钢中常存杂质对钢性能影响
钢内部组织及对钢性能的影响
钢内部组织及对钢性能的影响钢是由铁和一定比例的碳组成的合金材料。
它的内部组织对钢的性能产生了重要影响。
钢的内部组织主要包括晶粒、杂质、孪晶和相结构等。
首先，晶粒是钢材内部组织的基本单位。
晶粒是由原子构成的，其大小和形状对钢的性能有重要影响。
晶粒越细小，钢材的强度和韧性通常越高。
这是因为细小的晶粒使得晶界面积增加，晶界是材料中的弱点，对晶体的外部应力起强化作用，从而提高了钢材的强度。
此外，小晶粒也能阻碍晶体的滑移和移位，增加了材料的韧性。
其次，杂质是影响钢性能的重要因素。
杂质包括各种非金属元素和气体，例如硫、磷、氧等。
这些杂质会导致钢材的焊接性、韧性和脆性发生变化。
例如，过多的硫和磷会造成热脆性，降低钢的韧性。
氧化物杂质会导致钢材的剥离、气泡等缺陷，降低钢的强度和韧性。
孪晶是一种特殊的晶界结构，在钢材中具有重要影响。
孪晶是指在塑性变形过程中，晶体沿着特定的输运方向发生薄穗形变而形成的细小晶粒。
钢中的孪晶具有高应力集中和位错富集的特点，使得材料的塑性发生显著变化。
一般情况下，孪晶会降低钢的韧性和抗疲劳性能。
最后，相结构是钢材内部组织的另一个重要特征。
相是指钢材中存在的各种化学成分在固态下形成的组织。
钢中常见的相有铁素体、贝氏体、马氏体等。
不同的相结构会导致钢的力学性能、耐磨性、耐蚀性等发生变化。
例如，贝氏体具有高硬度和强度，常用于制造刀具等需要高耐磨性能的工具钢。
马氏体则具有较高的强度和耐磨性，常用于制造高强度的汽车零件等。
综上所述，钢的内部组织对其性能具有重要影响。
晶粒的大小和形状、杂质的含量、孪晶的形成和相结构的类型等因素都会对钢的强度、韧性、焊接性、脆性、耐磨性以及耐蚀性等产生重要影响。
因此，在钢材的制备和应用中，需要对钢的内部组织进行合理控制，以获得理想的性能和使用效果。
第五章碳素钢分析报告
碳素结构钢的化学成分
碳素结构钢的力学性能
碳素结构钢的性能和用途
二、优质碳素结构 牌号 ⑴普通含锰量 含 碳量小于0.25%的 钢, 含锰量为 0.35～ 0.65%； 而对于含碳量大于 0.25%的钢, 含锰 量则为 0.50～0.80%。 牌号用两位数字表 示, 数字表示平 均含碳量的万分之 几。例如20钢,
第二节 碳素钢的分类
(1) 平炉钢。 按冶炼方法及设备分 (2) 转炉钢。
(3) 电炉钢。 (1) 沸腾钢
按冶炼浇注时脱氧剂与脱氧程度分((32))
镇静钢 连铸坯
(1) 低碳钢 按含碳量分类 (2) 中碳钢
(4) 半镇静钢
(3) 高碳钢
⑴普通碳素钢
按钢的冶炼质量分类 ⑵优质碳素
钢
⑶高级优质碳素钢
⑷特级优质碳素钢
T8、T8A: 属于共析成分的钢, 淬火易过热, 变形大, 强度、塑性较低, 不易制 作受较大冲击的工具。但经热处理后有较高的硬度和耐磨性。用于制造工 作时不宜受热的工具。如加工木材用的铣刀、斧、凿、冲子、手用锯、圆 盘锯、压缩空气工具等。
T10、T10A: 属于过共析成分的钢, 在700～800℃加热时仍能保 持细晶粒, 不致过热。淬火后钢中含有未溶的过剩碳化物, 增加 钢的耐磨性。用于制 造手工锯、麻花钻、车刀、刨刀、扩孔刀具、钻硬质石材的钻头等不受热 的工具。
35.40、45.50钢: 强度较高，综合力学性能好，淬透性低，水淬易产 生裂纹，小型件宜采用调质处理，大型件宜采用正火处理。经调质处 理后，可获得良好的综合力学性能，用来制造齿轮、连杆、轴类零件 等。在零件需要耐磨的部分，还需要进行表面淬火及低温回火。
60、70钢: 经过适当的热处理后，常用来制造弹簧、弹簧垫圈、钢丝 绳、低速车轮圈和轧辊等。
各种因素对钢材性能的影响
2.5 各种因素对钢材性能的影响一．化学成分普通碳素钢中Fe占99%，其他杂质元素占1%；普通低合金钢中有＜5%的合金元素。
碳（C）：钢材强度的主要来源，但是随其含量增加，强度增加，塑性、冷弯性能、冲击性能、疲劳强度降低，可焊性降低，抗腐蚀性降低。
一般控制在0.22%以下，在0.2以下时，可焊性良好。
硫（S）：热脆性。
有害元素，引起热脆和分层。
不得超过0.05%。
磷（P）：冷脆性。
抗腐蚀能力略有提高，可焊性降低。
不得超过0.045%。
锰（Mn）：合金元素。
弱脱氧剂。
与S形成MnS，（熔点为1600℃），可以消除一部分S的有害作用。
硅（Si）：合金元素。
强脱氧剂。
，可细化精粒，提高强度，且不影响其它性能，但过量会恶化焊接性和抗锈性。
钒（V）：合金元素。
细化晶粒，提高强度，其碳化物具有高温稳定性，适用于受荷较大的焊接结构。
氧（O）：有害杂质。
氮（N）：有害杂质。
碳当量(carbon equivalent )把钢中合金元素的含量按其对某种性能(如焊接性、铸造工艺性等)的作用换算成碳的相当含量。
C eq=C+Mn/6+(Cr+V+Mo)/5+(Cu+Ni)/15二．冶金缺陷常见的冶金缺陷有偏析、非金属夹杂、气孔、裂纹等。
1.偏析：金属结晶后化学成分分布不均匀的现象。
主要是硫、磷偏析，其后果是偏析区钢材的塑性、韧性、可焊性变坏。
2.非金属夹杂：指钢材中的非金属化合物，如硫化物、氧化物，他们使钢材性能变脆。
3. 裂纹：钢材中存在的微观裂纹。
4. 气泡：浇铸时由FeO 和C 作用所生成的CO 气体不能充分逸出而滞留在钢锭那形成的微小空洞。
5. 分层：浇铸时的非金属夹杂在轧制后可能造成钢材的分层。
三．构造缺陷a)Nσ应力集中现象xyb)(σ )σx maxc)N试件表面不平整，有刻槽、缺口，厚度突变时，应力不均匀，力线变曲折，缺陷处有高峰应力——应力集中。
结果：塑性降低，脆性增加。
应力集中对σ－ε关系的影响σ3000200100600500400700原因：不正确的设计（构造不合理）、制造（不光滑）及使用（在构件上乱打火等）。
非合金钢——精选推荐
第三节非合金钢（碳钢）[钢]：是指以铁为主要元素，碳的质量分数Wc<2.11%并含有少量硅、锰、磷、硫等杂质元素的铁碳合金。
根据国家标准GB/T13304-1991规定，钢按化学成分分为非合金钢、低合金钢、合金钢三类。
[非合金钢]：是指钢中各元素含量低于规定值的铁碳合金。
（碳钢）不仅价格低廉，容易加工，而且能满足一般工程结构和机械零件的使用性能要求，是最广泛应用的材料。
一、杂质元素对钢性能的影响钢中常存杂质元素是钢冶炼时进入的，它们对钢的性能有一定的影响。
1、锰的影响锰是由炼铁原料铁矿石及炼钢时加脱氧剂（锰铁）中带入的，非合金钢中锰的质量分数一般约为0.25%~0.80%。
锰的脱氧能力较好，能清除钢中的FeO，降低钢的脆性，与硫化合成MnS，可以减轻硫的有害作用。
锰还能溶于铁素体形成置换固溶体，产生固溶强化,提高钢的强度和硬度。
锰在钢中是一种有益元素。
2、硅的影响硅是由炼铁原料铁矿石及炼钢时加脱氧剂（硅铁）中带入的，非合金钢中锰的质量分数一般约为0.10%~0.40%，硅的脱氧能力比锰强，与钢液中的FeO生成炉渣，清除FeO对钢质量的不良影响，也能溶于铁素体中产生固溶强化，提高钢的强度和硬度，硅在钢中也是一种有益元素。
3、硫的影响硫是在炼铁时由矿石和燃料带进的，它不溶于铁，而是以化合物FeS的形式存在。
FeS与Fe形成低熔点共晶体（熔点为985℃），分布在奥氏体的晶界上。
当钢在1000~1250℃进行热加工时，由于晶界处共晶体熔化，将导致钢变脆而开裂，这种现象称为热脆。
因此，硫在钢中是一种有害元素，必须严格控制。
4、磷的影响磷是炼铁时由矿石带进的，在常温下能溶入铁素体，使钢的强度、硬度提高，但使塑性和韧性降低。
尤其在低温下会使钢的塑性、韧性急剧下降，脆性转化温度升高。
这种现象称为冷脆。
在一般钢中，磷是有害元素，应严格控制。
硫和磷虽是钢中的有害元素，但适当提高它在钢中的含量（一般Ws=0.08％~0.35%、Wp=0.05%~0.15%），可以改善钢的切削加工性能，降价低工件表面粗糙度。
钢材中的合金与杂质含量对其性能的影响
钢材中的合金与杂质含量对其性能的影响工业纯铁的塑性很好，但强度很低，一般不能满足实际需要。
通常加入Si、Mn等合金钢元素改善钢材性能，以满足实际要求。
另外，钢材在冶炼的过程中不可避免的含有C，S，P等杂质元素。
它们的存在，对钢材的性能也有很大影响。
1 对钢材力学性能的影响1.1 杂质的影响1.1.1 碳的影响碳与铁可以形成一系列化合物：Fe3C，Fe2C，FeC等。
碳能提高钢材的强度和硬度，但会降低钢材的塑性。
碳含量增加0.1%，钢材的抗拉强度可提高70MPa，屈服点提高28 MPa。
含碳量大于6.67%的合金脆性大，不具有实际使用价值。
海洋工程用钢根据碳的含量一般可分为三类（Section 8, API RP-2A-WSD, 1994）：①普通钢。
含碳量小于或等于0.4%。
最小屈服应力为280MPA。
②高强度钢。
碳含量为0.45%或更高。
屈服应力在280MPA和360MPA之间。
③对于屈服应力大于360MPA的超高强度钢要限制使用。
1.1.2 硫的影响硫通常以FeS的形式存在于钢材中。
FeS塑性差，熔点低。
钢水结晶时FeS 分布于晶界周围。
在800 0C~1200 0C时，轧制或铸造会导致晶界开裂，此现象即通常所说的钢的热脆现象。
若钢材中有Mn，则可形成高熔点的MnS（1600 0C）。
钢水在结晶时，MnS 呈颗粒分布于晶内，这样就可以大大降低硫的危害。
作为有害杂质，钢材中的硫含量通常限制在≤0.04%。
1.1.3 磷的影响钢材中的磷能全部溶于中，使其在室温下的强度升高，塑性降低，产生冷脆现象。
除上述有害方面外，磷对钢材有很高的强化作用。
磷提高钢材的屈服强度比镍高10倍，比锰高5倍，比铬高5倍，比铜高2.5倍，比硅高2倍，比钛高1.7倍。
磷提高钢材的极限强度比镍高6倍，比锰高5倍，比铬高3倍，比铜高1.1倍，比硅高1.3倍，比钛稍低。
此外，磷、铜共存可大大提高抗腐蚀性。
针对磷使钢脆化，冲击韧性降低，生产中一般把磷控制在0.12%以下。
常存杂质元素对碳钢钢材性能的影响
常存杂质元素对碳钢钢材性能的影响首先是碳元素。
碳是碳钢的主要合金元素，其含量直接影响碳钢的硬度和强度。
普通碳钢的含碳量一般较低，约在0.08%到0.25%之间，其硬度和强度相对较低；而高碳钢的含碳量可以达到0.6%以上，硬度和强度也相对较高。
但是，过高的碳含量容易导致碳钢脆性增大，影响钢材的延展性和韧性，因此需要进行适当调节。
除了碳元素外，还有一些常存的合金元素对碳钢的性能也有重要影响。
其中最重要的是锰元素。
锰作为一种淬硬元素，可以显著提高碳钢的硬度和强度。
此外，锰还可以提高碳钢的冷变形抗力和弯曲性能，改善钢材的加工性能。
一般来说，锰含量在0.3%到1.5%范围内时，锰对碳钢的强化效果比较明显。
除了锰元素，硅、钼、钒、镍等合金元素也常被添加到碳钢中，以改善其性能。
硅可以提高碳钢的强度和硬度，并有利于加工性能的改善。
钼可以增加碳钢的热强度和耐磨性，提高其抗腐蚀性能。
钒的添加可以提高碳钢的强度和耐磨性。
镍可以提高碳钢的韧性和抗腐蚀性能。
此外，氧、氮等非金属元素在碳钢中也被视为常存杂质元素。
氧元素的存在会导致钢材的气孔、夹杂物等缺陷增多，降低钢材的机械性能。
因此，在生产碳钢时需要控制氧元素的含量。
氮元素虽然一般被视为杂质元素，但少量的氮能够提高钢材的强度和硬度，并提高其耐磨性和耐热性能。
综上所述，常存的杂质元素对碳钢的性能有着重要的影响。
合理控制这些杂质元素的含量，可以使碳钢具备适合的硬度、强度、韧性和耐蚀性能。
通过对不同元素的调整和控制，可以生产出适用于不同用途的碳钢材料。
钢中常见的元素、夹杂物对钢性能的作用及影响
Байду номын сангаас
硅（Si）： 硅在碳钢的含量≤0.50％。硅也是钢中的有益元素。在沸腾钢中，含硅量很低，硅是 作为脱氧元素加入到钢中。在镇静钢中硅的含量一般为0.12～0.37％。硅增大了钢液的流动 性，除了形成非金属夹杂外，硅溶于铁素体中。随着硅含量的提高，钢的抗拉强度提高，屈 服点提高，伸长率下降，钢的面缩率和冲击韧性显著降低。 锰（Mn）： 在碳钢中，锰是有益元素。锰是作为脱氧除硫的元素加入到钢中的。对于镇静钢来 说，锰可以提高硅和铝的脱氧效果，可以同硫形成硫化锰，相当程度上降低硫在钢中的危害。 锰对碳钢的力学性能有良好的影响，它能提高钢热轧后的硬度和强度，原因是锰溶入铁素体 中引起固溶强化。因此，精炼过程中要按照技术要求严格稳定控制各炉次的锰含量。 磷（P）： 一般来说，磷是钢中的有害元素。它来源于矿石和生铁等炼钢原料。磷能提高钢的 强度，但使塑性和韧性降低，特别是使钢的脆性转折温度急剧上升，即提高钢的冷脆性（低 温变脆）。由于磷的有害影响，同时考虑到磷有较大的偏析，因而对其含量要严格的控制。 但是在含碳量比较低的钢种中，磷的冷脆危害比较小。在这种情况下，可以用磷来提高钢的 强度，如鞍钢生产的高强度 IF 钢就需要加入磷。另外，在适当的情况下，还利用磷的其他 一些有益作用，如增加钢的抗大气腐蚀能力，如集装箱用钢；提高磁性，如电工硅钢；改善 钢材的易切削加工性，减少热轧薄板的粘结等。
作业答案(金属)
作业11、钢中常存的杂质有哪些？硫、磷对钢的性能有哪些影响？钢中常存的杂质有:Mn、Si、S、P、N、H、O等。
S能形成FeS，其熔点为989℃，钢件在大于1000℃的热加工温度时FeS会熔化，所以易产生热脆；P能形成Fe3P，性质硬而脆，在冷加工时产生应力集中，易产生裂纹而形成冷脆。
P还具有严重的偏析倾向；但P可提高钢在大气中的抗腐蚀性能。
易削钢中S和P可改善钢的切削加工性能。
2、合金元素V、Cr、W、Mo、Mn、Co、Ni、Cu、Ti、Al中哪些是铁素体形成元素？哪些是奥氏体形成元素？哪些能在α-Fe中形成无限固溶体？哪些能在γ-Fe 中形成无限固溶体？铁素体形成元素： V、Cr、W、Mo、Ti；奥氏体形成元素：Mn、Co、Ni、Cu；能在α-Fe中形成无限固溶体的元素：Cr、V；能在γ-Fe中形成无限固溶体的元素：Mn、Co、Ni。
3、碳钢的分类及牌号表示方法。
碳钢的分类：（1）按钢中碳含量可分为低碳钢（wC ≤0.25%）；中碳钢（0.25%＜wC≤0.6%；高碳钢（wC＞0.6%）。
（2）按钢的质量（品质）分为普通碳素钢，优质碳素钢，高级优质碳素钢，特级优质碳素钢。
（3）按钢的用途分为碳素结构钢，优质碳素结构钢，碳素工具钢，一般工程用铸造碳素钢。
（4）按钢冶炼时的脱氧程度分为沸腾钢，镇静钢，半镇静钢，特殊镇静钢。
碳钢的牌号表示方法：（1）普通碳素结构钢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。
Q195、Q275不分质量等级，脱氧方法符号在镇静钢和特殊镇静钢的牌号中可省略。
（2）优质碳素结构钢一般用两位数字表示。
表示钢中平均碳的质量分数的万倍。
若钢中含锰量较高，须将锰元素标出。
沸腾钢在数字后面标“F”（08F、10F、15F），半镇静钢标“b”，镇静钢一般不标符号。
高级优质碳素结构钢在牌号后加符号“A”，特级碳素结构钢加符号“E”。
碳素钢
Q+屈服点数值+质量等级符号+脱氧方法
质量等级分A、B、C、D四级。 脱氧方法用F、b、Z、TZ表示 （沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢）
Q235A.F 表示σs=235MPa,质量为A级的碳素结构钢,
一．
二. 优质碳素结构钢
优质碳素结构钢中有害杂质S、P含量极少， 这类钢大多数用于制作机械零件。
3. 按钢的用途分类
（1） 碳素结构钢：（Wc < 0.7%）
用于制造各种机械零件和工程结构件。
（2） 碳素工具钢：（Wc ≥ 0.7%）
用于制造各种刃具模具和量具. * 在实际使用中，钢的分类命名往往是混合应用的。
碳素结构钢
主要用于制造机械零件和工程结构件，根据质量可分为 普通碳素结构钢和优质碳素结构钢。
牌号由“T+数字”表示，数字表示钢中Wc的千分数
如 T8 （Wc=0.8%）。 若为高级优质钢，则在钢号后面再加字母A,
如 T12A.
应用
( 1 ) T7、T8 凿子、斧头
（2） T9、T10、T11 锯条、丝锥、板牙
（3） T12、T13 锉刀
锉
刀
手锤
二． 碳素钢的分类
1. 按钢的含碳5% (2) 中碳钢：0.25%-0.6%
（3） 高碳钢：Wc≥0.6%
2. 按钢的质量分类： （钢中有害杂质S、P含量的多少
）
（1） 普通碳素钢：Ws、Wp较高 （2） 优质碳素钢：Ws、Wp均≤0.04% （3） 高级优质碳素钢：Ws、Wp均很低，Ws≤0.03%
概述
碳 素 钢 简 称 碳 钢 ， 是 指 含 碳 量 Wc 大于0.0218%小于2.11%的铁碳合金。
钢中常存杂质元素中的有害元素及影响
钢中常存杂质元素中的有害元素及影响一、硅：在钢中是有益元素硅是由炼钢时加入的脱氧剂带入钢中的。
由于硅的脱氧能力较强，硅与钢液中的 FeO 能结成密度较小的硅酸盐以炉渣的形式被除去。
脱氧后钢不可避免地残留着少量硅，这些残留下来的硅能溶于铁素体，使得铁素体强化，从而提高钢的强度、硬度和弹性。
因此，硅在钢中是有益元素，但作为杂质元素存在时其质量分数应不超过0.4％。
二、锰：在钢中是有益元素锰是由炼钢时加入的脱氧剂带入钢中的。
锰从 FeO中夺取氧形成MnO进入炉渣。
锰不能与硫化合成MnS，以减少硫对钢的有害影响，改善钢的热加工性能。
在室温下，锰大部分溶于铁素体，对钢有一定的强化作用。
因此，锰在钢中是有益元素，但作为杂质元素存在时其质量分数应不超过0.8％。
三、硫：在钢中是有害元素硫是由生铁和燃料带入的杂质，炼钢时难以除尽。
在固态下硫不深于铁，而以 FeS的形式存在，FeS与Fe能形成低熔点的共晶体（Fe+FeS），熔点仅为985℃，且分布在奥氏体晶界上。
当钢在1000~1200℃压力加工时，由于低熔点共晶体熔化，显著减弱晶粒之间的联系，使钢材在压力加工时沿晶界开裂，这种现象为热脆。
因此，钢中硫的质量分数必须严格控制。
为了消除硫所形成的热脆，在炼钢时必须增加锰。
由于 Mn与S能形成高熔点（1620℃）的MnS，并呈粒状分布在晶粒内，MnS在高温时有一定的塑性，从而避免了钢的热脆。
硫虽然产生热脆，但对改善钢材的切削加工性能却有利。
如在硫的质量分数较高的钢（ Ws＝0.08％~0.45％）中适当提高锰的质量分数（WMn＝0.70～1.55％），可形成较多的Mns，在切削加工中MnS能起断屑作用，可改善钢的切削加工性，这种钢称为易切削钢，广泛应用于标准件等的生产。
四、磷：在钢中是有害元素磷是由生铁和燃料带入的杂质，炼钢时难以除尽。
磷能全部熔于铁素体，提高了铁素体的强度、硬度；但在室温下钢的塑性、韧性急剧下降，变脆，这种现象称为冷脆。
钢中常存杂质元素的影响
1.7 氢的影响
✓氢能使钢脆性显著增加 （氢脆），产生白点等缺陷 ✓白点使钢的力学性能明显 降低，甚至引起钢材开裂。
总之，杂质元素对钢材的性能和 质量影响很大，必须严格控制在牌号规 定的范围内。
工 程 材 料 及 热 处 理
工 程 材 料 及 热 处 理
钢中常存杂质元素的影响
碳钢中除铁、碳两种元素外，还含有 少量的锰、硅、硫、磷、氧、氮、氢等杂质 元素，它们对钢的性能有一定的影响，生产 中常需检验锰、硅、硫、磷的含量。
1.1 锰的影响
锰有较强的脱氧能力，清除FeO可降低钢的脆 性 Mn与钢中有害杂质S形成MnS，降低了S对钢 的品质影响，可提高热加工性能 锰大部分溶于铁素体中，形成含锰铁素体， 使钢强化 一部分锰也能溶于渗碳体Fe3C中，形成合金 渗碳体 锰还能增加珠光体相对量并使它变细，从而 提高钢的强度
1.2 硅的影响
若钢中出现石墨会使钢的韧性严
重下降，产生所谓的“黑脆”。
所以，杂质硅在碳素钢中一般 控制在0.17％～0.37％范围内，特殊需 要可降至0.03％。
1.3 硫的影响
硫的来源：硫主要来源于矿石和燃
料，它几乎不溶于铁素体，以化合物 FeS的形式存在。
FeS可与Fe形成低熔点共晶体 （ Fe + FeS ），熔点只有985℃，因此 在热加工时，分布在晶界上的共晶体 熔化，会导致钢的开裂，这种现象称 为热脆。
1.5 氧的影响
➢氧对钢的力学性能不利，使强度和塑 性降低； ➢氧化物夹杂于钢中，对疲劳强度有很 大的影响。
因此氧是有害元素，在熔炼后期 应加脱氧剂造渣脱氧。
1.5 氧的影响
主要脱氧剂：
锰铁、硅铁、铝。
钢的品质检测中规定：夹杂物 的控制级别，一般应小于３级。
常存杂质元素对钢材性能的影响
钢处理：退火是把钢(工件)放在炉中缓慢加热到临界点以上的某一温度，保温一段时间，随炉缓慢冷却下来的一种热处理工艺。
退火的目的在于调整金相组织，细化晶粒，促进组织均匀化，提高力学性能:隆低硬度，提高塑性，便于冷加工;消除部分内应力，防止工件变形。
正火是将加热后的工件从炉中取出置于空气中冷却。
正火和退火作用相似，由于正火的冷却速度要比退火快一些，因而晶粒变细，钢的韧性可显著提高。
铸、锻件在切削加工前一般要进行退火或正火。
淬火是将工件加热至淬火温度(临界点以上30~50度），并保温一段时间，然后投人淬火剂中冷却的一种热处理工艺。
淬火后得到的组织是马氏体。
为了保证良好的淬火效果，针对不同的钢种，淬火剂有空气、油、水、盐水，其冷却能力按上述顺序递增。
碳钢一般在水和盐水中淬火，合金钢导热性能比碳钢差，为防止产生过高应力，-般在油中淬火。
淬火可以增加零件的硬度、强度和耐磨性。
淬火时冷却速度太快，容易引起零件变形或产生裂纹。
冷却速度太慢则达不到技术要求。
因此，淬火常常是产品质量的关键所在。
回火是零件淬火后进行的一种较低温度的加热与冷却热处理工艺。
回火可以降低或消除零件淬火后的内应力，提高韧性，使金相组织趋干稳定，并获得技术上需要的性能。
回火处理有低温回火，中温回火，高温回火。
调质：上述这种淬火加高温回火的操作，习惯上称为“调质处理”。
由于调质处理比其他热处理方法能更好地改善零件的综合力学性能，故广泛应用于各种重要零件的加工中。
此外，生产上还采用时效热处理工艺。
时效是指材料经固溶处理或冷塑或高于室温条件下，其组织和性能随时间而变化的过程。
时效可进一步消除件尺寸，它与回火作用相类似。
钢的表面淬火是将工件的表面通过快速加热到临界温度以上，在热量还来不及传导至心部之前，迅速冷却。
这样改变钢的表层组织，而心部没有发生相变仍保持原有的组织状态。
经过表面淬火，可使零件表面层比心部具有更高的强度、硬度、耐磨性和疲劳强度，而心部则具有一定的韧性。
钢中常存的杂质元素
2．硫和磷的影响
磷的有害作用在一定的条件下可以加以利用。磷可以提高 钢在大气中的抗腐蚀性能，特别是钢中同时含有铜的情况 下，它的作用更加显著。例如09MnCuPTi、10MnPNbRE 等 低合金高强度结构钢，在这些钢中，由于磷和其它元素合 理配合（如Cu-P-RE、Cu-P-Ti、Cu-P 等），并在保证取得 细晶组织的条件下（如用Al 脱氧的钢），磷的冷脆作用得 以抑制。故在σs、σb 升高的同时，低温韧性仍能保持所 要求的水平。
2．硫和磷的影响
硫是炼钢时不能除尽的有害杂质。硫可以大量溶于液态钢中，而在固 态铁中的溶解度极小。硫和铁能形成FeS，并易于形成低熔点共晶。 当钢凝固结晶时低熔共晶易于沿晶界分布；若把含有硫化物共晶的钢 加热到高温，例如1100℃以上时，共晶体就将熔化，因此就引起轧制 或锻造时的晶界碎裂（热脆）。铸钢件虽然不经锻造，但含硫量高时 也会引起铸件在铸造应力作用下发生热裂。此外硫还对钢的焊接性能 有不良影响，即容易导致焊缝热裂，同时在焊接过程中，硫易于氧化 ，生成SO2 气体，以致焊缝中产生气孔和疏松。
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3．氮、氢、氧的影响
➢ 氢在钢中的溶解度甚微，对钢的组织看不出什么影响。但 由于氢和应力的联合作用将引起金属材料产生氢脆。钢中 较常见的是“白点”和氢致延迟断裂。
➢ 钢中含有过饱和的氢向裂纹尖端三向应力区内形成的微孔 核心及其它缺陷处扩散聚集形成氢分子，由于微孔核心等 很小，很少的氢气便可产生相当大的压力，这种内压力大 到足以通过塑性变形或解理使裂纹长大或使微孔长大、连 接时便产生氢脆断裂，呈白点特征。
磷也是在炼钢过程中不能除尽的元素，一般转炉钢中残留较多(允许 最高含量为0.09%)，碱性平炉钢中残留较少（＜0.06%），而在碱性 电炉和电渣熔炼的钢中，磷可降至0.02%以下。磷在α-铁中的最大溶 解度可达2.55%(1049℃)。随着温度的降低，溶解度逐渐下降。钢中 的磷一般全部固溶于铁中，并产生固溶强化作用，使钢的强度、硬度 显著提高，但剧烈地降低钢的韧性，特别是低温韧性，称为冷脆。此 外，磷铁合金的结晶范围很宽，因此磷具有严重的偏析倾向。
常存杂质元素对钢材性能的影响
常存杂质元素对钢材性能的影响普通碳素钢除含碳以外，还含少量锰（Mn）、硅（si）、硫（5）、确（P）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。
现讨论这些杂质对钢性能的影响。
硫的影响硫是炼钢时由矿石与燃料焦炭带到钢中来的杂质。
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 °C）化合物。
钢材的热加工温度-般在1150-1200'C以亡，故当钢材热加工时．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。
含硫量愈高，热脆现象愈严重，故必须对钢中含硫虽进行控制。
高级优质钢；S<0.02〜0.03%,优质钢：S W0.003%〜0.045%普通钢：S<0.055%〜0.7%以下。
压力容器专用钢材的磷含量（熔炼分析，下同）不应大于0.030％，硫含量不应大于0.020％。
铬不锈钢在铬不锈钢中．起耐腐蚀作用的主要元素是铬。
铬能在氧化性介质中生成一层稳定而致密的氧化膜，对钢材起保护作用、因而具耐蚀件。
然而其耐蚀性的强弱取决于钢中的含碳量和含铬量。
理论与实践研究证明，当含铬量大于11.7％时，钢的耐蚀性会有显著提高，而且含铬量愈多，耐蚀性愈好。
由于钢中存在碳元素.碳能与铬形成铬的碳化物（如Cr23C6等），因而消耗了铬，致使钢中的有效铬含量减少.使钢的耐蚀性降低．故不锈纳中的含碳量都是较低的。
为了确保不锈钢具有耐腐蚀性能，实际应用的不锈钢，其平均含铬量都在13％以上。
常用的铬不锈钢有Icrl3 、2crl3 、0Cr13、ocrl7Ti 等。
Ti:加入Ti能提高抗高温高压H2-N2-NH3腐蚀的能力，与其它元素配合使用能提高钢抗大气、海水及H2S 腐蚀能力。
Nb: —般与其它元素配合使用，籍以提高钢抗大气、海水、H2S及高温高压H2-N2-NH3腐蚀能力。
Mo能提高钢的强度和高温强度（热强性和蠕变强度），防止钢的回火脆性，能提高钢抗H2S NH3,CO,H2 O,高温高压H2和弱还原酸腐蚀的能力。
钢材中的化学成分对钢材性能的影响
建筑工程常用钢材中的化学成分对钢材性能的影响钢材的性能主要取决于其中的化学成分。
钢的化学成分主要是铁和碳，此外还有少量的硅、锰、磷、硫、氧和氮等元素，这些元素的存在对钢材性能也有不同的影响。
（一）碳（C）碳是形成钢材强度的主要成分，是钢材中除铁以外含量最多的元素。
含碳量对普通碳素钢性能的影响如图7.13所示。
由图7.13可看出，一般钢材都有最佳含碳量，当达到最佳含碳量时，钢材的强度最高。
随着含碳量的增加，钢材的硬度提高，但其塑性、韧性、冷弯性能、可焊性及抗锈蚀能力下降。
因此，建筑钢材对含碳量要加以限制，一般不应超过0.22%，在焊接结构中还应低于0.20%。
图7.13含碳量对碳素结构钢性能的影响（二）硅（Si）硅是还原剂和强脱氧剂，是制作镇静钢的必要元素。
硅适量增加时可提高钢材的强度和硬度而不显著影响其塑性、韧性、冷弯性能及可焊性。
在碳素镇静钢中硅的含量为0.12%～0.3%，在低合金钢中硅的含量为0.2%～0.55%。
硅过量时钢材的塑性和韧性明显下降，而且可焊性能变差，冷脆性增加。
（三）锰（Mn）锰是钢中的有益元素，它能显著提高钢材的强度而不过多降低塑性和冲击韧性。
锰有脱氧作用，是弱脱氧剂，同时还可以消除硫引起的钢材热脆现象及改善冷脆倾向。
锰是低合金钢中的主要合金元素，含量一般为 1.2%～1.6%，过量时会降低钢材的可焊性。
（四）硫（S）和磷（P）硫是钢中极其有害的元素，属杂质。
钢材随着含硫量的增加，将大大降低其热加工性、可焊性、冲击韧性、疲劳强度和抗腐蚀性。
此外，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。
因此，对硫的含量必须严加控制，一般不超过0.045%～0.05%，Q235的C级与D级钢要求更严。
磷可提高钢材的强度和抗锈蚀能力，但却严重降低钢材的塑性、韧性和可焊性，特别是在温度较低时使钢材变脆，即在低温条件下使钢材的塑性和韧性显著降低，钢材容易脆裂。
浅谈各种因素对钢材性能的影响
浅谈各种因素对钢材性能的影响姓名：*****系别: *****班级：*****学号：*****指导老师：*****浅谈各种因素对钢材性能的影响摘要：随着我国国民经济的不断发展和科学技术的进步，钢结构具有的强度高、重量轻、良好的加工性能和焊接性能和很好的可重复使用性，使得钢结构在我国的应用范围也在不断扩大。
为了确保结构质量和安全，这些钢材应具有较高的强度、塑形和韧性，以及良好的加工性能。
因此，了解各种因素对钢材性能的影响就显得尤为重要。
关键词：化学成分冶金工艺冷加工热处理温度一、钢中常存元素对钢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（C）碳是钢中的主要元素，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，而延伸率下降，塑性、韧性降低；但当含碳量在1.0%以上时，随着含碳量的增加，抗拉强度提高减缓，以致于随含C量增加而降低。
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），碳钢的耐腐蚀性降低，焊接性能和冷加工（冲压、拉拔）性能变坏。
2、锰（Mn）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，锰在碳钢中的含量一般为0.25-0.80%，在具有较高含Mn量的碳钢中，Mn含量可以达到1.2%。
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，也可以和S结合形成MnS，从而在相当大程度上消除S的有害影响，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。
钢中的Mn，除一部分形成夹杂物（硫化锰及锰的氧化物），其余部分溶于铁素体和渗碳体中。
锰是我国低合金结构钢中的主要合金元素。
Mn对碳钢的力学性能有良好影响，它能提高钢材的硬度、强度和耐磨性，在Mn含量不高时，可稍提高或不降低钢的面缩率和冲击韧性，在碳钢的Mn含量范围内，每增加0.1%Mn，大约使热轧钢材的抗拉强度增加7.8-12.7兆牛/米2，使屈服点提高7.8-9.8兆牛/米2，伸长率减小0.4%。
常存杂质对钢性能的影响
常存杂质对钢性能的影响实际使用的钢中，除了含有铁、碳与合金元素外，在冶炼过程中，不可避免地要带入一些杂质（如锰、硅、硫、磷、非金属类杂质以及某些气体，如氮、氢、氧等）。
这些杂质对钢的质量有很大的影响。
1．锰锰在钢中作为杂质存在时，一般均小于0.8%。
它来自作为炼钢原料的生铁及脱氧剂锰铁。
锰有很好的脱氧能力，还能与硫形成mns,以消除硫的有害作用。
这些反应产物大部分进入炉渣而被除去，小部分残留于钢中成为非金属夹杂物。
此外，在室温下锰能溶于铁素体，对钢有一定强化作用。
锰也能溶于渗碳体中，形成合金渗碳体。
但锰作为少量杂质存在时，它对钢的性能影响不显著。
2．硅硅在钢中作为杂质存在时，一般均小于0.4%,它也来自生铁与脱氧剂。
在室温下硅能溶于铁素体，对钢有一定的强化作用。
但硅作为少量杂质存在时，它对钢的性能影响也不显著。
3．硫硫是由生铁及燃料带入钢中的杂质。
在固态下，硫在铁中的溶解度极小，而是以fes的形态存在于钢中。
由于fes 的塑性差，使含硫较多的钢脆性较大。
更严重的是，fes与fe可形成低熔点（985℃）的共晶体，分布在奥氏体的晶界上。
当钢加热到约1200℃进行热压力加工时，晶界上的共晶体已溶化，晶粒间结合被破坏，使钢材在加工过程中沿晶界开裂，这种现象称为热脆性。
为了消除硫的有害作用，必须增加钢中含锰量。
锰与硫优先形成高熔点（1620℃）的硫化锰，并呈粒状分布在晶粒内，它在高温下具有一定塑造性，从而避免了热脆性。
硫化物是非金属夹杂物，会降低钢的机械性能，并在轧制过程中形成热加工纤维组织。
因此，通常情况下，硫是有害的杂质。
在钢中要严格限制硫的含量。
但含硫量较多的钢，可形成较多的mns，在切削加工中，mns能起断屑作用，可改善钢的切削加工性，这是硫有利的一面。
1．磷磷由生铁带入钢中，在一般情况下，钢中的磷能全部溶于铁素体中。
磷有强烈的固溶强化作用，使钢的强度、硬度增加，但塑性、韧性则显著降低。
这种脆化现象在低温时更为严重，故称为冷脆。
杂质元素对钢材性能的影响
制。
高级优质钢：S＜0.02%～0.03%； 优质钢：S＜0.03%～0.045%；
一般钢：S＜0.055%～0.7%下列。
磷P
磷是由矿石带入钢中旳，一般说磷也是有害元素。 磷虽能使钢材旳强度、硬度增高，但引起塑性、 冲击韧性明显降低。尤其是在低温时，它使钢材 明显变脆，这种现象称“冷脆”。 除 含 碳 以 外 ， 还 含 少 许 锰 (Mn)、硅(si)、硫(5)、确(P)等元素。这 些元素并非为改善钢材质量有意加入旳， 而是由矿石及冶炼过程中带入旳．故称为 杂质元素。现讨论这些杂质对钢性能旳影 响。
锰Mn 硅Si 硫S 磷P 氧O 氮N 氢H
锰Mn
锰是炼钢时作为脱氧剂加入钢中旳。因为锰能够 与硫形成高熔点(1600℃)旳 MnS，一定程度上 消除了硫旳有害作用。锰具有很好旳脱氧能力， 能够与钢中旳FeO成为MnO进入炉渣，从而改善 钢旳品质，尤其是降低钢旳脆性，提升钢旳强度 和硬度。所以，锰在钢中是一种有益元素。
一般以为，钢中含锰量在0.5%～0.8%下列时， 把锰看成是常存杂质。技术条件中要求，优质碳 素构造钢中，正常含锰量是0.5%～0.8%；而较 高含锰量旳构造钢中，其量可达0.7%～1.2%。
氢产生白点冷裂旳主要原因是因为高温奥氏体冷至较低温 时，氢在钢中旳溶解度急剧降低。当冷却较快时，氢原子 来不及扩散到钢旳表面而逸出，就在钢中旳某些缺陷处由 原子状态旳氢变成份子状态旳氢。
冷脆使钢材旳冷加工及焊接性变坏，含磷愈高， 冷脆性愈大，故钢中对含磷量控制较严。
高级优质钢： P＜0.025%；
优质钢： P＜0.04%；
一般钢： P＜0.085%。
氧O
氧在钢中是有害元素。它是在炼钢过 程中自然进入钢中旳，尽管在炼钢末 期要加入锰、硅、铁和铝进行脱氧， 但不可能除尽。氧在钢中以FeO、 MnO、SiO2、Al2O3等夹杂形式，使 钢旳强度、塑性降低。尤其是对疲劳 强度、冲击韧性等有严重影响。
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1：Mn：
钢中的锰来自炼钢生铁及脱氧剂锰铁，一般认为Mn在钢中是一种有益的元素。
在碳钢中含锰量通常小于0.8%；在含锰合金钢中，含锰量一般控制在1.0%--1.2%范围内。
Mn大部分溶于铁素体中，形成置换固溶体，并使铁素体强化；另一部分Mn溶于Fe3C中，形成合金渗碳体，这都使钢的强度提高，Mn与S化合成MnS，能减轻S的有害作用。
当Mn含量不多，在碳钢中仅作为少量杂志存在时，它对钢的性能影响并不明显。
2：Si：
硅也是来自炼钢生铁和脱氧剂硅铁，在碳钢中含硅量通常小于0。
35，Si与Mn一样能溶于铁素体中，使铁素体强化，从而使钢的强度、硬度、弹性提高，而塑性、韧性降低。
有一部分Si则存在于硅酸盐杂质中。
当Si含量不多，在碳钢中仅作为少量杂质存在时，它对钢的性能影响并不显著。
3：S：
硫是生铁中带来的而在炼钢时又未能除尽的有害元素。
硫不溶于铁，而以FeS形式存在，FeS会与Fe形成共晶，并分布于奥氏体的晶界上，当钢材在1000~1200摄氏度压力加工时，由于FeS-Fe共晶（熔点只有989摄氏度）已经融化，并使晶粒脱开，钢材将变得极脆，这种脆性现象称为热脆。
为了避免热脆，钢中含硫量必须控制，普通钢含硫量应小于或等于0.055%，优质钢含硫量小于或者等于0.040%，高级优质钢含硫量应小于或等于0.030%。
在钢中增加含锰量，可消除S的有害作用，Mn能与S形成熔点为1620摄氏度的MnS，而且MnS在高温时具有塑性，这样能避免热脆现象。
4：P：
磷也是生铁中带来的而在炼钢时又未能除尽的有害元素。
磷在钢中全部溶于铁素体中，虽然可以使铁素体的强度、硬度有所提高，但却使室温下的钢的塑性、韧性急剧降低，并使钢的脆性转化温度有所升高，使钢变脆，这种现象称为“冷脆”。
磷的存在还会使钢的焊接性能变坏，因此钢中的含磷量应该严格控制，普通钢含磷量应该小于或等于0.045%，优质钢含磷量应该小于等于0.040%，高级优质钢含硫量应小于或等于0.035%。
但是，在适当的情况下，S、P也有一些有益的作用。
对于S，当钢中含硫量较高（0.08%~0.3%）时，适当提高含锰量（0.6%~1.55%），使S与Mn结合成MnS，切削时易于断屑，能改善钢的切削性能，故易切钢中含有较多的硫。
对于P，如与Cu配合能增加钢的抗大气腐蚀能力，改善钢材的切削加工性能。
钢的分类
1．按含碳量分类
（1）低碳钢：含碳量小于或等于0.25%的钢，0.01%~0.25%《=Wc《=0.25%。
（2）中碳钢：含碳量为0.30%~0.55%的钢，0.25%《Wc《=0.6%。
（3）高碳钢：含碳量大于0.6%的钢，0.6%~1.3%》Wc》0.6%。
2.按质量分类（即按含有杂质元素S、P的多少分类）
（1）普通碳素钢：S含量小于或等于0.055%，P含量小于或等于0.045%。
（2）优质碳素钢：S、P含量小于或等于0.040%。
（3）高级优质碳素钢：S含量小于或等于0.03%；P含量小于或等于0.035%.
3.按用途分类：
（1）碳素结构钢：用于制造各种工程构件，如桥梁、船舶、建筑构件等，以及机器零件，如齿轮、轴、连杆、螺钉、螺母。
（2）碳素工具钢：用于制造各种刀具、量具、模具等，一般为高碳钢，在质量上都是优质钢或高级优质钢。