化学成分对钢材性能的影响

列表整理化学成分对钢材性能的影响钢是以铁和碳为主要成分的合金，虽然碳和其他元素所占比例甚少，但却左右着钢材的性能。1、碳碳时各种钢中的重要元素之一，在碳素结构钢中则是铁以外的最主要元素。碳是形成钢材强度的主要成分，随着含碳量的提高，钢的强度逐渐增高，而塑性和韧性下降，冷弯性能、焊接性能和抗锈性能等也变劣。碳素钢按碳含量区分，小于0.25%的为低碳钢，介于0.25%和0.6%之间的为中碳钢，大于0.6%的为高碳钢。含碳量超过0.3%时，钢材的抗拉强度很高，但却没有明显的屈服点，且塑性很小，含碳量超过0.2%时，钢材的焊接性能开始恶化。因此，规范推荐的钢材，含碳量均不超过0.22%，对于焊接结构则严格控制在0.2%以内。2、硫硫是有害元素，常以硫化铁形式夹杂于钢中。当温度达800~1000℃时，硫化铁会熔化使钢材变脆，因而在进行焊接或热加工时，有可能引发热裂纹，称为热脆。此外，硫还会降低钢材的冲击韧性、疲劳强度、抗锈蚀性能和焊接性能等。非金属硫化物夹杂经热轧加工后还会在厚钢板中形成局部分层现象，在采用焊接连接的节点中，沿板厚方向承受拉力时，会发生层状撕裂破坏。因而应严格限制钢材中的含硫量，随着钢材牌号和质量等级的提高，含硫量的限制值由0.05%依次降至0.025%，厚度方向性能钢板（抗层状撕裂钢板）的含硫量更限制在0.01以下。3、磷磷可提高钢的强度和抗锈蚀能力，但却严重地降低钢的塑性、韧性、冷弯性能和焊接性能，特别是在温度较低时促使钢材变脆，称为冷脆。因此，磷的含量也要严格控制，随着钢材牌号和质量等级的提高，含磷量的限值由0.045%依次降至0.025%。但是当采用特殊的冶炼工艺时，磷可作为一种合金元素来制造含磷的低合金钢，此时其含量可达0.12%~0.13%。4、锰锰是有益元素，在普通碳素钢中，它是一种弱脱氧剂，可提高钢材强度，消除硫对钢的热脆影响，改善钢的冷脆倾向，同时不显著降低塑性和韧性。锰还是我国低合金钢的主要合金元素，其含量为0.8%~1.8%。但锰对焊接性能不利，因此含量也不宜过多。5、硅硅是有益元素，在普通碳素钢中，它是一种强脱氧剂，常与锰共同除氧，生产镇静钢。适量的硅，可以细化晶粒，提高钢的强度，而对塑性、韧性、冷弯性能和焊接性能无显著不良影响。硅的含量在一般镇静钢中为0.12%~0.3%，在低合金钢中为0.2%~0.55%。过量的硅会恶化焊接性能和抗锈蚀性能。6、钒、铌、钛钒、铌、钛等元素在钢中形成微细碳化物，加入适量，能起细化晶粒和弥散强化作用，从而提高钢材的强度和韧性，又可保持良好的塑性。7、铝铝是强脱氧剂，还能细化晶粒，可提高钢的强度和低温韧性，在要求低温冲击韧性合格保证的低合金钢中，其含量不小于0.015%。8、铬、镍铬和镍是提高钢材强度的合金元素，用于Q390及以上牌号的钢材中，但其含量应受限制，以免影响钢材的其他性能。9、铜和铬、镍、钼等其他合金元素铜和铬、镍、钼等其他合金元素，可在金属基体表面形成保护层，提高钢对大气的抗腐蚀能力，同时保持钢材具有良好的焊接性能。在我国的焊接结构用耐候钢中，铜的含量为0.20%~0.40%。10、镧、铈等稀土元素（RE）镧、铈等稀土元素（RE）可提高钢的抗氧化性，并改善其他性能，在低合金钢中其含量按0.02%~0.20%控制。11、氧、氮氧和氮属于有害元素。氧和氮类似（使钢热脆），氮的影响和磷类似，因此其含量均应严格控制。但当采用特殊的合金组合分配时，氮可作为一种合金元素来提高低合金钢的强度和抗腐蚀性，如在就将长江大桥中已成功使用15MnVN钢，就是Q420中的一种含氮钢，氮含量控制在0.010%~0.020%。12、氢氢是有害元素，呈极不稳定的原子状态溶解在钢中，其溶解度随温度的降低而降低，常在结构疏松区域、孔洞、晶格错位和晶界处富集，生成氢分子，产生巨大的内压力，使钢材开裂，称为氢脆。氢脆属于延迟性破坏，在有拉应力作用下，常需要经过一定孕育发展期才会发生。在破裂面上常可见到白点，称为氢白点。含碳量较低且硫、磷含量较少的钢，氢脆敏感性低。钢的强度等级越高，对氢脆越敏感。