钢铁材料中主要元素及其对组织和性能的影响
概析钢的主要杂质元素的特性及影响
概析钢的主要杂质元素的特性及影响引言随着我国社会各领域建设事业的如火如荼的进行，我国对各类自然资源的需求也在急剧的提升，尤其随着我国建筑工程、水利电力工程等基础设施领域的快速发展，我国对钢铁资源的需求总量，在近年来出现了巨大的增加。
同时由于各工程建设领域，对工程质量及安全性方面，提出了更高的要求，这也使得社会对工程建设材料，在性能及质量方面，提出了更高的要求，对钢铁材料的高要求就是其中典型的代表。
然而虽然近年来我国在钢铁冶炼技术工艺领域，取得了重大的突破，钢铁性能得到了极大的提升，然而在钢铁冶炼过程中，其存在的杂质难以有效去除的问题依旧存在。
由于其所用原材料，如铁合金，及废钢等中含有大量的金属和非金属杂质，而这些杂质虽然在冶炼过程中，能够去除一部分，但是其中仍然有部分杂质难以去除，并保留在钢铁成品中，如磷（P）元素、硫（S）元素，以及砷（As）元素、锑（Sb）元素等微量元素，而这些元素中有部分残余元素，其具有偏析特点（偏析是合金中各组成元素在结晶时分布不均匀的现象，致使钢材的材质不均匀，进而产生缺陷，影响其力学性能，如承载力，塑性性能等），其含量虽少，但其对钢铁产品性能的影响却非常大，因而其极大的影响着钢铁性能的稳定，阻碍着钢铁质量的提高。
加大对钢中主要杂质元素的特性及影响的相关研究，有着积极意义。
下文将就钢中主要杂质元素的特性进行分析，在此基础上，对钢中主要杂质元素对其的影响进行详细的探讨。
1.钢中主要杂质元素的特性1.1钢铁中杂质元素的主要来源在钢铁冶炼过程中，由于其冶炼原材料中包含多种金属及非金属杂质，而由于缺乏相应的分离提纯技术，加之冶炼过程不可避免会残存部分杂质，使得当前我国钢铁产品中，或多或少的都会具有一定的杂质含量，诸如磷（P）元素、硫（S）元素等。
具体来说，钢中杂质元素的主要来源，可以从钢铁冶炼所需要的原材料方面着手进行分析。
在钢铁冶炼中，其主要原材料有生铁、铁矿石、废钢等。
特别说明下废钢，废钢是电炉炼钢的主要原料。
钢铁中的元素及作用
各种元素在钢铁中的作用钢铁是铁与C(碳)、Si(硅)、Mn(锰)、P(磷)、S(硫)以及少量的其他元素所组成的合金。
其中除Fe(铁)外，C的含量对钢铁的机械性能起着主要作用，故统称为铁碳合金。
它是工程技术中最重要、用量最大的金属材料。
各种元素在钢铁中有什么作用碳（Carbon)存在于所有的钢材，是最重要的硬化元素。
有助于增加钢材的强度，我们通常希望刀具级别的钢材拥有0.6%以上的碳，也成为高碳钢。
铬（Chromium)增加耐磨损性，硬度，最重要的是耐腐蚀性，拥有13%以上的认为是不锈钢。
尽管这么叫，如果保养不当，所有钢材都会生锈锰（Manganese）重要的元素，有助于生成纹理结构，增加坚固性，和强度、及耐磨损性。
在热处理和卷压过程中使钢材内部脱氧，出现在大多数的刀剪用钢材中，除了A-2,L-6和CPM 420V。
钼（Molybdenum）碳化作用剂，防止钢材变脆，在高温时保持钢材的强度，出现在很多钢材中，空气硬化钢（例如A-2,ATS-34）总是包含1%或者更多的钼,这样它们才能在空气中变硬。
镍（Nickle）保持强度、抗腐蚀性、和韧性。
出现在L-6\AUS-6和AUS-8中。
硅（Silicon）有助于增强强度。
和锰一样，硅在钢的生产过程中用于保持钢材的强度。
钨（Tungsten）增强抗磨损性。
将钨和适当比例的铬或锰混合用于制造高速钢。
在高速钢M-2中就含有大量的钨。
钒（Vanadium）增强抗磨损能力和延展性。
一种钒的碳化物用于制造条纹钢。
在许多种钢材中都含有钒，其中M-2，Vascowear，CPM T440V和420V A含有大量的钒。
而BG-42与ATS-34最大的不同就是前者含有钒按钢的用途分类一、结构钢（1)建筑及工程用结构钢简称建造用钢，它是指用于建筑、桥梁、船舶、锅炉或其他工程上制作金属结构件的钢。
（2)机械制造用结构钢--是指用于制造机械设备上结构零件的钢。
这类钢基本上都是优质钢或高级优质钢，主要有优质碳素结构钢、合金结构钢、易切结构钢、弹簧钢、滚动轴承钢等根据含碳量和用途的不同﹐这类钢大致又分为三类﹕1. 小于0.25％C为低碳钢﹐其中尤以含碳低于0.10%的08F﹐08Al等﹐由于具有很好的深冲性和焊接性而被广泛地用作深冲件如汽车﹑制罐……等﹐20G则是制造普通锅炉的主要材料﹐此外﹐低碳钢也广泛地作为渗碳钢﹐用于机械制造业﹐2. 0.25～0.60％C为中碳钢﹐多在调质状态下使用﹐制作机械制造工业的零件。
过共析钢组织组成物-概述说明以及解释
过共析钢组织组成物-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分主要介绍过共析钢组织组成物的背景和基本概念。
过共析钢是指具有共析组织的钢铁材料，共析组织的形成是由于在钢的冷却过程中发生了共晶反应。
共析钢具有优良的力学性能和耐腐蚀性能，因此在工业领域得到广泛的应用。
过共析钢的组织组成物主要包括铁素体、渗碳体和贝氏体等。
其中，铁素体是过共析钢最基本的组织，由于含有最多的铁元素而得名。
铁素体在过共析钢中的比例会受到钢的成分和冷却速度等因素的影响。
渗碳体是由碳元素在铁素体晶格中扩散形成的，其硬度和耐磨性较高，可以提高过共析钢的强度和耐用性。
贝氏体则是由铁素体和渗碳体在特定条件下形成的一种组织，具有优异的韧性和强度。
了解过共析钢的组织组成物对于理解其性能和应用具有重要意义。
不同比例和形态的组织组成物会直接影响钢的力学性能、腐蚀性能和加工性能等方面。
因此，通过深入了解和研究过共析钢的组织组成物，可以为钢材的设计、制备和应用提供科学依据，进一步优化钢材的性能和质量。
总之，过共析钢的组织组成物是指铁素体、渗碳体和贝氏体等在钢材中的比例和形态。
了解和研究这些组成物对于优化过共析钢的性能和质量具有重要作用。
在接下来的文章中，我们将详细介绍过共析钢的组织组成物对钢材性能的影响以及相关的研究进展。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以按以下方式编写：文章结构本文将按照以下结构来探讨过共析钢的组织组成物。
首先在引言部分进行概述，明确文章的研究主题和目的。
然后在正文部分，分为第一个要点和第二个要点对过共析钢的组织组成物进行详细阐述。
最后，在结论部分对本文的观点进行总结和归纳。
这样的结构设计有助于读者系统性地了解过共析钢的组织组成物，并从不同的角度进行分析和讨论。
通过引言的概述，读者能够对文章的主题和目的有一个整体的认识，从而引起他们的兴趣和好奇心。
接下来的正文部分将详细呈现过共析钢的组织组成物的第一个要点和第二个要点，分别进行深入的解释和论证。
各种元素对钢材性能的影响
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结构钢，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还原剂和脱氧剂，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。
在调质结构钢中加入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%。
在碳素钢中加入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%。
在钢中加入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）：在结构钢和工具钢中，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。
钢铁中五大元素的作用与危害及其分析方法
钢铁中五大元素的作用与危害及其分析方法作者：刘张50905022010 应化2班钢铁是铁与C(碳)、Si(硅)、Mn(锰)、P(磷)、S(硫)以及少量的其他元素所组成的合金。
其中除Fe(铁)外，C的含量对钢铁的机械性能起着主要作用，故统称为铁碳合金。
它是工程技术中最重要、用量最大的金属材料。
钢铁生产流程包括：矿山开采→选矿→烧结→炼铁→炼钢→连铸→轧钢等。
钢铁工业是最重要的基础工业，是其他工业发展的物质基础。
有了钢铁，就使得中国国民经济的技术改造成为可能。
同时，钢铁工业的发展也有赖于煤炭工业、采掘工业、冶金工业、动力、运输等工业部门的发展。
由于钢铁工业与其他工业的关系十分密切，因此许多国家都把发展钢铁工业放在十分重要的地位，并把这种发展与国民经济各部门的发展互相协调起来，保持正常的比例关系。
针对此块精英人才，也是目前我国最稀缺的。
五大元素是特指钢铁中的碳、硫、硅、磷、锰五种元素。
五大元素各个化学元素对钢的性能有以下的影响：1、碳(C) 碳是钢铁的主要成分之一它直接影响着钢铁的性能。
碳是区别铁与钢，决定钢号、品级的主要标志。
碳是对钢性能起决定作用的元素。
碳在钢中可作为硬化剂和加强剂，正是由于碳的存在，才能用热处理的方法来调节和改善其机械性能，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结构钢，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)：由原料矿石引入或脱氧及特殊需要而有意加入，在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，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。
在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。
各种合金元素对钢性能的影响
三、各种合金元素对钢性能的影响目前在合金钢中常用的合金元素有：铬(Cr)，锰(Mn)，镍(Ni)，硅(Si)，硼(B)，钨(W)，钼(Mo)，钒(V)，钛(Ti)和稀土元素(Re)等。
五大元素:硅、锰、碳、磷、硫。
五大杂质元素:氧、氮、磷、硫、氢。
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结构钢，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还原剂和脱氧剂，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。
在调质结构钢中加入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。
硅可提高强度、高温疲劳强度、耐热性及耐H2S等介质的腐蚀性。
硅含量增高会降低钢的塑性和冲击韧性。
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%。
在碳素钢中加入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。
锰可提高钢的强度，增加锰含量对提高低温冲击韧性有好处。
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。
钢铁材料中 49种元素对钢铁性能的影响
Si（硅）
Si是炼钢过程中重要的还原剂和脱氧剂：对于碳钢中的很多材质来说，都含有0.5%以下的Si，这些Si一般是由于炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂而带入的。
硅能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度，其作用仅次于磷，较锰、镍、铬、钨、钼、钒等元素强。但含硅量超过3%时，将显著降低钢的塑性和韧性。硅能提高钢的弹性极限、屈服强度和屈服比（σs/σb），以及疲劳强度和疲劳比（σ-1/σb）等。这是硅或硅锰钢可作为弹簧钢种的缘故。
P（磷）
磷是由矿石带入钢中的，一般说磷也是有害元素。磷虽能使钢材的强度、硬度增高，但引起塑性、冲击韧性显著降低。特别是在低温时，它使钢材显著变脆，这种现象称“冷脆”。冷脆使钢材的冷加工及焊接性变坏，含磷愈高，冷脆性愈大，故钢中对含磷量控制较严。高级优质钢：P＜0.025%；优质钢：P＜0.04%；普通钢：P＜0.085%。
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。
N（氮）
氮对钢材性能的影响与碳、磷相似，随着氮含量的增加，可使钢材的强度显著提高，塑性特别是韧性也显著降低，可焊性变差，冷脆性加剧；同时增加时效倾向及冷脆性和热脆性，损坏钢的焊接性能及冷弯性能。因此，应该尽量减小和限制钢中的含氮量。一般规定氮含量应不高于0.018%。
中碳碳素钢中加硼，由于提高了淬透性，可使厚20mm以上的钢材调质后性能大为改善，因此，可用40B和40MnB钢代替40Cr，可用20Mn2TiB钢代替20CrMnTi渗碳钢。但由于硼的作用随钢中碳的含量的增加而减弱，甚至消失，在选用含硼渗碳钢时，必须考虑到零件渗碳后，渗碳层的淬透性将低于芯部的淬透性的这一特点。
不锈钢所含各元素的作用
不锈钢所含各元素的作用目前已知的化学元素有100多种，在工业中常用的钢铁材料中可以遇到的化学元素约二十多种。
对于人们在与腐蚀现象作长期斗争的实践而形成的不锈钢这一特殊钢系列来说，最常用的元素有十几种，除了组成钢的基本元素铁以外，对不锈钢的性能与组织影响最大的元素是：碳、铬、镍、锰、硅、钼、钛、铌、钛、锰、氮、铜、钴等。
这些元素中除碳、硅、氮以外，都是化学元素周期表中位于过渡族的元素。
实际上工业上应用的不锈钢都是同时存在几种以至十几种元素的，当几种元素共存于不锈钢这一个统一体中时，它们的影响要比单独存在时复杂得多，因为在这种情况下不仅要考虑各元素自身的作用，而且要注意它们互相之间的影响，因此不锈钢的组织决定于各种元素影响的总和。
1)．各种元素对不锈钢的性能和组织的影响和作用1-1.铬在不锈钢中的决定作用：决定不锈钢性属的元素只有一种，这就是铬，每种不锈钢都含有一定数量的铬。
迄今为止，还没有不含铬的不锈钢。
铬之所以成为决定不锈钢性能的主要元素，根本的原因是向钢中添加铬作为合金元素以后，促使其内部的矛盾运动向有利于抵抗腐蚀破坏的方面发展。
这种变化可以从以下方面得到说明：①铬使铁基固溶体的电极电位提高②铬吸收铁的电子使铁钝化钝化是由于阳极反应被阻止而引起金属与合金耐腐蚀性能被提高的现象。
构成金属与合金钝化的理论很多，主要有薄膜论、吸附论及电子排列论。
1-2. 碳在不锈钢中的两重性碳是工业用钢的主要元素之一，钢的性能与组织在很大程度上决定于碳在钢中的含量及其分布的形式，在不锈钢中碳的影响尤为显著。
碳在不锈钢中对组织的影响主要表现在两方面，一方面碳是稳定奥氏体的元素，并且作用的程度很大（约为镍的30倍），另一方面由于碳和铬的亲和力很大，与铬形成—系列复杂的碳化物。
所以，从强度与耐腐烛性能两方面来看，碳在不锈钢中的作用是互相矛盾的。
认识了这一影响的规律，我们就可以从不同的使用要求出发，选择不同含碳量的不锈钢。
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Nb(铌)
为常用的脱氧剂。对铁素体的固溶强化作用仅次於磷,提高钢的电阻率,降低磁滞损耗,对磁导率也有所改善,为硅钢片的主要合金化元素。提高钢的淬透性和抗回火性,对钢的综合力学性能,特别是弹性极限有利。还可增强钢在自然条件下的耐蚀性。为弹簧钢和低合金高强度钢中常用的合金元素。含量较高时,对钢的焊接性不利,因焊接时飞溅较严重,有损焊缝质量,并易导致冷脆;对中、高碳钢回火时易产生石墨化
W(钨)
缩小γ相区,形成γ相圈,在a铁和γ铁中的最大溶解度分别为33%及%。强碳化物形成元素,碳化钨而耐磨
含钨高有二次硬化作用,以及增加耐磨性。其对钢淬透性、回火稳定性、力学性能及热强性的影响均与钼相似,但按重量百分数比较,其作用较钼为弱。对钢抗氧化性不利
Mo(钼)
缩小γ相区,形成γ相圈;在a铁及γ铁中的最大溶解度分别约4%及%。强碳化物形成元素
阻抑奥氏体到珠光体转变的能力最强,从而提高钢的淬透性,并为贝氏体高强度钢的重要合金化元素之一。含量约%时,能降低或抑止其他合金元素导致的回火脆性。在较高回火温度下,形成弥散分布的特殊碳化物,在二次硬化作用。提高钢的热强性和蠕变强度,含Mo2%~3%能增加耐蚀钢抗有机酸及还原性介质腐蚀的能力
当含量超过%时,经固溶处理和时效后可产生时效强化作用。含量低时,其作用与镍相似,但较弱。含量较高时,对热变形加工不利,如超%,在氧化气氛中加热,由於选择性氧化作用,在表面将形成一富铜层,在高温熔并侵蚀钢表面层的晶粒边界,在热变形加工时导致高温铜脆现象。如钢中同时含有超过铜含量1/3的镍,则可避免此种铜脆的发生,如用於铸钢件则无上述弊病。在低碳低合金钢中,特别与磷同时存在时,可提高钢的抗大气腐蚀性能。Cu2%~3%在奥氏体不锈钢中可提高其对硫酸、磷酸及盐酸等的抗腐蚀性及对应力腐蚀的稳定性
As(砷)
缩小γ相区,形成γ相圈,作用与磷相似,在钢中偏析严重
含量不超过%时,对钢的一般力学性能影响不大,但增加回火脆性敏感性
B(硼)
缩小γ相区,但因形成Fe2B,不形成γ相圈。在a铁及γ铁中的最大溶解度分别为不大於%及%
微量硼在晶界上阻抑铁素体晶核的形成,从而延长奥氏体的孕育期,提高钢的淬透性。但随钢中碳含量的增加,此种作用逐渐减弱以至完全消失
O(氧)
缩小γ相区,但由於氧化铁的形成,不形成γ相圈;在a铁及γ铁中的最大溶解度分别约为%及%
固溶於钢中的数量极少,所以对钢性能的影响并不显着。超过溶解度部分的氧以各种夹杂的形式存在,对钢塑性及韧性不利
Pb(铅)
基本上不溶於钢中
含量在%左右并以极微小的颗粒存在时,能在不显着影响其他性能的前提下,改善钢的被切削性
Cr(铬)
缩小γ相区,形成γ相圈;在a铁中无限固溶,在γ铁中的最大溶解度为%,中等碳化物形成元素,随铬含量的增加,可形成(Fe,Cr)3C,(Cr,Fe)7C3及(Cr,Fe)23C6等碳化物
增加钢的淬透性并有二次硬化作用,提高碳钢的耐磨性。含量超过12%时,使钢有良好的高温抗氧化性和耐氧化性介质腐蚀的作用,并增加钢的热强性。为不锈耐酸钢及耐热钢的主要合金化元素。含量高时,易发生σ想和475℃脆性
RE(混合稀土)
包括元素周期表III B族中镧系元素及钆和钪,共17个元素。它们都缩小γ相区,除镧外,都由於中间化合物的形成而不形成γ相圈;它们在铁中的溶解度都很低,如铈和钕的溶解度都不超过%。它们在钢中,半素以上进入碳化物中,小部分进入夹杂物中,其余部分存在於固溶体中。它们和氧、硫、磷、氮、氢的亲合力很强,和砷、锑、铅、铋、锡等也能形成熔点较高的化合物
提高硫和猛的含量,可以改善钢的被切削性。在钢中偏析严重,恶化钢的质量。如以熔点较低的FeS的形成存在时,将导致钢的热脆现象。为了防止因硫导致的热脆应有足够的锰,使形成熔点较高的MnS。硫含量偏高,焊接时由於SO2的产生,将在焊缝金属内形成气孔和疏松
Si(硅)
缩小γ相区,形成γ相圈;在a铁及铁中的溶解度分别为%及%。不形成碳化物
磷)
缩小γ相区,形成γ相圈;在a铁及γ铁中的最大溶解度分别为%及%,不形成碳化物,但含量高时易形成Fe3P
固溶强化及冷作硬化作用极强;与铜联合使用,提高低合金高强度钢的耐大气腐蚀性能,但降低其冷冲压性能。与硫锰联合使用,增加钢的被切削性。在钢中偏析严重。增加钢的回火脆性及冷脆敏感性
S(硫)
缩小γ相区,因有FeS的形成,未能形成γ相圈。在铁中溶解度很小,主要以硫化物的形式存在
有脱气、脱硫和消除其他有害杂质的作用。还改善夹杂物的形态和分布,改善钢的铸态组织,从而提高钢的质量。%的稀土加入量可以提高钢的抗氧化性,高温强度及蠕变强度;也可以较大幅度地提高不锈耐酸钢的耐蚀性
Zr(锆)
缩小γ相区,形成γ相圈;在a铁和γ铁中的最大溶解度分别约为%及%强碳化物及氮化物形成元素,其作用仅次於钛
钢铁材料中主要元素及其对组织和性能的影响
元素符号
对组织的影响
对性能的影响
AI(铝)
缩小γ相区,形成γ相圈;在a铁及r铁中的最大溶解度分别为36%及%,不形成碳化物,但与氮及氧亲和力极强
主要用来脱氧和细化晶粒。在渗氮钢中促使形成坚硬耐蚀的渗氮层。含量高时,赋予钢高温抗氧化及耐氧化性介质、HzS气体的腐蚀作用。固溶强化作用大。在耐热合金中,与镍形成γ'相(Ni3AI),从而提高其热强性。有促使石墨化倾向,对淬透性影响不显着。
H(氢)
扩大γ相区,在奥氏体中的溶解度远大於在铁素体中的溶解度;而在铁素体中的溶解度也随温度的下降而剧减
氢使钢易产生白点不允许有的缺陷,也是导致焊缝热影响区中发生冷裂的重要因素。因此,应采取一切可能的措施降低钢中的氢含量
N(氮)
扩大γ相区,但由於形成氮化铁而不能无限固溶;在a铁及γ铁中的最大溶解度分别约为%及%。不形成碳化物,但与钢中其他合金元素形成氮化物,如TiN,VN,AIN等
缩小γ相区,但由於拉氏相NbFe2的形成而不形成γ相圈;在a铁及γ铁中的最大溶解度分别约为%及%。强碳化物及氮化物形成元素
部分元素进入固溶体,固溶强化作用很强。固溶於奥氏体时,显着提高钢的淬透性;但以碳化物及氧化物微细颗粒形成态存在时,却细化晶粒并降低钢的淬透性。增加钢的回火稳定性,有二次硬化作用。微量铌可以在不影响钢的塑性或韧性的情况下,提高钢的强度。由於细化晶粒的作用,提高钢的冲击韧性并降低其脆性转折温度。当含量大於碳含量的8倍时,几乎可以固定钢中所有的碳,使钢具有很好的抗氢性能;在奥氏体钢中,可以防止氧化介质对钢的晶间腐蚀。由於固定钢中的碳和沉淀硬化作用,可以提高热强钢的高温性能,如蠕变强度等
Ni(镍)
扩大γ相区,形成无限固溶体在a铁中的最大溶解度约10%。不形成碳化物
固溶强化及提高淬透性的作用中等。细化铁素体晶粒,在强度相同的条件下,提高钢的塑性和韧性,特别是低温韧性。为主要奥氏体形成元素并改善钢的耐蚀性能。与铬、钼等联合使用,提高钢的热强性和耐蚀性,为热强钢及奥氏体不锈耐酸钢的主要合金元素之一
Co(钴)
无限固溶於γ铁,在a铁中的溶解度为76%。非碳化物形成元素
有固溶强化作用,赋予钢红硬性,改善钢的高温性能和抗氧化及耐腐蚀的能力,为超硬高速钢及高温合金的重要合金化元素。提高钢的Ms点,降低钢的淬透性
Cu(铜)
扩大γ相区,但不无限固溶;在a铁及γ铁中最大的溶解度分别为2%或%。在724℃及700℃时,在a铁中的溶解度剧降至%及%
Mn(锰)
扩大γ相区,形成无限固溶体。对铁素体及奥氏体均有较强的固溶强化作用。为弱碳化物形成元素,进入渗碳体替代部分铁原子,形成合金渗碳体
与硫形成熔点较高的MnS,可防止因FeS而导致的热脆现象。降低钢的下临界点,增加奥氏体冷却时的过冷度,细化珠光体组织以改善其机械性能,为低合金钢的重要合金化元素之一,并为无镍及少镍奥氏体钢的主要奥氏体元素。提高钢的淬透性的作用强,但有增加晶粒粗化和回火脆性的不利倾向
Ti(钛)
缩小γ相区。形成γ相圈;在a铁及γ铁中的最大溶解度分别约为7%及%,系最强的碳化物形成元素,与氮的亲合力也极强
固溶状态时,固溶强化作用极强,但同时降低固溶体的韧性。固溶於奥氏体中提高钢淬透性的作用很强,但化合钛,由於其细微颗粒形成新相的晶核从而促进奥氏体分解,降低钢的淬透性。提高钢的回火稳定性,并有二次硬化作用。含量高时析出弥散分布的拉氏相TiFe2,而产生时效强化作用。提高耐热钢的抗氧化性和热强性,有防止和减轻不锈耐酸钢晶间和应力腐蚀的作用。由於细化晶粒和固定碳,对钢的焊接性有利
V(钒)
缩小γ相区,形成γ相圈,在a铁中无限固溶,在γ铁中的最大溶解度约%。强碳化物及氮化物形成元素
固溶於奥氏体中可提高钢的淬透性;但以化合物状态存在的钒,由於这类化合物的细小颗粒形成新相的晶核,将降低钢的淬透性。增加钢的回火稳定性并有强烈的二次硬化作用。固溶於铁素体中有极强的固溶强化作用。有细化晶粒作用,所以对低温冲击韧度有利。碳化钒是金属碳化物中最硬最耐磨的,可提高工具钢的使用寿命。钒通过细小碳化物颗的弥散分布可以提高钢的蠕变和持久强度。钒、碳含量比大於时可防止或减轻介质对不锈耐酸钢的晶间腐蚀,并大大提高钢抗高温度压氢腐蚀的能力,但对钢高温抗氧化性不利
在钢中的一些作用与铌、钛、钒相似。小量的锆有脱气、净化和细化晶粒的作用,对钢的低温韧性有利,并可消除时效现象,改善钢的冲压性能
钢铁材料中主要元素及其对组织和性能的影响
元素符号
对组织的影响
对性能的影响
C(碳)
扩大γ相区,但因渗碳体的形成,不能无限固溶。在a铁及γ铁中的最大溶解度分别为%及%
随含量的增加,提高钢的硬度和强度,但降低其塑性和韧性