钢中化学元素对性能的影响

钢中诸元素及其含量与形态对钢的组织和性能有直接的影响。

（1）碳
碳对钢的组织和性能影响极大。

一般说，随着碳含量的增加，抗拉强度、屈服点等增加，而伸长率、收缩率及冲击值等塑性和韧性指标下降，即变硬变脆，焊接性能变差，钢的熔点也有所降低。

另外，碳含量对热处理制度的确定有很大的影响。

图1-1为力学性能与碳含量的关系。

图1-2为各碳钢的冲击试验。

（2）硅
硅在冶炼中的作用是脱氧，为常存的元素。

硅对碳素结构钢的机械性能影响不大。

一般说，随着硅的增加，迁都和硬度提高，而伸长率变化不大。

（3）锰
锰在冶炼中的作用是脱氧和消除硫的影响，也是常存的元素。

锰与硫结合成MnS，防止硫所引起的热脆性。

一般锰的含量是硫含量的20倍以上。

锰除了改善钢的热加工性以外，还可提高强度、硬度和耐磨性。

通常人们愿意用低碳高锰类型的钢作为焊接结构钢，锰含量高，钢的低温韧性就越好。

但锰含量超过1.50%左右时，则钢硬化而延展性变坏。

含锰量大的钢可作为耐磨性高而韧性大的合金钢，如不锈钢、耐热钢、磨具钢等。

（4）磷
磷为有害元素。

中厚钢板的含磷量在0.010-0.035%之间，磷含量高可使抗拉强度稍有增加，但伸长率和冲击值下降，钢变脆，不利于冷加工和焊接，并且易偏析，故应尽量减少磷含量。

磷和铜共存，可提高钢材暴露于大气时的耐蚀性，钢中加入磷0.10%左右、铜0.35%左右，可作为耐候钢。

（5）硫
硫对中厚钢板是非常有害的元素，容易形成硫化物的层状偏析，使板厚方向（Z向）强度和塑性大大降低，用作海洋平台的强约束焊接部件时，往往会引起层状撕裂，因此，这类用途的钢，其含硫量要求降至0.010%以下甚至更低。

冶炼中必须采取有效的脱硫工艺。

硫还容易生产低熔点的FeS，使钢在热轧和焊接中产生热脆裂纹。

（6）铝
铝是为脱氧和晶粒调整而加入的，能与氮结合，消除氮的危害，改善冲击功，且可细化晶粒，有利于淬火和焊接的操作。

但温度达300℃时强度下降，蠕变极限大大降低，还会使碳石墨化而引起脆性，故锅炉钢不应加铝，且限制在0.010%以下。

一般铝含量达0.015-0.025%以上易生产Al2O3非金属夹杂物，降低钢质量。

（7）铌
铌在钢中起碳化物析出硬化的作用，提高了屈服点和抗拉强度。

（8）钒
钒能大大提高屈服点、抗拉强度、淬透性和回火稳定性，适用于需要淬火、回火的工具钢等。

但钒会使冲击功变坏，故钒含量不应超过0.10%。

（9）钛
钛在钢中形成碳化物，提高抗拉强度、硬度和耐蚀性，但不利于焊接。

（10）硼
硼可提高淬透深度，多用于保证淬透性的调制结构钢，但会降低冲击功。

钢中褚元素及其含量对中厚钢板性能的影响很大，一般情况下适当地
提高碳、锰、硅的含量可提高中厚钢板的强度和硬度，不同程度地降低塑性和韧性。

硫、磷在多数钢中为有害的杂质，但少数特殊钢中却是有益的元素。

随着科学技术的进步，对钢的纯净度要求越来越严格，以前只控制碳、硅、锰、硫、磷、氧、氮等元素，现在还要求控制会严重影响钢的韧性和焊接热影响区性能的锡、铅等微量元素。

钢的化学成分是影响钢板性能变化的内因，钢板生产的工艺条件是影响钢板性能的外因，外因通过内因而起作用。

除了对钢中各元素的功能要有一个定性的了解外，对其含量做基本的数量分析才能不断地提高钢板的质量。

因此，可根据性能的要求，在规定的范围内适当地选择成分含量来满足标准要求的性能；也可通过不同的生产工艺制度，特别是控制轧制、控制冷却及热处理来改善钢板的性能。