21化学元素和钢制机械性能的影响

如果你在钢铁行业，你有没有注意到钢铁材料测试报告上列出的所有化学成分的真正含义?你可能只知道不同的钢牌号有许多不同的化学成分和不同数量的元素。在这篇文章中，我们列出了21种化学元素及其对钢材性能的影响。

21化学元素和钢制机械性能的影响

一般来说，钢是碳和铁的合金，它包含许多其他元素，其中一些是在炼钢过程中保留下来的，其他元素被添加进来以产生特定的性能。我们可以看到一些最常见的化学元素对钢的性能有重要的影响。

碳（C）

碳是钢中最重要的元素，它是钢中必不可少的，必须通过淬火和碳的程度控制材料的硬度和强度，以及对热处理(淬透性)的响应。
随着碳含量的增加，钢的延展性、可锻性和可加工性都会降低，焊接性能也会降低。

2 .Manganese (Mn)

锰在钢中可能是仅次于碳的第二重要元素。锰的作用与碳相似，钢铁生产商将这两种元素结合使用以获得一种具有所需性能的材料。锰与氧、硫结合，是钢热轧过程中的必需元素。

它的存在有以下主要影响:

• 它是一种温和的脱氧剂，作为一种清洁剂，将硫和氧从熔体中取出，放入炉渣中。
• 它提高了淬火能力和抗拉强度，但降低了塑性。
• 它与硫结合形成球状硫化锰，这对易切削钢的良好切削性能至关重要。

钢通常至少含有0.30%的锰，然而，在某些碳钢中发现的锰含量高达1.5%。

在渗碳过程中，锰也倾向于增加碳的渗透速率，并作为一种温和的还原剂。然而，当过高的碳和过高的锰同时存在时，就会发生脆化。锰能与硫形成硫化锰(MnS)，有利于加工。同时，它还能有效地抑制因硫引起的脆性，有利于碳钢的表面光洁度。

焊接时，锰与硫的比例至少应为10比1。当锰含量低于0.30%时，焊缝内部会出现气孔和裂纹，当锰含量超过0.80%时，焊缝也会出现裂纹。低硫化锰比的钢可能含有硫化铁(FeS)形式的硫，这会导致焊缝开裂。

3.磷（P）

虽然它提高了钢的抗拉强度和改善了机械加工性，但由于其脆化作用，通常被认为是一种不良的杂质。

磷元素对钢的影响随浓度的不同而不同。
高等级钢中磷的最大含量在0.03 ~ 0.05%之间，这是由于磷有害的事实。在低合金高强度钢中加入0.10%的磷可以提高钢的强度，提高钢的耐腐蚀性能。当淬硬钢的含量过高时，发生脆性的可能性增大。虽然强度和硬度提高了，但延性和韧性却降低了。

易切削钢的可加工性提高，但当含磷量大于0.04%时，焊缝易脆性和/或焊缝开裂。在镀锌钢时，磷也会影响锌层的厚度。

4.硫(S)

硫通常被认为是一种杂质，当钢含硫量高而含锰量低时，硫对钢的冲击性能有不利影响。硫提高了加工性能，但降低了横向延性和缺口冲击韧性，对纵向力学性能影响不大。在钢中硫的含量限制在0.05%，但在易切削钢中添加量高达0.35%，同时增加锰的含量，以抵消任何有害影响，因为添加量从0.10%到0.30%的硫合金有助于提高钢的可加工性。这种类型可以称为“硫化”或“硫化”。易切削钢添加硫磺以提高切削性能，通常最高可达0.35%。

即使在某些阶段，硫对钢的影响是负的，但任何硫含量低于0.05%对钢的等级有积极的影响。

5.硅（Si）

硅是钢的主要脱氧剂之一。硅有助于除去钢液中的氧气气泡。它是最常用于生产半镇静钢和完全镇静钢的元素，它的含量通常低于0.40%，通常只有少量(0.20%)存在于轧制钢中，当它用作脱氧剂时。然而，在铸钢件中，0.35 - 1.00%是普遍存在的。

硅在铁中溶解并使它变硬。一些填充金属可能含有高达1%的成分，以便在受污染的表面上提供更强的清洁和脱氧。当这些填充金属用于焊接在清洁的表面，焊缝金属强度将显著提高。硅能提高强度和硬度，但比锰的作用小。由此导致的延性降低可能引发开裂问题。

对于镀锌目的，含有超过0.04％硅的钢可以大大影响镀锌涂层的厚度和外观。这将导致厚厚的涂层，主要是锌 - 铁合金，表面具有深色和暗淡的表面。但它提供了尽可能多的腐蚀保护作为外层是纯锌的闪亮镀锌涂层。

6.铬(Cr)

铬是钢中强大的合金元素。CR占少量结构钢的呈现。它主要用于提高钢的淬透性并提高耐腐蚀性以及钢材的屈服强度。因为这种原因，通常会与镍和铜相结合。不锈钢可能含有超过12％的铬。众所周知的“18-8”不锈钢含有8％的镍和18％的铬。

当钢中的铬含量超过1.1%时，就会形成一层表面层，帮助保护钢不被氧化。

7.钒(V)

钒化学元素的影响与Mn，Mo和Cb的影响类似。当与其他合金元素一起使用时，它限制晶粒生长，精制晶粒尺寸，增加淬透性，断裂韧性和抗冲击抵抗力。在高温下软化，疲劳应力和耐磨性得到改善。在大于0.05％时，钢在热应力浮雕处理期间可能存在钢的趋势。

钒用于氮化，耐热，工具和弹簧钢以及其他合金元素。

8.钨(W)

它与铬、钒、钼或锰一起用于生产用于切削工具的高速钢。钨钢据说是“红硬”的，也就是当它变红后，硬到可以切割。
经过热处理后，这种钢在高温下仍能保持其硬度，因此特别适合于切削工具。

碳化钨的形式

• 即使在红色的热量下也可以赋予钢材高硬度。
• 促进细粒
• 抵抗热
• 在高温下提高强度

9.钼(Mo)

钼的作用类似于锰和钒，经常与其中一种或另一种结合使用。这种元素是一种强碳化物形成剂，通常在合金钢中含量小于1%。它提高了淬透性和高温强度，也提高了耐腐蚀性和蠕变强度。它被添加到不锈钢中以提高其抗腐蚀能力，也用于高速工具钢中。

10.钴(有限公司)

钴在高温下提高了强度和磁性渗透性。

增加硬度，还允许更高的淬火温度（在热处理过程中）。将其他元素的个体效果加剧更复杂的钢材。CO不是碳化物成形物，但是向合金中加入钴允许更高的可达到的硬度和更高的红热硬度。

11.镍(镍)

除了对钢的耐蚀性有良好的影响外，在钢中添加Ni还可以提高淬透性。镍通过改善材料的断裂韧性来提高材料的低温性能。这种元素的存在并不会降低钢的可焊性。镍大大提高了钢的缺口韧性。

镍通常与其他合金元素，尤其是铬和钼的组合使用。它是不锈钢中的关键部件，但在碳钢中发现的低浓度。不锈钢含有8％至14％的镍。

还有一个原因是Ni被添加到合金中，它在大马士革钢中产生更亮的部分。

12.铜(铜)

铜是另一种主要的耐腐蚀元件。对淬透性也有较小的影响。它的含量通常不低于0.20%，是A242和A441等钢的主要防腐成分。

铜是最常在钢中发现的残余剂，添加铜也可以产生沉淀硬化性能和提高耐腐蚀性能。

13.铝(Al)

铝是最重要的脱氧剂之一，在材料中含量非常少，而且
有助于形成更细晶组织，提高钢的韧性。它通常与硅结合使用以获得半镇静钢或全镇静钢。

14.钛(Ti)

Ti用于控制晶粒长大，提高韧性。也使硫化物夹杂物从伸长变为球状，提高了强度和耐腐蚀性以及韧性和延展性。

Ti是一个非常强大的，非常轻的金属，可以单独使用或用钢合金化。将其添加到钢中以在高温下给予它们的高强度。现代喷气发动机使用钛钢。

• 在长加热期间，它可以防止在不锈钢中的常规耗尽铬
• 防止在高铬钢中形成奥氏体
• 在中铬钢中降低马氏体硬度和淬透性。

15.铌（注，原名columium - columium, Cb)

铌是一种重要的晶粒细化元素，也是钢铁生产中的强化元素。铌是一种强碳化物，形成非常硬、非常小、简单的碳化物。提高延展性、硬度、耐磨性和耐腐蚀性。细化晶粒结构。以前被称为哥伦布。

16.硼(B)

钢中硼最重要的效果和目的是大大提高了淬透性。

硼最大的优点是，添加少量的硼，就添加淬透性而言，可以得到与其他元素大量需要相同的结果。钢合金的典型范围是0.0005至0.003%。

在热处理过程中，添加硼作为其他元素的替代品，以提高中碳钢的淬透性。提高了高速钢的切削性能，但以牺牲锻造质量为代价。也可能是硼的含量过高，从而降低淬透性、韧性以及引起脆性。钢中碳的含量对硼的淬透性也有影响。随着硼对淬透性的影响的增加，碳的量应按比例减少。

当硼添加到钢中时，必须采取预防措施，以确保它不会与氧气或氮的反应，因为硼的组合与两个中的任何一个都将使硼无用。

17.铅（PB）

在非常少量的水平中加入铅的水平，提高可加工性，高达0.30％，提高了可加工性。提供分布是均匀的，它对钢的物理性质影响几乎没有影响，与流行的信念相反，它不会影响焊接能力。

18.锆(Zr)

在钢中加入锆以改变夹杂物的形状。通常添加到低合金低碳钢中。结果表明，当形状由细长向球状转变时，韧性和延性得到改善，韧性和延性得到提高。

19.钽（TA）

化学性质与铌(Nb)非常相似，因此，对合金也有类似的影响-形成非常硬，非常小，简单的碳化物。提高延展性、硬度、耐磨性和耐腐蚀性。同时,改进粮食。

20.氮(N)

氮在合金中的作用与碳非常相似。N以少量(甚至大量，用现代技术)代替C来增加硬度。显然，氮形成氮化物，而不是碳化物。INFI的氮含量最高，山特维克(Sandvik)的氮含量为3%，完全取代了c。遗憾的是，这对刀具制造商来说是不可用的。因为氮不容易形成氮化铬，而碳不容易形成碳化铬，它的存在提高了耐腐蚀性，在合金中留下更多的游离铬。由于氮在形成氮化物方面的活性较低，它可以用于增加硬度而不增加碳化物的尺寸和体积，例如山特维克14C28N钢。

21.硒(Se)

通常不希望在餐具钢中。添加以提高可加工性。与硫相似，在相同的硫属原硫醇组中。

以上所示的所有化学元素和效应都与钢材料有关。所以，如果你在钢铁行业，你也应该这样做。

我们还有一些其他小稀有金属元素，我们在上面没有列出。您可以在下面发表评论，详细信息。

Reference