化学成分对钢的作用和影响

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对于长期从事钢结构加工制作的管理人员和操作者来说，了解本行业所用主材料钢的从本知识，特别是常用钢材的知识。

一、钢的基本知识

l.化学成分对钢的作用和影响

钢中的基本元素是铁(Fe)，还包括其他各种化学成分，碳素结构钢中铁占99%，其余是碳(C)和其他元素，这些元素主要是在冶炼过程中留下的杂物，如硅(Si)、锰(Mn)、硫(S)、磷(P)等。普通合金钢中除铁、碳元素外，还含有少量的合金元素，这些元素是冶炼过程中作为调质剂特意加入的，如锰、硅、钒(V)、铜((Cu)、硼(B)等。钢中的各种元素成分的细微变化会对钢材的机械性能产生显著影响，现将主要化学元素对钢材性能的影响简要介绍。


①碳是碳素结构钢中含量仅次于铁的元素。钢的性能随着化学成分的不同而变化，钢根据含碳量的多少分为低碳钢(含碳量低于0.25%)、中碳钢(含碳量为0.25%~0.60%)、高碳钢(含碳量超0.6%)。碳是影响钢材强度的主要因素，钢材含碳量上升，则强度提高，也塑性韧性下降，尤其是低温冲击韧性下降明显;另外，含碳量上升会使钢材的可锻性、抗腐蚀性，冷弯性能明显下降。因此，结构用钢的含碳量一般不允许超过0.22%。对焊接结构的钢要求低于0.2%。

③硫是一种有害杂质，它会降低钢的塑性、韧性、可焊性、抗腐蚀性等，硫还会使钢材发生脆裂现象。钢材中的硫含量不得超过0.05%，焊接结构不得超过0.045%。

③磷也是一种有害杂质，虽然磷的存在会提高钢材的强度和抗腐蚀性，但却会严重降低钢材的塑性、韧性、可焊性和冷弯性能等;特别是磷会导致钢材发生冷脆现象。钢材中的磷含量一般不允许超过0.045%。

④氧和氮都是钢材中的有害杂质，氧的作用与硫类似，会使钢材产生热脆，一般要求其含量低0.05%;氮的作用则类似于磷，它会使报材产生冷脆，一般要求其含量低于0.008%。氧和氮在冶炼中容易溢出，且钢材在冶炼过程中根据需要会使用脱氧剂以降低氧含量，所以一般氧、氮元素含量不会超标。

⑤锰是一种弱脱氧剂，适量锰能够提高钢材强度，但又不会过多降低塑性和冲击韧性;此外，钢材中的锰能够和硫产生成硫化锰，能消除硫对钢材性能的不利影响。锰可以改善钢材的冷脆性质，但是锰元素含量过高，会导致钢材变脆，降低抗腐蚀能力和可焊性。

⑥硅是一种强脱氧荆，硅作为合金元求可以提高钢的强度，对于塑性、冷弯性、冲击韧性、抗腐蚀和可娜性不会产生不良影响;但是，当硅含量过高(超过1%)，会降低钢材的塑性、韧性、抗锈蚀和可焊性;一般碳素钢含硅量为0.07~0.03。钒是作为一种合金元式添加在钢材中的，适量的钒可提高钢材强度和抗锈蚀能力，对钢材的塑性、韧性没有显著影响。

⑧为了提高钢的质量，可在钢内渗人钢、镍(Ni)、铬(Cr)及其他金属元素。穆入多种元素练出来的钢叫合金俐。钢内含铜量在0.35%以下能提高钢的强度和抵抗腐蚀的能力。