钢中常见的元素、夹杂物对钢性能的作用及影响
钢铁材料中主要元素及其对组织和性能的影响
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
钢中的杂质元素
钢中不可能除尽所有的杂质 在钢的冶炼过程中，不可能除尽所有的杂质，所以实际使用的碳钢中除碳以外，还含有少量的锰、硅、硫、磷、氧、氢、氮等元素，它们的存在，会影响钢的质量和性能。
()一•锰和硅的影响 ● 锰和硅是炼钢过程中必须加入的脱氧剂，用以去除溶于钢液中的氧。
● 它还可把钢液中的FeO 还原成铁，并形成MnO 和2SiO 。
● 锰除了脱氧作用外，还有除硫作用，即与钢液中的硫结合成MnS ，从而在相当大程度上消除硫在钢中的有害影响。
● 这些反应产物大部分进入炉渣，小部分残留于钢中，成为非金属夹杂物。
● 脱氧剂中的锰和硅总会有一部分溶于钢液中，冷至室温后即溶于铁素体中，提高铁素体的强度。
● 此外，锰还可以溶入渗碳体中，形成()C Mn Fe 3,锰和硅的固溶强化作用铁素体提高钢的强度和硬度● 锰对碳钢的机械性能有良好的影响，它能提高钢的强度和硬度，当含锰量不高<0.8%时，可以稍微提高或不降低钢的塑性和韧性。
● 锰提高强度的原因是它溶入铁素体而引起的固溶强化，并使钢材在轧后冷却时得到层片较细、强度较高的珠光体，在同样含锰量和同样冷却条件下珠光体的相对量增加。
● 硅溶于铁素体后有很强的固溶强化作用，显着提高钢的强度和硬度，但含量较高时，将使钢的塑性和韧性下降。
()二•硫的影响 来源：硫是钢中的有害元素，它是在炼钢时由矿石和燃料带到钢中来的杂质。
存在形式：从FeS 相图4.25可以看出，硫只能溶于钢液中，在固态铁中几乎不能溶解，而是以FeS 夹杂的形式存在于固态钢中。
热加工开裂即热脆：1. 硫的最大危害是引起钢在热加工时开裂，这种现象称为热脆2. 造成热脆的原因是由于FeS 的严重偏折3. 即使钢中含硫量不算高，也会出现Fe+FeS 共晶4. 钢在凝固时，共晶组织中的铁依附在先共晶相一铁晶体上生长，最后把FeS 留在晶界处，形成离异共晶。
FeS Fe +共晶的熔化温度很低989度，而热加工的温度一般为1150~1250度，这时位于晶界上的FeS Fe +共晶已处于熔融状态，从而导致热加工时开裂5. 如果钢液中含氧量也高，还会形成熔点更低的（940度）FeS FeO Fe ++三相共晶，其危害性更大防止热脆的方法和原理：防止热脆的方法是往钢中加入适当的锰。
c si mn p cr s ni ti nb cu化学元素对钢性能的影响 对钢材起的作用
c si mn p cr s ni ti nb cu化学元素对钢性能的影响对钢材起的作用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。
各种金属元素在钢中的作用
各种金属元素在钢中的作用1.铁（Fe）：铁是钢的主要成分，赋予钢良好的强度和塑性。
纯铁本身并不适合作为结构材料，但与其他元素合金后可形成钢，使其具有更高的强度和耐用性。
2.碳（C）：碳是钢中最重要的合金元素之一、适量的碳能提高钢的硬度和强度，增加其耐磨性和耐蚀性。
其中，碳含量在0.02%至2.1%之间的钢被广泛应用。
3.锰（Mn）：锰能够提高钢的硬度和韧性，使钢更加耐磨和耐冲击。
锰还可以与硫、磷等杂质结合，形成易于熔化的夹杂物，从而提高钢的可塑性和加工性能。
4.硅（Si）：硅在钢中作为脱氧剂，能够有效降低钢中的氧含量，从而减少气孔和夹杂物的形成。
硅对钢的强度和塑性影响有限，但有助于改善钢的耐腐蚀性能。
5.磷（P）：磷的掺入可以提高钢的硬度和抗拉强度。
然而，高磷含量会降低钢的可塑性和韧性，并增加冷脆倾向。
因此，磷含量通常应控制在较低水平。
6.硫（S）：硫主要存在于原材料中的钢中，并往往是不可避免的。
过高的硫含量会导致钢的脆化和冷脆倾向。
因此，控制硫含量对于保证钢的可锻性和韧性至关重要。
7.铬（Cr）：铬是不锈钢中的主要合金元素之一，能够形成耐蚀的氧化层，提高钢的耐腐蚀性能。
铬还可以增加钢的硬度和强度，同时改善钢的高温强度和抗氧化性能。
8.镍（Ni）：镍可以提高钢的韧性和可塑性，改善冷加工性能。
镍还能增加钢的耐腐蚀性能和高温强度，使钢具有更好的抗剪切、耐磨和耐腐蚀性能。
9.钼（Mo）：钼能够提高钢的强度和韧性，特别是在高温下。
钼还能增加钢的耐腐蚀性能、抗磨性和切削性能，因此常用于制造高速钢和高温合金。
10.钛（Ti）：钛能够提高钢的耐高温性能和抗腐蚀性能。
钛还能够与氮结合形成细小的碳化钛，提高钢的硬度和强度。
由于钛的昂贵和难处理性，其含量通常较低。
除了上述主要的金属元素外，钢中还可能含有其他元素，如铜、铝、氮等，它们也会对钢的性能产生影响。
这些元素的含量、相互作用和加工过程都将影响到钢的力学性能、耐蚀性能、可加工性等特性。
夹杂物及其对钢性能的影响
夹杂物及其对钢性能的影响（1）夹杂物的分类钢在加工变形中，各类夹杂物变形性不同，按其变形能力分为三类：1.脆性夹杂物一般指那些不具有塑性变形能力的简单氧化物（Al2O3、Cr2O3、ZrO2等）、双氧化物（如FeO·Al2O3、MgO·Al2O3、CaO·6 Al2O3）、碳化物（TiC）、氮化物(TiN、Ti(CN)AlN、VN等)和不变形的球状或点状夹杂物（如球状铝酸钙和含SiO2较高的硅酸盐等）。
钢中铝硅钙夹杂物具有较高的熔点和硬度，当压力加工变形量增大时，铝硅钙被压碎并沿着加工方向而呈串链状分布，严重破坏了钢基体均匀的连续性。
2.塑性夹杂物这类夹杂物在钢经受加工变形时具有良好的塑性，沿着钢的流变方向延伸成条带状，属于这类的夹杂物含SiO2量较低的铁锰硅酸盐、硫化锰（MnS）、（Fe, Mn）S等。
夹杂物与钢基体之间的交界面处结合很好，产生裂纹的倾向性较小。
3.半塑性变形的夹杂物一般指各种复合的铝硅酸盐夹杂物，复合夹杂物中的基体，在热加工变形过程中产生塑性变形，但分布在基体中的夹杂物（如CaO·Al2O3、尖晶石型的双氧化物等）不变形，基体夹杂物随着钢基体的变形而延伸，而脆性夹杂物不变形，仍保持原来的几何形状，因此将阻碍邻近的塑性夹杂物自由延伸，而远离脆性夹杂物的部分沿着钢基体的变形方向自由延伸。
（2）夹杂物对钢性能的影响大量试验事实说明夹杂物对钢的强度影响较小，对钢的韧性危害较大，其危害程度又随钢的强度的增高而增加。
4.夹杂物变形性对钢性能的影响钢中非金属夹杂物的变形行为与钢基休之间的关系，可用夹杂物与钢基体之间的相对变形量来表示，即夹杂物的变形率v，夹杂物的变形率可在v=0~1这个范围受化，若变形率低，钢经加工变形后.由于钢产生塑性变形，而夹杂物基本不变形，便在夹杂物和钢基体的交界处产生应力集中，导致在钢与夹杂物的交界处产生微裂纹，这些微裂纹便成为零件在使用过程中引起疲劳破坏的隐患。
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。
各种金属元素对钢材的影响机理
各种金属元素对钢材的影响机理金属元素是钢材中不可或缺的组成部分，它们对钢材的影响机理是多方面的。
以下将介绍常见的几种金属元素对钢材的影响及其机理。
1.碳元素对钢材的影响机理：碳是钢材中最重要的合金元素之一，对钢材的影响很大。
当碳含量达到一定限度时，可以使钢材具有较高的强度和硬度。
碳元素可以通过固溶强化和析出来增强钢材的力学性能。
碳与钢中的铁形成固溶体，可以增加钢材的强度和硬度。
此外，碳元素还可以与铁形成一些强化相，如碳化铁和渗碳体，进一步提高钢材的强度。
2.铬元素对钢材的影响机理：铬是一种常见的合金元素，对钢材具有重要影响。
铬主要通过固溶强化和析出来增强钢材的性能。
它与钢中的铁形成固溶体，可以提高钢材的强度和硬度，并且可以增加钢材的耐腐蚀性能。
铬与钢中的碳结合可形成强化相，如碳化铬，进一步提高钢材的强度和硬度。
此外，铬还能够形成一层致密的氧化铬膜，从而防止钢材进一步被氧化，提高钢材的抗腐蚀性能。
3.镍元素对钢材的影响机理：镍是一种常用的合金元素，它对钢材的影响也很大。
镍可以提高钢材的抗冲击性和耐蚀性能。
镍可以与钢中的铁形成固溶体，从而提高钢材的强度和韧性。
此外，镍还具有一定的稳定化作用，可以提高钢材的抗腐蚀性能，防止钢材被腐蚀。
4.锰元素对钢材的影响机理：锰是一种常见的合金元素，对钢材的影响很大。
锰可以通过固溶强化和析出来增强钢材的性能。
它与钢中的铁形成固溶体，可以提高钢材的强度和硬度，并且可以提高钢材的透磁性。
此外，锰还可以与硫形成夹杂物，从而改善钢材的加工性能。
5.钼元素对钢材的影响机理：钼是一种重要的合金元素，对钢材具有较大影响。
钼能够通过固溶强化和析出来提高钢材的力学性能。
它与钢中的铁形成固溶体，可以提高钢材的强度和硬度，并且还可以提高钢材的耐高温性能和耐腐蚀性能。
综上所述，不同的金属元素对钢材的影响机理是多样的。
通过合理控制金属元素的含量和配比，可以调节钢材的力学性能、耐腐蚀性能和加工性能，从而满足不同用途和工况对钢材性能的要求。
夹杂物对钢材性能与生产顺行的影响
夹杂物对钢材性能与生产顺行的影响夹杂物是指在钢材中存在的一些异物，如氧化皮、氧化物、硫化物、夹杂气泡等。
这些夹杂物的存在会对钢材的性能和生产顺行产生一定的影响。
首先，夹杂物会对钢材的力学性能产生直接影响。
夹杂物的存在会降低钢材的强度和韧性，使其易于断裂。
夹杂物会导致钢材中的应力集中，从而加剧断裂的可能性。
此外，夹杂物还会影响钢材的延展性和可塑性，降低其变形能力和工艺性能。
这些力学性能的下降将直接影响钢材在使用过程中的可靠性和安全性。
其次，夹杂物会对钢材的腐蚀性能产生影响。
夹杂物的存在会破坏钢材表面的连续性，使钢材易于发生腐蚀。
特别是一些有害的夹杂物，如硫化物和氧化物，会加速钢材的腐蚀速度，缩短其使用寿命。
由于腐蚀会使钢材的断裂和损坏，因此夹杂物的存在对钢材的使用性能和耐久性有着重要的影响。
此外，夹杂物还对钢材的加工性能产生影响。
夹杂物会影响钢材的切削性能和焊接性能。
在切削过程中，夹杂物会导致切削刀具磨损加剧和加工表面粗糙度增加。
在焊接过程中，夹杂物容易成为焊接缺陷的起始点，导致焊接接头的质量下降。
因此，夹杂物的存在会影响钢材的加工效率和产品质量。
此外，夹杂物还会对钢材的热处理和热加工过程产生影响。
夹杂物的存在会干扰钢材的晶粒长大和相变行为，从而降低热处理的效果。
在热加工过程中，夹杂物会导致钢材易于开裂，影响产品的成形性和综合性能。
为了降低夹杂物对钢材性能和生产顺行的影响，可以采取以下措施：1.优化原料选择和质量控制，尽量避免夹杂物的产生。
2.加强钢材的清洁工艺，清除钢材表面的夹杂物。
3.通过合理的热处理工艺，尽可能使夹杂物迁移到钢材的边缘，减少对钢材性能的影响。
4.加强钢材的保护措施，减少钢材在储存和运输过程中的受污染风险。
5.加强钢材的检测技术，及时发现和排除含有夹杂物的钢材。
总之，夹杂物对钢材的性能和生产顺行有着重要的影响。
了解和控制夹杂物的存在对于提高钢材的性能和质量，确保钢材的安全可靠使用具有重要的意义。
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硅（Si）： 硅在碳钢的含量≤0.50％。硅也是钢中的有益元素。在沸腾钢中，含硅量很低，硅是 作为脱氧元素加入到钢中。在镇静钢中硅的含量一般为0.12～0.37％。硅增大了钢液的流动 性，除了形成非金属夹杂外，硅溶于铁素体中。随着硅含量的提高，钢的抗拉强度提高，屈 服点提高，伸长率下降，钢的面缩率和冲击韧性显著降低。 锰（Mn）： 在碳钢中，锰是有益元素。锰是作为脱氧除硫的元素加入到钢中的。对于镇静钢来 说，锰可以提高硅和铝的脱氧效果，可以同硫形成硫化锰，相当程度上降低硫在钢中的危害。 锰对碳钢的力学性能有良好的影响，它能提高钢热轧后的硬度和强度，原因是锰溶入铁素体 中引起固溶强化。因此，精炼过程中要按照技术要求严格稳定控制各炉次的锰含量。 磷（P）： 一般来说，磷是钢中的有害元素。它来源于矿石和生铁等炼钢原料。磷能提高钢的 强度，但使塑性和韧性降低，特别是使钢的脆性转折温度急剧上升，即提高钢的冷脆性（低 温变脆）。由于磷的有害影响，同时考虑到磷有较大的偏析，因而对其含量要严格的控制。 但是在含碳量比较低的钢种中，磷的冷脆危害比较小。在这种情况下，可以用磷来提高钢的 强度，如鞍钢生产的高强度 IF 钢就需要加入磷。另外，在适当的情况下，还利用磷的其他 一些有益作用，如增加钢的抗大气腐蚀能力，如集装箱用钢；提高磁性，如电工硅钢；改善 钢材的易切削加工性，减少热轧薄板的粘结等。
氧（O）及其他非金属夹杂物： 氧在钢中的溶解度很低，几乎全部以氧化物夹杂形式存在于钢中，如 FeO、AL2O3、 MnO、CaO、MgO 等。除此之外，钢中还存在 FeS、MnS、硅酸盐、氮化物及磷化物等。这 些夹杂物破坏了钢的基体的连续性，在静载荷和动载荷的情况下往往成为裂纹的起点。这些 非金属夹杂物的各种状态不同程度的影响到钢的各种性能，尤其是对于钢的塑性、韧性、疲 劳强度和抗腐蚀性等危害很大。因此，对于非金属夹杂物应严格控制。
钢中的氢是由锈蚀含水的炉料或从含有水蒸气的炉气中吸收的。氢对钢的危害是很 大的。一是引起氢脆，即在低于钢材极限应力的作用下，经一定的时间后，在无任何预兆的 情况下突然断裂，往往造成灾难性的后果。二是导致钢材内部产生大量细微裂纹缺陷——白 点，在钢材纵端面上呈光滑的银白的斑点，在酸洗后的端面上呈较多的发丝状裂纹，白点使 钢材的延伸率显著下降，尤其是端面收缩率和冲击韧性降低得更多，有时可能接近于零值。 因此具有白点的钢是不能用的，这类缺陷主要发生在合金钢中。
钢中常见的元素、夹杂物对钢性能的作用及影响
常见元素主要有 C、Si、Mn、P、S、N、H、O 及其他非金属夹杂物。 碳（C）：
是对钢的性能影响最大的基本元素。不同的碳含量依据钢中杂质元素含量和轧后冷 却条件的不同对于钢的性能影响是不同的，随着钢中碳含量的增加，碳钢在热轧状态下的硬 度直线上升，塑性和韧性降低。在亚共析范围内，碳对抗拉强度的影响是，随着碳含量增加， 抗拉强度不断提高，超过共析范围后，抗拉强度随碳含量的增加减缓，最后发展到随碳含量 的增加抗拉强度降低。另外，含碳量增加时碳钢的耐蚀性降低，同时碳也使碳钢的焊接性能 和冷加工（冲压、垃拔）性能变坏。