有害元素对钢的影响研究论文

1、碳(C)  碳是钢铁的主要成分之一它直接影响着钢铁的性能。碳是区别铁与钢，决定钢号、品级的主要标志。碳是对钢性能起决定作用的元素。碳在钢中可作为硬化剂和加强剂，正是由于碳的存在，才能用热处理的方法来调节和改善其机械性能， 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，当碳量超过时，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。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。2、硅(Si)：由原料矿石引入或脱氧及特殊需要而有意加入，在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有－的硅。如果钢中含硅量超过,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－的硅，强度可提高15－20%。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1－4%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。3、锰(Mn)：少量由原料矿石中引入，主要是在冶炼钢铁过程中作为脱硫脱氧剂有意加入，钢铁中主要以MnS状态存在，如S含量较低，过量的锰可能组成MnC、MnSi、FeMnSi等，成固熔体状态存在，在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰－。在碳素钢中加入以上时就算“锰钢”，较一般钢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11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。4、磷(P)：由原料中引入，有时也为了特殊需要而有意加入，以Fe2P或Fe3P状态存在，在一般情况下，磷是钢中有害元素，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，优质钢要求更低些。5、硫(S)：主要由焦炭或原料矿石引入钢铁，主要以MnS或FeS状态存在，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，优质钢要求小于。在钢中加入的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。

常存杂质元素对碳钢钢材性能的影响普通碳素钢除含碳以外，还含有少量锰(mn)、硅(si)、硫(s)、磷(p)、氧（o）、氮（n）和氢（h）等元素。这些元素并非为改善钢材质量有意加入的，而是由矿石及冶炼过程中带入的，故称为杂质元素。这些杂质对钢性能是有一定影响，为了保证钢材的质量，在国家标准中对各类钢的化学成分都作了严格的规定。l.硫硫来源于炼钢的矿石与燃料焦炭。它是钢中的一种有害元素。硫以硫化铁(fes)的形态存在于钢中，fes和fe形成低熔点(985℃)化合物。而钢材的热加工温度一般在1150～1200℃以上，所以当钢材热加工时，由于fes化合物的过早熔化而导致工件开裂，这种现象称为“热脆”。含硫量愈高，热脆现象愈严重，故必须对钢中含硫量进行控制。高级优质钢：s＜～；优质钢：s＜～；普通钢：s＜～以下。2.磷磷是由矿石带入钢中的，一般说磷也是有害元素。磷虽能使钢材的强度、硬度增高，但引起塑性、冲击韧性显著降低。特别是在低温时，它使钢材显著变脆，这种现象称"冷脆"。冷脆使钢材的冷加工及焊接性变坏，含磷愈高，冷脆性愈大，故钢中对含磷量控制较严。高级优质钢：p＜；优质钢：p＜；普通钢：p＜。3.锰锰是炼钢时作为脱氧剂加入钢中的。由于锰可以与硫形成高熔点(1600℃)的mns，一定程度上消除了硫的有害作用。锰具有很好的脱氧能力，能够与钢中的feo成为mno进入炉渣，从而改善钢的品质，特别是降低钢的脆性，提高钢的强度和硬度。因此，锰在钢中是一种有益元素。一般认为，钢中含锰量在～以下时，把锰看成是常存杂质。技术条件中规定，优质碳素结构钢中，正常含锰量是～；而较高含锰量的结构钢中，其量可达～。4.硅硅也是炼钢时作为脱氧剂而加入钢中的元素。硅与钢水中的feo能结成密度较小的硅酸盐炉渣而被除去，因此硅是一种有益的元素。硅在钢中溶于铁素体内使钢的强度、硬度增加，塑性、韧性降低。镇静钢中的含硅量通常在～，沸腾钢中只含有～。由于钢中硅含量一般不超过，对钢性能影响不大。5.氧氧在钢中是有害元素。它是在炼钢过程中自然进入钢中的，尽管在炼钢末期要加入锰、硅、铁和铝进行脱氧，但不可能除尽。氧在钢中以feo、mno、sio2、al2o3等夹杂形式，使钢的强度、塑性降低。尤其是对疲劳强度、冲击韧性等有严重影响。6.氮铁素体溶解氮的能力很低。当钢中溶有过饱和的氮，在放置较长一段时间后或随后在200～300℃加热就会发生氮以氮化物形式的析出，并使钢的硬度、强度提高，塑性下降，发生时效。钢液中加入al、ti或v进行固氮处理，使氮固定在aln、tin或vn中，可消除时效倾向。7.氢钢中溶有氢会引起钢的氢脆、白点等缺陷。白点常在轧制的厚板、大锻件中发现，在纵断面中可看到圆形或椭圆形的白色斑点；在横断面上则是细长的发丝状裂纹。锻件中有了白点，使用时会发生突然断裂，造成不测事故。因此，化工容器用钢，不允许有白点存在。氢产生白点冷裂的主要原因是因为高温奥氏体冷至较低温时，氢在钢中的溶解度急剧降低。当冷却较快时，氢原子来不及扩散到钢的表面而逸出，就在钢中的一些缺陷处由原子状态的氢变成分子状态的氢。氢分子在不能扩散的条件下在局部地区产生很大压力，这压力超过了钢的强度极限而在该处形成裂纹，即白点。

钢中的主要有害元素有：硫、磷、氮、氧硫多数以FeS的形式存在于钢中，它是一种强度较低和性质较脆的夹杂物，受力时容易中，降低钢的强度和疲劳强度，同时硫对热加工和焊接很不利，且偏析严重；磷多数溶于铁素体中形成固溶体，磷虽能提高钢的强度和耐腐蚀性能，但显著提高了脆性转变温度，增大了钢的冷脆性，并降低可焊性，且偏析严重；氮也溶入素体中形成固溶体，能提高钢的强度和硬度，但显著降低了钢的塑性和韧性，增大钢的敏感性和冷脆性；氧多数以FeO形式存在于非金属夹杂物中，它是一种硬脆的物质，会使钢的塑性、韧性和疲劳强度显著降低，并增大时效敏感性。

钢中的主要有害元素有：硫、磷、氮、氧。

硫多数以FeS的形式存在于钢中，它是一种强度较低和性质较脆的夹杂物，受力时容易中，降低钢的强度和疲劳强度，同时硫对热加工和焊接很不利，且偏析严重。

磷多数溶于铁素体中形成固溶体，磷虽能提高钢的强度和耐腐蚀性能，但显著提高了脆性转变温度，增大了钢的冷脆性，并降低可焊性，且偏析严重。

氮也溶入素体中形成固溶体，能提高钢的强度和硬度，但显著降低了钢的塑性和韧性，增大钢的敏感性和冷脆性。

氧多数以FeO形式存在于非金属夹杂物中，它是一种硬脆的物质，会使钢的塑性、韧性和疲劳强度显著降低，并增大时效敏感性。

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钢的化学成分可以有很大变化，只含碳元素的钢称为碳素钢（碳钢）或普通钢；在实际生产中，钢往往根据用途的不同含有不同的合金元素，比如：锰、镍、钒等等。人类对钢的应用和研究历史相当悠久，但是直到19世纪贝氏炼钢法发明之前，钢的制取都是一项高成本低效率的工作。

钢液不是纯金属，而是以Fe为基的含有一定量C、Si、Mn及其他一些元素的多元合金。因此，它的结晶过程不是在某一固定的温度(熔点)进行，而是在一定的温度范围内完成的。在平衡结晶条件下，钢液温度降至其液相线温度(tL)时开始出现晶体，而达到固相线温度(ts)时结晶方告结束。

此液相线和固相线间的温度区间，即tL-ts=Δtc。便称为该合金的结晶温度范围。某一钢种的结晶温度范围主要取决于所含元素的性质及其含量，并可由铁与相应元素的二元或三元相图来确定。各元素对结晶温度范围的影响可近似地看成可加和的。即某一具体钢种的结晶温度范围。