元素对钢铁性能的影响.docx

49 种元素对钢铁性能的影响元素 1：H（氢）对钢铁性能的影响：H 是一般钢中最有害的元素，钢中溶有氢会引起钢的氢脆、白点等缺陷。氢与氧、氮一样，在固态钢中溶解度极小，在高温时溶入钢液，冷却时来不及逸出而积聚在组织中形成高压细微气孔，使钢的塑性、韧度和疲劳强度急剧降低，严重时会造成裂纹、脆断。“氢脆”主要出现在马氏体钢中，在铁氧体钢中不十分突出，一般与硬度和含碳量一起增加。另一方面，H 能提高钢的磁导率，但也会使矫顽力和铁损增加（加 H 后矫顽力可增大 0.52倍）。元素 2：B（硼）对钢铁性能的影响：B 在钢中的主要作用是增加钢的淬透性，从而节约其他较稀贵的金属，与镍、铬、钼等。为了这一目的，其含量一般规定在 0.001%0.005%范围内。它可以代替 1.6%的镍、0.3%的铬或 0.2%的钼，以硼代钼应注意，因钼能防止或降低回火脆性，而硼却略有促进回火脆性的倾向，所以不能用硼将钼完全代替。中碳碳素钢中加硼，由于提高了淬透性，可使厚 20mm 以上的钢材调质后性能大为改善，因此，可用 40B 和 40MnB 钢代替 40Cr，可用 20Mn2TiB 钢代替 20CrMnTi 渗碳钢。但由于硼的作用随钢中碳的含量的增加而减弱，甚至消失，在选用含硼渗碳钢时，必须考虑到零件渗碳后，渗碳层的淬透性将低于芯部的淬透性的这一特点。弹簧钢一般要求完全淬透，通常弹簧面积不大，采用含硼钢有利。对高硅弹簧钢硼的作用波动较大，不便采用。硼和氮及氧有强的亲和力，沸腾钢中加入 0.007%的硼，可以消除钢的时效现象。元素 3：C（碳）对钢铁性能的影响：C 是仅次于铁的主要元素，它直接影响钢材的强度、塑性、韧性和焊接性能等。当钢中含碳量在 0.8%以下时，随着含碳量的增加，钢材的强度和硬度提高，而塑性和韧性降低；但当含碳量在 1.0%以上时，随着含碳量的增加，钢材的强度反而下降。随着含碳量的增加，钢材的焊接性能变差（含碳量大于 0.3%的钢材，可焊性显著下降），冷脆性和时效敏感性增大，耐大气锈蚀性下降。元素 4：N（氮）对钢铁性能的影响：N 对钢材性能的影响与碳、磷相似，随着氮含量的增加，可使钢材的强度显著提高，塑性特别是韧性也显著降低，可焊性变差，冷脆性加剧；同时增加时效倾向及冷脆性和热脆性，损坏钢的焊接性能及冷弯性能。因此，应该尽量减小和限制钢中的含氮量。一般规定氮含量应不高于 0.018%。氮在铝、铌、钒等元素的配合下可以减少其不利影响，改善钢材性能，可作为低合金钢的合金元素使用。有些牌号的不锈钢，适当增加 N 的含量，可以减少 Cr 的使用量，可以有效降低成本。元素 5：O（氧）对钢铁性能的影响：O 在钢中是有害元素。它是在炼钢过程中自然进入钢中的，尽管在炼钢末期要加入锰、硅、铁和铝进行脱氧，但不可能除尽。钢水凝固期间，溶液中氧和碳反应会生成一氧化碳，可以造成气泡。氧在钢中主要以 FeO、MnO、SiO2、Al2O3 等夹杂形式存在，使钢的强度、塑性降低。尤其是对疲劳强度、冲击韧性等有严重影响。氧会使硅钢中铁损增大，磁导率及磁感强度减弱，磁时效作用加剧。元素 6：Mg（镁）对钢铁性能的影响：能使钢中夹杂物数量减少、尺寸减小、分布均匀、形态改善等。微量镁能改善轴承钢的碳化物尺寸及分布，含镁轴承钢的碳化物颗粒细小均匀。当镁含量为 0.002%0.003%,其抗拉强度和屈服强度增加 5%以上，塑性基本保持不变。元素 7：Al（铝）对钢铁性能的影响：铝作为脱氧剂或合金化元素加入钢中，铝脱氧能力比硅、锰强得多。铝在钢中的主要作用是细化晶粒、固定钢中的氮，从而显著提高钢的冲击韧性，降低冷脆倾向和时效倾向性。如 D级碳素结构钢要求钢中酸溶铝含量不小于 0.015%，深冲压用冷轧薄钢板 08AL 要求钢中酸溶铝含量为 0.015%-0.065%。铝还可提高钢的抗腐蚀性能，特别是与钼、铜、硅、铬等元素配合使用时，效果更好。铬钼钢和铬钢中含 Al 可增加其耐磨性。高碳工具钢中 Al 的存在可使产生淬火脆性。铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。元素 8：Si（硅）对钢铁性能的影响：Si 是炼钢过程中重要的还原剂和脱氧剂：对于碳钢中的很多材质来说，都含有 0.5%以下的Si，这些 Si 一般是由于炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂而带入的。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、钒等元素强。但含硅量超过 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（s/b），以及疲劳强度和疲劳比（-1/b）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，所以硅钢片的磁阻滞损耗