1 C(碳)

C 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 Si(硅）

Si是炼钢过程中重要的还原剂和脱氧剂:对于碳钢中的很多材质来说,都含有 0.5%以下的 Si,这些 Si一般是由于炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂而带入的。

硅能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度,其作用仅次于磷,较锰、镍、铬、钨、钼、钒等元素强。但含硅量超过3%时,将显著降低钢的塑性和韧性。

硅能提高钢的弹性极限、屈服强度和屈服比,以及疲劳强度和疲劳比等。这是硅或硅锰钢可作为弹簧钢种的缘故。

硅能降低钢的密度、热导率和电导率。能促使铁素体晶粒粗化,降低矫顽力。有减小晶体的各向异性倾向,使磁化容易,磁阻减小,可用来生产电工用钢,所以硅钢片的磁阻滞损耗较低。硅能提高铁素体的导磁率,使钢片在较弱磁场下有较高的磁感强度。但在强磁场下硅降低钢的磁感强度。硅因有强的脱氧力,从而减少了铁的磁时效作用。含硅的钢在氧化气氛中加热时,表面将形成一层 Si02薄膜,从而提高钢在高温时的抗氧化性。硅能促使铸钢中的柱状晶成长,降低塑性。硅钢若加热时冷却较快,由于热导率低,钢的内部和外部温差较大,因而断裂。

硅能降低钢的焊接性能。因为与氧的结合能力硅比铁强,在焊接时容易生成低熔点的硅酸盐,增加熔渣和融化金属的流动性,引起喷溅现象,影响焊接质量。

硅是良好的脱氧剂。用铝脱氧时酌情加一定量的硅,能显著提高铝的脱氧性。

硅在钢中本来就有一定的残存,这是由于炼铁炼钢时作为原料带入的。在沸腾钢中,硅限制在<0.07%,有意加入时,则在炼钢时加入硅铁合金。

3 Mn(锰)

Mn 能提高钢材强度:由于 Mn 价格相对便宜,且能与 Fe 无限固溶,在提高钢材强度的同时,对塑性的影响相对较小。因此,锰被广泛用于钢中的强化元素。

可以说,基本上所有碳钢中,都含有Mn。我们常见的冲压软钢,双相钢(DP 钢),相变诱导塑性钢(TR 钢),马氏体钢(MS 钢),都含有锰元素。

一般,软钢中的 Mn 含量不会超过 0.5%;

高强钢中的 Mn 含量会随着强度级别的升高而升高,例如马氏体钢,锰含量可高达 3%。

Mn 提高钢的淬透性,改善钢的热加工性能:比较典型的例子是40Mn和40号钢。

Mn 能消除S(硫) 的影响:Mn 在钢铁冶炼中可与S形成高熔点的 Mns,进而消弱和消除S的不良影响。

但是,Mn 的含量也是一把双刃剑。Mn 含量并不是越高越好。锰含量的增高,会降低钢的塑性以及焊接性能。

4 Cr (铬)

铬能增加钢的淬透性并有二次硬化的作用,可提高碳钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆。

含量超过 12%时,使钢有良好的高温抗氧化性和耐氧化性腐蚀的作用,还增加钢的热强性。铬为不锈钢耐酸钢及耐热钢的主要合金元素。铬能提高碳素钢轧制状态的强度和硬度,降低伸长率和断面收缩率。

当铬含量超过 15%时,强度和硬度将下降,伸长率和断面收缩率则相应地有所提高。含铬钢的零件经研磨容易获得较高的表面加工质量。

铬在调质结构中的主要作用是提高淬透性,使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能,在渗碳钢中还可以形成含铬的碳化物,从而提高材料表面的耐磨性。

含铬的弹簧钢在热处理时不易脱碳。铬能提高工具钢的耐磨性、硬度和红硬性,有良好的回火稳定性。在电热合金中,铬能提高合金的抗氧化性、电阻和强度。

5 Mo(钼)

钼在钢中能提高淬透性和热强性,防止回火脆性,增加剩磁和矫顽力以及在某些介质中的抗蚀性。

在调质钢中钼能使较大断面的零件淬深、淬透,提高钢的抗回火性或回火稳定性,使零件可以在较高温度下回火,从而更有效地消除 (或降低 ）残余应力,提高塑性。

在渗碳钢中钼除了具有上述作用外,还能在渗碳层中降低碳化物在晶界上形成连续网状的倾向,减少渗碳层中残留的奥氏体,相对地增加了表面层的耐磨性。

在锻模钢中,钼还能保持钢有比较稳定的硬度,增加对变形。开裂和磨损等的抗力。

在不锈耐酸钢中,钼能进一步提高对有机酸 (如蚁酸、醋酸、草酸等 ）以及过氧化氢、硫酸、亚硫酸、硫酸盐、酸性染料、漂白粉液等的抗蚀性。特别是由于钼的加入,防止了氯离子的存在所产生的点腐蚀倾向。

含 1%左右钼的 W12Cr4V4Mo 高速钢具有耐磨性、回火硬度和红硬性等。