Question

简要分析钢材的化学成分对钢材性能有何影响

Answer 1

钢材中除主要化学成分Fe铁以外，还含有少量的碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)、磷(P)、硫(S)、氧(0)、氮(N)、钛(TO、钒(V)等元素，这些元素虽含量很少，但对钢材性能的影响很大。 碳是决定钢材性能的最重要元素，它影响到钢材的强度、塑性、韧性等机械力学性能。当钢中含碳量在0.8％以下时，随着含碳量的增加，钢的强度和硬度提高，塑性和韧性下降；但当含碳量大于1.0％时，随含碳量增加，钢的强度反而下降。一般工程用碳素钢均为低碳钢，即含碳小于0.25％，工程用低合金钢含碳小于0.52％。
钢中有益元素有锰、硅、钒、钛等，控制掺入量可冶炼成低合金钢。
钢中主要的有害元素有硫、磷及氧，要特别注意控制其含量。
磷是钢中很有害的元素之一，主要溶于铁素体起强化作用。磷含量增加，钢材的强度、硬度提高，塑性和韧性显著下降。特别是温度愈低，对塑性和韧性的影响愈大，从而显著加大钢材的冷脆性。磷也使钢材可焊性显著降低，但磷可提高钢的耐磨性和耐蚀性。
硫也是很有害的元素，呈非金属硫化物夹杂物存在于钢中，降低钢材的各种机械性能。由于硫化物熔点低，使钢材在热加工过程中造成晶粒的分离，引起钢材断裂，形成热脆现象，称为热脆性。硫使钢的可焊性、冲击韧性、耐疲劳性和抗腐蚀性等均降低。
氧是钢中有害元素，主要存在于非金属夹杂物中，少量熔于铁素体内。非金属夹杂物降低钢的机械性能，特别是韧性。氧有促进时效倾向的作用。氧化物所造成的低熔点亦使钢的可焊性变差。

Answer 2

如下元素是不同钢种都有的化学元素。
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。
当然，不同的钢种还有其他元素对钢材的性能影响大。如不锈钢，镍（ni),铬（cr）对性能影响也很大。

Answer 3

碳：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。

磷是钢中有害杂质之一。含磷较多的钢,在室温或更低的温度下使用时,容易脆裂，称为“冷脆”。钢中含碳越高，磷引起的脆性越严重。一般普通钢中规定含磷量不超过 0.045％，优质钢要求含磷更少。

硫在钢中偏析严重，恶化钢的质量。在高温下，降低钢的塑性，是一种有害元素，它以熔点较低的FeS的形式存在。

铬：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：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。

钼：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。

镍：保持强度、抗腐蚀性、和韧性。

硅：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：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。

钒：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。