化学元素对钢材性能有哪些影响？

化学元素对钢材性能的影响 钢是由各种化学成分组成的，铁(Fe)是基本元素，其次是碳(C)和其他元素，各种化学元素对钢材的性能有不同的影响.

①碳(C) 碳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。

②硅(Si) 硅是一种脱氧剂，其脱氧作用比锰强，是钢中的有益元素。硅含量较低时，能提高钢材的强度，而对塑性和韧性无明显影响，但是当硅含量超过0.8%~1.0%时，则塑性下降，特别是冲击韧性显著降低。 含硅量在1%~4%的低碳钢，具有极高的导磁性能，常用于电器工业和矽钢片。但随着硅含量的增加，会降低钢的焊接性能。

③锰(Mn) 锰是作为脱氧除硫的元素加入钢中的，是钢中的有益元素。 锰具有很强的脱氧去硫能力，它可以和硫结合形成MnS，从而在相当大程度上消除硫的有害影响，显著改善钢材的热加工性能。 同时，锰对碳素钢的力学性能有良好影响，它能提高钢材的硬度、强度和耐磨性。锰含量小于0.8%，能在保持(或只略降)原有的塑性及冲击韧性的条件下，大幅度提高碳素钢的屈服极限及强度极限。 锰对钢的焊接性能也有影响。在含锰量很低时，锰主要起消除热脆性的作用，此时锰对焊接性能的影响，特别是在硫含量略高时，是有益的;但在含锰量远远超过消除热脆性所必需的含量时，多余的锰会显著增加奥氏体的过冷能力，这时锰主要起增加冷裂纹形成的作用，会使得钢的焊接性能变差。

④磷(P) 磷是钢中难去除的有害杂质，会引起钢的冷脆性增加并损坏钢的焊接性能。造成“冷脆”的原因是磷会形成硬脆化合物Fe2P。 另外磷能提高切削性能和抗蚀性，故在易切削或耐候钢中可适当增加磷含量。

⑤硫(S) 硫主要来自炼钢原料，炼钢时难以除尽。硫在钢中是以硫化物夹杂形式存在，对钢的塑性、韧性、焊接性能、厚度方向性能、疲劳性能和耐腐蚀性都有不利影响。 其中危害最大是与铁生成FeS，并形成Fe-FeS二元低熔点共晶体，造成钢在800~1200℃时变脆而易于开裂，即产生"热脆性"。

⑥氧(O) 氧是有害杂质元素，在钢中氧几乎全部以氧化物的形式存在，钢中各种氧化物的总量随着含氧量增加而增加，这些氧化物杂质对钢材力学性能等各方面均有不利影响。 随着钢中含氧量增加，钢的塑性、冲击韧性降低，氧化物夹杂使钢的耐腐蚀性、耐磨性降低，使冷冲压性、锻造加工性及切削加工性变差。

⑦氮(N) 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。

⑧氢(H) 氢也是钢中的有害元素。 与氧、氮一样，气体元素在固态钢中溶解度极小，它们在高温时溶入钢液，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，是必须严格控制的有害元素。

⑨铬(Cr) 铬能显著提高钢材强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬还能提高钢材的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢和耐热钢的重要合金元素。

⑩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。

⑪钼(Mo) 铝能使钢的晶粒细化，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而发生变形叫做蠕变)。结构钢中加入钼，能提高机械性能，还可以抑制合金钢因火而引起的脆性。

⑫钛(Ti) 钛是强脱氧剂，它能使钢的内部组织致密，细化晶粒;降低时效敏感性和冷脆性，改善焊接能。在一些奥氏体不锈钢中加入适量的钛，可避免晶间腐蚀。

⑬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。

⑭铌(Nb) 铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性，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、氨腐蚀的能力。铌还可改善焊接性能。在奥氏体不锈钢中加铌，可防止晶问腐蚀现象。

⑮铜(Cu) 铜能提高强度和韧性，并具有良好的抗大气腐蚀性能。缺点是在热加工时容易产生热脆，铜含量超过0.5%时塑性显著降低。当铜含量小于0.5%时对焊接性能无影响。

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。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝和铬、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。

⑱钨(W) 钨有二次硬化作用，使钢具有红硬性，提高耐磨性，对钢的淬透性、回火稳定性、力学性能及热强性的影响均与钼相似，稍微降低钢的抗氧化性。

⑲铅(Pb) 铅可以改善切削加工性。铅系易切削钢有良好的力学性能和热处理性。由于污染环境以及在废钢回收熔炼过程中的有害作用，铅有被逐渐替代的趋势