5%，其變脆溫度競可降至‐180℃。所以能同時提高淬火結構鋼的強度和塑性。含Ni=3.5%，無Cr鋼可空淬，含Ni=8%的Cr鋼在很小冷速下也可轉變為M體。
Ni的晶格常數與γ‐鐵相近，所以可成連續固溶體。這就有利于提高鋼的淬硬性，Ni可降低臨界點并增加奧氏體的穩定性，所以其淬火溫度可降低，淬透性好。一般大斷面的厚重件都用加Ni鋼。當它同Cr、W或Cr、Mo結合的時候，淬透性尤可增高。鎳鉬鋼還具有很高的疲勞極限。（Ni鋼有良好的耐熱疲勞性，工作在冷熱反復。σ、αk高）在不銹鋼中用Ni，是為了使鋼具有均勻的A體組織，以改善耐蝕性。有Ni鋼一般不易過熱，所以它可阻止高溫時晶粒的增長，仍可保持細晶粒組織。
元素10：W（鎢）對鋼鐵性能的影響：
鎢在鋼中除形成碳化物外，部分地溶入鐵中形成固溶體。其作用與鉬相似，按質量分數計算，一般效果不如鉬顯著。鎢在鋼中主要樣圖是增加回火穩定性、紅硬性、熱強性以及由于形成碳化物而增加的耐磨性。因此它的主要用于工具鋼，如高速鋼、熱鍛模具用鋼等。
鎢在優質彈簧鋼中形成難熔碳化物，在較高溫度回火時，能緩解碳化物的聚集過程，保持較高的高溫強度。鎢還可以降低鋼的過熱敏感性、增加淬透性和提高硬度。65SiMnWA彈簧鋼熱軋后空冷就具有很高的硬度，50mm2截面的彈簧鋼在油中即能淬透，可作承受大負荷、耐熱（不大于350℃）、受沖擊的重要彈簧。30W4Cr2VA高強度耐熱優質彈簧鋼，具有大的淬透性，1050～1100℃淬火，550～650℃回火后抗拉強度達1470～1666Pa。它主要用于制造在高溫（不大于500℃）條件下使用的彈簧。由于鎢的加入，能顯著提高鋼的耐磨性和切削性，所以，鎢是合金工具鋼的主要元素。
元素11：O（氧）對鋼鐵性能的影響：
氧在鋼中是有害元素。它是在煉鋼過程中自然進入鋼中的，盡管在煉鋼末期要加入錳、硅、鐵和鋁進行脫氧，但不可能除盡。鋼水凝固期間，溶液中氧和碳反應會生成一氧化碳，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、沖擊韌性等有嚴重影響。
氧會使硅鋼中鐵損增大，磁導率及磁感強度減弱，磁時效作用加劇。
