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）。在钢中锰的含量<0.8%。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，所使用的商业级低碳钢(冷轧板)，其锰成分最好不得超过0.35％。但是，高强度低碳钢（如JIS G3101 SS400），其锰成分最好不得超过1.0％。

4、硫硫是在炼钢时由矿石和燃料带到钢中的，在钢中硫常以FeS形式存在，FeS与铁形成低熔点共晶（熔点985ºC），当钢材在轧制或锻造时（加热温度为800－1250ºC）,沿着晶界分布的低熔点共晶已呈熔融状态，消弱了晶粒之间的连接，会造成钢材开裂。这种现象叫热脆性。它是钢中的有害元素（张万昌，2000）。高炉厂的炼铁、炼钢过程中，在鱼雷车中遵循“高温脱硫、低温脱磷”的原则进行脱硫，使钢中含硫量不超过0.05％。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，其硫成分最好不得超过0.035％。

5、磷磷是由矿石和生铁等炼钢原料带入的，它常溶解在α－Fe内形成固溶体，使钢的强度和硬度提高，而塑性和韧性下降，此外，磷在结晶时易形成脆性很大的Fe3P，使钢在室温下的塑性和韧性急剧下降。这种现象称为冷脆性。它也是钢中的有害元素。高炉厂的炼铁、炼钢过程中，在鱼雷车中遵循“高温脱硫、低温脱磷”的原则进行脱磷，使钢中含磷量限制在0.06％以下。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，其磷成分最好不得超过0.035％。

钢铁五大元素对钢的性能影响

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。