1 C(碳)

C 是僅次于鐵的主要元素,它直接影響鋼材的強(qiáng)度、塑性、韌性和焊接性能等。

當(dāng)鋼中含碳量在 0.8%以下時(shí),隨著含碳量的增加,鋼材的強(qiáng)度和硬度提高,而塑性和韌性降低;

但當(dāng)含碳量在1.0%以上時(shí),隨著含碳量的增加,鋼材的強(qiáng)度反而下降。

隨著含碳量的增加,鋼材的焊接性能變差 (含碳量大于0.3%的鋼材,可焊性顯著下降)，冷脆性和時(shí)效敏感性增大,耐大氣銹蝕性下降。

2 Si(硅）

Si是煉鋼過(guò)程中重要的還原劑和脫氧劑:對(duì)于碳鋼中的很多材質(zhì)來(lái)說(shuō),都含有 0.5%以下的 Si,這些 Si一般是由于煉鋼過(guò)程中作為還原劑和脫氧劑而帶入的。

硅能溶于鐵素體和奧氏體中提高鋼的硬度和強(qiáng)度,其作用僅次于磷,較錳、鎳、鉻、鎢、鉬、釩等元素強(qiáng)。但含硅量超過(guò)3%時(shí),將顯著降低鋼的塑性和韌性。

硅能提高鋼的彈性極限、屈服強(qiáng)度和屈服比,以及疲勞強(qiáng)度和疲勞比等。這是硅或硅錳鋼可作為彈簧鋼種的緣故。

硅能降低鋼的密度、熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率。能促使鐵素體晶粒粗化,降低矯頑力。有減小晶體的各向異性傾向,使磁化容易,磁阻減小,可用來(lái)生產(chǎn)電工用鋼,所以硅鋼片的磁阻滯損耗較低。硅能提高鐵素體的導(dǎo)磁率,使鋼片在較弱磁場(chǎng)下有較高的磁感強(qiáng)度。但在強(qiáng)磁場(chǎng)下硅降低鋼的磁感強(qiáng)度。硅因有強(qiáng)的脫氧力,從而減少了鐵的磁時(shí)效作用。含硅的鋼在氧化氣氛中加熱時(shí),表面將形成一層 Si02薄膜,從而提高鋼在高溫時(shí)的抗氧化性。硅能促使鑄鋼中的柱狀晶成長(zhǎng),降低塑性。硅鋼若加熱時(shí)冷卻較快,由于熱導(dǎo)率低,鋼的內(nèi)部和外部溫差較大,因而斷裂。

硅能降低鋼的焊接性能。因?yàn)榕c氧的結(jié)合能力硅比鐵強(qiáng),在焊接時(shí)容易生成低熔點(diǎn)的硅酸鹽,增加熔渣和融化金屬的流動(dòng)性,引起噴濺現(xiàn)象,影響焊接質(zhì)量。

硅是良好的脫氧劑。用鋁脫氧時(shí)酌情加一定量的硅,能顯著提高鋁的脫氧性。

硅在鋼中本來(lái)就有一定的殘存,這是由于煉鐵煉鋼時(shí)作為原料帶入的。在沸騰鋼中,硅限制在<0.07%,有意加入時(shí),則在煉鋼時(shí)加入硅鐵合金。

3 Mn(錳)

Mn 能提高鋼材強(qiáng)度:由于 Mn 價(jià)格相對(duì)便宜,且能與 Fe 無(wú)限固溶,在提高鋼材強(qiáng)度的同時(shí),對(duì)塑性的影響相對(duì)較小。因此,錳被廣泛用于鋼中的強(qiáng)化元素。

可以說(shuō),基本上所有碳鋼中,都含有Mn。我們常見(jiàn)的沖壓軟鋼,雙相鋼(DP 鋼),相變誘導(dǎo)塑性鋼(TR 鋼),馬氏體鋼(MS 鋼),都含有錳元素。

一般,軟鋼中的 Mn 含量不會(huì)超過(guò) 0.5%;

高強(qiáng)鋼中的 Mn 含量會(huì)隨著強(qiáng)度級(jí)別的升高而升高,例如馬氏體鋼,錳含量可高達(dá) 3%。

Mn 提高鋼的淬透性,改善鋼的熱加工性能:比較典型的例子是40Mn和40號(hào)鋼。

Mn 能消除S(硫) 的影響:Mn 在鋼鐵冶煉中可與S形成高熔點(diǎn)的 Mns,進(jìn)而消弱和消除S的不良影響。

但是,Mn 的含量也是一把雙刃劍。Mn 含量并不是越高越好。錳含量的增高,會(huì)降低鋼的塑性以及焊接性能。

4 Cr (鉻)

鉻能增加鋼的淬透性并有二次硬化的作用,可提高碳鋼的硬度和耐磨性而不使鋼變脆。

含量超過(guò) 12%時(shí),使鋼有良好的高溫抗氧化性和耐氧化性腐蝕的作用,還增加鋼的熱強(qiáng)性。鉻為不銹鋼耐酸鋼及耐熱鋼的主要合金元素。鉻能提高碳素鋼軋制狀態(tài)的強(qiáng)度和硬度,降低伸長(zhǎng)率和斷面收縮率。

當(dāng)鉻含量超過(guò) 15%時(shí),強(qiáng)度和硬度將下降,伸長(zhǎng)率和斷面收縮率則相應(yīng)地有所提高。含鉻鋼的零件經(jīng)研磨容易獲得較高的表面加工質(zhì)量。

鉻在調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)中的主要作用是提高淬透性,使鋼經(jīng)淬火回火后具有較好的綜合力學(xué)性能,在滲碳鋼中還可以形成含鉻的碳化物,從而提高材料表面的耐磨性。

含鉻的彈簧鋼在熱處理時(shí)不易脫碳。鉻能提高工具鋼的耐磨性、硬度和紅硬性,有良好的回火穩(wěn)定性。在電熱合金中,鉻能提高合金的抗氧化性、電阻和強(qiáng)度。

5 Mo(鉬)

鉬在鋼中能提高淬透性和熱強(qiáng)性,防止回火脆性,增加剩磁和矯頑力以及在某些介質(zhì)中的抗蝕性。

在調(diào)質(zhì)鋼中鉬能使較大斷面的零件淬深、淬透,提高鋼的抗回火性或回火穩(wěn)定性,使零件可以在較高溫度下回火,從而更有效地消除 (或降低 ）殘余應(yīng)力,提高塑性。

在滲碳鋼中鉬除了具有上述作用外,還能在滲碳層中降低碳化物在晶界上形成連續(xù)網(wǎng)狀的傾向,減少滲碳層中殘留的奧氏體,相對(duì)地增加了表面層的耐磨性。

在鍛模鋼中,鉬還能保持鋼有比較穩(wěn)定的硬度,增加對(duì)變形。開(kāi)裂和磨損等的抗力。

在不銹耐酸鋼中,鉬能進(jìn)一步提高對(duì)有機(jī)酸 (如蟻酸、醋酸、草酸等 ）以及過(guò)氧化氫、硫酸、亞硫酸、硫酸鹽、酸性染料、漂白粉液等的抗蝕性。特別是由于鉬的加入,防止了氯離子的存在所產(chǎn)生的點(diǎn)腐蝕傾向。

含 1%左右鉬的 W12Cr4V4Mo 高速鋼具有耐磨性、回火硬度和紅硬性等。