钢中常见元素的存在状态
钢的火花鉴别 标准
钢的火花鉴别标准
一、钢材类别识别
不同种类的钢材在火花上有不同的特征，因此可以根据火花特征来识别钢材的种类。
例如，碳素结构钢的火花呈簇状、带状，夹有未击穿的节花，而高速工具钢的火花呈火球状、针状，并伴有较多较细的爆裂。
二、碳含量鉴别
钢材中的碳含量可以通过观察火花的颜色和形状来判断。
一般来说，碳含量越高，火花的颜色越暗，形状也越粗糙。
例如，低碳钢的火花呈橙黄色，而高碳钢的火花呈蓝白色。
三、合金元素鉴别
钢材中的合金元素也可以通过观察火花来判断。
不同种类的合金元素在火花上有不同的特征。
例如，锰元素的存在会使火花呈暗紫色，硅元素的存在会使火花呈明亮的白色。
四、淬火状态鉴别
淬火状态的钢材在火花上有明显的特征。
淬火可以使钢材表面产生一层硬壳，同时内部结构也发生改变。
因此，可以根据火花的特征来判断钢材是否经过淬火处理。
例如，淬火后的钢材的火花呈暗紫色或黑色，而非淬火状态的钢材的火花呈亮黄色或白色。
五、钢材质量鉴别
钢的品质和性能与其化学成分及组织结构相关。
一般情况下，质量好的钢材的火花特征为光亮、颜色纯正且小而整齐；而质量差的钢材的火花特征为暗淡、颜色不纯且大小不一。
通过观察钢花的特征可以大致判断钢材的质量优劣。
合金元素在钢铁中的存在形式及其影响
合金元素在钢铁中的存在形式及其影响一、碳碳是钢铁中的重要元素，它是区分钢铁的主要标志之一。
在决定钢号时，往往注意到碳的含量，碳对钢铁的性能起决定性的作用。
由于碳的存在，才能将钢进行热处理，才能调节和改变其机械性能。
当碳含量在一定范围内时，随着碳含量的增加，钢的硬度和强度得到提高，其塑性韧性下降；反之，则硬度和强度下降，而塑性和韧性提高。
碳在钢铁中的存在形式可分为下列两种：1、化合碳：即碳以化合形态存在。
在钢中主要以铁的碳化物（如Fe3C）和合金元素的碳化物形态存在。
在合金钢中常见的碳化物，如：Mn3C、Cr3C2、WC、W2C、VC、MoC、TiC等，统称为化合碳。
2、游离碳：铁碳固溶体中的碳、无定形碳、石墨碳、退火碳等统称为游离碳。
高碳钢经退火处理时也会有部分游离碳析出。
在铸铁中的碳，除了极少量固溶于铁素体外，常常以游离形态或化合形态，或二者并存的形态存在。
化合碳与游离碳总和称为总碳量。
在分析游离碳较多的铸铁等试样时，应特别注意样品的代表性和均匀性。
游离碳一般不和酸起作用，而化合碳能溶于酸中，借此性质可分离游离碳。
碳化铁容易溶解在各种酸中，并容易被空气所氧化，但是碳化铁不溶于冷的和稀的非氧化性酸（硫酸、盐酸）内，大部分碳化物以黑色或深褐色的沉淀而沉降下来，但是，这种沉淀在氧化剂甚至于在空气中的氧参与下都很易溶解，受到浓硫酸、浓硝酸作用时，碳化铁即被分解而析出不同组分的挥发性碳。
大多数合金元素的碳化物难溶于酸内，为使其完全分解，需采取适当的措施，例如：1、在加热的情况下，将钢样用盐酸或硫酸处理，直至金属部分完全溶解，然后小心加入硝酸使碳化物破坏。
2、钢样内如含有稳定的碳化物时，在用硝酸氧化以前，先行蒸发至开始冒硫酸烟（或蒸发硫磷酸至冒硫酸白烟），然后再仔细地滴加浓硝酸。
3、在钢样中含有极稳定的碳化物，用上述方法不能溶解时，可将钢样用热盐酸、硝酸或盐—硝混合酸处理后，再用高氯酸处理。
在高氯酸蒸发的温度（约200℃）下加热，这时全部碳化物即会分解。
谈微合金元素Nb_V_Ti在钢中的作用
甘肃冶金 2000年12月第4期谈微合金元素N b 、V 、T i 在钢中的作用Ξ杨作宏 陈伯春(酒泉钢铁公司 甘肃 嘉峪关 735100)摘 要 论述了N b 、V 、T i 在钢中的存在形态,分析了提高钢的强韧性,改善可焊性的微观机理及在钢中的重要作用。
关键词 可能性 形态 溶度积 作用1 引言在钢中质量分数低于011%左右,而对钢的性能和微观组织有显著或特殊影响的合金添加元素,称为微合金元素;N b 、V 、T i 是其中最为重要的微合金元素。
在钢中添加微量的N b 、V 、T i ,可保证钢在碳当量较低的情况下,通过其碳、氮化物质点(尺寸小于5nm )的弥散析出及N b 、V 、T i 的固溶,细化晶粒,极大地提高钢的强度、韧性,特别是低温韧性,使钢具有良好的可焊性、使用性。
因此,研究N b 、V 、T i 在钢中的作用机理和微观行为,对钢的品种开发,生产高质量、高附加值的产品如船板、管线钢等有重要的作用。
2 Nb 、V 、T i 在钢中作用的微观基础211 形成碳化物和氮化物的可能性 图1 一些金属元素形成氧化物、硫化物、碳化物和氮化物的能力和它们的沉淀强化能力N b 、V 、T i 是碳化物和氮化物的形成元素,这些元素在比较低的浓度下就能满足这种要求。
在周期表中,它们的位置彼此靠得很近。
图1指出,对于一定的金属元素,从 组到 组,形成氧化物、硫化物、碳化物和氮化物的可能性是逐渐增强的(从右上角至左下角)。
形成沉淀强化所需要的碳化物或氮化物,N b 、V 、T i 有同等的倾向。
212 在钢中的存在形态N b 、V 、T i 为强碳化物形成元素,常温时,在钢中大部分以碳化物、氮化物、碳氮化物形式存在,少部分固溶在铁素体中,在脱氧不完全的钢中,也会2Ξ收稿日期:2000204205出现氧化物T i O 2、V 2O 3等。
这对N b 、V 、T i 是一种浪费,且氧化物对性能有害,应避免。
钢铁中五大元素的作用与危害及其分析方法
钢铁中五大元素的作用与危害及其分析方法作者：刘张50905022010 应化2班钢铁是铁与C(碳)、Si(硅)、Mn(锰)、P(磷)、S(硫)以及少量的其他元素所组成的合金。
其中除Fe(铁)外，C的含量对钢铁的机械性能起着主要作用，故统称为铁碳合金。
它是工程技术中最重要、用量最大的金属材料。
钢铁生产流程包括：矿山开采→选矿→烧结→炼铁→炼钢→连铸→轧钢等。
钢铁工业是最重要的基础工业，是其他工业发展的物质基础。
有了钢铁，就使得中国国民经济的技术改造成为可能。
同时，钢铁工业的发展也有赖于煤炭工业、采掘工业、冶金工业、动力、运输等工业部门的发展。
由于钢铁工业与其他工业的关系十分密切，因此许多国家都把发展钢铁工业放在十分重要的地位，并把这种发展与国民经济各部门的发展互相协调起来，保持正常的比例关系。
针对此块精英人才，也是目前我国最稀缺的。
五大元素是特指钢铁中的碳、硫、硅、磷、锰五种元素。
五大元素各个化学元素对钢的性能有以下的影响：1、碳(C) 碳是钢铁的主要成分之一它直接影响着钢铁的性能。
碳是区别铁与钢，决定钢号、品级的主要标志。
碳是对钢性能起决定作用的元素。
碳在钢中可作为硬化剂和加强剂，正是由于碳的存在，才能用热处理的方法来调节和改善其机械性能，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)：由原料矿石引入或脱氧及特殊需要而有意加入，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%。
钢中的气体元素
•■测试与分析〜钢中的气体元素宋红艳(中车株洲电力机车有限公司，湖南株洲412001)摘要：介绍了钢中氮、氢、氧等气体的来源、存在形式和对钢材性能特别是力学性能的影响。
举例说明了氮、氢和氧元素在碳结构钢和不锈钢中的应用。
关键词：气体元素；钢；应用中图分类号:T G 115.3+3文献标志码文章编号：1008-1690(2021)01-0058-03Gaseous Elements in SteelsSONG Hongyan(Zliuzhou C R R C Power Loco Co ., Ltd ., Zhuzhou 412001, Hunan China )Abstract ： Source , existence form of gaseous elements such as nitrogen , hydrogen and oxygen i n s teels and their e ffect on performances of s t e e l product , especially mechanical properties , were introduced . The applications of nitrogen，hydrogen and oxygen i n carbon structural steel and stainless s t e e l were explained with examples .Key words ： gaseous element ； steel ； application1钢铁中气体的存在形式钢中气体仅包括氮、氢、氧三种，在钢铁中并非呈气体状态存在，主要是形成化合物或固溶于钢铁 组织中，仅少量以游离形式存在钢铁的缺陷中。
钢铁中的氮主要源于空气，在冶炼和浇注过程 中，空气与金属熔池或炉渣接触时，溶解于到钢液，与金属形成氮化物，也有以氮化锰和氮化铬等铁合 金作原材料加人的钢中氮主要形成氮化物，如 Fe 4N 、Fe 2N 、CriV 、V N 、TiN 、A l N 、Si 3N 4 等，还有部分 形成固溶体，只有极微量的氮以分子形式吸附于金 属表面或存在于金属空隙中，而且在钢中的溶解度 随着某些合金元素浓度的增加而增加，例如含铬合 金的含氮量较高。
金属材料学
第一章合金化原理碳钢中的常存杂质1.锰（Mn ）和硅（Si ）炼钢过程中随脱氧剂或者由生铁残存而进入钢中的。
Mn：可固溶，也可形成高熔点MnS（1600℃）夹杂物。
MnS在高温下具有一定的塑性，不会使钢发生热脆。
Si：可固溶，也可形成SiO2夹杂物。
Mn和Si是有益杂质，但夹杂物MnS、SiO2将使钢的疲劳强度和塑、韧性下降。
2．硫（S）和磷（P）S：S和Fe能形成FeS，并易发生热脆(裂)。
P：可固溶于α-铁，但剧烈地降低钢的韧性，特别是低温韧性，称为冷脆。
磷可以提高钢在大气中的抗腐蚀性能。
S和P是有害杂质，但可以改善钢的切削加工性能。
3．氮（N）、氢（H）、氧（O）N：在α-铁中可溶解。
N可以与钒、钛、铌等形成稳定的氮化物，有细化晶粒和沉淀强化。
H：在钢中和应力的联合作用将引起金属材料产生氢脆。
O：在钢中形成硅酸盐2MnO•SiO2、MnO•SiO2或复合氧化物MgO•Al2O3、MnO•Al2O3。
N、H、O是有害杂质。
碳钢的分类1．按钢中的碳含量1）按Fe-Fe3C相图分类亚共析钢0.0218%≤w c≤0.77% 共析钢w c=0.77% 过共析钢：0.77%＜w c≤2.11%2）按钢中碳含量的多少分类低碳钢：w c ≤0.25% 中碳钢：0.25%＜w c≤0.6% 高碳钢：w c＞0.6%2．按钢的质量（品质），碳钢可分为（1）普通碳素钢（2）优质碳素钢（3）高级优质碳素钢（4）特级优质碳素钢3．按钢的用途分类，碳钢可分为（1）碳素结构钢（2）优质碳素结构钢（3）碳素工具钢（4）一般工程用铸造碳素钢4．按钢冶炼时的脱氧程度分类，可分为（1）沸腾钢F （2）镇静钢Z （3）半镇静钢b （4）特殊镇静钢TZ碳钢的用途1-普通碳素结构钢（1）主要用于一般工程结构和普通零件（2）热轧后空冷是这类钢通常的供货状态。
（3）普通碳素结构钢的牌号表示方法由代表屈服点的字母（Q）、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D）及脱氧方法符号（F、b、Z、TZ）等四个部分按顺序组成。
合金元素在钢中的作用
碍晶粒长大 • 非碳化物形成元素：Cu、Si、Ni……阻
止晶粒长大；P、Cu促进晶粒长大。
课题一 概述
♥对过冷奥氏体的转变的影响 实质上是对C曲线的影响
• 除Co以外，大多数合金元素都增加奥氏 体的稳定性，使C曲线右移。且非碳化物 形成元素Al、Ni、Si、Cu等不改变C曲 线的形状，只使其右移，碳化物形成元 素Mn、Cr、Mo、W等除使C曲线右移 外，还改变其形状。
当钢中加入少量合金元素时，有一部分溶于铁 素体内形成合金铁素体.
课题一 概述
♥合金元素在钢中的存在方式
（2）形成碳化物 碳化物形成元素可形成合金渗碳体和特殊碳化物. A 合金渗碳体 合金元素与碳的亲合力较弱，它的大部分是固溶 于铁素体、奥氏体、马氏体中，而少部分固溶于 渗碳体中形成合金渗碳体，如（Fe，Mn）3C。
♥对钢加热时奥氏体形成的影响
钢加热时对奥氏体形成速度的影响 奥氏体化过程包括奥氏体的形成，剩余碳化物 的溶解和奥氏体成分均匀化，均是由合金元素 和碳的扩散所控制。
• 非碳化物形成元素： • Co和Ni提高碳在奥氏体中扩散速度，加速奥
氏体的形成。Si、Al、Mn等元素，对C的扩散 速度影响不大。因而对奥氏体的形成速度影响 不大。
课题二 结构钢
• 典型合金调质钢分类
• ♥低淬透性调质钢 • 钢。含合金元素总量＜3 %， 40Cr、40MnB等 • ♥中淬透性调质钢 • 38 CrSi、35 CrMo 等，常用于制造较小的齿
轮、 • 轴、螺栓等零件。钢含合金元素总量在4 %左
右.
课题二 结构钢
• ♥高淬透性调质钢 • 钢含合金元素总量在4 %～ 10 %; • 38 Cr Mo Al A、40 Cr Mn Mo、25
钢铁5大元素
钢铁中的元素（除铁外）可简单分为两大类：五大元素和稀少元素。
五大元素即指碳、硅、锰、硫、磷；稀少元素主要指氮、氢、氧等气体元素和合金元素。
当然所有元素都可能影响钢料的生产、制造及其性质，元素间也可能彼此影响。
另外，某元素对某一钢种有益，但在另外一种钢种中就可能有害。
下面简要介绍下五大元素对钢性能的影响：1、碳碳是影响钢的组织和性能的主要元素。
在钢中碳主要以渗碳体的形式存在。
当钢的含碳量≤1.0％时，随着含碳量的增加，钢的强度和硬度提高，而塑性和韧性不断下降。
这是因为在以铁素体（ferrite）为基体的钢中，层片状渗碳体起着强化作用，钢中珠光体(pearlite)含量愈多，则强度和硬度愈高（张万昌，2000）。
炼钢厂所生产的极低碳钢(IF钢，Interstitial Free 钢)，是在炼钢过程中加入铌和钛元素以制约碳元素的形成，这种极低碳钢超深冲性良好，主要用于汽车工业。
在冷轧厂中最常见的卷板低碳钢为碳含量0.08％的SAE1008钢种，作为各大产业产品用钢的原料。
但是，当钢中含碳量>1.0％以后、钢中出现网状渗碳体，这时钢的硬度虽随着含碳量的增加而不断提高，却导致钢的强度下降。
钢中含碳量愈多，渗碳体网愈严重，网的厚度也越大。
所以高碳钢的性能硬而脆，仅作工具用。
2、硅硅是在钢冶炼生产过程中由原料（铁矿石、废钢铁、脱氧剂等）所带入的(王章忠，2001)，硅溶于α－Fe中形成固溶体，提高钢的强度和硬度。
所以，硅是钢中的有益元素，在钢中硅的含量<0.5％（张万昌，2000）。
但是在一般具有无氧化炉（NOF）的连续退火线的热浸镀锌厂中，所使用的低碳钢(冷轧板)，其硅成分一般为0.03％max,最好不得超过0.04％，否则钢带进入460℃左右的锌槽之后，无法取得良好的着锌状态。
3、锰锰是在钢冶炼生产过程中由原料（铁矿石、废钢铁、脱氧剂等）所带入的，锰溶于α－Fe和渗碳体中使钢的强度和硬度提高，此外锰和硫化合成MnS，可以减轻硫对钢的危害，所以锰也是钢中的有益元素（张万昌，2000）。
各种化学元素在钢中的作用
各种化学元素在钢中的作用钢是一种非常重要的材料，它由碳和其他一些添加元素组成。
这些添加元素对钢的性能和特性有重要的影响，决定了钢的硬度、强度、塑性、耐蚀性等。
下面将介绍一些常见的化学元素在钢中的作用。
1.碳（C）：碳是钢中最主要的添加元素之一，它对钢的硬度和强度起到关键作用。
当碳含量增加时，钢的硬度和强度也会增加，但其塑性和韧性会降低。
通常情况下，碳含量在0.2%至2.1%之间的钢属于碳钢。
超过这个范围的钢会变得脆化。
2.硅（Si）：硅是一种常见的钢中添加元素。
它可以提高钢的强度和硬度，并提高抗腐蚀性能。
此外，硅还可以减少钢的收缩和氧化。
3.锰（Mn）：锰主要用于提高钢的韧性、强度和耐磨性。
当锰含量在0.25%至1.5%之间时，钢的韧性和强度会显著提高。
锰还可以去除氧化铁和硫，并提高钢的可焊性。
4.磷（P）：磷是一种常见的杂质元素，当磷含量超过钢中的标准限制时，会导致钢的脆性增加。
因此，在生产钢时需要控制磷含量。
5.硫（S）：硫是另一种常见的杂质元素，当硫含量高于标准限制时，会降低钢的延展性、可塑性和冷加工性能。
因此，控制硫含量对于生产高质量的钢非常重要。
6.铬（Cr）：铬是一种耐腐蚀的元素，通常用于不锈钢的制作中。
它可以提高钢的抗氧化能力，并提高钢的耐腐蚀性能。
7.镍（Ni）：镍可以提高钢的强度和韧性，同时也提高了钢的耐腐蚀性。
镍主要用于制造高强度、高韧性和耐腐蚀的钢。
8.钼（Mo）：钼被广泛用于合金钢中，可以提高钢的强度、硬度和耐腐蚀性。
钼还可以提高钢在高温下的性能，因此在制造高温工作条件下使用的钢中经常添加钼。
9.单质氮（N）：氮主要用于制造高强度的钢。
氮可以通过固溶于钢中来增强钢的强度。
特别是在不锈钢制造中，氮的添加可以显著提高钢的抗腐蚀性能。
以上只是一些常见的化学元素在钢中的作用的简介，实际上，制造工程师和冶金师会根据具体的使用需求和所需的性能，精确调配合金组分来满足特定应用的要求。
不同的合金组分可以产生不同属性的钢，因此，研究和了解这些元素的作用对于优化钢的性能非常重要。
黑色金属中各元素的作用和影响
硼(B)
钢铁中加入少量的硼，对钢的性质有很大的 影响。它能使钢的淬火性显著增强，提高 钢的机械强度，如增加硬度和抗张力。硼 在钢中多以固溶体、氧化物、碳化物以及 其他硼化物形态存在。钢中的硼含量一般 在0.001~0.005%，耐热钢中硼含量一般在 0.001~0.005%，耐热钢中硼含量一般在 0.03~0.15%左右。测定钢中的硼主要是酸 0.03~0.15%左右。测定钢中的硼主要是酸 溶硼和酸不溶硼。
锑(Sb)
锑是一种低熔点的脆性金属，在冶炼过程中 伴随矿石与各种辅助材料进入钢中。在钢 中，锑是一种有害成分，它可降低钢的强 度。因此，钢中锑含量应减少为好，一般 在0.01%以下。但是也有特殊要求，如耐磨 0.01%以下。但是也有特殊要求，如耐磨 铸铁，其锑含量可达1%以上。 铸铁，其锑含量可达1%以上。
硅（Si） 硅（Si）
硅在钢中为有益元素，能增强钢的抗张力、 弹性、耐酸性和耐热性，并能使钢的电阻 系数增大，同时它又是钢的有效脱氧剂。 硅在钢中主要以硅化铁（FeSi 硅在钢中主要以硅化铁（FeSi、 Fe2Si)形式 FeSi、 Si)形式 存在。 普通钢中硅含量为0.1~0.4%，低合金硅钢 普通钢中硅含量为0.1~0.4%，低合金硅钢 中的硅含量在0.5~2.0%。硅钢片中的硅含 中的硅含量在0.5~2.0%。硅钢片中的硅含 量可达4%，生铁中硅一般在0.3~1.5%， 量可达4%，生铁中硅一般在0.3~1.5%， 铸铁中硅含量为3%。 铸铁中硅含量为3%。
镁(Mg)
镁是一种十分活泼的金属元素，与氧、氮， 硫都有很强的亲和力。因此它在钢铁冶炼 中是一种良好的脱氧和脱硫剂，同时也是 铸铁良好的球化剂。但是镁难溶于铸铁的 基体中，而以化合物MgS、MgO、 基体中，而以化合物MgS、MgO、Mg3N2、 Mg2Si等状态存在。镁和碳可以形成一系列 Si等状态存在。镁和碳可以形成一系列 得化合物，如MgC 得化合物，如MgC2、Mg2C3。镁在球墨铸铁 中，回收率很低，其最后残存量一般在 0.02~0.10%范围内。只有残存量为0.04% 0.02~0.10%范围内。只有残存量为0.04% 以上才能制成球墨铸铁。
五害元素对钢材性能的影响
五害元素对钢材性能的影响技术中心陈绍林摘要：评述了钢中五害元素对钢材性能的影响。
关键词：五害元素钢性能影响1、前言所谓“五害元素”是指钢中存在的铅(Pb)、锡(Sn)＞珅(As)、. (Sb)、钿(Bi)等五种元素。
因为在绝大多数情况下，这五种元素对钢材的加工性能和使用性能有不利的影响，而且它们的化学性质相近，作用机理相似，经常混合在一起，故统称为“五害元素工五害元素位于元素周期表上第四族和第五族，在化学上，神属于“非金属元素”，其余四种元素为金属元素。
五害元素在元素周期表中的位置见图1。
图1钢中五害元素有一些共同特点。
第一，它们的熔点与钢相比较低，通称为低熔点元素。
它们存在于钢中会降低钢的熔点，含量越高，熔点降低越多。
第二，它们在钢中含量超过一定限度时，都会明显降低高温机械性能，增加钢的高温脆性，降低钢的强度和韧性，使钢变脆。
第三，它们往往共生于一体，造成严重偏析(晶界偏析)，很少单独存在，因而对钢的破坏作用更大。
2、来源及控制方法1.1来源五害元素主要来源于炼钢的原料如废钢、生铁等。
其中As、Sn、Sb 等由于其氧化势比铁低，故在炼钢过程中很难去除，而Pb和Bi的氧化势比铁高, 故可以在炼钢过程中去除绝大部分(其中Bi主要从烟气中挥发，而Pb的密度大,除部分挥发外，会从钢液中沉到炉底）。
因此钢中五害元素实际上主要是As、Sn. Sb 等三种，而Pb和Bi基本上含量在0.001%的痕量水平。
对钢的性能产生影响的主要也是As、Sn、Sb这三种元素。
1.2控制方法由于五害元素主要来源于废钢、生铁等炼钢原料，因此控制五害元素含量的第一个方法就是对废钢、生铁等炼钢原料进行分选。
按照产品质量要求的高低选用五害元素含量不同的原材料。
另外也可以将不同级别的原材料合理搭配，靠“稀释”的办法来降低产品中五害元素的含量水平，但这种办法经常给炼钢操作带来困难。
通过冶炼工序来去除As、Sn、Sb等元素是很困难的，有时尽管能去除但很不经济。
元素对合金的影响
③ 不形成碳化物元素，如硅、铝、铜、镍、钴等。这类元素一般以原子状态存在于奥氏体、铁素体等固溶体中。合金元素中一些比较活泼的元素，如铝、锰、硅、钛、锆等，极易和钢中的氧和氮化合，形成稳定的氧化物和氮化物，一般以夹杂物的形态存在于钢中。锰、锆等元素也和硫形成硫化物夹杂。钢中含有足够数量的镍、钛、铝、钼等元素时能形成不同类型的金属间化合物。有的合金元素如铜、铅等，如果含量超过它在钢中的溶解度，则以较纯的金属相存在。 钢的性能取决于钢的相组成，相的成分和结构，各种相在钢中所占的体积组分和彼此相对的分布状态。
[编辑本段]合金钢的分类
一般分类
合金钢种类很多，通常按合金元素含量多少分为低合金钢（含量＜5％），中合金钢（含量5％～10％），高合金钢（含量＞10％）；按质量分为优质合金钢、特质合金钢；按特性和用途又分为合金结构钢、不锈钢、耐酸钢、耐磨钢、耐热钢、合金工具钢、滚动轴承钢、合金弹簧钢和特殊性能钢（如软磁钢、永磁钢、无磁钢）等。 在钢中除含铁、碳和少量不可避免的硅、锰、磷、硫元素以外，还含有一定量的合金元素，钢中的合金元素有硅、锰、钼、镍、硌、矾、钛、铌、硼、铅、稀土等其中的一种或几种，这种钢叫合金钢。各国的合金钢系统，随各自的资源情况、生产和使用条件不同而不同，国外以往曾发展镍、硌钢系统，我国则发现以硅、锰、钒、钛、铌、硼、铅、稀土为主的合金钢系统 合金钢在钢的总产量中约占百分之十几，一般是在电炉中冶炼的按用途可以把合金钢分为8大类，它们是：合金结构钢、弹簧钢、轴承钢、合金工具钢、高速工具钢、不锈钢、耐热不起皮钢，电工用硅钢。 调质钢 1．中碳型合金钢，合金元素含量较低；2．强度较高；3．用于高温螺栓、螺母材料等。 弹簧钢 1含碳量比调质钢高；2经调质处理，强度较高 抗疲劳强度较高；3用于弹簧材料。 滚动轴承钢 1高碳型合金钢，合金含量较高；2具有高而均匀的硬度和耐磨性；3用于滚动轴承。 合金工具钢 量具钢 1高碳型合金钢，合金元素含量较低；2具有高的硬度和耐磨性，机加工性能好，稳定性好；3用于量具材料。 特殊性能钢 不锈钢 1低碳高合金钢；2抗腐蚀性好；3用于抗腐蚀、部分可做耐热材料。 耐热钢 1低碳高合金钢；2耐热性能好；3用于耐热材料、部分可做抗腐蚀材料。 低温钢 1低碳合金钢，根据耐低温程度合金元素有高有低；2抗低温性好；3用于低温材料（专用钢为镍钢）。
各种合金元素在钢中的作用
各种合金元素在钢中的作用为了改善和提高钢的某些性能和使之获得某些特殊性能而有意在冶炼过程中加入的元素称为合金元素。
常用的合金元素有铬、镍、钨、钒、钛、铌、锆、钴、硅、锰、铝、铜、硼、稀土等。
磷、硫、氮等在某些情况下也起到合金的作用。
（1）铬（Cr）铬能增加钢的淬透性并有二次硬化的作用，可提高碳钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆。
含量超过12%时，使钢有良好的高温抗氧化性和耐氧化性腐蚀的作用，还增加钢的热强性。
铬为不锈钢耐酸钢及热钢的主要合金元素。
铬能提高碳素钢轧制状态的强度和硬度，降低伸长率和端面收缩率。
当铬含量超过15%时，强度和硬度将下降，伸长率和断面收缩率则相应地有所提高。
含铬钢的零件经过研磨容易获得较高的表面加工质量。
铬在调质结构中的主要作用是提高淬透性，使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能，在渗碳钢中还可以形成含铬的碳化物，从而提高材料表面的耐磨性。
焊铬的弹簧钢在热处理时不易脱落。
铬能提高工具钢的耐磨性、硬度和红硬性，有良好的回火稳定性。
在电热合金中，铬能提高合金的抗氧化性、电阻和强度。
（2）镍（Ni）镍在钢中强化铁素体并细化珠光体，总的效果是提高强度，对塑性的影响不显著。
一般地讲，对不需调质处理而在轧钢、正火或退火状态使用的低碳钢，一定的含镍量能提高钢的强度而不显著降低其韧性。
据统计，每增加1%的镍约可提高强度29.MPa。
随着镍含量的增加，钢的屈服强度比抗拉强度提高的快，因此含镍钢的比可较普通碳素钢高。
镍在提高刚强度的同时，对钢的韧性、塑性以及其他工艺的性能的损害较其他合金元素的影响小。
对于中碳钢，由于镍降低珠光体转变温度，使珠光体变细；又由于镍降低共析点的含碳量，因而和相同的碳含量的碳素钢比，其珠光体数量较多，使含镍的珠光体铁素体钢的强度较相同碳含量的碳素钢高。
反之，若使钢的强度相同，含镍钢的碳含量可以适当降低，因而能使钢的韧性和塑性有所提升。
镍可以提高钢对疲劳的抗力和减小钢对缺口的敏感性。
钢铁分析——精选推荐
（一）原理 磷在钢铁中主要以金属磷化物的形式存在，经硝酸分解后生 成正磷酸和亚磷酸，用高锰酸钾处理后，全部被氧化为正磷 酸：
3Fe3P 41HNO3 9Fe(NO3)3 3H3PO4 14NO 16H2O
Fe3P 13HNO3 3Fe(NO3)3 H3PO3 4NO 5H2O
2、钢（含碳量<2%）的分类 碳素钢
按化学成分分类
工业纯铁，碳<0.04% 低碳钢，碳<0.25% 中碳钢，碳0.25～0.6% 高碳钢，碳>0.6%
特种钢：
合金钢
低合金钢，合金元素<5% 中合金钢，合金元素5 ～10% 高合金钢，合金元素>10%
若 适 当 提 高 钢 中 Si或 Mn含 量 ， 或 加 入 一 定 量 的 Ni， Cr， W，Mo，V，Ti等金属，成为特种钢（铁合金或合金钢）。
第四节 磷的测定
钢铁中磷的测定方法有多种。一般都是使磷 转化为磷酸，再与钼酸铵作用生成磷钼酸， 在此基础上可以用质量法（沉淀物为 MgNH4PO4·6H2O）、酸碱滴定法、磷钼蓝 光度法等进行测定。其中磷钼蓝光度法不仅 可以对钢铁中的磷进行测定，而且可以对其 他有色金属和矿物中微量的磷进行测定。本 节主要介绍磷钼蓝光度法。
（3）锰 钢铁中主要以MnS状态存在，如S含量较低，过量的锰可能组成 MnC、MnSi、FeMnSi等，成固熔体状态存在。
性能 增强钢的硬度，减弱延展性。 生铁Mn 0.5% ～6% 锰钢中Mn>0.8% 碳素钢 Mn 0.3 ～ 0.8% 高锰钢高达13% ～14%
（4）硫 主要以MnS或FeS状态存在 使钢产生―热脆性‖——有害成分
（2）主要试剂 氢氧化钾吸收剂溶液(400g/L)； 除硫剂 活性二氧化锰(粒状)或钒酸银；
工程材料学题库-钢
工程材料学题库填空题1、正确合理的选材一半考虑三个基本原则123经济性书P42、写出扩大ɣ相区并且可以与ɣ-Fe无限互溶的元素有镍、锰、钴。
扩大ɣ相区并且可以与ɣ-Fe有限互溶的元素有碳、氮、铜。
写出封闭ɣ相区并且可以与ɣ-Fe 无限互溶的元素有铬（Cr）、钒（V）。
P7-83、Cr是铁素体形成元素，但是在钢中加入了w（Cr）= 18%和Ni元素的时候，却可以促进奥氏体的形成。
P84、奥氏体层错能越高，易于形成状马氏体，具有孪晶型亚结构。
奥氏体层错能越低，易于形成状马氏体，具有位错型亚结构。
P115、钢中合金元素的强化作用主要有固溶强化、晶界强化、第二相强化和位错强化四种方式。
P116、晶界强化不但可以提高强度，还可以改善钢的韧性。
P127、除了Co、Al与金属以外，所有的合金元素都会使马氏体转变温度下降。
P21（Co、Al）8、合金元素Al、Mn对晶粒细化有较好作用。
（Al、Mn）9、细晶强化唯一的在提高强度的同时提高材料韧性的强化方式。
（细晶）10、向钢中加入Ni元素，可以显著降低钢的T。
（P18 Ni）k11、除了Co、Al以外，所有的合金元素均使马氏体转变温度下降。
（P21）12、按照脱氧程度和浇铸方法可以将钢分为沸腾钢、镇静钢和半镇静钢三类。
其中沸腾钢的成材率高但是不适合高冲击以及低温条件下工作。
（P33）13、滚动轴承钢GCr9中碳的铬含量约为 %左右。
14、T8中碳的平均含C量约为 % 。
15、为了改善碳素工具钢的切削加工性能，通常采用的预备热处理是球化退火。
16、T10钢锉刀，通常采用的最终热处理为淬火+ 低温回火17、1Cr13中铬的平均含量约为 13% 。
18、KTZ700—02牌号中，“700”的含义是最低抗拉强度为700MPa 。
1、以下哪些元素可以使ɣ相区扩大，S点左移，A3线下降。
（ C ）（P19）a、Mn Si、 Wb、Cr Si Coc、Ni Co Mnd、Mo V Ni2、下列哪个元素不会使ɣ相区缩小，A3点上升，S点左移。
金属材料状态
金属材料状态金属材料是工程领域中常见的材料之一，其状态对于材料的性能和应用具有重要影响。
金属材料的状态主要包括固态、液态和气态三种状态。
本文将就这三种状态进行介绍和分析。
首先，固态是金属材料最常见的状态之一。
在固态状态下，金属材料的原子和分子紧密排列，形成了稳定的晶格结构。
这种结构使得金属材料具有较高的强度和硬度，能够承受较大的外部力和变形。
此外，金属材料在固态状态下还具有良好的导热性和导电性，适用于制作各种工程零部件和电子元器件。
因此，固态是金属材料最常见的状态之一，也是其主要应用状态之一。
其次，液态是金属材料在升温至其熔点以上时所处的状态。
在液态状态下，金属材料的原子和分子失去了固态时的有序排列，而呈现出无序排列的状态。
这种状态使得金属材料具有较高的流动性和塑性，适用于熔铸和热处理等加工工艺。
同时，液态状态下金属材料的热膨胀系数较大，适用于热传导和热膨胀补偿等应用。
因此，液态是金属材料在加工和热处理过程中的重要状态之一。
最后，气态是金属材料在高温高压条件下所处的状态。
在气态状态下，金属材料的原子和分子呈现出高度的运动性和分散性，使得金属材料具有较高的扩散性和反应性。
这种状态使得金属材料适用于高温气相反应和气相沉积等应用。
同时，气态状态下金属材料还具有较高的腐蚀性，需要采取相应的防护措施。
因此，气态是金属材料在高温高压条件下的特殊状态之一。
综上所述，金属材料的状态主要包括固态、液态和气态三种状态。
这三种状态分别具有不同的特性和应用，对于金属材料的性能和应用具有重要影响。
因此，在工程设计和应用中，需要根据具体要求和条件选择合适的金属材料状态，以确保其性能和应用的有效发挥。
第五章 钢铁分析
公式
W（C）=A×x×20×f／ m×100%
总碳的其他测定方法
• 燃烧库仑法： 在氧气炉中将试样燃烧（高频炉或电阻炉），将生成
的二氧化碳混合气体导入已调好固定PH的（A态）高氯酸 钡吸收液中，由于二氧化碳的反应，使溶液PH改变（A 态）。然后用电解的办法电解生成的H+，使溶液PH回复 到A态。根据法拉第电解定律，通过电路设计，使每个电 解脉冲具有恒定电量，相当于0.5×10-6g碳，从而实现了 数显浓度直接、自动定碳的目的。
钢铁试样主要采用酸分解法，常用的有盐酸、硫酸和 硝酸。三种酸可单独或混合使用，分解钢铁样品时，若 单独使用时一种酸，往往分解不够彻底，混合使用时， 可以取长补短，且能产生新的溶解能力。
此外可用来分解钢铁样品的还有的测定
概述
燃烧-气体 容量法
一、概述
1、钢铁中的C来源 碳是钢铁的主要成分之一，它直接影响着钢铁
工作中，均应燃烧标准样品，判定 工作过程中仪器的准 确性。
13、吸收前后观察刻度的时间应一致。吸收后观 察刻度时， 量气管及水准瓶内液面与视线应处在同一水平线上。
14、吸收器中氢氧化钾溶液使用久后也应进行更换。
分析结果的计算
当标尺刻度单位是毫升时 公式 W（C）=A×V×f／m×100%
当标尺刻度是碳含量时
四、成品分析取样
成品分析用的试样样屑，应按下列方法之一采取。不能
按下列方法采取时，由供需双方协议。
大断面钢材
（1）大断面的初轧坯、方坯、扁坯、圆钢、方钢、锻钢件 等，样屑应从钢材的整个横断面或半个横断面上刨取； 或从钢材横断面中心至边缘的中间部位（或对角线 1/4处）平行于轴线钻取；或从钢材侧面垂直于轴中 心线钻取，此时钻孔深度应达钢材或钢坯轴心处。
元素的存在状态与周期表
元素的存在状态与周期表元素是构成物质的基本单位，它们以不同的形式存在于我们周围的世界中。
不同的元素可以以固体、液体或气体的形态存在。
这种存在状态对于理解元素的属性以及它们在化学反应中的行为至关重要。
为了有条理地组织这些元素，并以可视化的方式呈现它们的属性，科学家们创建了一个被广泛采用的周期表。
一、元素的存在状态1. 固体：许多元素在常温常压下以固体形式存在。
铁、氧、铜等金属元素以及碳、氮等非金属元素都是常见的固体元素。
固体元素具有一定的形状和体积，其分子或原子之间的距离较小，相互之间存在着强力吸引。
2. 液体：少数元素在常温常压下以液体的形态存在。
汞是唯一的液体金属元素，它具有低沸点和高密度。
溴是一种常见的液体非金属元素，其沸点较低。
液体元素的分子之间相对较远，分子间力较弱，因此容易流动。
3. 气体：大部分元素在常温常压下以气体的形态存在。
氧气、氮气、氯气等都是常见的气体元素。
气体元素的分子或原子之间的距离较大，它们以高速运动，相互之间的吸引力相对较小。
二、周期表的起源与组织方式1. 原子序数：周期表以元素的原子序数作为基础。
原子序数是一个元素特有的数字，表示元素中原子的核中所含有的质子数量。
元素按照原子序数从小到大的顺序排列。
2. 周期与族：周期表将元素按照周期和族进行分类。
每一个周期代表了元素最外层电子壳的能级数量，而族指的是具有相似性质的元素的集合。
这种分类方式使得我们能够更好地理解元素的趋势性质以及周期性变化。
3. 元素符号与名称：周期表中每一个元素都用一个符号来表示，例如氧元素用字母符号"O"来表示。
这种简约而又直观的表示方法使得周期表成为科学家们之间通用的交流工具。
4. 元素属性：周期表中列出了每个元素的一些重要属性，如原子质量、电子排布等。
这些属性可以帮助我们了解元素的特点和行为。
5. 元素周期性：周期表的一个突出特点是元素的周期性变化。
元素的物理和化学性质随着原子序数的增加而呈现规律性变化。
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钢中常见元素的存在状态
一、碳
碳是钢铁中的主要成分之一，是钢铁分类的重要依据，一般含水量碳量在1。
7%以下者为钢，大于1。
7%为铁。
碳在钢中主要以碳化铁Fe3C和合金元素的碳化物状态存在，如Mn3C、Cr3C2、WC、TiC、NbC等，以这种形式存在的碳，称为化合碳。
游离碳包括无定型碳、石墨碳和退火碳等。
当碳含水量增加时，其强度和硬度随之增加，而塑性和延展性随之降低，使钢脆且难以加工；反之，随着碳含量的减少，钢的韧性得到增强且易切削加工。
二、硅
硅要钢中主要以固溶体状态存在，其形式为FeSi或更复杂的化合物FeMnSi，也有少部分硅酸盐状态的夹杂物，在高碳硅钢中可能有少量SiC形成。
硅和氧的亲和力仅次铝和钛，而强于锰、铬和钒，所以在炼钢过程中，硅用作还原剂和脱氧剂。
硅还能增强钢的抗张力、弹性、耐热性，又能增大钢的电阻系数。
故钢中含硅量一般不小于0。
10%，作为一种合金元素来考虑，一般不低于0。
40%，而硅金刚中含硅量可高达4%以上。
三、锰
锰在钢中主要以固溶体和MnS状态存在，当生成MnS后有多余的锰时，也可组成Mn3C，此外，也有少量的MnSi、FeMnSi等存在。
锰在炼钢中通常作脱氧剂和脱硫剂而特意加入。
锰和硫作用可防止热脆，从而提高钢的可锻性。
锰在钢中一般含量0。
3~0。
8%，含量超过0。
8%即作锰合金钢。
当锰钢中锰含量超过10%时，特别耐磨。
四、磷
磷在钢中主要以固深体、磷化物（Fe2P、Fe3P、FeP）及少量磷酸盐夹杂物的状态存在，常呈析离状态。
磷在钢中的分布具有不同程度的偏析现象，所以在取样时应注意代表性。
磷通常是钢铁中的有害元素，如Fe3P是一种很硬的物质，易发生冷脆现象影响钢的性能。
但在某些情况下，磷能改善钢材的切削性能，故易切钢也要求有较高的磷含量。
五、硫
硫在钢中主要以MnS和FeS状态存在，它易使钢产生热脆，使钢的机械性能降低，同时对钢的耐蚀性、可焊性不利，因此硫是钢的有害元素之一，在普通钢中硫的含量不超过0。
05%优质结构钢、工具钢中不超过0。
045%或0。
05%，高级优质钢中不超过0。
020%，但在易切削和高锰钢中硫含量可以高些。
硫在钢中易偏析，因此取样时必须注意代表性。
六、铬
铬在钢中的状态较为复杂，有金属状态、碳化物、硅化物、氮化物、氧化特等状态，其中以铬的碳化物状态较为稳定。
铬是合金元素中应用最广泛的元素之五，铬能提高钢的机械性能和耐磨性，也可增加钢的淬透性及淬火后的抗变形能力，增加钢的硬度、弹性等。
七、镍
镍在钢中主要以固溶体形式存在，也有以碳化物状态存在。
由于镍在钢中不易形成稳定的化合物，所以大多数含镍钢和合金都溶于酸，但浓硝酸易使镍钝化，回此在溶解含镍钢时，一般采用稀硝酸和稀盐酸。
八、钼
钼在钢中主要以固溶体和碳化物（MoC、Mo2C）的形式存在。
钼作为合金元素加入，能增加钢的强度，而不降低其可塑性和韧性，同时能使钢在高温下有足够的温度，并改善钢的各种性能。
九、钒
钒和硫、氮、氧都有极强的亲和力，能形成相应的极为稳定的化合物，但在钢中主要以碳化物（V4C3、V2C、VC）形式存在，也有以固溶体状态存在的。
钒在钢中的作用主要是使钢具有特殊的机械性能。
提高钢的抗张强度和屈服点，提高工具钢的使用寿命。
十、钛
钛和氧、氮、碳都有极强的亲和力，因此它是一种良好的脱氧剂和固定氮和碳的有效元素，因此，钛在钢中除固溶体外，还存在氮化钛、氧化钛和碳化钛等。
十一、铌
铌在钢中主要以金属化合物Fe3Nb和碳化铌等状态存在。
铌作为合金元素加入钢中能显著提高钢的强度和抗腐蚀性，性病钢的焊接性能。
十二、铝
铝在钢中主要以金属固溶体状态存在，少部分以氧化铝的氮化铝等化合物形式存在。
所谓酸溶铝是指金属铝和氮化铝而言。
酸不溶铝主要指氧化铝。
铝是钢的良好脱氧剂、去气剂和致密剂。
铝作为合金元素加入钢中能提高钢的抗拒氧化性、改善钢的电磁性能，提高渗氮钢的耐磨性和疲劳强度等。