常见元素对钢性能的影响

常见元素对钢性能的影响材质含量主要性质作用碳C碳素钢0.03~1.04%高速工具钢0.75~1.60%热作工具钢0.22~0.70%冷作工具钢0.45~2.85%在固溶体中作为铁的碳化物Fe3C，碳是强度和硬度的首要控制元素（控制者）随含碳量增加，钢的强度、硬度和淬透性提高；但塑性、韧性、磁性和导电性降低；碳和钢中某些合金元素化合形成各种碳化物，对钢的性能产生不同的影响锰Mn碳素钢0.25~0.65%锰钢1.6~1.9%冷作工具钢0.30~2.50%奥氏体铬-镍不锈钢2.00~15.5%.熔态钢的脱氧和脱硫；提高钢的抗拉强度、淬透性，既提高韧性又提高加工性能在含硫的钢中，锰使硫造成的热脆性和冷脆性减到最小；含锰量高的钢，经冷加工或冲击后具有高的耐磨性；但有促使钢的晶粒长大和增加第二类回火脆性的倾向；在结构钢、钢筋钢、弹簧钢中应用较大。硅Si普通钢中硅的含量范围在0.17~0.37%铁素体形成元素；与锰结合作为碳化物的稳定剂，为常用的脱氧剂。提高磁导率、电阻率并允许获得非常低的磁滞损失；使一些耐高温钢抗氧化；与锰结合可提高淬透性、强度和冲击韧性；经淬火、回火后能提高钢的屈服极限和弹性极限；含量较高时对钢的焊接性不利；在钢筋、弹簧钢钢和电工钢中应用较多铬Cr铬钢0.30~1.60%奥氏体铬-镍不锈钢15.0~30.0%马氏体铬钢4.0~18.0%铁素体铬钢10.5~27.0%沉淀硬化钢2.2~18.0%铬是碳化物形成元素，这些碳化物都比初始的渗碳体硬，因此可提高钢的硬度1%碳的低铬钢是非常硬的；提高钢的高温强度；高碳钢中，铬改善耐磨性能；大于25%时形成氧化膜，具有抗腐蚀能力；与Ni配合提高抗氧化与热强性，同时提高耐腐蚀性；但脆性增加；在结构钢、工具钢、轴承钢、不锈钢、耐热钢中应用多钨W钨-铬钢1.75%高速工具钢1.15~21.0%热作工具钢0~19.0%冷作工具钢0~2.0%抗冲击钢0~3.0%.非常强的碳化物形成元素，形成非常硬而又稳定的碳化物W2C、WC和复合碳化物Fe4W2C晶粒细化的作用；减少在热加工和热处理过程中的脱碳；钨提高耐磨性；提高淬火及回火钢的高温硬度；有些情况下，钨提高蠕变强度；对淬透性的贡献大；钨限制回火软化；不利于抗氧化性；是高速工具钢、合金工具钢中应用较多的元素之一钼Mo钼钢0.15~0.60%高速工具钢0~10.0%热作工具钢0~5.5%冷作工具钢0~1.8%奥氏体铬-镍不锈钢0.~4.0%马氏体铬钢0~1.25%铁索体铬钢0~1.25%强的碳化物形成元素；Mo2C、Fe4Mo2C、Fe21MoC6等提高高温合金的高温强度和抗蠕变能力；提高不锈钢的耐腐蚀能力；在高速工具钢中常以钼代钨，提高综合力学性能；钼是镍-铬-钼钢中的重要组成部分之一，这种钢具有高的抗拉强度与良好的塑性的结合；铬钢中，钼的加入是为了改善加工性能和力学性能；镍-钼钢中，钼提高钢的表面硬度。常见元素对钢性能的影响材质含量主要性质作用钒V铬-钒钢0.10~0.20%高速工具钢0.90~5.25%热作工具钢0~2.20%冷作工具钢0~5.15%强的碳化物形成元素,形成碳化物VC、氮化物，VC是金属碳化物中最硬、最耐磨的抑制晶粒长大；提高淬透性；抵抗高温软化；提高钢的强度、韧性、耐磨性、热硬性、回火稳定性；固溶于铁素体有极强的固溶强化作用；细小VC晶粒弥散分布提高钢的蠕变和持久强度；常用于工具钢或高速工具钢中提高寿命钴Co高速工具钢0~13.0%热作工具钢0~4.5%钴是比铁稍强的碳化物形成元素，赋予钢硬性，改善钢的高温性能和抗氧化及耐腐蚀的能力提高永磁合金的剩余感应和高的矫顽力；通过促进沉淀硬化大量提高强度、韧性；溶解到铁素体或奥氏体中时，抑制温升过程中发生的软化；钴降低淬透性；是某些超硬高速工具钢、某些永磁合金以及高温合金的重要成分钛Ti在高强度低合金钢中的含量范围在0~0.10%非常强的碳化物形成元素，固溶状态时，固溶强化作用极强，但同时降低固溶体的韧性。可从固溶体中拉回碳。中铬钢中，拉回碳以降低马氏体硬度及淬透性；高铬钢中，阻止形成奥氏体；奥氏体不锈钢中，阻止晶界损失；奥氏体高温合金中，促进沉淀硬化；镇静高强度低合金钢中，提高韧性；钛为基合金钢密度较小，但有高温强度；镍铬不锈钢中减少晶间腐蚀；提高耐热钢的抗氧化性和热强性；减轻不锈耐酸、应力腐蚀的作用；细化晶粒和固定碳，对钢的焊接性有利。镍Ni镍钢3.25~5.25%奥氏体铬-镍不锈钢1.0~37.0%马氏体铬钢0~2.50%沉淀硬化钢3.0~8.50%镍不形成碳化物，钢中的镍使铁的碳化物失去稳定因此促进石墨化；形成简单的置换固溶体强化铁素体含镍达5%的合金钢中，镍提高强度和韧性；镍使高铬成分的奥氏体形成，得到了奥氏体铬-镍不锈钢；细化晶粒、降低热膨胀系数；高镍钢中提高磁导率；与铬配合耐腐蚀、耐热；同素异晶转变热滞性；应用广泛，特别是在不锈钢和耐热钢中铝Al普通钢中铝的含量在0.01~0.03%铁素体不锈钢0~0.30%沉淀硬化不锈钢0~1.5%铝的碳化物形成能力比铁低；促进石墨化。抑制晶粒长大；生成有效的表面硬化层；表面形成Al2O3使钢耐腐蚀；脱氧剂；降低实效倾向：冷轧低碳薄钢板，经精轧后可长期存放，不产生应变时效铜Cu仅加入低碳钢中，并且数量不大于1.5%奥氏体形成元素；铜有石墨化倾向。改善耐蚀能力；沉淀硬化来提高合金的抗拉强度；不沉淀硬化时轻微提高屈服强度；但塑性、韧性下降；碳钢中，提高淬透性、降低延展性；含铜量超过0.4%-0.5%时，钢件热加工时表面易产生裂纹。常见元素对钢性能的影响材质元素主要性质作用铌Nb既可通过沉淀硬化又可通过铁素体晶粒进一步细化来提高强度少量铌（约0.02%）即可有效提高碳钢的抗拉强度和屈服强度但伴随着显著的缺口韧性恶化；铌是一些高强度低合金钢的重要成分；含量大于碳含量的8倍时，可以固定钢中所有的碳，使钢具有很好的抗氢性能；奥氏体钢中，可防止氧化介质对钢晶间腐蚀；固定钢中的碳和沉淀硬化作用，可提高热强钢的高温性能，如蠕变强度。铅Pb铅在熔融的钢中有限的溶解度，密度远大于钢，熔熔时下沉与钢分开在钢中以夹杂物形式存在（起间隙润滑作用）；其含量为0.20%左右并以极微小的颗粒存在时，能在不显著影响其他性能的前提下，改善钢的切削性。硼B在2300℃熔化的非常硬的固体完全脱氧的钢中加入微量硼（0.0005~0.005%）可降低冷却期间相转变速率而显著提高钢的淬透性；当含碳量增加时淬透性下降，因此硼加入含碳量＜0.6%的低碳或中碳钢中作用明显；如加入少量的硼，减少其它更昂贵的合金元素一半的量，仍能使钢保持同样的转变速率；硼改善了钢的延展性能和力学性能砷As砷含量不超过0.20%时，对钢的一般力学性能影响不大，但增加回火脆性的敏感性锆Zr少量锆可脱气、净化、细化晶粒有利于钢的低温韧性、消除时效、改善冲压性能硫S普通钢中硫含量≤0.045%形成脆的硫化物FeS，对钢铁危害大。生成低熔点脆性硫化物，硫形成钢在热加工中破裂，也不适于冷加工过程；使钢的强度降低，明显降低焊接性能；在热加工时，容易产生脆性（热脆性），但稍高的含硫量能改善低碳钢的切削加工性。磷P普通钢中磷含量≤0.045%钢材中的有害成分，含量低于1%时溶解于固态钢中,当含量超时，磷析出生成脆性的磷化物Fe3P增加钢中的非金属夹杂物，使钢的强度和塑性降低，并使钢的焊接性能和冷弯性能变差,冷脆性严重，但可改善切削加工性氮N钢中氮既可形成氮化物又可以溶解残留在凝固后的间隙中使钢脆化而不适于冷加工生产高塑性的软钢，氮含量必须低到0.002%。减少氮的含量也降低了淬火时效。在热轧或锻造的钢中，磷生成所谓的“反常带”，这些部位成为钢中的薄弱面氢H在室温就可以在钢中扩散出去。这种扩散在缓慢的升温过程中更有效氢含量超过0.0005%，会造成钢内部破裂，这种现象一般是发生在轧制或锻造后金属冷却过程中；使钢易产生白点等不允许有的缺陷，可导致氢脆，也是导致焊缝热影响区发生冷裂（延迟裂纹）的重要因素。氧O熔炼时充入大量氧气；凝固时以氧化物形式脱出如果不进行脱氧，将影响浇注操作，钢中也将产生氧化物非金属夹杂，降低钢的塑性和冲击韧性，使钢变脆