影響鋼材效能的19種化學元素,你知道多少？

偏粘性鋼材是碳含量偏高嗎

鋼鐵中有著各種各樣的化學元素，組成成百上千的不同牌號，那麼這些化學元素在鋼材中到底發揮了些什麼作用呢？

今天帶您走進鋼材中化學元素的世界

1。碳（Carbon）

碳元素在鋼材中的作用是把雙刃劍，隨著碳含量的增高，材料屈服點和抗拉強度會逐漸提高，但是可塑性和衝擊性卻會降低。因此碳含量需要根據不同的材料用途而量身定做。

當含碳量超過0。23%時，焊接效能會大幅下滑，使得用於焊接場合的低合金結構鋼的含碳量不能超過0。20%。過高的碳含量也會導致鋼材的耐大氣腐蝕能力下滑，在露天料場的高碳鋼就很容易遭到腐蝕。

碳含量高也不淨是缺點，高碳含量能提高鋼的冷脆性和時效敏感性。

2。矽（Silicon）

矽元素作為還原劑和脫氧劑被新增在鍊鋼過程中，因此鎮靜鋼中會含有0。15-0。30%的矽，當鋼中含矽量超過0。50-0。60%，那麼矽就算是合金元素。

矽元素能顯著提升鋼的彈性極限、屈服點和抗拉強度，故廣泛用於彈簧鋼中，如65Mn和82B這類彈簧鋼就含有0。15-0。37%的矽。在調質結構鋼中加入1。0-1。2%的矽，可以提升鋼材15-20%的強度；矽與鉬、鎢、鉻等結合，有提高抗腐蝕性和抗氧化的作用，可製造耐熱鋼；含矽1。0-4。0%的低碳鋼，具有極高的導磁率，用於電器工業做矽鋼片。

當然，矽也不是百利而無一害的，會降低鋼的焊接效能。

3。錳（Manganese）

在鍊鋼過程中，錳是良好的脫氧劑和脫硫劑，一般鋼中含錳0。30－0。50%。在碳素鋼中加入0。70%以上時就算“錳鋼”，較一般的鋼不但有足夠的韌性，且有較高的強度和硬度，提高鋼的淬性，改善鋼的熱加工效能，如16Mn鋼比A3屈服點高40%。含錳11－14%的鋼有極高的耐磨性，用於挖土機剷鬥，球磨機襯板等。

含錳量高也是有缺點的。含錳量較高時，鋼材有較明顯的回火脆性現象；錳元素有促進晶粒增長的作用，在熱處理過程中需要注意；當錳的質量分數超過1%時，會降低鋼材焊接效能。

4。硫（Sulfur）

硫來源於鍊鋼的礦石和燃料焦炭，是鋼材中的一種有害元素。

硫以硫化鐵（FeS）的形態存在於鋼材中，FeS和Fe形成低熔點（985℃）的化合物，而鋼材的熱加工溫度一般在1150-1200℃，所以當鋼材熱加工時，FeS化合物會過早熔化導致工件開裂，這種現象稱為“熱脆”。含硫量越高，熱脆現象越嚴重，故必須對鋼材中的含硫量進行控制。

高階優質鋼S＜0。02-0。03%，優質鋼S＜0。03-0。045%，普通鋼S＜0。055%-0。07%。在個別情況下也會有需要新增硫的情況，比如在鋼中加入0。08-0。20%的硫，可以改善切削加工性，通常稱易切削鋼。

硫對焊接效能也不利，會降低耐腐蝕性。

5。磷（Phosphorus）

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、衝擊韌性顯著降低。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。高階優質鋼：P＜0。025%；優質鋼：P＜0。04%；普通鋼：P＜0。085%。

6。氧（Oxygen）

氧在鋼中是有害元素。它是在鍊鋼過程中自然進入鋼中的，儘管在鍊鋼末期要加入錳、矽、鐵和鋁進行脫氧，但不可能除盡。氧在鋼中以FeO、MnO、SiO2、Al2O3等夾雜形式，使鋼的強度、塑性降低。尤其是對疲勞強度、衝擊韌性等有嚴重影響。

7。氮（Nitrogen）

鐵素體溶解氮的能力很低。當鋼中溶有過飽和的氮，在放置較長一段時間後或隨後在200～300℃加熱就會發生氮以氮化物形式的析出，並使鋼的硬度、強度提高，塑性下降，發生時效。鋼液中加入Al、Ti或V進行固氮處理，使氮固定在AlN、TiN或VN中，可消除時效傾向。

8。鉻 （Chromium）

在結構鋼和工具鋼中，鉻能顯著提高強度、硬度和耐磨性，使鋼材具有良好的的抗氧化性和耐腐蝕性，因而是不鏽鋼，耐熱鋼的重要合金元素；還能提高鋼材的淬透性，是很重要的合金元素。

但是鉻也會提高鋼材的脆性轉變溫度，提高鋼材的回火脆性，對於加工過程會導致不必要的困擾。

9。鎳（Nickel）

鎳能提高鋼的強度，而又保持良好的塑性和韌性。鎳對酸鹼有較高的耐腐蝕能力，在高溫下有防鏽和耐熱能力。但由於鎳是較稀缺的資源，故應儘量採用其他合金元素代用鎳鉻鋼。檢測不鏽鋼中的Ni含量，防止供應商以次充好，對生產廠家是至關重要的。GNR手持式光譜儀P5能夠有效的檢測Ni含量（右側超連結）——GNR手持式光譜儀 | 鎳合金檢測報告

10。鉬（Molybdenum）

鉬能使鋼的晶粒細化，提高淬透性和熱強效能，在高溫時保持足夠的強度和抗蠕變能力（長期在高溫下受到應力，發生變形，稱蠕變）。結構鋼中加入鉬，能提高機械效能。還可以抑制合金鋼由於火而引起的脆性。在工具鋼中新增鉬元素，則可提高紅性。

11。鈦（Titanium）

鈦是鋼中強脫氧劑。它能使鋼的內部組織緻密，細化晶粒力；降低時效敏感性和冷脆性。改善焊接效能。在Cr18Ni9奧氏體不鏽鋼中加入適當的鈦，可避免晶間腐蝕。

12。釩（Vanadium）

釩是鋼的優良脫氧劑。鋼中加0。5%的釩可細化組織晶粒，提高強度和韌性。釩與碳形成的碳化物，在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕能力。

13。鎢（Tungsten）

鎢熔點高，比重大，是貴生的合金元素。鎢與碳形成碳化鎢有很高的硬度和耐磨性。在工具鋼加鎢，可顯著提高紅硬性和熱強性，作切削工具及鍛模具用。

14。鈮（Niobium）

鈮能細化晶粒和降低鋼的過熱敏感性及回火脆性，提高強度，但塑性和韌性有所下降。在普通低合金鋼中加鈮，可提高抗大氣腐蝕及高溫下抗氫、氮、氨腐蝕能力。鈮可改善焊接效能。在奧氏體不鏽鋼中加鈮，可防止晶間腐蝕現象。

15。鈷（Cobalt）

鈷是稀有的貴重金屬，多用於特殊鋼和合金中，如熱強鋼和磁性材料。

16。銅（Copper）

武鋼用大冶礦石所煉的鋼，往往含有銅。銅能提高強度和韌性，特別是大氣腐蝕效能。缺點是在熱加工時容易產生熱脆，銅含量超過0。5%塑性顯著降低。當銅含量小於0。50%對焊接性無影響。

17。鋁（Aluminum）

鋁是鋼中常用的脫氧劑。鋼中加入少量的鋁，可細化晶粒，提高衝擊韌性，如作深衝薄板的08Al鋼。鋁還具有抗氧化性和抗腐蝕效能，鋁與鉻、矽合用，可顯著提高鋼的高溫不起皮效能和耐高溫腐蝕的能力。鋁的缺點是影響鋼的熱加工效能、焊接效能和切削加工效能。

18。硼（Boron）

鋼中加入微量的硼就可改善鋼的緻密性和熱軋效能，提高強度。

19。稀土（Rare Earth Element）

稀土元素是指元素週期表中原子序數為57-71的15個鑭系元素。這些元素都是金屬，但他們的氧化物很象“土”，所以習慣上稱稀土。鋼中加入稀土，可以改變鋼中夾雜物的組成、形態、分佈和性質，從而改善了鋼的各種效能，如韌性、焊接性，冷加工效能。在犁鏵鋼中加入稀土，可提高耐磨性。