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钢的各种化学成分剖析

钢的各种化学成分剖析

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。

钢的各种化学成分剖析

1）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。**上等钢：S＜0.02%～0.03%；上等钢：S＜
0.03%～0.045%；普通钢：S＜0.055%～0.7%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。**上等钢： P＜0.025%；上等钢： P＜0.04%；普
通钢： P＜0.085%。
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 0.5%～
0.8%以下时，把锰看成是常存杂质。技术条件中规定，上等碳素结构钢中，正常
含锰量是 0.5%～0.8%；而较高含锰量的结构钢中，其量可达 0.7%～1.2%。
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。**钢中的含硅量通常在0.1%～0.37%，
沸腾钢中只含有 0.03%～0.07%。由于钢中硅含量一般不超过 0.5%，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。

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