1、精選文檔金屬材料中Si、C、Mn、S、P等元素的作用及影響1、硅（Si）：在煉鋼過程中加硅作為還原劑和脫氧劑，所以冷靜鋼含有0.150.30%的硅。假如鋼中含硅量超過0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能顯著提高鋼的彈性極限，屈服點和抗拉強鉬、鎢、鉻等結合，有提高抗腐蝕性和抗氧化的作用，可制造耐熱鋼。含硅14%的度，故廣泛用于作彈簧鋼。在調質結構鋼中加入1.01.2%的硅，強度可提高1520%。硅和低碳鋼，具有極高的導磁率，用于電器工業做矽鋼片。硅量增加，會降低鋼的焊接性能。 硅能溶于鐵素體和奧氏體中提高鋼的硬度和強度，其作用僅次于磷，較錳、鎳、鉻、鎢、鉬和釩等元素強。但含硅超過3%時,將

2、顯著降低鋼的塑性和韌性。硅能提高鋼的彈性極限、屈服強度和屈服比(s/b),以及疲憊強度和疲憊比(-1/b)等,這是硅或硅錳鋼可作為彈簧鋼種的原因。 硅能降低鋼的密度、熱導率和電導率。能促使鐵素體晶粒粗化。降低矯頑力。有減小晶體的各向異性傾向，使磁化簡潔，磁阻減小，可用來生產電工用鋼，所以硅鋼片的磁滯損耗較低，硅能提高鐵素體的磁導率，使硅鋼片在較弱磁場下有較高的磁感強度。但在強磁場下，硅降低鋼的磁感強度。硅因有強的脫氧力，從而減小了鐵的磁時效作用。 含硅的鋼在氧化氣氛中加熱時，表面將形成一層SiO2薄膜，從而提高鋼在高溫時的抗氧化性。 硅能促使鑄鋼中的柱狀晶成長，降低塑性。硅鋼若加熱或冷卻較快，

3、由于熱導率低，鋼的內部和外部溫差較大，因而易裂。 硅能降低鋼的焊接性能。由于與氧的親合力硅比鐵強，在焊接時簡潔生成低熔點的硅酸鹽，增加熔渣和熔化金屬的流淌性，引起噴濺現象，影響焊縫質量。硅是良好的脫氧劑。用鋁脫氧時酌加肯定量的硅，能顯著提高鋁的脫氧力量。硅在鋼中原來就有肯定的殘存，這是由于煉鐵煉鋼作為原料帶入的。在沸騰鋼中，硅限制在0.07% ，有意加入時，則在煉鋼時加入硅鐵合金。(1)對鋼的顯做組織及熱處理的作用A、作為鋼中的合金元素，其含量一般不低于0.4 。以固溶體形態存在于鐵素體或奧氏體中，縮小奧氏體相區B、提高退火、正火和淬火溫度，在亞共析鋼中提高淬透性C、硅不形成碳化物，有猛烈的促

4、進碳的石墨化的作用，在硅含量較高的中碳和高碳鋼中，如不含有強碳化物形成元素，易在肯定溫度條件下發生石墨化D、在滲碳鋼中，硅減小滲碳層厚度和碳的濃度E、硅對鋼水有良好脫氧作用(2)對鋼的力學性能的作用A、提高鐵素體和奧氏體的硬度和強度，其作用較Mn 、Ni 、Cr . W 、Mo、V 等更強；顯著提高鋼的彈性極限、屈服強度和屈強比(s/b)并提高應勞強度和疲憊比(-1/b) B、硅含量超過3 時顯著降低鋼的塑性和韌性；硅提高塑脆轉變溫度 C、硅易使鋼中形成帶狀組織，使橫向性能低于縱向性能 D、改善鋼的耐磨性能(3)對鋼的物理、化學及工藝性能的作用 A、降低鋼的密度、熱導率、電導率和電阻溫度系數

5、B、硅鋼片的渦流損耗量顯著低于純鐵，矯頑力、磁阻和磁滯損耗較低磁導率和磁感強度較高。但在強磁場中，硅降低磁感強度 C、提高高溫時鋼的抗氧化性能，但硅含量高時，表面脫碳加劇 D、硅含量超過2.5 的鋼，其變形加工較為困難 E、硅降低鋼的可焊性(4)在鋼中的應用A、在一般低合金鋼中提高強度，改善局部腐蝕抗力，在調質鋼中提高淬透性和抗回火性，是多元合金結構鋼中的主要合金組元之一B、硅含量為0.5 %-2.8 的SiMn 或SiMnB 鋼(碳含量0.5 -0.7 %)廣泛用于高載荷彈黃材料，同時加人W 、V 、Mo、Nb 、Cr等強碳化物形成元素C、硅鋼片為含硅1.O -4.5 的低碳和超低碳鋼，用于

6、電機和變壓器D、在不銹鋼和耐蝕鋼中，與Mo 、W 、Cr 、Al、Ti、N 等協作，提高抗蝕和抗高溫氧化力量E、硅含量較高的石墨鋼用于冷作模具材料2、碳（C）：鋼中含碳量增加，屈服點和抗拉強度上升，但塑性和沖擊性降低，當碳量0.23%超過時，鋼的焊接性能變壞，因此用于焊接的低合金結構鋼，含碳量一般不超過0.20%。碳量高還會降低鋼的耐大氣腐蝕力量，在露天料場的高碳鋼就易銹蝕；此外，碳能增加鋼的冷脆性和時效敏感性。 典型的例子是低碳鋼、高碳鋼、高碳鋼力學性能變化。3、錳（Mn）：在煉鋼過程中，錳是良好的脫氧劑和脫硫劑，一般鋼中含錳0.300.50%。在碳素鋼中加入0.70%以上時就算“錳鋼”，較

7、一般鋼量的鋼不但有足夠的韌性，且有較高的強度和硬度，提高鋼的淬性，改善鋼的熱加工性能，如16Mn鋼比A3屈服點高40%。含錳1114%的鋼有極高的耐磨性，用于挖土機鏟斗，球磨機襯板等。錳量增高，減弱鋼的抗腐蝕力量，降低焊接性能。形成奧低體組織，降低碳的危害在低含量范圍內，對鋼有很大的強化作用，提高強度、硬度和耐磨性降低鋼的臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性高含量范圍內為主要奧氏體化元素 錳是良好的脫氧劑和脫硫劑 。鋼中一般都含有肯定量的錳，它能消退或減弱由于硫所引起的鋼的熱脆性，從而改善鋼的熱加工性能。 錳和鐵形成固溶體，提高鋼中鐵素體和奧氏體的硬度和強度；同時又是碳化物形成元素，進入滲碳體中取代一

8、部分鐵原子。錳在鋼中由于降低臨界轉變溫度。起到細化珠光體的作用。也間接地起到提高珠光體鋼強度的作用；錳穩定奧氏體組織的力量僅次于鎳，也猛烈增加鋼的淬透性。已用含量不超過2%的錳與其他元素協作制成多種合金鋼。 錳具有資源豐富、效能多樣的特點，獲得了廣泛的應用，如含錳較高的碳素結構鋼、彈簧鋼。 在高碳高錳耐磨鋼中。錳含量可達10%一14% ，經固溶處理后有良好的韌性，當受到沖擊而變形時，表面層將因變形而強化，具有高的耐磨性。 錳與硫形成熔點較高的MnS 。可防止因FeS而導致的熱脆現象。錳有增加鋼晶粒粗化的傾向和回火脆性敏感性。若冶煉澆鑄和鍛軋后冷卻不當，簡潔使鋼產生白點。(1)對鋼的顯做組織及熱

9、處理的作用A、錳是良好的脫氧劑和脫硫劑，工業用鋼中一般均含有肯定量的錳B、錳固溶于鐵素體和奧氏體中擴大奧氏體區，使臨界溫度A4點上升，A3點降低，(+)區下移當錳含量超過12時，上臨界點降至室溫以下，使鋼在室溫時形成單一奧氏體組織。在降低共析溫度同時，使共析體中的碳含量削減C、錳猛烈降低鋼的Ar1和馬氏體轉變溫度(其作用僅次于碳）和鋼中相變的速度，提高鋼的淬透性，增加殘余奧氏體含量D、使鋼的調質組織均勻、細化，避開了滲碳層中碳化物的聚集成塊，但增大了鋼的過熱敏感性和回火脆性傾向E、錳是弱碳化物形成元素(2)對鋼的力學性能的作用 A、錳強化鐵素體或奧氏體的作用不及碳，磷、硅，在增加強度的同時，對

10、延展性無影響 B、由于細化了珠光體，顯著提凹凸碳和中碳珠光體鋼的強度，使延展性有所降低 C、通過提高淬透性而提高了調質處理索氏體鋼的力學性能 D、在嚴格把握熱處理工藝、避開過熱時的晶粒長大以及回火脆性的前提下，錳不會降低鋼的韌性(3)對鋼的物理、化學及工藝性能的作用 A、隨錳含量的增加，鋼的熱導率急劇下降，線脹系數上升，使快速加熱或冷卻時形成較大內應力，工件開裂傾向增大 B、使鋼的電導率急劇降低，電阻率相應增大，電阻溫度系數下降 C、使矯頑力增大，飽和磁感、剩余磁感和磁導率均下降，因而錳對永磁合金有利，對軟磁合金有害 D、錳含量很高時，鋼的抗氧化性能下降 E、使鋼中的硫形成較高熔點的MnS ，

11、避開了晶界上的FeS 薄膜，消退鋼的熱脆性，改善熱加工性能 F、高錳奧氏體鋼的變形阻力較大，且鋼錠中柱狀結晶明顯，鍛軋時較易開裂 G、由于提高了淬透性和降低了馬氏體轉變溫度，對焊接性能有不利影響。在適當范圍內應降低碳含量(4)在鋼中的應用 A、易切削鋼中常有適量的錳和磷，MnS夾雜使切屑易于碎斷 B、一般低合金鋼中利用錳來強化鐵素體和珠光體，提高鋼的強度，錳含量一般為1-2% C、滲碳和調質合金結構鋼的很多系列中含有不超過2的錳 D、彈簧鋼、軸承鋼和工具鋼中利用錳猛烈提高淬透性的作用，可接受油淬和空冷的淬火工藝，削減開裂、扭曲和變形 E、耐磨鋼、無磁鋼、不銹鋼、耐熱鋼，包括高碳高錳耐磨鑄鋼(C

12、:1.0 -1.4%，Mn:10-14%)，中碳高錳無磁鋼(C:0.3 -0.6% , Mn:18-19%)，低碳高錳不銹鋼(有Cr ，無Ni或少Ni)，高錳耐熱鋼（以Mn代Ni 的耐熱不起皮鋼，或含有Al、Mo、V等）4、硫（S）：硫在通常狀況下也是有害元素。使鋼產生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時造成裂紋。硫對焊接性能也不利，降低耐腐蝕性。所以通常要求硫含量小于0.055%，優質鋼要求小于0.040%。在鋼中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常稱易切削鋼。 提高硫和錳的含量，可改善鋼的被切削性能，在易切削鋼中硫作為有益元素加入。硫在鋼中偏析嚴峻，惡化鋼的質量。

13、在高溫下，降低鋼的塑性，是一種有害元素，它以熔點較低的FeS的形式存在；單獨存在的FeS的熔點只有1190 ，而在鋼中與鐵形成共晶體的共晶溫度更低，只有988 ，當鋼凝固時，硫化鐵析集在原生晶界處。鋼在1100-1200進行軋制時，晶界上的FeS就將熔化，大大地減弱了晶粒之間的結合力，導致鋼的熱脆現象。因此對硫應嚴加把握，一般把握在0.020%-0.050%。為了防止因硫導致的脆性，應加入足夠的錳，使其形成熔點較高的MnS。若鋼中含硫量偏高，焊接時由于SO2的產生，將在焊接金屬內形成氣孔和疏松，5、磷（P）：在一般狀況下，磷是鋼中有害元素，增加鋼的冷脆性，使焊接性能變壞，降低塑性，使冷彎性能變

14、壞。因此通常要求鋼中含磷量小于0.045%，優質鋼要求更低些。 磷在鋼中固溶強化和冷作硬化作用強，作為合金元素加入低合金結構鋼中，能提高其強度和鋼的耐大氣腐蝕性能，但降低其冷沖壓性能。磷與硫和錳聯合使用，能增加鋼的被切削性能，增加加工件的表面質量，用于易切鋼，所以易切鋼含磷也較高。磷溶于鐵素體，雖然能提高鋼的強度和硬度，最大的害處是偏析嚴峻，增加回火脆性，顯著降低鋼的塑性和韌性，致使鋼在冷加工時簡潔脆裂，也即所謂”冷脆”現象。磷對焊接性也有不良影響。磷是有害元素，應嚴加把握，一般含量不大于0.030%-0.040%。6、鉻（Cr）：在結構鋼和工具鋼中，鉻能顯著提高強度、硬度和耐磨性，但同時降低

15、塑性和韌性。鉻又能提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性，因而是不銹鋼，耐熱鋼的重要合金元素。 鉻能增加鋼的淬透性并有二次硬化作用。可提高高碳鋼的硬度和耐磨性而不使鋼變脆；含量超過12%時。使鋼有良好的高溫抗氧化性和耐氧化性介質腐蝕的作用。還增加鋼的熱強性，鉻為不銹耐酸鋼及耐熱鋼的主要合金元素。 鉻能提高碳素鋼軋制狀態的強度和硬度。降低伸長率和斷面收縮率。當鉻含量超過15%時，強度和硬度將下 降，伸長率和斷面收縮率則相應地有所提高。含鉻鋼的零件經研磨簡潔獲得較高的表面加工質量。 鉻在調質結構鋼中的主要作用是提高淬透性。使鋼經淬火回火后具有較好的綜合力學性能，在滲碳鋼中還可以形成含鉻的碳化物，從而提高材料表

16、面的耐磨性。含鉻的彈簧鋼在熱處理時不易脫碳。鉻能提高工具鋼的耐磨性、硬度和紅硬性。有良好的回火穩定性。在電熱合金中，鉻能提高合金的抗氧化性、電阻和強度。(1) 對鋼的顯做組織及熱處理的作用A、鉻與鐵形成連續固溶體，縮小奧氏體相區城。鉻與碳形成多種碳化物，與碳的親和力大于鐵和錳而低于鎢、鉬等鉻與鐵可形成金屬間化合物相(FeCr)B、鉻使珠光體中碳的濃度及奧氏體中碳的極限溶解度削減C、減緩奧氏體的分解速度，顯著提高鋼的淬透性但亦增加鋼的回火脆性傾向(2)對鋼的力學性能的作用 A、提高鋼的強度和硬度時加入其他合金元素時，效果較顯著 B、顯著提高鋼的脆性轉變溫度 C、在含鉻量高的Fe-Cr合金中，若有

17、相析出，沖擊韌性急劇下降(3)對鋼的物理、化學及工藝性能的作用 A、提高鋼的耐磨性，經研磨，易獲得較高的表面光滑度 B、降低鋼的電導率，降低電阻溫度系數 C、提高鋼的矯頑力和剩余磁感廣泛用于制造永磁鋼 D、鉻促使鋼的表面形成鈍化膜，當有肯定含量的銘時，顯著提高鋼的耐腐蝕性能（特殊是硝酸）。若有鉻的碳化物析出時，使鋼的耐腐蝕性能下降 E、提高鋼的抗氧化性能 F、鉻鋼中易形成樹枝狀偏析，降低鋼的塑性 G、由于鉻使鋼的熱導率下降，熱加工時要緩慢升溫，鍛、軋后要緩冷(4)在鋼中的應用 A、合金結構鋼中主要利用鉻提高淬透性，并可在滲碳表面形成含鉻碳化物以提高耐磨性 B、彈簧鋼中利用鉻和共他合金元素一起供

18、應的綜合性能 C、軸承鋼中主要利用鉻的特殊碳化物對耐磨性的貢獻及研磨后表面光沽度高的優點 D、工具鋼和高速鋼中主要利用鉻提高耐磨性的作用，并具有肯定的回火穩定性和韌性 E、不銹鋼、耐熱鋼中鉻常與錳、氮、鎳等聯合便用，當需形成奧氏體鋼時，穩定鐵素體的鉻與穩定奧氏體的錳、鎳之間須有肯定比例，如Cr18Ni9等 F、我國鉻資源較少應盡量節省鉻的使用7、鎳(Ni)：鎳能提高鋼的強度，而又保持良好的塑性和韌性。鎳對酸堿有較高的耐腐蝕力量，在高溫下有防銹和耐熱力量。但由于鎳是較稀缺的資源，故應盡量接受其他合金元素代用鎳鉻鋼。 8、鉬(Mo)：鉬能使鋼的晶粒細化，提高淬透性和熱強性能，在高溫時保持足夠的強度

19、和抗蠕變力量(長期在高溫下受到應力，發生變形，稱蠕變)。結構鋼中加入鉬，能提高機械性能。 還可以抑制合金鋼由于火而引起的脆性。在工具鋼中可提高紅性。 鉬在鋼中能提高淬透性和熱強性。防止回火脆性，增加剩磁和矯頑力以及在某些介質中的抗蝕性。 在調質鋼中，鉬能使較大斷面的零件淬深、淬透，提高鋼的抗回火性或回火穩定性，使零件可以在較高溫度下回火，從而更有效地消退（或降低）殘余應力，提高塑性。 在滲碳鋼中鉬除具有上述作用外，還能在滲碳層中降低碳化物在晶界上形成連續網狀的傾向，削減滲碳層中殘留奧氏體，相對地增加了表面層的耐磨性。 在鍛模鋼中，鉬還能保持鋼有比較穩定的硬度，增加對變形、開裂和磨損等的抗力。

20、在不銹耐酸鋼中，鉬能進一步提高對有抗酸（如蟻酸、醋酸、草酸等）以及過氧化氫、硫酸，亞硫酸、硫酸鹽、酸性染料、漂白粉液等的抗蝕性。特殊是由于鉬的加入，防止了氯離子存在所產生的點腐蝕傾向。 含1%左右鉬的W12Cr4V4Mo高速鋼具有高的耐磨性、回火硬度和紅硬性等。 (1)對鋼的顯做組織及熱處理的作用A、鉬在鋼中可固溶于鐵素體、奧氏體和碳化物中，它是縮小奧氏體相區的元素B、當鋼含量較低時，與鐵、碳形成復合的滲碳體；含量較高時可形成鋼的特殊碳化物C、鉬提高鋼的淬透性，其作用較鉻強而稍遜于錳D、鉬提高鋼的回火穩定性，作為單一合金元素存在時，增加鋼的回火脆性；與鉻、錳等并存時，鉬又降低或抑止因其他元素所

21、導致的回火脆性(2)對鋼的力學性能的作用 A、鉬對鐵素體有固溶強化作用同時也提高碳化物的穩定性從而提高鋼的強度 B、鉬對改善鋼的延展性和韌性以及耐磨性起到有利作用 C、由于鉬使形變強化后的軟化和恢復溫度以及再結晶溫度提高，并猛烈提高鐵素體的蠕變抗力，有效抑制滲碳體在450-600下的聚集促進特殊碳化物的析出，因而成為提高鋼的熱強性的最有效的合金元素(3)對鋼的物理、化學及工藝性能的作用 A、在含碳1.5的磁鋼中，2-3的鋼提高剩余磁感和矯頑力 B、在還原性酸及強氧化性鹽溶液中都能使鋼表面鈍化因此鉬可以普遍提高鋼的抗蝕性能，防止鋼在氯化物溶液中的點蝕 C、鉬含量較高(3%)時使鋼的抗氧化性惡化

22、D、含鉬不超過8的鋼仍可以鍛、軋，但含量較高時，鋼對熱加工的變形抗力增高(4)在鋼中的應用 A、在調質和滲碳結構鋼、彈簧鋼、軸承鋼、工具鋼、不銹耐酸鋼、耐熱鋼、磁鋼中都得到了廣泛應用 B、鉻鉬鋼在很多狀況下可代替鉻鎳鋼來制造重要的部件 C、我國富產鉬，但在世界范圍內的儲量并不豐富。含鉬鋼在我國應適當進展，但鉬是重要戰略物資，應留意合理和節省使用9、鈦(Ti)：鈦是鋼中強脫氧劑。它能使鋼的內部組織致密，細化晶粒力；降低時效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在鉻18鎳9奧氏體不銹鋼中加入適當的鈦，可避開晶間腐蝕。 10、釩(V)：釩是鋼的優良脫氧劑。鋼中加0.5%的釩可細化組織晶粒，提高強度和韌性。釩

23、與碳形成的碳化物，在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕力量。 11、鎢(W)：鎢熔點高，比重大，是貴生的合金元素。鎢與碳形成碳化鎢有很高的硬度和耐磨性。在工具鋼加鎢，可顯著提高紅硬性和熱強性，作切削工具及鍛模具用。 12、鈮(Nb)：鈮能細化晶粒和降低鋼的過熱敏感性及回火脆性，提高強度，但塑性和韌性有所下降。在一般低合金鋼中加鈮，可提高抗大氣腐蝕及高溫下抗氫、氮、氨腐蝕力量。鈮可改善焊接性能。在奧氏體不銹鋼中加鈮，可防止晶間腐蝕現象。 13、鈷(Co)：鈷是稀有的貴重金屬，多用于特殊鋼和合金中，如熱強鋼和磁性材料。 14、銅(Cu)：武鋼用大冶礦石所煉的鋼，往往含有銅。銅能提高強度和韌性，特殊是大氣腐蝕性能。缺點是在熱加工時簡潔產生熱脆，銅含量超過0.5%塑性顯著降低。當銅含量小于0.50%對焊接性無影響。 15、鋁(Al)：鋁是鋼中常用的脫氧劑。鋼中加入少量的鋁，可細化晶粒，提高沖擊韌性，如作深沖薄板的08Al鋼。鋁還具有抗氧化性和抗腐蝕性能，鋁與鉻、硅合用，可顯著提高鋼的高溫不起皮性能和耐高溫腐蝕的力量。鋁的缺點是影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能。 16、硼(B)：鋼中加入微量的硼就可改善鋼的致密性和熱軋性能，提高強度。 17、氮(N):氮能提高鋼的強度，低溫韌性和焊接性，增加時效敏