钢材中各元素对性能性的影响.doc

钢材中各元素对性能性的影响1、 碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。2、 硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.150.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.01.2%的硅，强度可提高1520%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅14%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。3、 锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30-0.50%,在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。含锰1114%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。4、 磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。5、 硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。6、 铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。7、 镍(Ni)：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。8、 钼(Mo)：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变)。结构钢中加入钼，能提高机械性能。还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。9、 钛(Ti)：钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。10、 钒(V)：钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5%的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。11、 钨(W)：钨熔点高，比重大，是贵生的合金元素。钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性。在工具钢加钨，可显著提高红硬性和热强性，作切削工具及锻模具用。12、 铌(Nb)：铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，但塑性和韧性有所下降。在普通低合金钢中加铌，可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力。铌可改善焊接性能。在奥氏体不锈钢中加铌，可防止晶间腐蚀现象。13、 钴(Co)：钴是稀有的贵重金属，多用于特殊钢和合金中，如热强钢和磁性材料。14、 铜(Cu)：武钢用大冶矿石所炼的钢，往往含有铜。铜能提高强度和韧性，特别是大气腐蚀性能。缺点是在热加工时容易产生热脆，铜含量超过0.5%塑性显著降低。当铜含量小于0.50%对焊接性无影响。15、 铝(Al)：铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，如作深冲薄板的08Al钢。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝与铬、硅合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。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。16、 硼(B)：钢中加入微量的硼就可改善钢的致密性和热轧性能，提高强度。17、 氮(N):氮能提高钢的强度，低温韧性和焊接性，增加时效敏感性。18、 稀土(Xt)：稀土元素是指元素周期表中原子序数为57-71的15个镧系元素。这些元素都是金属，但他们的氧化物很象“土”，所以习惯上称稀土。钢中加入稀土，可以改变钢中夹杂物的组成、形态、分布和性质，从而改善了钢的各种性能，如韧性、焊接性，冷加工性能。在犁铧钢中加入稀土，可提高耐磨性。钢材的质量及性能是根据需要而确定的，不同的需要，要有不同的元素含量。（1）、 碳；含碳量越高，刚的硬度就越高，但是它的可塑性和韧性就越差。（2）、 硫；是钢中的有害杂物，含硫较高的钢在高温进行压力加工时，容易脆裂，通常叫作热脆性。（3）、 磷；能使钢的可塑性及韧性明显下降，特别的在低温下更为严重，这种现象叫作冷脆性。在优质钢中，硫和磷要严格控制。但从另方面看，在低碳钢中含有较高的硫和磷，能使其切削易断，对改善钢的可切削性是有利的。（4）、 锰；能提高钢的强度，能消弱和消除硫的不良影响，并能提高钢的淬透性，含锰量很高的高合金钢（高锰钢）具有良好的耐磨性和其它的物理性能。（5）、 硅；它可以提高钢的硬度，但是可塑性和韧性下降，电工用的钢中含有一定量的硅，能改善软磁性能。（6）、 钨；能提高钢的红硬性和热强性，并能提高钢的耐磨性。（7）、 铬；能提高钢的淬透性和耐磨性，能改善钢的抗腐蚀能力和抗氧化作用。（8）、 钒；能细化钢的晶粒组织，提高钢的强度，韧性和耐磨性。当它在高温熔入奥氏体时，可增加钢的淬透性；反之，当它在碳化物形态存在时，就会降低它的淬透性。（9）、 钼；可明显的提高钢的淬透性和热强性，防止回火脆性，提高剩磁和娇顽力。（10）、 钛；能细化钢的晶粒组织，从而提高钢的强度和韧性。在不锈钢中，钛能消除或减轻钢的晶间腐蚀现象。（11）、 镍；能提高钢的强度和韧性，提高淬透性。含量高时，可显著改变钢和合金的一些物理性能，提高钢的抗腐蚀能力。（12）、 硼；当钢中含有微量的（0.001、0.005、）硼时，钢的淬透性可以成倍的提高。（13）、 铝；能细化钢的晶粒组织，阻抑低碳钢的时效。提高钢在低温下的韧性，还能提高钢的抗氧化性，提高钢的耐磨性和疲劳强度等。（14）、 铜；它的突出作用是改善普通低合金钢的抗大气腐蚀性能，特别是和磷配合使用时更为明显。钢材的化学成分及其对钢材性能的影响钢材中除了主要化学成分铁（Fe）以外，还含有少量的碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）、磷（P）、硫（S）、氧（O）、氮（N）、钛（Ti）、钒（V）等元素，这些元素虽然含量少，但对钢材性能有很大影响：1、 碳：碳是决定钢材性能的最重要元素。碳对钢材性能的影响如图6-3所示：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。、图6-3、含碳量对碳素钢性能的影响抗拉强度；冲击韧性；伸长率；断面收缩率；HB硬度。一般工程所用碳素钢均为低碳钢，即含碳量小于0.25%；工程所用低合金钢，其含碳量小于0.52%。2、 硅：硅是作为脱氧剂而存在于钢中，是钢中的有益元素。硅含量较低（小于1.0%）时，能提高钢材的强度，而对塑性和韧性无明显影响。3、 锰：锰是炼钢时用来脱氧去硫而存在于钢中的，是钢中的有益元素。锰具有很强的脱氧去硫能力，能消除或减轻氧、硫所引起的热脆性，大大改善钢材的热加工性能，同时能提高钢材的强度和硬度。锰是我国低合金结构钢中的主要合金元素。4、 磷：磷是钢中很有害的元素。随着磷含量的增加，钢材的强度、屈强比、硬度均提高，而塑性和韧性显著降低。特别是温度愈低，对塑性和韧性的影响愈大，显著加大钢材的冷脆性。磷也使钢材的可焊性显著降低。但磷可提高钢材的耐磨性和耐蚀性，故在低合金钢中可配合其他元素作为合金元素使用。5、 硫：硫是钢中很有害的元素。硫的存在会加大钢材的热脆性，降低钢材的各种机械性能，也使钢材的可焊性、冲击韧性、耐疲劳性和抗腐蚀性等均降低。6、 氧：氧是钢中的有害元素。随着氧含量的增加，钢材的强度有所提高，但塑性特别是韧性显著降低，可焊性变差。氧的存在会造成钢材的热脆性。7、 氮：氮对钢材性能的影响与碳、磷相似，随着氮含量的增加，可使钢材的强度提高，塑性特别是韧性显著降低，可焊性变差，冷脆性加剧。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。8、 钛：钛是强脱氧剂。钛能显著提高强度，改善韧性、可焊性，但稍降低塑性。钛是常用的微量合金元素。9、 钒：钒是弱脱氧剂。钒加入钢中可减弱碳和氮的不利影响，有效地提高强度，但有时也会增加焊接淬硬倾向，钒也是常用的微量合金元素。钢产品具体牌号根据钢铁产品牌号表示方法GB221-2000的规定，我国钢铁产品牌号一般采用汉语拼音字母、国际化学元素符号及阿拉伯数字结合起来表示。1、 碳素结构钢的具体牌号Q195-Q195F、Q195b、Q195Q215-Q215AF、Q215Ab、Q215A、Q215BF、Q215Bb、Q215B、Q235-Q235AF、Q235Ab、Q235A、Q235BF、Q235Bb、Q235B、Q235C、Q235DQ255-Q255A、Q255BQ275-Q275、对上述各牌号，要在供应工作中准确识别与使用。2、 低合金高强度结构钢GB/T221-2000新牌号表示方法将低合金高强度结构钢分为通用钢和专用钢两类，新牌号表示方法与GB/T1591-94低合金高强度结构钢，GB700-88碳素结构钢相同，并与碳素结构钢的牌号组成工程用钢的系列。低合金高强度结构钢按脱氧方法分为镇静钢和特殊镇静钢，但在牌号中没有表示脱氧方法的符号。1) 通用低合金高强度结构钢牌号组成Q295-Q295A、Q295BQ245-Q345A、Q345B、Q345C、Q345D、Q345EQ390-Q390A、Q390B、Q390C、Q390D、Q390EQ420-Q420A、Q420B、Q420C、Q420D、Q420EQ460-Q460C、Q460D、Q460E2) 专用低合金高强度结构钢牌号专用低合金高强度结构钢一般采用代表屈服点的拼音字母“Q”、屈服点数值(单位为MPa)、，并在尾部加按产品用途的拼音第一个字母表示。如：压力容器用钢牌号表示为“Q345R”；焊接气瓶用钢牌号表示为“Q295HP”；锅炉用钢牌号表示为“Q390g”；桥梁用钢牌号表示为“Q420q”等。3、 优质碳素结构钢的基本牌号有：08F、10F、15F、08、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、15Mn、20Mn、25Mn、30Mn、35Mn、40Mn、45Mn、50Mn、60Mn、65Mn、70Mn共31个。4、 易切削结构钢：易切削结构钢分加硫易切削钢、加硫磷易切削钢、加铅易切削钢、加钙易切削钢加硫碳锰易切削钢等。牌号用规定的符号和阿拉伯数字表示。即以“易”的汉语拼音首位字母“Y”打头，其后用两位阿拉伯数字表示碳含量的万分数。具体牌号在：Y12、Y12Pb、Y15、Y15Pb、Y20、Y30、Y35、Y40Mn、Y45Ca共9个牌号。5、 合金结构钢其牌号是按钢的碳含量、所含合金元素的种类及数量来表示。这种表示（编制）方法可以从牌号上直接看出钢的大致化学成分及质量等级，比较直观简明。具体牌号有：20Mn2、30Mn2、35Mn2、40Mn2、45Mn2、50Mn2、20MnV、27MnSi、35MnSi、42MnSi、20SiMn2Mo、25SiMn2MoV、37SiMn2MoV、40B、45B、50B、40MnB、45MnB、20MnMoB、15MnVB、20MnVB、40MnVB、20MnTiB、25MnTiBRE、15Cr、15CrA、20Cr、30Cr、35Cr、40Cr、45Cr、50Cr、38CrSi、12CrMo、15CrMo、20CrMo、30CrMo、30CrMoA、35CrMo、42CrMo、12CrMoV、35CrMoV、12Cr1MoV、25Cr2MoVA、25Cr2Mo1VA、38CrMoA1、40CrV、50CrVA、15CrMn、20CrMn、40CrMn、20CrMnSi、25CrMnSi、30CrMnSi、30CrMnSiA、35CrMnSiA、20CrMnMo、40CrMno、20CrMnTi、40CrMnTi、20CrNi、40CrNi、45CrNi、50CrNi、12CrNi2、12CrNi3、20CrNi3、30CrNi3、37CrNi3、12CrNi4、20CrNi4、20CrNiMo、40CrNiMoA、18CrNiMnMoA、45CrNiMoVA、18Cr2Ni4WA、25Cr2Ni4WA共77个。6、 弹簧钢弹簧钢是用以制造弹簧或其他弹性元件的钢种。分为优质碳素弹簧钢、合金弹簧钢二类。具体牌号有：65、70、85、65Mn、55Si2Mn、55Si2MnB、55SiMnVB、60Si2Mn、60Si2MnA、60Su2CrA、60Si2CrVA、55CrMnA、60CrMnA、60CrMnMoA、50CrVA、60CrMnBA、30W4Cr2VA共17个牌号。7、 保证淬透性结构钢其牌号是在优质碳素结构钢和合金结构钢的牌号后“H”(英文“可淬透的”Hardenability第一个字母)表示。有：45H、20CrH、40CrH、45CrH、40MnBH、45MnBH、20MnMoBH、20MnVBH、22MnVBH、20MnTiBH、20CrMnMoH、20CrMnTiH、20CrNi3H、12Cr2Ni4H、20CrNiMoH共15个牌号。8、 焊接结构用耐候钢耐候钢是抗大气腐蚀用的低合金高强度结构钢按GB221-2000钢铁产品牌号表示方法的规定，其牌号表示方法与低合金高强度结构钢相同，但在牌号尾部加“耐候”二字的汉语拼音字母“NH”，如Q340NH.具体牌号有：16CuCr、12MnCuCr、15MnCuCr、15MnCuCr-QT(QT是英文QuenchingTempering的缩写，表示进行淬火加回火的热处理)共4个牌号。9、 高耐候性结构钢牌号表示方法与合金结构钢相同。具体牌号有：牌号表示方法与合金结构钢相同，具体牌号有09CrPCrNi-A、09CuPCrNi-B、09CuP共3个牌号。10、 滚动轴承钢滚动轴承钢简称轴承钢或滚珠钢，是用来制造各种滚动轴承的套圈和滚动体的钢种，在牌号头部加“滚”的汉语拼音首位字母“G”表示轴承钢具体牌号有：GCr6、GCr9、GCr9SiMn、GCr15、GCr15SiMn共5个牌号11、 无铬轴承钢牌号表示方法与铬轴承钢相同。具体牌号有：GSiMnV、GSiMnVXt、GSiMnMoV、GSiMnMoVXt、GMnMoV、GMnMoVXt共6个牌号。12、 渗碳轴承钢具体牌号有：G20CrMo、G20CrNiMo、G20CrNi2Mo、G20Cr2Ni4、G10CrNi3Mo、G20Cr2Mn2Mo等6个。13、 碳素工具钢碳素工具钢的牌号采用“碳”的汉语拼音首位字母“T”打头，其后用一位或两位数字表示碳含量的千分数。较高含锰量的碳素工具钢在数字后标出锰的元素符号Mn,高级优质钢牌号尾部加“A”。基本牌号有：T7、T8、T8Mn、T9、T10、T11、T12、T13共8个。14、 合金工具钢合金工具钢简称合工钢，它是在碳素工具钢的基础上加入合金元素而形成的钢种。具体牌号有：9SiCr、8MnSi、Cr06、Cr2、9Cr2、W、4CrW2Si、5CrW2Si、6CrW2Si、Cr12、C12Mo1V1、Cr12MoV、Cr5Mo1V、9Mn2V、CrWMn、9CrWMn、Cr4W2MoV、 6Cr4W3Mo2VNb、6W6Mo5Cr4V、5CrMnMo、5CrNiMo、3Cr2W8V、5Cr4Mo3SiMnVA1、3Cr3Mo3W2V、5Cr4W5Mo2V、8Cr3、4CrMnSiMoV、4Cr3Mo3SiV、4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1、4Cr5W2VSi、7Mn15Cr2A13V2WMo、3Cr2Mo共33个牌号。15、 高速工具钢高速工具钢简称高工钢或高速钢，俗称“锋钢”或“风钢”，是一种适于高速切削的高碳、高合金工具钢。具体牌号有：W18Cr4V、W18Cr4VCo5、W18Cr4V2Co8、W12Cr4V5Co5、W6Mo5Cr4V2、CW6Mo5Cr4V2、W6Mo5Cr4V3、CW6Mo5Cr4V3、W2Mo9Cr4V2、W6Mo5Cr4V2Co5、W7Mo4Cr4V2Co5、W2Mo9Cr4VCo8、W9Mo3Cr4V、W6Mo5Cr4V2Al共14个牌号。16、 不锈钢不锈钢是不锈耐酸钢的简称，包括不锈钢和耐酸钢。铬(Cr)是不锈钢获得耐蚀性的最基本元素，一般含铬量均在13%以上，有的高达30%左右。镍(Ni)也是不锈钢的主要合金元素，含量多的可达20%左右。具体牌号有：1Cr17Mn6Ni5N、1Cr18Mn8Ni5N、1Cr18Mn10Ni5Mo3N、1Cr17Ni7、1Cr18Ni9、Y1Cr18Ni9、Y1Cr18Ni9Se、0Cr18Ni9、00Cr19Ni10、0Cr19Ni9N、0Cr19Ni19NbN、00Cr18Ni10N、1Cr18Ni12、0Cr23Ni13、0Cr25Ni20、0Cr17Ni12Mo2、Cr18Ni12Mo2Ti、 0Cr18Ni12Mo2Ti、00Cr17Ni14Mo2、0Cr17Ni12Mo2N、00Cr17Ni13Mo2N、0Cr18Ni12Mo2Cu2、00Cr18Ni14Mo2Cu2、0Cr19Ni13Mo3、00Cr19Ni13Mo3、1Cr18Ni12Mo3Ti、0Cr18Ni12Mo3Ti、0Cr18Ni16Mo5、1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni10Ti、0Cr18Ni11Nb、0Cr18Ni9Cu3、0Cr18Ni13Si4、0Cr26Ni5Mo2、1Cr18Ni11Si4AlTi、00Cr18Ni5Mo3Si2、0Cr13Al、00Cr12、1Cr17、Y1Cr17、1Cr17Mo、00Cr30Mo2、00Cr27Mo、1Cr12、1Cr13、0Cr13、3Cr13、Y3Cr13、3Cr13Mo、4Cr13、1Cr17Ni2、7Cr17、8Cr17、9Cr18、11Cr17、Y11Cr17、9Cr18Mo、9Cr18MoV、0Cr17Ni4Cu4Nb、0Cr17Ni7Al、0Cr15Ni7Mo2Al、0Cr17Ni4Cu4Nb、0Cr17Ni7Al、0Cr15Ni7Mo2Al共64个牌号17、 耐热钢耐热钢是指在高温下有良好的化学稳定性和较高强度，能较好适应高温条件工作的合金钢。耐热钢牌号表示方法与不锈钢完全相同。具体牌号有：5Cr21Mn9Ni4N、2Cr21Ni12N、2Cr23Ni13、2Cr23Ni20、1Cr15Ni35、0Cr15Ni25Ti2MoAlVB、0Cr18Ni9、0Cr23Ni13、0Cr25Ni20、0Cr17Ni12Mo2、 4Cr14Ni14W2Mo、3Cr18Mn12Si2N、2Cr20Mn9Ni2Si2N、0Cr19Ni13Mo3、1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni10Ti、0Cr18Ni11Nb、0Cr18Ni13Si4、1Cr20Ni14Si2、1Cr25Ni20Si2、2Cr25N、0Cr13Al、00Cr12、1Cr17、1Cr5Mo、4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo、8Cr20Si2Ni、1Cr11MoV、1Cr12Mo、Cr12MoVNbN、1Cr12WMoV、2Cr12NiMoWV、1Cr13、1Cr13Mo、2Cr13、1Cr17Ni2、1Cr11Ni2W2MoV、0Cr17Ni4Cu4Nb、0Cr17Ni7Al共40个牌号金属材料的使用性能1、 08和08F钢，用于轧制薄板，深冲制品、油桶、高级搪瓷制品，也可用于制作管子，垫片及心部强度要求不高的渗碳和氰化零件，电焊条等。2、 10和10F钢，用4mm以下冷压深冲制品，如深冲器皿、炮弹弹体。也可制造锅炉管、油桶顶盖及钢带、钢丝、焊接件、机械零件。3、 15和15F钢，用于制造机械上的渗碳零件、紧固零件、冲锻模件及不需热处理的低负荷零件，如螺栓、螺钉、法兰盘及化工机械用