钢材中微量元素介绍word版本

钢材中微量元素介绍钢材材质成份解析一、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，当碳含量超过0.23%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。

二、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。

三、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。

四、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。

五、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。

六、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。

铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢、耐热钢的重要合金元素。

七、镍(Ni)：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。

镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。

但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。

八、钼(Mo)：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变)。

结构钢中加入钼，能提高机械性能。

还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。

在工具钢中可提高红性。

九、钛(Ti)：钛是钢中强脱氧剂。

它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。

改善焊接性能。

在铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。

十、钒(V)：钒是钢的优良脱氧剂。

钢中加0.5%的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。

钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。

十一、钨(W)：钨熔点高，比重大，是贵生的合金元素。

钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性。

在工具钢加钨，可显著提高红硬性和热强性，作切削工具及锻模具用。

十二、铌(Nb)：铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，但塑性和韧性有所下降。

在普通低合金钢中加铌，可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力。

铌可改善焊接性能。

在奥氏体不锈钢中加铌，可防止晶间腐蚀现象。

十三、钴(Co)：钴是稀有的贵重金属，多用于特殊钢和合金中，如热强钢和磁性材料。

十四、铜(Cu)：武钢用大冶矿石所炼的钢，往往含有铜。

铜能提高强度和韧性，特别是大气腐蚀性能。

缺点是在热加工时容易产生热脆，铜含量超过0.5%塑性显著降低。

当铜含量小于0.50%对焊接性无影响。

十五、铝(Al)：铝是钢中常用的脱氧剂。

钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，如作深冲薄板的08Al钢。

铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝与铬、硅合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。

铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。

十六、硼(B)：钢中加入微量的硼就可改善钢的致密性和热轧性能，提高强度。

十七、氮(N):氮能提高钢的强度，低温韧性和焊接性，增加时效敏感性。

十八、稀土(Xt)：稀土元素是指元素周期表中原子序数为57-71的15个镧系元素。

这些元素都是金属，但他们的氧化物很象“土”，所以习惯上称稀土。

钢中加入稀土，可以改变钢中夹杂物的组成、形态、分布和性质，从而改善了钢的各种性能，如韧性、焊接性，冷加工性能。

在犁铧钢中加入稀土，可提高耐磨性。

碳（C）在不锈钢中的作用碳在奥氏体和铁素体不锈钢中以间隙元素存在于固溶体中，是奥氏体不锈钢中最有效地固溶强化元素；在高碳马氏体不锈钢中，会有共晶碳化物和其他碳化物生成，对硬度及耐磨性非常有利，适合于生产各类刀具。

经固溶处理的奥氏体不锈钢中，碳以固溶体存在，当C＞0.03%时，若将钢置于538~815℃的温度范围内，碳可能以碳化物形式在晶界析出，同时形成贫铬（Cr）区（焊接时最易产生的现象），这种现象成为敏化析出（Susceptibility），使不锈钢增加了晶界腐蚀的敏感性；铁素体不锈钢亦会产生铬的碳化物而引起晶界腐蚀现象。

目前的技术手段，只有在奥氏体不锈钢中把碳元素含量将至0.03%以下，或通过加入钛（Ti）或Nb（铌）元素以形成稳定的碳化物，来避免敏化及防止出现贫铬（Cr）区（Poor - Cr Zone）及避免焊接时产生的刀状腐蚀。

名词解释（Terms’Definition）❶间隙元素（interstitial element）：是指在金属中熔质原子（碳，氧，氮等原子）填入溶剂金属点阵中的间隙位置，所形成的一种固溶体的一种补充元素，起到稳定其金属原子晶格形式的作用。

❷固溶体(solid solution)：是金属物在一定结晶构造位置上离子的互相置换，而不改变整个晶体的结构及对称性；固溶体分为三种：替代式固溶体、填隙式固溶体和缺位式固溶。

❸敏化析出（sensitization）：不锈钢钢中的碳(通常含0.03％)与铬结合，在热处理过程中或在焊接过程中在晶界析出；形成的碳化物使晶界出现贫铬，发生局部的晶界腐蚀，降低了材料的耐应力腐蚀性。

❹贫铬区（Poor - Cr Zone）：是指不锈钢中的碳元素与晶界处的铬结合，使晶界处的铬含量降低并析出；.造成不锈钢表面或内部局部铬含量低于平均含量的区域。

贫铬区的出现，通常是碳化铬析出的结果。

❺刀状腐蚀（Knife Line Attack）：简称刀蚀。

在含有稳定元素的奥氏体不锈钢中（如1Cr18Ni9Ti，Cr18Ni12Mo3Ti等），焊接热影响区的过热区在腐蚀介质作用下，发生沿熔合线走向的深沟状似刀痕的腐蚀，称为刀状腐蚀。

铬（Cr）在不锈钢中的作用铬是不锈钢中不可缺少的元素，不锈钢的耐蚀性和抗氧化性都由随着的Cr含量的增加而增加；因为Cr在不锈钢表面形成一层薄的氧化膜，阻碍或防止不锈钢的进一步氧化和腐蚀，在氧化环境中这层膜得到了强化。

在Fe-Cr系中，在所有温度下当Cr含量超过12%，均体现为铁素体；但高温情况下可能产生一下奥氏体组织，其原因是因为含有一定量的C和N元素的缘故。

名词解释-------------间隙相：当非金属原子半径与金属原子半径比值小于0.59时，形成具有简单晶格的间隙化合物，称为间隙相；当比值大于0.59时，形成具有复杂结构的间隙化合物。

中间相：两组元A和B组成合金时，除了可形成以A为基体或以B为基体的固溶体外（端际固溶体）外，还可能形成晶体结构与A,B两组元均不相同的新相。

空淬效应：钢在一定条件下淬火时获得淬硬层（马氏体层）深度。

它是衡量各个不同钢种接受淬火能力的重要指标之一；淬透性主要取决于其临界冷却速度的大小，而临界冷却速度则主要取决于过冷奥氏体的稳定性。

镍（Ni）在不锈钢中的作用最近镍价一直上涨，影响了不锈钢价格的波动。

但镍对于不锈钢有什么影响？镍是不锈钢中仅次于铬的重要合金元素。

为了耐还原性酸和碱介质的腐蚀，钢中仅含铬是不够的，铬必须加入镍。

镍促进不锈钢钝化膜的稳定性，提高不锈钢的热力学稳定性。

因此，不锈钢中铬和镍共存，可显著强化不锈钢的不锈性和耐蚀性。

镍对不锈钢的高温抗氧性有益，但对高温抗硫化性有害。

因为镍与硫作用易形成低熔点硫化物。

而低熔点硫化物的形成会显著降低钢的热加工性。

镍与铬组合能显著提高奥氏体不锈钢在苛性介质（例如NaOH）中的耐蚀性，镍还提高18-8不锈钢耐氯化物应力腐蚀的性能。

虽然在耐点蚀、耐缝隙腐蚀的PRE值（Cr+3.3Mo+16N，此值越大，耐点蚀、耐缝隙腐蚀性能越强）中并没有镍的作用在内，但在低铬、钼的通用铬镍奥氏体不锈钢中，镍的作用还是有益的。

镍是奥氏体形成的稳定元素，若含Ni量约为8%时，Fe-Ni系中在室温下为奥氏体组织，具有很好的可成型性，更好地焊接性，优异的韧性。

Ni对高温性能，特别是强度，冶金稳定性和保护性氧化膜的稳定性都有明显地提高。

在铁素体不锈钢中，加入Ni可提高韧性及弯曲性能，焊接性能及耐蚀性。

在沉淀硬化不锈钢中，Ni是重要元素。

在双相钢中，通过调整Cr和Ni的含量的变化，可改变铁素体的百分比，Ni还可以改善双相钢抗全面腐蚀和抗应力腐蚀性能。

Ni在奥氏体不锈钢中会降低其熔点，平均增加1%的镍含量，就可降低其4.4℃。

随着Ni的增加而是δ相减少；但是热加工性，低温塑性和韧性可得到改善，其成型性能（深冲性能增加，加工硬化性能降低，还可增加在硫酸中的钝化（passivation）作用。

镍能显著改善不锈钢的塑、韧性，可使具有脆性转变温度的一些不锈钢的脆性温度下移。

镍可提高一些不锈钢的冷成型性和焊接性，降低奥氏体不锈钢的冷加工硬化倾向。

镍可提高一些不锈钢的冷成型性和焊接性，降低奥氏体不锈钢的冷加工硬化倾向。

此外，Ni的另一方面的作用是表现了在其不锈钢及镍合金指数上不可替代的“王道”；一种足以让不锈钢和镍金属从业者们“HIGH”到极致的“摇头丸”；一种其金融属性已经远远超出其实际价值的“产业利益链”。

锰（Mn）在不锈钢中的作用锰元素可形成无限固溶体，有着强烈稳定奥氏体不锈钢结构的作用；并且对于铁素体和奥氏体不锈钢均有较强的固溶强化作用，提高了不锈钢的硬度和强度。

Mn是不锈钢生产的重要合金元素，在CrNi系不锈钢生产中作为脱氧元素，一般加入1.5%Mn，在Cr-Mn-Ni-N ,Cr-Mn-N系不锈钢中作为重要的合金化元素，一般加入6—20%。

和Cr-Ni奥氏体不锈钢相比，Cr-Mn-Ni-N奥氏体不锈钢最大的区别是大量地加入了合金元素Mn、N，从而带来了一系列的性能变化。

在奥氏体中，锰一般以合金形式存在，且含量小于2%；此含量对于不锈钢组织不会造成明显的影响。

但是锰元素，在不锈钢生产过程中被视为脱氧作用的残留元素看待。