金属材料中Si、C、Mn、S、P等元素的作用及影响

金属材料中Si、C、Mn、S、P等元素的作用及影响

1、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。

硅能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度，其作用仅次于磷，较锰、镍、铬、钨、钼和钒等元素强。但含硅超过3%时,将显著降低钢的塑性和韧性。硅能提高钢的弹性极限、屈服强度和屈服比(σs/σb),以及疲劳强度和疲劳比(σ-1/σb)等,这是硅或硅锰钢可作为弹簧钢

种的缘故。

硅能降低钢的密度、热导率和电导率。能促使铁素体晶粒粗化。降低矫顽力。有减小晶体的各向异性倾向，使磁化容易，磁阻减小，可用来生产电工用钢，所以硅钢片的磁滞损耗较低，硅能提高铁素体的磁导率，使硅钢片在较弱磁场下有较高的磁感强度。但在强磁场下，硅降低钢的磁感强度。硅因有强的脱氧力，从而减小了铁的磁时效作用。

含硅的钢在氧化气氛中加热时，表面将形成一层SiO2薄膜，从而提高钢在高温时的抗氧化性。

硅能促使铸钢中的柱状晶成长，降低塑性。硅钢若加热或冷却较快，由于热导率低，钢的内部和外部温差较大，因而易裂。

硅能降低钢的焊接性能。因为与氧的亲合力硅比铁强，在焊接时容易生成低熔点的硅酸盐，增加熔渣和熔化金属的流动性，引起喷溅现象，影响焊缝质量。硅是良好的脱氧剂。用铝脱氧时酌加一定量的硅，能显著提高铝的脱氧能力。硅在钢中本来就有一定的残存，这是由于炼铁炼钢作为原料带入的。在沸腾钢中，硅限制在＜0.07% ，有意加入时，则在炼钢时加入硅铁合金。

(1)对钢的显做组织及热处理的作用

A、作为钢中的合金元素，其含量一般不低于0.4 ％。以固溶体形态存在于铁素体或奥氏体中，缩小奥氏体相区

B、提高退火、正火和淬火温度，在亚共析钢中提高淬透性

C、硅不形成碳化物，有强烈的促进碳的石墨化的作用，在硅含量较高的中碳和高碳钢中，如不含有强碳化物形成元素，易在一定温度条件下发生石墨化

D、在渗碳钢中，硅减小渗碳层厚度和碳的浓度

E、硅对钢水有良好脱氧作用

(2)对钢的力学性能的作用

A、提高铁素体和奥氏体的硬度和强度，其作用较Mn 、Ni 、Cr . W 、Mo、V 等更强；显著提高钢的弹性极限、屈服强度和屈强比(σs/σb)．并提高应劳强度和疲劳比(σ-1/σb)

B、硅含量超过3 ％时显著降低钢的塑性和韧性；硅提高塑／脆转变温度

C、硅易使钢中形成带状组织，使横向性能低于纵向性能

D、改善钢的耐磨性能

(3)对钢的物理、化学及工艺性能的作用

A、降低钢的密度、热导率、电导率和电阻温度系数

B、硅钢片的涡流损耗量显著低于纯铁，矫顽力、磁阻和磁滞损耗较低．磁导率和磁感强度较高。但在强磁场中，硅降低磁感强度

C、提高高温时钢的抗氧化性能，但硅含量高时，表面脱碳加剧

D、硅含量超过2.5 ％的钢，其变形加工较为困难

E、硅降低钢的可焊性

(4)在钢中的应用

A、在普通低合金钢中提高强度，改善局部腐蚀抗力，在调质钢中提高淬透性和抗回火性，是多元合金结构钢中的主要合金组元之一

B、硅含量为0.5 %-2.8 ％的SiMn 或SiMnB 钢(碳含量0.5 ％-0.7 %)广泛用于高载荷弹黄材料，同时加人W 、V 、Mo、Nb 、Cr等强碳化物形成元素

C、硅钢片为含硅1.O ％-4.5 ％的低碳和超低碳钢，用于电机和变压器

D、在不锈钢和耐蚀钢中，与Mo 、W 、Cr 、Al、Ti、N 等配合，提高抗蚀和抗高温氧化能力

E、硅含量较高的石墨钢用于冷作模具材料

2、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。典型的例子是低碳钢、高碳钢、高碳钢力学性能变化。

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。

形成奥低体组织，降低碳的危害

在低含量范围内，对钢有很大的强化作用，提高强度、硬度和耐磨性

降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性

高含量范围内为主要奥氏体化元素

锰是良好的脱氧剂和脱硫剂。钢中一般都含有一定量的锰，它能消除或减弱由于硫所引起的钢的热脆性，从而改善钢的热加工性能。

锰和铁形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度；同时又是碳化物形成元素，进入渗碳体中取代一部分铁原子。锰在钢中由于降低临界转变温度。起到细化珠光体的作用。也间接地起到提高珠光体钢强度的作用；锰稳定奥氏体组织的能力仅次于镍，也强烈增加钢的淬透性。已用含量不超过2%的锰与其他元素配合制成多种合金钢。

锰具有资源丰富、效能多样的特点，获得了广泛的应用，如含锰较高的碳素结构钢、弹簧钢。

在高碳高锰耐磨钢中。锰含量可达10%一14% ，经固溶处理后有良好的韧性，当受到冲击而变形时，表面层将因变形而强化，具有高的耐磨性。

锰与硫形成熔点较高的MnS 。可防止因FeS而导致的热脆现象。锰有增加钢晶粒粗化的倾向和回火脆性敏感性。若冶炼浇铸和锻轧后冷却不当，容易使钢产生白点。

(1)对钢的显做组织及热处理的作用

A、锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，工业用钢中一般均含有一定量的锰