鋼材在工業領域應用非常廣泛，其主要元素是鐵和碳合金，換句話說鋼是鐵元素和碳元素的化合物。鋼除了有鐵、碳兩種元素之外，還存在許多微量元素，有些元素是在冶煉過程中殘留的，還有一些元素為了提高低合金鋼強度和綜合性能。在本文中探討常見的合金元素對鋼材的性能的影響，合金元素包括錳、硅、鉻、鎳、鋁、釩、鈮、鈦、氮、硼、稀土元素、硫、磷、氧氫。
 

合金
 

    （1）有利元素

    硅和錳：是低合金鋼中最常用的強化元素。

    鉻和鎳：在低合金鋼中用量不大，一般不超過1%，其主要作用是增大奧氏體鋼的過冷度，從而細化組織，適度提高強度，鉻和鎳還能增加鋼的耐大氣腐蝕能力，改善沖擊韌性和降低冷脆轉變溫度。

    鉬：有明顯的固溶強化作用，同時鉬又是強的碳化物形成元素，有利于提高鋼的高溫強度，并防止鋼的回火脆性。鉬還能推遲過冷奧氏體向珠光體的轉變，從而對鋼的組織產生顯著影響。鉬的主要不良影響是促進鋼的石墨化。

    釩：在鋼中通過碳化物沉淀和晶粒細化來起強化作用。鋼中釩含量不宜過高，否則有可能影響焊接性能和降低缺口韌性。

    鈮：是非常強的碳化物形成元素，鈮通過沉淀硬化和細化晶粒來強化鋼，由于碳化鈮具有穩定、彌散的特點，可以細化晶粒，提高鋼的強度和韌性，使鋼具有良好的抗氫性能。

    鈦：的作用與釩和鈮相似，但由于其強的脫氧特性所以僅用于鎮靜鋼。鈦是最強的碳化物形成元素，能提高鋼在高溫高壓氫氣氛中的穩定性。鈦能細化晶粒，提高鋼的強度和韌性。

    硼：一般在鋼中用量甚微，微量硼能提高鋼的淬透性，還能改善鋼的高溫強度。

    氮：能溶入鐵素體，起著固溶強化作用。氮在鋼中不形成碳化物，但能與其他合金元素形成氮化物，如TiN、AlN，產生細化晶粒的效果。但氮在鋼中會形成氣孔和疏松，降低鋼材耐腐蝕性。

    稀士元素：在我國儲量極豐。煉鋼時常加入適量混合稀士元素，其主要成分是鑭、鈰、鐠和釹，能凈化晶界上的雜質，提高鋼的高溫強度。

    （2）不利元素

    硫：在鋼中是有害元素，對鋼的力學性能、焊接性能、耐腐蝕性能均有不利影響。

    磷：在鋼中是有害元素，使鋼的塑性和韌性大大降低，尤其在低溫時，韌性降低特別厲害，稱為“冷脆”。

    氧：會使鋼的強度，塑性降低，熱脆現象加重，疲勞強度下降。

    氫：會引起鋼的氫脆，產生白點等嚴重缺陷

    本文中所謂的有利元素和不利元素并不是絕對的，有些有害元素也有某些有利之處，因而在作為某種專門用途的鋼中，仍應保留適當的含量。例如碳鋼中的硫，具有改善鋼材切削加工性能的作用，所以在易切削鋼中常有意適當提高其含硫量。




 

責任編輯：班英飛

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