化学成分对钢材性能的影响

列表整理化学成分对钢材性能的影响
钢是以铁和碳为主要成分的合金，虽然碳和其他元素所占比例甚少，但却左右着钢材的性能。

1、碳
碳时各种钢中的重要元素之一，在碳素结构钢中则是铁以外的最主要元素。

碳是形成钢材强度的主要成分，随着含碳量的提高，钢的强度逐渐增高，而塑性和韧性下降，冷弯性能、焊接性能和抗锈性能等也变劣。

碳素钢按碳含量区分，小于0.25%的为低碳钢，介于0.25%和0.6%之间的为中碳钢，大于0.6%的为高碳钢。

含碳量超过0.3%时，钢材的抗拉强度很高，但却没有明显的屈服点，且塑性很小，含碳量超过0.2%时，钢材的焊接性能开始恶化。

因此，规范推荐的钢材，含碳量均不超过0.22%，对于焊接结构则严格控制在0.2%以内。

2、硫
硫是有害元素，常以硫化铁形式夹杂于钢中。

当温度达800~1000℃时，硫化铁会熔化使钢材变脆，因而在进行焊接或热加工时，有可能引发热裂纹，称为热脆。

此外，硫还会降低钢材的冲击韧性、疲劳强度、抗锈蚀性能和焊接性能等。

非金属硫化物夹杂经热轧加工后还会在厚钢板中形成局部分层现象，在采用焊接连接的节点中，沿板厚方向承受拉力时，会发生层状撕裂破坏。

因而应严格限制钢
材中的含硫量，随着钢材牌号和质量等级的提高，含硫量的限制值由0.05%依次降至0.025%，厚度方向性能钢板（抗层状撕裂钢板）的含硫量更限制在0.01以下。

3、磷
磷可提高钢的强度和抗锈蚀能力，但却严重地降低钢的塑性、韧性、冷弯性能和焊接性能，特别是在温度较低时促使钢材变脆，称为冷脆。

因此，磷的含量也要严格控制，随着钢材牌号和质量等级的提高，含磷量的限值由0.045%依次降至0.025%。

但是当采用特殊的冶炼工艺时，磷可作为一种合金元素来制造含磷的低合金钢，此时其含量可达
0.12%~0.13%。

4、锰
锰是有益元素，在普通碳素钢中，它是一种弱脱氧剂，可提高钢材强度，消除硫对钢的热脆影响，改善钢的冷脆倾向，同时不显著降低塑性和韧性。

锰还是我国低合金钢的主要合金元素，其含量为0.8%~1.8%。

但锰对焊接性能不利，因此含量也不宜过多。

5、硅
硅是有益元素，在普通碳素钢中，它是一种强脱氧剂，常与锰共同除氧，生产镇静钢。

适量的硅，可以细化晶粒，提高钢的强度，而对塑性、韧性、冷弯性能和焊接性能无显著不良影响。

硅的含量在一般镇静钢中为0.12%~0.3%，
在低合金钢中为0.2%~0.55%。

过量的硅会恶化焊接性能和抗锈蚀性能。

6、钒、铌、钛
钒、铌、钛等元素在钢中形成微细碳化物，加入适量，能起细化晶粒和弥散强化作用，从而提高钢材的强度和韧性，又可保持良好的塑性。

7、铝
铝是强脱氧剂，还能细化晶粒，可提高钢的强度和低温韧性，在要求低温冲击韧性合格保证的低合金钢中，其含量不小于0.015%。

8、铬、镍
铬和镍是提高钢材强度的合金元素，用于Q390及以上牌号的钢材中，但其含量应受限制，以免影响钢材的其他性能。

9、铜和铬、镍、钼等其他合金元素
铜和铬、镍、钼等其他合金元素，可在金属基体表面形成保护层，提高钢对大气的抗腐蚀能力，同时保持钢材具有良好的焊接性能。

在我国的焊接结构用耐候钢中，铜的含量为0.20%~0.40%。

10、镧、铈等稀土元素（RE）
镧、铈等稀土元素（RE）可提高钢的抗氧化性，并改善其他性能，在低合金钢中其含量按0.02%~0.20%控制。

11、氧、氮
氧和氮属于有害元素。

氧和氮类似（使钢热脆），氮的影响和磷类似，因此其含量均应严格控制。

但当采用特殊的合金组合分配时，氮可作为一种合金元素来提高低合金钢的强度和抗腐蚀性，如在就将长江大桥中已成功使用15MnVN钢，就是Q420中的一种含氮钢，氮含量控制在
0.010%~0.020%。

12、氢
氢是有害元素，呈极不稳定的原子状态溶解在钢中，其溶解度随温度的降低而降低，常在结构疏松区域、孔洞、晶格错位和晶界处富集，生成氢分子，产生巨大的内压力，使钢材开裂，称为氢脆。

氢脆属于延迟性破坏，在有拉应力作用下，常需要经过一定孕育发展期才会发生。

在破裂面上常可见到白点，称为氢白点。

含碳量较低且硫、磷含量较少的钢，氢脆敏感性低。

钢的强度等级越高，对氢脆越敏感。