各类金属元素的作用

几种常用合金元素在钢中的作用

碳（C）一种非金属元素，无臭无味的固体。无定形碳有焦炭，木炭等，晶体碳有金刚石和石墨。

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。典型的例子是低碳钢、高碳钢、高碳钢力学性能变化。

一、硅（Si）在钢中的作用：

1、提高钢中固溶体的强度和冷加工硬化程度使钢的韧性和塑性降低。

2、硅能显著地提高钢的弹性极限、屈服极限和屈强比,这是一般弹簧钢。

3、耐腐蚀性。硅的质量分数为15％一20％的高硅铸铁，是很好的耐酸材料。含有硅的钢在氧化气氛中加热时，表面也将形成一层SiO2薄膜，从而提高钢在高温时的抗氧化性。

4、磁钢中的主要合金元素（含量在0.40%范围内时，改善热裂倾向，含量高时，易形成柱状晶，增加热裂倾向）。

5、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性

缺点：使钢的焊接性能恶化。

二、锰（Mn）在钢中的作用:

1、在低含量范围内，对钢具有很大的强化作用，提高强度、硬度和耐磨性。

2、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性。

3、稍稍改善钢的低温韧性。

4、在高含量范围内，作为主要的奥氏体化元素。

5、锰对提高低碳和中碳珠光体钢的强度有显著的作用

6、锰对钢的高温瞬时强度有所提高。

锰钢的主要缺点是，①含锰较高时，有较明显的回火脆性现象；②锰有促进晶粒长大的作用，因此锰钢对过热较敏感t在热处理工艺上必须注意。这种缺点可用加入细化晶粒元素如钼、钒、钛等来克服；③当锰的质量分数超过1％时，会使钢的焊接性能变坏；④锰会使钢的耐锈蚀性能降低。

三、铬（Cr）在钢中的作用:

1、铬可提高钢的强度和硬度。

2、铬可提高钢的高温机械性能。

3、使钢具有良好的抗腐蚀性和抗氧化性。

4、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性。

5、阻止石墨化

缺点：①铬是显著提高钢的脆性转变温度；②铬能促进钢的回火脆性。

四、镍（Ni）在钢中的作用:

1、可提高钢的强度而不显著降低其韧性。

2、镍可降低钢的脆性转变温度，即可提高钢的低温韧性。

3、改善钢的加工性和可焊性。

4、镍可以提高钢的抗腐蚀能力，不仅能耐酸，而且能抗碱和大气的腐蚀。

五、钼（Mo）在钢中的作用:

1、钼对铁素体有固溶强化作用，提高钢的强度和硬度。

2、提高钢的耐热性和高温强度。

3、抗氢侵蚀的作用。

4、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性。

缺点：钼的主要不良作用是它能使低合金钼钢发生石墨化的倾向。

六、钨（W）在钢中的作用:

1、提高强度

2、提高钢的高温强度。

3、提高钢的抗氢性能。

4、是使钢具有热硬性。因此钨是高速工具钢中的主要合金元素。

七、钒（V）在钢中的作用:

1、改善热强性。

2、钒能显著地改善普通低碳低合金钢的焊接性能。

八、钛（Ti）在钢中的作用:

1、钛能改善钢的热强性，提高钢的抗蠕变性能及高温持久强度。

2、能提高钢在高温高压氢气中的稳定性。使钢在高压下对氢的稳定性高达600℃以上，在珠光体低合金钢中，钛可阻止钼钢在高温下的石墨化现象。因此，钛是锅炉高温元件所用的热强钢中的重要合金元素之一。

九、铌（Nb）在钢中的作用:

1、铌和碳、氮、氧都有极强的结合力，并与之形成相应的极为稳定的化合物，因而能细化晶粒，降低钢的过热敏感性和回火脆性。

2、有极好的抗氢性能。

3、铌能提高钢的热强性。

十、硼（B）在钢中的作用:

1、提高钢的淬透性。

2、提高钢的高温强度。强化晶界的作用。

十一、铝（Al）在钢中的作用：

1、用作炼钢时的脱氧定氮剂，细化晶粒，抑制低碳钢的时效，改善钢在低温时的韧性，特别是降低了钢的脆性转变温度；

2、提高钢的抗氧化性能。曾对铁铝合金的抗氧化性进行了较多的研究；4％AI即可改变氧化皮的结构，加入6％A1可使钢在980C以下具有抗氧化性。当铝和铬配合并用时，其抗氧化性能有更大的提高。例如，含铁50％一55％、铬30％一35％、铝10％一15％的合金，在1 400C高温时，仍具有相当好的抗氧化性。由于铝的这一作用，近年来，常把铝作为合金元素加入耐热钢中。

3、此外，铝还能提高对硫化氢和V2O5的抗腐蚀性。

缺点：①脱氧时如用铝量过多，将促进钢的石墨化倾向；②当含铝较高时．其高温强度和韧性较低。

十二、S（硫）在钢中的作用:

1、硫在钢中以FeS-Fe共晶体存在于钢的晶粒周界，降低钢的力学性能，优制钢含硫量一般应限制在0.04%以下。

2、在机械制造中，有时为了改善某些钢的切削加工性能，人为将含硫量提高，以形成硫化物，起中断基体连续性的作用。

缺点：硫含量的提高，增加铸件热裂倾向。

十三、氢（H）在钢中的作用:

炼钢过程中钢液从炉气中吸收氢，钢液中氢的溶解度随温度升高而提高，在缓慢凝固条件下，氢以针孔形态析出。快速凝固时，析出氢在铁的晶格内造成高应力状态，导致脆性。

十四、氮（N）在钢中的作用:

炼钢过程中钢液从炉气中吸收氮

1、钢液中溶解的氮在凝固过程中因溶解度降低而析出，并与钢中的Si、Al、Zr等元素化合，生成SiN、AlN 、ZrN等氮化物。少量氮化物能细化钢的晶粒。氮化物多时，会使钢的塑性和韧性降低。

2、氮属于扩大奥氏体区元素，在钢中可部分代替镍的作用，是铬锰氮不锈钢中的合金元素，在超低碳不锈钢中，可代替碳的作用，提高钢的强度。

十五、氧（O）在钢中的作用:

1、钢液中溶解的FeO 在凝固前温度降低过程中与钢液中的碳起反应，生成一氧化碳气泡，在铸件中造成气孔。

2、钢液凝固过程中，FeO因溶解度下降而析出在钢的晶粒周界处，降低钢的性能。