化学成分对钢材性能的影响说课讲解

合集下载

化学元素对钢材性能的影响

化学元素对钢材性能的影响钢是含碳量小于2％的铁碳合金，碳大于2％时则为铸铁。

钢结构所用的钢材主要为碳素钢中的低碳钢和普通低合金钢。

碳素结构钢由纯铁、碳及杂质元素组成，其中纯铁约占99％，碳及杂质元素约占l％。

低合金结构钢中，除上述元素外还加入少量合金元素，后者总量通常不超过3％。

碳及其他元素虽然所占比重不大，但对钢材性能却有重要影响。

1)基本元素①铁(Fe)：铁是钢材中最基本的元素，钢中铁元素含量一般超过97％。

对于碳素钢而言，其铁素体的晶粒越细，钢的性能越好。

②碳(C)：碳是形成钢材强度的主要成分，是仅次于铁的主要元素。

碳的含量提高，则钢材强度提高，但同时钢材的塑性、韧性、冷弯性能、可焊性及抗锈蚀能力下降。

按碳的含量区分，小于0．25％的为低碳钢，大于0．25％而小于0．6％的为中碳钢，大于0．6％的为高碳钢。

钢结构用钢的含碳量一般不大于0．22％，焊接结构为了有良好的可焊性，含碳量应不大于0．2％。

所以，建筑钢结构用的钢材基本上都是低碳钢。

2)有益元素①锰(Nn)：锰能显著提高钢材的强度而不过多地降低塑性和冲击韧性。

锰有脱氧作用，是弱脱氧剂。

锰还能消除硫对钢材的热脆影响。

碳素钢中锰是有益的杂质，在低合金钢中它是合金元素。

我国碳素钢中锰的含量在0．3％～0．8％，低合金钢在1．0％～1．7％。

但锰会使钢材的可焊性降低，故应限制其含量。

②硅(si)：硅有比锰更强的脱氧作用，是强脱氧剂。

硅能使钢材的粒度变细，适量控制可提高强度而不显著影响塑性、韧性、冷弯性及可焊性。

硅的含量在碳素镇静钢中为0．12％一0．3％，低合金钢中为0．2％～0．55％，过量时则会恶化可焊性及抗锈蚀性。

③钒(V)、铌(Nb)、钛(Ti)：钒、铌、钛都能使钢材晶粒细化。

我国的低合金钢都含有这三种元素，作为锰以外的合金元素，既可提高钢材强度，又能保持良好的塑性、韧性。

④铝(灿)、铬(cr)、镍(Ni)：铝是强脱氧剂，用铝进行补充脱氧，不仅能进一步减少钢材中的有害氧化物，而且能细化晶粒。

钢筋-钢材的化学成分及其对钢材性能的影响

钢材的化学成分及其对钢材性能的影响钢材的化学成分及其对钢材性能的影响钢材中除了主要化学成分铁（Fe）以外，还含有少量的碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）、磷（P）、硫（S）、氧（O）、氮（N）、钛（Ti）、钒（V）等元素，这些元素虽然含量少，但对钢材性能有很大影响：1．碳。

碳是决定钢材性能的最重要元素。

碳对钢材性能的影响如图6-3所示：当钢中含碳量在0.8%以下时，随着含碳量的增加，钢材的强度和硬度提高，而塑性和韧性降低；但当含碳量在1.0%以上时，随着含碳量的增加，钢材的强度反而下降。

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。

图6-3 含碳量对碳素钢性能的影响——抗拉强度；——冲击韧性；——伸长率；——断面收缩率；HB——硬度一般工程所用碳素钢均为低碳钢，即含碳量小于0.25%；工程所用低合金钢，其含碳量小于0.52%。

2．硅。

硅是作为脱氧剂而存在于钢中，是钢中的有益元素。

硅含量较低（小于1.0%）时，能提高钢材的强度，而对塑性和韧性无明显影响。

3．锰。

锰是炼钢时用来脱氧去硫而存在于钢中的，是钢中的有益元素。

锰具有很强的脱氧去硫能力，能消除或减轻氧、硫所引起的热脆性，大大改善钢材的热加工性能，同时能提高钢材的强度和硬度。

锰是我国低合金结构钢中的主要合金元素。

4．磷。

磷是钢中很有害的元素。

随着磷含量的增加，钢材的强度、屈强比、硬度均提高，而塑性和韧性显著降低。

特别是温度愈低，对塑性和韧性的影响愈大，显著加大钢材的冷脆性。

磷也使钢材的可焊性显著降低。

但磷可提高钢材的耐磨性和耐蚀性，故在低合金钢中可配合其他元素作为合金元素使用。

5．硫。

硫是钢中很有害的元素。

硫的存在会加大钢材的热脆性，降低钢材的各种机械性能，也使钢材的可焊性、冲击韧性、耐疲劳性和抗腐蚀性等均降低。

6．氧。

氧是钢中的有害元素。

随着氧含量的增加，钢材的强度有所提高，但塑性特别是韧性显著降低，可焊性变差。

各化学元素对钢材的影响

各化学元素对钢材的影响钢材是一种广泛应用于建筑、制造和其他领域的重要材料。

化学元素可以通过添加或与钢材中的化学成分相互作用来改变钢材的性能和特性。

下面将详细介绍一些常见的化学元素对钢材性能的影响。

1.碳（C）：碳是钢材中最重要的元素之一、含碳量的增加可以提高钢材的硬度和强度，但同时也会降低其可塑性和冲击韧性。

高碳钢具有较高的硬度和强度，适合用于制造刀具和弹簧等应用。

2.硅（Si）：硅的添加可以提高钢材的抗腐蚀性和磁性。

硅还有助于钢材的脱氧作用，减少对氧气的敏感性。

硅含量较高的钢材常用于制造电力设备和变压器。

3.锰（Mn）：锰的添加可以提高钢材的强度和韧性，并增加其耐磨性和耐蚀性。

锰含量较高的钢材常用于制造铁路轨道和重型机械设备。

4.硫（S）和磷（P）：硫和磷是常见的非金属杂质元素，其含量对钢材性能有负面影响。

高硫和高磷含量会导致钢材变脆，降低其可塑性和韧性。

因此，在钢材生产过程中对硫和磷的含量进行控制非常重要。

5.铬（Cr）：铬的添加可以提高钢材的耐腐蚀性和耐热性。

铬与钢中的碳形成的氧化物膜可以防止钢材与大气中的氧气接触，从而减少钢材的腐蚀。

高铬钢常用于制造不锈钢。

6.镍（Ni）：镍的添加可以提高钢材的韧性和强度，同时也增加了钢材的耐腐蚀性。

镍含量较高的钢材常用于制造耐高温和耐腐蚀的材料，如合金钢和不锈钢。

7.钼（Mo）：钼的添加可以提高钢材的强度和耐热性。

钼对钢材的影响类似于镍，但效果更加显著。

钼含量较高的钢材常用于制造高温设备和工具。

8.铝（Al）：铝的添加可以改善钢材的氧化抗性和耐蚀性，并降低钢材的密度。

铝还可以提高钢材的强度和硬度，用于制造航空和汽车零件。

9.钛（Ti）：钛的添加可以提高钢材的强度和耐腐蚀性。

钛含量较高的钢材常用于制造航空和化工设备。

10.硼（B）：硼的添加可以提高钢材的硬度和强度，并改善其机械性能。

硼含量较高的钢材常用于制造切削工具和弹簧。

总之，化学元素对钢材性能的影响是多样且复杂的。

钢材化学成分对钢材性能的影响.

5、硫
在钢材热加工过程中产生晶粒的分离，引起钢的断裂，即所谓热脆现象；
硫的存在也降低了钢的冲击韧性、疲劳强度、可焊性和抗腐蚀性。
硫为钢的有害成分，其含量受严格控制，普通碳素钢中最高含量不得大于0.065％。
氧也是钢中的有害杂质。使钢材强度下降；
热脆性增加，冷弯性能变坏；热加工性能和焊接性能下降
1、碳
随着含C量的增加：
钢的伸长率，断面收缩率和冲击韧性逐渐下降；
硬度增大；
C=0.8％左右抗拉强度最高
冷弯性能、焊接性能和抗腐蚀性能下降。
2、硅
使钢的硬度、强度提高，含量超过1.0％时，钢的塑性和冲击韧性显著降低，冷脆性增加，焊接性能变差。塑性、冲击韧性显著降低，冷脆性增加，焊接性变差。
3、锰
炼钢过程中，锰可形成MnO及MnS，成为钢渣而排出，故Mn起着脱氧去硫作用，能消除钢的热脆性改善热加工性；
过剩的Mn固溶于钢内，形成含Mn的合金铁素体和合金渗碳体，能提高钢的屈服强度和抗拉强度；
有害作用是使钢的伸长率略有下降，当锰的含量较高时，还会显著降低可焊性。
4、磷
使钢的屈服点和抗拉强度提高；塑性降低、韧性显著下降；增加钢的冷脆性(韧性随温度下降而急剧恶化的现象)，对于承受冲击荷载或低温下使用的钢材是有害的；使钢的冷弯性能急剧下降，可焊性变坏。普通碳素钢中磷的含量最多不得超过0.085％。
建筑钢材
四、化学元素对钢材性能的影响
四、钢材的成分对性能的影响
•
除铁、碳外，钢材在冶炼过程中会从原料、
燃料中引入一些的其他元素。钢材的成分对性能
有重要影响。这些成分可分为两类：一类能改善
优化钢材的性能称为合金元素，主要有Si、Mn、

各化学元素对钢材的影响

各化学元素对钢材的影响钢材是一种重要的结构材料，用于建筑、制造、汽车等领域。

化学元素可以对钢材的性能产生不同的影响，包括强度、硬度、耐腐蚀性等。

下面将详细讨论各化学元素对钢材的影响。

1.碳（C）：碳是钢材中最重要的元素之一，它对钢的强度和韧性有重要影响。

高碳钢具有较高的强度和硬度，但韧性较差。

低碳钢具有较好的可塑性和韧性，但强度较低。

适度的碳含量可以使钢材获得最佳的强度和韧性平衡。

2.硅（Si）：硅可以提高钢材的硬度和抗腐蚀性。

在不锈钢制备过程中，硅可以帮助形成氧化铬层，从而提高钢材的耐腐蚀性能。

同时，硅还可以降低钢铁的磁性。

3.锰（Mn）：锰可提高钢材的强度和硬度，并改善钢材的韧性。

锰和碳一起形成的碳化锰有助于提高钢的硬度和均匀性。

4.磷（P）和硫（S）：磷和硫是常见的杂质元素，在通常情况下不利于钢材的性能。

磷会导致钢材脆性增加，而硫则会降低钢材的韧性。

因此，在钢材制备过程中，通常需要控制磷和硫的含量。

5.铬（Cr）：铬是不锈钢中的重要合金元素，可以提高钢材的耐腐蚀性和抗氧化性。

铬与氧反应形成的氧化铬层可以防止钢材进一步氧化和腐蚀。

6.镍（Ni）：镍可以提高不锈钢的抗腐蚀性和强度。

镍与铬一起形成的不锈钢可以在氧化环境下维持其表面亮度和防腐蚀能力。

7.钼（Mo）：钼可以改变钢材的显微组织，提高钢材的强度和硬度，提高对热和机械应力的抵抗能力。

钼还可以增加钢材的耐蚀性，提高其在恶劣环境条件下的使用寿命。

8.钛（Ti）：钛可以增加钢材的强度和硬度，并提高抗腐蚀性能。

通过与碳一起反应，钛可以形成碳化钛，改善钢材的耐磨性。

综上所述，化学元素对钢材的影响非常重要。

不同元素的含量可以调节钢材的强度、硬度、可塑性和抗腐蚀性能。

因此，在钢材制备和合金设计过程中，必须仔细控制化学元素的含量，以获得最佳性能的钢材。

化学元素对钢的影响

化学元素对钢的影响
首先，化学元素对钢的物理性能具有重要影响。

例如，碳是影响钢材
硬度和强度的关键元素之一、增加碳含量可以提高钢的硬度和强度，但过
高的碳含量会降低钢的韧性。

另外，硅、锰等元素可以提高钢材的硬度和
强度，且可以降低钢的可塑性。

其次，化学元素对钢的化学性能也有重要影响。

例如，添加铬元素可
以提高钢材的耐热性和耐腐蚀性能，形成一层致密的铬氧化物表面膜，使
钢具有较好的抗氧化和抗腐蚀能力。

镍元素能够使钢具有良好的耐高温性能，减少晶间腐蚀的倾向。

此外，钼、钒等元素的添加也能够显著改善钢
材的化学性能。

另外，化学元素对钢的耐腐蚀性能具有重要影响。

除了上述提到的铬、镍等元素，添加其他元素如钼、铜、钛、锡等也能够提高钢材的耐腐蚀性能。

例如，钼元素的添加能够提高钢材的抗酸性能，使钢材对硫酸、硝酸
等腐蚀介质具有较好的抗腐蚀能力。

最后，化学元素还可以影响钢的机械性能。

特定元素的添加可以调控
钢材的塑性、韧性、冷却硬化能力等机械性能。

例如，钨元素能够提高钢
材的屈服强度和硬度，使钢具有较好的切削性能；锰元素的添加能够提高
钢材的冷变形硬化能力，增加钢材的塑性。

综上所述，化学元素对钢的影响是多方面的。

通过合理的元素设计和
添加，可以调控钢材的物理性能、化学性能、耐腐蚀性能和机械性能，从
而满足不同领域对钢材性能的需求。

因此，在钢材制造过程中，对不同化
学元素的添加和控制应该根据具体使用要求进行设计和优化。

钢的化学成分及对性能的影响

氮
N
氮能提高钢的强度，低温韧性和焊接性，增加时效敏感性。
稀土
REห้องสมุดไป่ตู้
稀土元素是指元素周期表中原子序数为57-71的15个镧系元素。这些元素都是金属，但他们的氧化物很象“土”，所以习惯上称稀土。钢中加入稀土，可以改变钢中夹杂物的组成、形态、分布和性质，从而改善了钢的各种性能，如韧性、焊接性，冷加工性能。在犁铧钢中加入稀土，可提高耐磨性。
在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有－%的硅。如果钢中含硅量超过硅就算合金元素。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－%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。
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。
镍
Ni
镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。
钒
V
钒是钢的优良脱氧剂。钢中加%的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。
铌
Nb
铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，但塑性和韧性有所下降。在普通低合金钢中加铌，可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力。铌可改善焊接性能。在奥氏体不锈钢中加铌，可防止晶间腐蚀现象。
铝
Al
铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，如作深冲薄板的08Al钢。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝与铬、硅合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。

钢铁中的化学成份对钢材的作用

钢铁中的化学成份对钢材的作用一、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。

二、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。

三、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。

四、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。

五、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。

六、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。

钢筋钢材的化学成分及其对钢材性能的影响

碳是决定钢材性能的最重要元素。

碳对钢材性能的影响如图6-3所示：当钢中含碳量在0.8%以下时，随着含碳量的增加，钢材的强度和硬度提高，而塑性和韧性降低；但当含碳量在 1.0%以上时，随着含碳量的增加，钢材的强度反而下降。

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。

2．硅。

硅是作为脱氧剂而存在于钢中，是钢中的有益元素。

硅含量较低（小于1.0%）时，能提高钢材的强度，而对塑性和韧性无明显影响。

3．锰。

锰是炼钢时用来脱氧去硫而存在于钢中的，是钢中的有益元素。

锰具有很强的脱氧去硫能力，能消除或减轻氧、硫所引起的热脆性，大大改善钢材的热加工性能，同时能提高钢材的强度和硬度。

锰是我国低合金结构钢中的主要合金元素。

4．磷。

磷是钢中很有害的元素。

随着磷含量的增加，钢材的强度、屈强比、硬度均提高，而塑性和韧性显著降低。

特别是温度愈低，对塑性和韧性的影响愈大，显著加大钢材的冷脆性。

磷也使钢材的可焊性显著降低。

但磷可提高钢材的耐磨性和耐蚀性，故在低合金钢中可配合其他元素作为合金元素使用。

5．硫。

硫是钢中很有害的元素。

硫的存在会加大钢材的热脆性，降低钢材的各种机械性能，也使钢材的可焊性、冲击韧性、耐疲劳性和抗腐蚀性等均降低。

6．氧。

氧是钢中的有害元素。

随着氧含量的增加，钢材的强度有所提高，但塑性特别是韧性显著降低，可焊性变差。

化学元素对钢的性能的影响

化学元素对钢的性能的影响1.碳(C)：钢中的碳含量是决定其性能的关键因素之一、碳含量越高，钢的硬度和强度也越高。

碳既可以在晶格中溶解，也可以在晶界沉淀形成硬脆的碳化物。

适量的碳含量可以提高钢的强度和硬度，但过高的碳含量会降低钢的韧性和可焊性。

2.硫(S)：硫是钢中的一种杂质元素，其含量对钢的性能有一定影响。

适量的硫可以改善切削加工性能，但过高的硫含量会降低钢的塑性和延展性。

此外，硫也会使钢的耐蚀性降低。

3.磷(P)：磷也是钢中的一种杂质元素，其含量对钢的性能有影响。

适量的磷可以提高钢的韧性和强度，但过高的磷含量会导致钢的脆性增加。

另外，磷还会降低钢的塑性和延展性。

4.锰(Mn)：锰是钢中的一种合金元素，其含量对钢的性能有重要影响。

适量的锰能够提高钢的强度、韧性和耐磨性。

锰还可以改善钢的可焊性和低温韧性。

过高的锰含量会影响钢的冷加工硬化能力。

5.硅(Si)：硅是钢中的一种合金元素，其含量对钢的性能有一定影响。

适量的硅能够提高钢的强度、硬度和耐磨性，还可以改善钢的抗疲劳性能。

过高的硅含量会使钢的塑性降低。

6.铬(Cr)：铬是一种常用的合金元素，其含量对钢的性能有重要影响。

适量的铬能够提高钢的耐蚀性能，形成一层致密的氧化铬膜防止钢的进一步腐蚀。

铬还可以提高钢的硬度和强度。

然而，过高的铬含量会降低钢的可焊性。

7.镍(Ni)：镍也是一种常用的合金元素，它可以提高钢的韧性和延展性。

适量的镍可以提高钢的强度和耐蚀性。

镍还可以增加钢的抗疲劳性能和耐高温性能。

8.钼(Mo)：钼是一种常用的合金元素，适量的钼可以提高钢的硬度、强度和耐磨性。

钼还可以提高钢的耐高温性能和韧性。

总之，化学元素对钢的性能有着重要的影响。

不同元素的含量和比例可以调整钢的性能，使其适应不同的应用领域和工作环境。

在实际应用中，需要根据具体要求选择合适的化学元素组成，以优化钢材的性能。

钢的化学成分对钢材性能的影响

钢的化学成分对钢材性能的影响钢材中所含的元素很多，除了主要成分铁和碳外，还含有少量的硅、锰、硫、磷、氧、氮以及一些合金元素等，它们的含量决定钢材的性能和质量。

(1)碳。

碳是钢材中的主要元素，是决定钢材性能的重要因素。

当含碳量小于0.8%时，随着含碳量的增加，钢材的抗拉强度和硬度提高，而塑性和冲击韧性降低。

当含碳量超过1%时，随着含碳量的增加，除硬度继续增加外，钢材的强度、塑性、韧性都降低。

同时，含碳量增加，还将使钢的冷弯性能、耐腐蚀性和可焊性降低，冷脆性和时效敏感性增大。

(2)硅。

硅是炼钢时为了脱氧而加入的元素。

当钢材中含硅量在1%以内时，硅能增加钢材的强度、硬度、耐腐蚀性，且对钢材的塑性、韧性、可焊性无明显影响。

当钢材中含硅量过高（大于1%)时，将会显著降低钢材的塑性、韧性、可焊性，并增大冷脆性和时效敏感性。

(3)锰。

锰是炼钢时为了脱氧而加入的元素，是我国低合金结构钢的主要合金元素。

在炼钢过程中，锰和钢中的硫氧化合成MnS和MnO,入渣排除，起到了脱氧排硫的作用。

锰的作用主要是能显著提高钢材的强度和硬度，消除钢的热脆性，改善钢材的热加工性能和可焊性，几乎不降低钢材的塑性、韧性。

(4)铝、钮、晁、钛。

它们都是炼钢时的强脱氧剂，也是最常用的合金元素。

适量加入钢内能改善钢材的组织，细化晶粒，显著提高强度，改善韧性和可焊性。

(5)硫。

硫是钢材中极有害的元素，多以FeS夹杂物的形式存在于钢中。

由于FeS熔点低，易使钢材在热加工时内部产生裂痕，引起断裂，形成热脆现象。

硫的存在，还会导致钢材的冲击韧性、可焊性及耐腐蚀性降低，故钢材中硫的含量应严格控制。

(6)磷。

磷是钢中的有害元素，以FeP夹杂物的形式存在于钢中。

磷会使钢材的塑性、韧性显著降低，尤其在低温下，冲击韧性下降更为明显，是钢材冷脆性增大的主要原因，磷还使钢的冷弯性能降低，可焊性变差。

但磷可使钢材的强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性提高。

(7)氧、氮、氢。

钢材中化学成分与性能间的关系

钢铁中化学成分与性能间的关系1、生铁生铁中除铁外，还含有碳、硅、锰、磷、硫等元素。

这些元素对生铁的性能均有一定的影响。

碳（C）：在生铁中以两种形态存在，一种是游离碳（石墨），主要存在于铸造生铁中，另一种是化合碳（碳化物），主要存在于炼钢生铁中，碳化物硬而脆，塑性低，含量适当可提高生铁的强度和硬度，含量过多，则使生铁难于切削加工，这就是炼钢生铁切削性能差的原因。

石墨很软，强度低，它的存在能增加生铁的铸造性能。

硅（Si）：能促使生铁中所含的碳分离为石墨状，能去氧，汉能减少铸造的气眼，能提高熔化生铁的流动性，降低铸件的收缩量，但含硅过多，也会使生铁变硬变脆。

锰（Mn）：能溶于铁素体和渗碳体。

在高炉炼制生铁时，含锰量适当，可提高生铁的铸造性能和切削性能，在高炉里锰还可以和有害杂质硫形成硫化锰，进入炉渣。

磷（P）：属于有害元素，但磷可使铁水的流动性增加，这是因为硫减低了生铁熔点，所以在有的制品内往往含磷量较高。

然而磷的存在又使铁增加硬脆性，优良的生铁含磷量应少，有时为了要增加流动性，含磷量可达1.2%.硫（S）：在生铁中是有害元素，它促使铁与碳的结合，使铁硬脆，并与铁化合成低熔点的硫化铁，使生铁产生热脆性和减低铁液的流动性，故含硫高的生铁不适于铸造细件。

铸造生铁中硫的含量规定最多不超过0.06%。

2钢2.1 元素在钢中的作用2.1.1常存杂质元素对钢材性能的影响钢除含碳以外，还含有少量Mn、Si、S、P、O、N、H等元素。

这些元素并非为改善钢材质量有意加入的，而是由矿石及冶炼过程中带入的，故称为杂质元素。

这些杂质对钢材性能有一定影响，为保证钢材质量，在国家标准中对各类钢的化学成分都做了严格的规定。

1）硫硫来源于炼钢的矿石与燃烧焦炭。

它是钢中的一种有害元素。

硫以硫化铁(FeS)的形态存在于钢中，FeS和Fe形成低熔点(985℃)化合物。

而钢材料的热加工温度一般在1150～1200℃以上，所以当钢材热加工时，由于FeS化合物的过早熔化而导致工件开裂，这种现象称为“热脆”。

钢中化学元素对性能的影响

钢中诸元素及其含量与形态对钢的组织和性能有直接的影响。

（1）碳碳对钢的组织和性能影响极大。

一般说，随着碳含量的增加，抗拉强度、屈服点等增加，而伸长率、收缩率及冲击值等塑性和韧性指标下降，即变硬变脆，焊接性能变差，钢的熔点也有所降低。

另外，碳含量对热处理制度的确定有很大的影响。

图1-1为力学性能与碳含量的关系。

图1-2为各碳钢的冲击试验。

（2）硅硅在冶炼中的作用是脱氧，为常存的元素。

硅对碳素结构钢的机械性能影响不大。

一般说，随着硅的增加，迁都和硬度提高，而伸长率变化不大。

（3）锰锰在冶炼中的作用是脱氧和消除硫的影响，也是常存的元素。

锰与硫结合成MnS，防止硫所引起的热脆性。

一般锰的含量是硫含量的20倍以上。

锰除了改善钢的热加工性以外，还可提高强度、硬度和耐磨性。

通常人们愿意用低碳高锰类型的钢作为焊接结构钢，锰含量高，钢的低温韧性就越好。

但锰含量超过1.50%左右时，则钢硬化而延展性变坏。

含锰量大的钢可作为耐磨性高而韧性大的合金钢，如不锈钢、耐热钢、磨具钢等。

（4）磷磷为有害元素。

中厚钢板的含磷量在0.010-0.035%之间，磷含量高可使抗拉强度稍有增加，但伸长率和冲击值下降，钢变脆，不利于冷加工和焊接，并且易偏析，故应尽量减少磷含量。

磷和铜共存，可提高钢材暴露于大气时的耐蚀性，钢中加入磷0.10%左右、铜0.35%左右，可作为耐候钢。

（5）硫硫对中厚钢板是非常有害的元素，容易形成硫化物的层状偏析，使板厚方向（Z向）强度和塑性大大降低，用作海洋平台的强约束焊接部件时，往往会引起层状撕裂，因此，这类用途的钢，其含硫量要求降至0.010%以下甚至更低。

冶炼中必须采取有效的脱硫工艺。

硫还容易生产低熔点的FeS，使钢在热轧和焊接中产生热脆裂纹。

（6）铝铝是为脱氧和晶粒调整而加入的，能与氮结合，消除氮的危害，改善冲击功，且可细化晶粒，有利于淬火和焊接的操作。

但温度达300℃时强度下降，蠕变极限大大降低，还会使碳石墨化而引起脆性，故锅炉钢不应加铝，且限制在0.010%以下。

化学成分对钢性能的影响

化学成分对钢性能的影响化学成分对钢性能的影响是一个复杂而重要的主题。

钢是由铁和碳组成的，但它的性能可以通过添加其他元素和合金元素来改善。

以下是几种重要的化学成分对钢性能的影响的讨论。

1.碳含量：碳是钢中最重要的元素之一、它可以通过控制碳含量来调节钢的硬度、强度、塑性和韧性。

高碳钢具有高硬度和强度，但韧性和塑性较低；低碳钢则具有较低的硬度和强度，但韧性和塑性较高。

因此，根据不同的应用需求，可以选择合适的碳含量来调节钢的性能。

2.合金元素：除了碳外，钢中还常常添加其他合金元素，如锰、铬、钼、镍等。

这些合金元素的含量和比例可以显著影响钢的性能。

例如，锰的添加可以增强钢的硬度和强度，同时提高韧性和塑性。

铬可以提高钢的耐腐蚀性能，并增加硬度。

钼可以提高钢的高温强度和耐腐蚀性能。

镍可以增加钢的韧性并提高耐腐蚀性能。

3.硫和磷含量：硫和磷是常见的杂质元素，它们的含量对钢的性能有重要影响。

较高的硫含量会降低钢的塑性和韧性，并导致冷脆性的发生。

磷的过高含量也会降低钢的塑性，而适当的磷含量可以提高钢的强度和硬度。

4.氧含量：氧是钢中的另一个常见杂质元素。

较高的氧含量会导致钢中的气孔和夹杂物增多，从而降低钢的强度和韧性。

因此，在生产中需要采取措施减少氧的含量，以提高钢的性能。

综上所述，化学成分对钢的性能具有重大影响。

通过控制碳含量和添加合适的合金元素，可以调节钢的硬度、强度、韧性和塑性。

控制杂质元素的含量，如硫、磷和氧，可以避免钢的冷脆性和降低其性能。

因此，在设计和生产钢材时，需要仔细考虑不同化学成分对钢性能的影响，并根据具体需求选择合适的材料配方。

化学成分对钢材性能的影响

5.氧、氮
氧、氮是钢中的有害杂质。氧多数以FeO的形式存在于非金属夹杂物中，FeO是一种硬脆的物质，会使钢的塑性、韧性和疲劳强度显著降低硅，酸并盐增水大泥时熟效料敏的感矿性物，组故成钢非中常的复含杂氧，量其一主般要不矿应超物和过含0.0量5%见。表3-1。各种矿物单独与水作用时所表现出的特性见氮表能3提-2高钢的强度和硬度，但却显著降低钢的塑性和韧性，增大钢的时效敏感性和冷脆性，故含氮量不应超0.008%。
4. 硫、磷
硫、磷是钢中的有害元素。硫多数以化合物FeS的形式存在于钢中。它是一种强度较低、性质较脆的夹杂物，受力时容易引起应力集硅酸盐水泥熟料的矿物组成非常复杂，其主要矿中，降低钢的强度和疲劳强度。此外，FeS还能与Fe形物和含量见表3-1。各种矿物单独与水作用时所表现出成低熔点的物质，在高温下该物质首先熔化造成晶粒脱的特性见表3-2 开，使钢变脆。这种在高温下使钢变脆开裂的性质叫热脆性。硫的热脆性大大降低了钢的热加工性和焊接性，是有害杂质，应严格控制其含量，一般不应超过0.065%。
6.铝、钒、铌、钛
铝、钒、铌、钛都是常用的合金元素，也是炼钢时的强硅脱酸氧盐剂水，泥适熟量料加的入矿钢物中组可成改非善常钢复的杂组，织其，主细要化矿晶粒物和，含提量高见钢表的3强-1度。，各改种善矿韧物性单和独可与焊水性作用时所表现出的特性见表3-2
1. 碳
碳是决定钢性能的重要元素。当含碳量小于0.8%时，随硅含酸碳盐量水的泥增熟加料，的钢矿的物屈组服成强非度常、复抗杂拉，强其度主和要硬矿度提物和高含，量冷见脆表性3和-1时。效各敏种感矿性物增单加独，与而水塑作性用、时韧所性表、现可出焊性的特、性抗见腐表蚀3性-2下降。
2. 硅
硅是钢的主要合金元素，是钢中的有益元素，炼钢时作硅为酸脱盐氧水剂泥而熟加料入的。矿其物能组提成高非钢常的复强杂度，，其而主对要钢矿的塑物和性含和量韧见性表影3响-1不。大各，种特矿别物是单当独其与含水量作小用于时1所%表时现，出对塑性的特和性韧见性表基3本-2上无影响。但含硅量超过1%时，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ材的冷脆性要增加，可焊性变差。

新版钢材中各元素对性能性的影响课件.doc

钢材中各元素对性能性的影响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。

钢材中的化学成分对钢材性能的影响

钢材中的化学成分对钢材性能的影响钢材是一种由铁和其他元素（如碳、锰、硅、硫、磷等）组成的合金。

不同元素的含量和配比会对钢材的性能产生直接影响。

以下是钢材中常见化学成分对钢材性能的影响的讨论。

1.碳（C）：碳是钢材中最常见的合金元素之一，对钢材的性能有重要影响。

碳的含量决定钢材的硬度、强度和韧性。

高碳钢具有较高的硬度和强度，但韧性较差；低碳钢具有较高的韧性，但硬度和强度较低。

2.锰（Mn）：锰是常用的合金元素之一，能够提高钢的强度和韧性，并改善钢的冷加工变形性能。

锰的含量通常在0.25-2.0%之间。

3.硅（Si）：硅的含量对钢的冷加工性能和耐腐蚀性有影响。

适量的硅可以提高钢的硬度和强度，但高硅含量会降低钢的韧性。

4.硫（S）和磷（P）：硫和磷是常见的杂质元素，它们会对钢材的加工性能和机械性能产生负面影响。

高硫和高磷含量会导致钢脆化，降低韧性和塑性，从而降低了钢的可加工性和延展性。

5.氧（O）和氮（N）：氧和氮是钢中的杂质元素，它们对钢的性能也有一定的影响。

高氧含量会降低钢的韧性和延展性，而高氮含量会增加钢的硬度和强度。

6.铬（Cr）：铬是不锈钢常用的合金元素，它能够提高钢的耐腐蚀性和抗氧化性能，并增加钢的硬度和强度。

7.钼（Mo）：钼是高强度钢的常见合金元素，可以提高钢的热处理稳定性、强度和韧性。

8.镍（Ni）：镍可以提高钢的韧性和强度，并改善钢的低温冲击韧性。

总之，钢材中的化学成分对钢的性能产生了多方面的影响。

不同元素的含量和配比决定了钢的硬度、强度、韧性、塑性、耐腐蚀性等特性。

因此，在生产和应用钢材时，需要根据具体要求选择适当的化学成分配比，以获得满足特定需求的钢材性能。

化学成分对钢性能的影响

化学成分对钢性能的影响.2.2．耐腐蚀性能(化学性能)金属材料在特定的介质环境中，会遭受腐蚀。

腐蚀不仅会造成金属的损失，更重要的是会导致金属的破坏，从而威胁到压力管道的安全。

事实已证明，许多压力管道的破坏都与材料的腐蚀有关。

石油化工生产过程中所处理的物料大多数是对金属材料有腐蚀的物质，因此材料对介质的抗腐蚀性就成了选择材料的重要依据。

◆材料的选择应避免应力腐蚀的发生，因为它会带来压力管道在不可预知的情况下突然断裂，从而导致重大事故的发生;◆选用的材料应有足够的抗介质均匀腐蚀的能力，以便材料不致于在短时间内因腐蚀造成的管道壁厚急剧减薄而失效等等。

应力腐蚀：材料在腐蚀与应力的同时作用下产生的腐蚀。

它只发生于一些特定的“材料－环境”体系，如“奥氏体不锈钢－Cl－”，“碳钢－NO3－”，当然还必须存在应力（外力、或焊接、冷加工等产生的残余应力）均匀腐蚀：是由于空气中的氧或其它条件在金属表面进行全面腐蚀而产生可溶性盐，随着时间的延长，壁厚则减少。

1.2.3物理性能材料的物理性能主要是指：密度ρ(kg/m3)、导热系数、比热、熔点Tm(℃)、线膨胀系数、弹性模量E、比重1.2.4.制造工艺性能材料的制造工艺性能也是影响材料选择的一个重要因素，主要有：1)切削加工性能：它是反映金属及合金进行冷机械切削加工难易程度的一个指标。

常用金属材料的切削加工性能：铝合金及镁合金>铜合金>一般铸铁>碳素钢>合金钢>奥氏体不锈钢。

2)可铸性：它是指液体金属在铸造过程中的流动性和凝固时的收缩性以及产生铸造缺陷的倾向性。

常用的金属材料中铸铁的铸造性较好，而铸钢的铸造性则较差，合金钢的铸造性更差。

3)可锻性：它是指金属材料通过锻造等压力加工方式而成形的能力。

一般情况下，金属材料的可锻性包括其塑性变形抗力、金属固态流动性、对模具的摩擦力、对氧化起皮的抗力、热裂倾向等性能。

脆性材料无可锻性。

4)可焊性：它是指金属材料通过常规的焊接方法和焊接工艺而获得良好焊接接头的性能。

化学元素对钢的性能的影响[1]

化学元素对钢的性能的影响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。