化学元素对钢材的影响及作用

1、铬(Cr)

铬能增加钢的淬透性并有二次硬化作用。可提高高碳钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆；含量超过12%时。使钢有良好的高温抗氧化性和耐氧化性介质腐蚀的作用。还增加钢的热强性，铬为不锈耐酸钢及耐热钢的主要合金元素。

铬能提高碳素钢轧制状态的强度和硬度。降低伸长率和断面收缩率。当铬含量超过15%时，强度和硬度将下降，伸长率和断面收缩率则相应地有所提高。含铬钢的零件经研磨容易获得较高的表面加工质量。

铬在调质结构钢中的主要作用是提高淬透性。使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能，在渗碳钢中还可以形成含铬的碳化物，从而提高材料表面的耐磨性。

含铬的弹簧钢在热处理时不易脱碳。铬能提高工具钢的耐磨性、硬度和红硬性。有良好的回火稳定性。在电热合金中，铬能提高合金的抗氧化性、电阻和强度。

(1) 对钢的显做组织及热处理的作用

A、铬与铁形成连续固溶体，缩小奥氏体相区城。铬与碳形成多种碳化物，与碳的亲和力大于铁和锰而低于钨、钼等．铬与铁可形成金属间化合物σ相(FeCr)

B、铬使珠光体中碳的浓度及奥氏体中碳的极限溶解度减少

C、减缓奥氏体的分解速度，显著提高钢的淬透性．但亦增加钢的回火脆性倾向

(2)对钢的力学性能的作用

A、提高钢的强度和硬度．时加入其他合金元素时，效果较显著

B、显著提高钢的脆性转变温度

C、在含铬量高的Fe-Cr合金中，若有σ相析出，冲击韧性急剧下降

(3)对钢的物理、化学及工艺性能的作用

A、提高钢的耐磨性，经研磨，易获得较高的表面光洁度

B、降低钢的电导率，降低电阻温度系数

C、提高钢的矫顽力和剩余磁感．广泛用于制造永磁钢

D、铬促使钢的表面形成钝化膜，当有一定含量的铭时，显著提高钢的耐腐蚀性能（特别是硝酸）。若有铬的碳化物析出时，使钢的耐腐蚀性能下降

E、提高钢的抗氧化性能

F、铬钢中易形成树枝状偏析，降低钢的塑性

G、由于铬使钢的热导率下降，热加工时要缓慢升温，锻、轧后要缓冷

(4)在钢中的应用

A、合金结构钢中主要利用铬提高淬透性，并可在渗碳表面形成含铬碳化物以提高耐磨性

B、弹簧钢中利用铬和共他合金元素一起提供的综合性能

C、轴承钢中主要利用铬的特殊碳化物对耐磨性的贡献及研磨后表面光沽度高的优点

D、工具钢和高速钢中主要利用铬提高耐磨性的作用，并具有一定的回火稳定性和韧性

E、不锈钢、耐热钢中铬常与锰、氮、镍等联合便用，当需形成奥氏体钢时，稳定铁素体的铬与稳定奥氏体的锰、镍之间须有一定比例，如Cr18Ni9等

F、我国铬资源较少．应尽量节省铬的使用

2、钼(Mo)

钼在钢中能提高淬透性和热强性。防止回火脆性，增加剩磁和矫顽力以及在某些介质中的抗蚀性。

在调质钢中，钼能使较大断面的零件淬深、淬透，提高钢的抗回火性或回火稳定性，使零件可以在较高温度下回火，从而更有效地消除（或降低）残余应力，提高塑性。

在渗碳钢中钼除具有上述作用外，还能在渗碳层中降低碳化物在晶界上形成连续网状的倾向，减少渗碳层中残留奥氏体，相对地增加了表面层的耐磨性。

在锻模钢中，钼还能保持钢有比较稳定的硬度，增加对变形、开裂和磨损等的抗力。

在不锈耐酸钢中，钼能进一步提高对有抗酸（如蚁酸、醋酸、草酸等）以及过氧化氢、硫酸，亚硫酸、硫酸盐、酸性染料、漂白粉液等的抗蚀性。特别是由于钼的加入，防止了氯离子存在所产生的点腐蚀倾向。

含1%左右钼的W12Cr4V4Mo高速钢具有高的耐磨性、回火硬度和红硬性等。

(1)对钢的显做组织及热处理的作用

A、钼在钢中可固溶于铁素体、奥氏体和碳化物中，它是缩小奥氏体相区的元素

B、当钢含量较低时，与铁、碳形成复合的渗碳体；含量较高时可形成钢的特殊碳化物

C、钼提高钢的淬透性，其作用较铬强．而稍逊于锰

D、钼提高钢的回火稳定性，作为单一合金元素存在时，增加钢的回火脆性；与铬、锰等并存时，钼又降低或抑止因其他元素所导致的回火脆性

(2)对钢的力学性能的作用

A、钼对铁素体有固溶强化作用．同时也提高碳化物的稳定性．从而提高钢的强度

B、钼对改善恢复温度以及再结晶温度提高，并强烈提高铁素体的蠕变抗力，有效抑制渗碳体在450-600℃下的聚集．促进特殊碳化物的析出，因而成为提高钢的热强性的最有效的合金元素

(3)对钢的物理、化学及工艺性能的作用

A、在含碳1.5％的磁钢中，2％-3％的钢提高剩余磁感和矫顽力

B、在还原性酸及强氧化性盐溶液中都能使钢表面钝化．因此钼可以普遍提高钢的抗蚀性能，防止钢在氯化物溶液中的点蚀

C、钼含量较高(>3%)时使钢的抗氧化性恶化

D、含钼不超过8％的钢仍可以锻、轧，但含量较高时，钢对热加工的变形抗力增高

(4)在钢中的应用

A、在调质和渗碳结构钢、弹簧钢、轴承钢、工具钢、不锈耐酸钢、耐热钢、磁钢中都得到了广泛应用

B、铬钼钢在许多情况下可代替铬镍钢来制造重要的部件

C、我国富产钼，但在世界范围内的储量并不丰富。含钼钢在我国应适当发展，但钼是重要战略物资，应注意合理和节约使用

3、硅(Si)

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