钢铁中各元素的作用

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1、钢铁中各元素的作用钢铁中各元素的作用 2014,62014,6 钢的成分非常复杂，而且性能也是各 不相同。钢是含碳量在0.04%-2.3%之间的 铁碳合金。为了保证其韧性和塑性，含碳 量一般不超过1.7%。 铁的含碳量一般大于1.7%，并且由于 碳元素存在的形式不同，性能又有较大的 差别。 我们通常将钢与铁合金称为钢铁。 钢和铁的区别钢和铁的区别： 钢的分类：钢的分类：（按照冶炼时除氧的方式划分）（按照冶炼时除氧的方式划分） 1 1、沸腾钢、沸腾钢 炼钢时仅加入锰铁进行脱氧，脱氧不完全 。这种钢液铸锭时，有大量的一氧化碳气 体逸出，钢液呈沸腾状，故称为沸腾钢， 代号为“F”。 沸腾钢组织不够致

2、密，成分不太均匀，硫 、磷等杂质偏析较严重，故质量较差。但 因其成本低、产量高，故被广泛用于一般 工程。 钢的分类：钢的分类： 2 2、镇静钢、镇静钢 炼钢时采用锰铁、硅铁和铝锭等作为脱氧 剂，脱氧完全。这种钢液铸锭时能平静地 充满锭模并冷却凝固，故称为镇静钢，代 号为“Z”。 镇静钢虽成本较高，但其组织致密，成分 均匀，含硫量较少，性能稳定，故质量好 。适用于预应力混凝土等重要结构工程。 钢的分类：钢的分类： 3 3、半镇静钢、半镇静钢 脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间，故称 为半镇静钢。代号为“b”。 半镇静钢是质量较好的钢。 钢的分类：钢的分类： 4 4、特殊镇静钢、特殊镇静钢 比镇静钢脱

3、氧程度更充分彻底的钢，故称 为特殊镇静钢，代号为“TZ”。 特殊镇静钢的质量最好，适用于特别重要 的结构工程。 钢的分类：钢的分类：根据品质分类为 钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、 硫、磷等，其中C、Si、Mn、P、S统称为钢 中五大元素，其余元素统称为合金元素。 1、主要以P、S两个元素的含量来区分： 普通钢（P0.045%，S0.050%） 优质钢（P、S均0.035%） 高级优质钢（P0.035%，S0.030%） 2、碳素钢：（以碳元素含量高低区分） 低碳钢（C0.25%） 中碳钢（C0.250.60%） 高碳钢（C 0.60%）。 3、合金钢：（以合金元素含量总和区分） 低合金钢

4、（合金元素总含量5%） 中合金钢（合金元素总含量510%） 高合金钢（合金元素总含量10%）。 钢的分类：钢的分类：按照化学成分区分 铁的分类：铁的分类： 白口铸铁、可锻铸铁、灰口铸铁、球墨铸 铁、蠕墨铸铁有何不同？ 铸铁中的碳以石墨形态析出，若析出 的石墨几乎全部与铁形成碳化三铁时的铸 铁叫白口铸铁、白口铸铁经过石墨化退火 处理后叫可锻铸铁或玛钢、呈条片状时的 铸铁叫灰口铸铁或灰铸铁、呈球状时的铸 铁就叫球墨铸铁、而呈蠕虫状时的铸铁叫 蠕墨铸铁。 铁的分类：铁的分类： 1、白口铸铁：不含石墨的铸铁，碳以渗碳 体形态存在，几乎全部的碳都与铁形成碳 化三铁。具有很大的硬度和脆性。不能承 受冷加工

5、，也不能承受热加工，只能直接 用于铸造状态，是一种良好抗磨材料。白 口铸铁包括普通白口铸铁、低合金白口铸 铁、中合金白口铸铁，高合金白口铸铁。 铁的分类：铁的分类： 2、可锻铸铁：白口铸铁通过石墨化退火处 理得到的一种高强韧铸铁。有较高的强度 、塑性和冲击韧度，可以部分代替碳钢。 它与灰口铸铁相比，可锻铸铁有较好的强 度和塑性，特别是低温冲击性能较好，耐 磨性和减振性优于普通碳素钢。这种铸铁 具有一定的塑性和韧性，所以俗称玛钢、 马铁，也叫展性铸铁或韧性铸铁。其中的 碳呈团絮状，可以加工，但是不可以锻造 。 铁的分类：铁的分类： 3、灰口铸铁；灰口铸铁是第一阶段石墨化 过程充分进行而得到的铸铁

6、，全部或大部 分碳以片状石墨形态存在，它包括一般灰 口铸铁（简称灰铸铁）、孕育铸铁、稀土 灰口铸铁等。灰口铸铁其断口的外貌呈浅 灰色，故称为灰口铸铁（灰铁）。此价格 便宜，应用广泛，灰口铸铁占铸铁的总产 量80%以上。 铁的分类：铁的分类： 4、球墨铸铁：是通过球化和孕育处理得到 球状石墨，有效地提高了铸铁的机械性能 ，特别是提高了塑性和韧性，从而得到比 碳钢还高的强度，其综合性能接近于钢。 正是基于其优异的性能，已成功地用于铸 造一些受力复杂，强度、韧性、耐磨性要 求较高的零件。球墨铸铁已迅速发展为仅 次于灰铸铁的、应用十分广泛的铸铁材料 。 铁的分类：铁的分类： 5、蠕墨铸铁：石墨形态介于

7、片状和球状石 墨之间。蠕墨铸铁的石墨形态在光学显微 镜下看起来像片状，但不同于灰口铸铁的 是其片较短而厚、头部较圆（形似蠕虫） 。所以可以认为蠕虫状石墨是一种过渡型 石墨。通常蠕墨铸铁是铸造以前加蠕化剂 （镁或稀土）随后凝固而制得的。 各种元素在钢铁中的作用：各种元素在钢铁中的作用： 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，当含碳 量超过0.23%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%。含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。 各种元素在钢铁中的作用：

8、各种元素在钢铁中的作用： 2、硅(Si)：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧 剂，所以镇静钢中常含有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。 各种元素在钢铁中的作用：各种元素在钢铁中的作用： 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.

9、300.50%。在碳素 钢中加入0.70%以上时就可以称为“锰钢”，较一般 含锰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。但是含锰量增高，减弱了钢的抗腐蚀能力， 降低焊接性能。 各种元素在钢铁中的作用：各种元素在钢铁中的作用： 4、磷(P)：在一般情况下，磷是钢 中的有害元素，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。 各种元素在钢铁中的作用：各种元素在钢铁中的作用： 5、

10、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0.08-0.50%的硫，可 以改善切削加工性，通常称易切削钢。 各种元素在钢铁中的作用：各种元素在钢铁中的作用： 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。 各种元素在钢铁中的作用：各种元素在钢铁中的作用： 7、镍(Ni)：镍能提高钢的强度，而 又保持良

11、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、铬元素。 各种元素在钢铁中的作用：各种元素在钢铁中的作用： 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淬 火而引起的脆性，在工具钢中可提高红硬 性。 各种元素在钢铁中的作用：各种元素在钢铁中的作用： 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，降低时效敏感性和冷脆性。改 善焊接性能。

12、在1Cr18Ni9奥氏体不 锈钢中加入适当的钛，可避免晶间 腐蚀。 各种元素在钢铁中的作用：各种元素在钢铁中的作用： 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。 各种元素在钢铁中的作用：各种元素在钢铁中的作用： 11、钨(W)：钨熔点高，比重大，是贵 重的合金元素。钨与碳形成碳化钨有 很高的硬度和耐磨性。在工具钢中加 钨，可显著提高工具钢的红硬性和热 强性，常用作切削工具及锻模具材料 使用。 各种元素在钢铁中的作用：各种元素在钢铁中的作用： 12、铌(Nb)：铌能细化晶粒和降低钢 的过热敏感性

13、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、氧腐蚀能力。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。 各种元素在钢铁中的作用：各种元素在钢铁中的作用： 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)：铜能提高钢的强度和韧性，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%时塑性显著 降低。当铜含量小于0.50%对焊接性无影响 。 各种元素在钢铁中的作用：各种元素在钢铁中的作用： 15、铝(Al)：铝是钢中常用的脱氧剂。钢中 加入少量的铝

14、，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。 各种元素在钢铁中的作用：各种元素在钢铁中的作用： 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。 各种元素在钢铁中的作用：各种元素在钢铁中的作用： 18、稀土(Re)：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”， 所以习惯上称之为稀土。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。