鋼鐵中化學(xué)成分與性能間的關(guān)系1、生鐵碳：在生鐵中以?xún)煞N形態(tài)存在，一種是游離碳〔石墨，主要存在于鑄造生鐵中，另一種是化合碳〔碳化物，主要存在于煉鋼生鐵中，碳化物硬而脆，塑性低，含量適當(dāng)可提高石墨很軟，強(qiáng)度低，它的存在能增加生鐵的鑄造性能。硅S化生鐵的流淌性，降低鑄件的收縮量，但含硅過(guò)多，也會(huì)使生鐵變硬變脆。錳M能和切削性能，在高爐里錳還可以和有害雜質(zhì)硫形成硫化錳，進(jìn)入爐渣。磷〔P：屬于有害元素，但磷可使鐵水的流淌性增加，這是由于硫減低了生鐵熔點(diǎn)，所以在有的制品內(nèi)往往含磷量較高。然而磷的存在又使鐵增加硬脆性，優(yōu)良的生鐵含磷量應(yīng)少，有時(shí)為了要增加流淌性，含磷量可達(dá)1.2%.硫〔S：在生鐵中是有害元素，它促使鐵與碳的結(jié)合，使鐵硬脆，并與鐵化合成低熔點(diǎn)的0.06%。鋼元素在鋼中的作用常存雜質(zhì)元素對(duì)鋼材性能的影響鋼除含碳以外，還含有少量Mn、Si、S、P、O、N、H等元素。這些元素并非為改善鋼材質(zhì)肯定影響，為保證鋼材質(zhì)量，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)各類(lèi)鋼的化學(xué)成分都做了嚴(yán)格的規(guī)定。1〕硫硫來(lái)源于煉鋼的礦石與燃燒焦炭。它是鋼中的一種有害元素。硫以硫化鐵(FeS)的形態(tài)存在于鋼中，F(xiàn)eSFe形成低熔點(diǎn)(985℃)化合物。而鋼材料的熱加工溫度一般在1150～1200℃以上，所以當(dāng)鋼材熱加工時(shí)，由于FeS化合物的過(guò)早熔化而導(dǎo)致工件開(kāi)裂，這種現(xiàn)象稱(chēng)為S<0.02%～0.03％；優(yōu)質(zhì)鋼：S<0.03%～0.045％；一般鋼：S<0.055%～0.07％以下。磷塑性、沖擊韌性顯著降低。特別是在低溫時(shí)，它使鋼材顯著變脆，這種現(xiàn)象稱(chēng)“冷脆優(yōu)質(zhì)鋼：P<0.025%;優(yōu)質(zhì)鋼：P<0.04%;一般鋼：P<0.085％。錳(1600℃)的MnS，肯定程度上消退了硫的有害作用。錳具有很好的脫氧力量，能夠與鋼中的FeO稱(chēng)為MnO進(jìn)入爐渣，益元素。一般認(rèn)為，鋼中含錳量在0.5％～0.8％以下時(shí)，把錳看成是常存雜志。技術(shù)條件中規(guī)定，優(yōu)質(zhì)碳素構(gòu)造鋼中，正常含錳量是0.5％～0.8％；而較高含錳量的構(gòu)造鋼中，其量可0.7％～1.2％。硅硅也是煉鋼時(shí)作為脫氧劑而參加鋼中的元素。硅與鋼水中的FeO能結(jié)成密度較小的硅酸鹽0.1％～0.370.03％～0.07％。由0.5％，對(duì)鋼性能影響不大。氧氧在鋼中是有害元素。它是在煉鋼過(guò)程中自然進(jìn)入鋼中的，盡管在煉鋼末期要參加錳、硅、鐵和鋁進(jìn)展脫氧，但不行能除盡。氧在鋼中以FeO、MnO、SiO2、Al2O3等雜質(zhì)形式，使鋼的強(qiáng)度、塑性降低。尤其是對(duì)疲乏強(qiáng)度、沖擊韌性等有嚴(yán)峻影響。氮鐵素體溶解氮的力量很低。當(dāng)鋼中溶有過(guò)飽和的氮，在放置較長(zhǎng)一段時(shí)間后或隨后在200～300℃加熱就會(huì)發(fā)生氮以氮化物形式的析出，并使鋼的強(qiáng)度、硬度提高，塑性下降，發(fā)生時(shí)效。鋼液中參加Al、TiV進(jìn)展固氮處理，使氮固定在AlN、TiNVN中，可消退時(shí)效傾向。氫中可看到圓形或橢圓形的白色斑點(diǎn)；在橫斷面上則是瘦長(zhǎng)的發(fā)絲狀裂紋。鍛件中有了白點(diǎn)，使用時(shí)發(fā)生突然斷裂，造成不測(cè)事故。因此，化工容器用鋼，不允許有白點(diǎn)存在。氫產(chǎn)生白度極限而在該處形成裂紋，即白點(diǎn)。為了合金化而參加的合金元素，最常用的有硅、錳、鉻、鎳、鉬、鎢、釩、鈦、鈮、硼、鋁等，先分別說(shuō)明他們?cè)阡撝械淖饔谩９杼岣咪撝泄倘荏w的強(qiáng)度和冷加工硬度程度使鋼的韌性和塑性降低；硅能顯著提高鋼的彈性極限、屈服極限和屈強(qiáng)比；耐腐蝕性。硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15％-20％的高硅鑄鐵，是很好的耐酸材料，含有硅的鋼在氧化氣氛中加熱時(shí)，外表也將形成一層SiO2薄膜，從而提高鋼的高溫時(shí)的抗氧化性。缺點(diǎn)：使鋼的焊接性能惡化。錳錳能提高鋼的淬透性。錳對(duì)提凹凸碳和中碳珠光體鋼的強(qiáng)度有顯著的作用。錳對(duì)鋼的高溫瞬時(shí)強(qiáng)度有所提高。缺點(diǎn)：1〕含錳較高時(shí)，有較明顯的回火脆性現(xiàn)象〔2〕錳有促進(jìn)晶粒長(zhǎng)大的作用，因此錳鋼對(duì)〕當(dāng)錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)1％時(shí)，會(huì)使鋼的焊接性能變壞〕錳會(huì)使鋼的耐銹蝕性能降低。鉻在鋼中的作用1〕鉻可提高鋼的強(qiáng)度和硬度〔〕鉻可提高鋼的高溫機(jī)械性能〔〕〔4〕〕提高淬透性。1〕鉻是顯著提高鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度2〕鉻能促進(jìn)鋼的回火脆性。鎳在鋼中的作用1〕可提高鋼的強(qiáng)度而不顯著降低其韌性〔〕鎳可降低鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度，即可提高鋼的低溫韌性3改善鋼的加工性和可焊性〔4而且能抗堿和大氣的腐蝕。鉬在鋼中的作用1〕鉬對(duì)鐵素體有固溶強(qiáng)化作用〔2〕〔〕〔4〕鋼的淬透性。缺點(diǎn)：鉬的主要不良作用是它能使低合金鉬鋼發(fā)生石墨化的傾向。鎢在鋼中的作用1〕提高強(qiáng)度2〕提高鋼的高溫強(qiáng)度3〕提高鋼的抗氫性能4〕因此鎢是高速工具鋼中的主要合金元素。釩在鋼中的作用1〕2〕釩能顯著地改善一般低合金鋼的焊接性能。鈦在鋼中的作用1〕能改善鋼的熱強(qiáng)性，提高鋼的抗蠕變性能及高溫長(zhǎng)久強(qiáng)度2〕能提高鋼在高溫高壓氫氣中的穩(wěn)定性，使鋼在高壓下對(duì)氫的穩(wěn)定性高達(dá)600℃以上，在珠光體低合金鋼中，鈦可之一。鈮在鋼中的作用〔1〕鈮和碳、氮、氧都有極強(qiáng)的結(jié)合力，并與之形成相應(yīng)的極為穩(wěn)定的化合物，因而能細(xì);(2有極好的抗氫性能〔10〕硼在鋼中的作用1〕〕提高鋼的高溫強(qiáng)度，強(qiáng)化晶界的作用。11〕鋁在鋼中的作用〔1〕用作煉鋼時(shí)的脫氧定氮?jiǎng)?，?xì)化晶粒，抑制低碳鋼的時(shí)效，改善鋼在低溫時(shí)的韌性，特別是降低了鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度2了較多的爭(zhēng)論：4％Al6％Al980℃以下具有抗氧化性。當(dāng)鋁和鉻協(xié)作并用時(shí)，其抗氧化性能有更大的提高，如含鐵50％-55％、鉻30％-35％、鋁10％-15％的合金，在1400℃高溫時(shí)，仍具有相當(dāng)好的抗氧化性。由于鋁的這一作用，近年來(lái)常作為合金元素參加到耐熱鋼中〔〕此外，鋁還能提高硫化氫和V2O5的抗腐蝕性。1〕脫氧時(shí)如用鋁量過(guò)多，將促進(jìn)鋼的石墨化傾向〔〕和韌性較低。合金元素對(duì)鋼的主要工藝性能的影響鋼的主要工藝性能有：冷態(tài)成型性、切削性、焊接性能、熱處理工藝性能、鑄造性能等。合金元素對(duì)鋼的冷態(tài)成型性的影響〔速度、潤(rùn)滑條件等。與冷態(tài)成型性有關(guān)的材料性能參量有：(1)〔2〕〔3〕〔4〕高的加工硬化率〔n值；5〕高的深沖性參量〔r值〔6〕〔7〕掌握夾雜物的形態(tài)和分布；〔8〕游離滲碳體的數(shù)量和分布。1〕冷軋薄鋼板碳：碳含量增加會(huì)使拉延力量變壞，因此絕大局部鋼板都承受低碳鋼。錳：錳的影響與碳相像，但適當(dāng)?shù)暮靠梢詼p輕硫的不良作用；磷、硅：磷和硅溶于鐵素體引起強(qiáng)化并略影響塑性，降低拉延性能。2〕熱軋鋼板選用沖壓用熱軋鋼板時(shí)，既要考慮強(qiáng)度要求，也要考慮沖壓性能。的方法來(lái)提高強(qiáng)度，應(yīng)承受添加合金元素來(lái)提高鋼的強(qiáng)度；硫：硫在鋼中形成硫化物夾雜，在軋制中拉長(zhǎng)，分割金屬基體降低塑性，影響沖壓性能。合金元素對(duì)鋼的切削加工性的影響物必需滿(mǎn)足以下四個(gè)條件：在切削運(yùn)動(dòng)平面上，夾雜物必需作為應(yīng)力集中源，從而引起裂紋和脆化切屑的作用；夾雜物必需具有肯定的塑性，而不致切斷金屬的塑性流變，從而損害刃具的外表；夾雜物必需在刃具的前面與切屑之間形成熱量傳播的障礙；夾雜物必需具有光滑的外表，而不能在刃具的側(cè)面作為磨料。鋼的切屑性的提高主要還是通過(guò)參加易削添加劑，例如S、P、Bi、Ca、Se、Te等。硫是了解最清楚和廣泛應(yīng)用的易削添加劑：當(dāng)鋼中含足夠量的Mn時(shí)，S的參加將形成MnS夾雜物。加S的碳鋼可以提高切屑速度25S1％體積份額的MnS，可以使高速鋼刃具的磨損速率快速下降。MnS夾雜物在切屑剪切區(qū)作為應(yīng)力集中源，可以起裂紋源的作用，并隨后引起切屑斷裂。因此，隨著MnS體積份額的增加，切屑破斷力量得到改善。MnS夾雜物還可能在切削刃具外表沉積為MnS薄層，這種薄層可以激揚(yáng)地刃具與切屑的摩擦，導(dǎo)用壽命。Pb是僅次于S的常用易削添加劑Pb對(duì)切削加工性的有益效應(yīng)，不取決于MnS的存在，因而可以加到低S鋼好加S鋼中。在S的鋼中，Pb以分散的質(zhì)點(diǎn)形式分布于鋼中。在加S鋼中，PbMnS結(jié)合，與S相像，Pb可以作為內(nèi)部潤(rùn)滑劑降低摩擦力，并轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)降低剪切抗力，并減小切屑與刃具的接觸面積，從而降低刃具的磨損。近年來(lái)很多留意力已經(jīng)轉(zhuǎn)到通過(guò)Ca脫氧生產(chǎn)易削構(gòu)造鋼上。通過(guò)用Ca-SiSi-FeCaO-MnO-SiO2-Al3O4四元非金屬夾〔約20u礙，因而可延長(zhǎng)碳化物刃具的使用壽命。合金元素對(duì)鋼的焊接性的影響試驗(yàn)溫度下所要求的韌性有親熱聯(lián)系。一般認(rèn)為，高強(qiáng)度低合金的焊接性是良好的，并且隨含碳量的降低，焊接性得到改善。鋼材的焊接性能。其近似公式如下:碳當(dāng)量=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)5式中，元素符號(hào)代表該素重量百分比。碳當(dāng)量越低，焊接性能越好，碳當(dāng)量≤0.35%時(shí)，焊接性能良好，碳當(dāng)量≥0.4-0.5%時(shí)，焊接性能較差。Q345、Q390 綜合力學(xué)性能好，焊接性能、冷熱加工性能好耐蝕性能均好，C、D、E級(jí)鋼具有良好的低溫韌性。主要用于船舶，鍋爐，壓力容器，石油儲(chǔ)罐，橋梁，電站設(shè)備，起重運(yùn)輸機(jī)械及其他較高載荷的焊接構(gòu)件。Q420 強(qiáng)度高，特別是在正火或正火加回火狀態(tài)有較高的綜合力學(xué)性能。主要用于大型船舶，橋梁，電站設(shè)備，中、高壓鍋爐，高壓容器，機(jī)車(chē)車(chē)輛，起重機(jī)械，礦山機(jī)械及其他大型焊接構(gòu)造件。Q460強(qiáng)度高，在正火，正火加回火或淬火加回火狀態(tài)有很高的綜合力學(xué)性能，全部用鋁補(bǔ)充脫氧，質(zhì)量等級(jí)為C、D、E級(jí)，可保證鋼的良好韌性的備用鋼種。用于各種大型工程機(jī)械及要求強(qiáng)度高，載荷大的輕型構(gòu)造。優(yōu)質(zhì)碳素構(gòu)造鋼一般含錳鋼08鋼用于軋制薄板，深沖制品、油桶、高級(jí)搪瓷制品，也可用于制作管子，墊片及心部強(qiáng)度要求不高的滲碳和氰化零件，電焊條等。08F 冷塑性好，易成形，焊接性能優(yōu)良，時(shí)效敏感，切削性良好，冷拉正火較退火態(tài)良好。主要用于軋制薄板，深沖制品、油桶、高級(jí)搪瓷制品，也可用于制作管子，墊片及心部要求不高的滲碳和氰化零件，電焊條等。10#鋼 用于拉桿、夾頭、鋼管、墊片、墊圈、機(jī)床上的外表硬化零件、焊接零件等。10F具有冷塑性好，板材正火或高溫回火后性能極佳，切削性好，冷拉正火較退貨態(tài)好，易焊接。用于4mm以下冷壓深沖制品，如深沖器皿、炮彈彈體，也可制造鍋爐管、油桶頂蓋及鋼帶、鋼絲、焊接件、機(jī)械零件。1515F用于緊固件、沖模鍛件、冷拉制品以及螺釘、螺栓、法蘭盤(pán)等低負(fù)荷零件。20#用于不常常受很大應(yīng)力而要求很大韌性的各種零件，如杠桿、軸套、螺釘、拉桿、起重鉤等。25# 中負(fù)荷不大的軸、輥?zhàn)印⒙菟?、螺帽等，還可用作鑄鋼件。30# 用于重型和一般機(jī)械中的軸、拉桿、套環(huán)、套筒軸、絲桿、螺釘以及汽缸、機(jī)架等。35# 冷塑性較好，各種焊接性能良好，切削性好，用于制作受力不大的機(jī)械零件及中小尺寸鍛件。主要用于轉(zhuǎn)軸、曲軸、軸銷(xiāo)、連桿、橫梁、汽缸、套筒、螺母、墊圈等。40#用于金屬切削機(jī)床的零件，重型和中型機(jī)械中的曲軸、齒輪、軸、連接桿等。45#中碳優(yōu)質(zhì)高強(qiáng)度鋼，淬透性低，一般正火態(tài)使用；只有要求高的零件才進(jìn)展調(diào)質(zhì)處理，冷塑性一般；退火，正火的比調(diào)質(zhì)的切削性好，適于氫焊和氬弧焊，不適于氣焊。該材料主要用于制造蒸汽透平機(jī)、壓縮機(jī)、泵的運(yùn)動(dòng)零件；還可代替滲碳鋼制齒輪、軸、活塞銷(xiāo)等零件；并可用作鑄件。50#用于制作耐磨性要求高、動(dòng)載荷及沖擊作用不大的零件，如鑄造齒輪、拉桿、軋輥等；制造比較次要的彈簧、農(nóng)機(jī)上的掘土犁鏵、重負(fù)荷的心軸與軸等，并可制造鑄件。60-65# 用于制造彈簧、彈簧圈、各種墊片、離合器以及制造一般機(jī)械中的軸、軋輥、偏心軸等。70-85#用于制造彈簧盒發(fā)條、制造鋼絲繩用的鋼絲及高硬度的機(jī)件，如犁、鏵、電車(chē)車(chē)輪等。較高含錳量：15Mn 用于中心局部機(jī)械性能要求較高的滲碳零件和焊接零件，如齒輪、凸輪軸聯(lián)軸器、托桿等，不滲碳則用于受力不大而要求韌性較好的零件，如支架、鉸鏈、螺釘、螺母和鉚焊構(gòu)造件等。20Mn、25Mn、30Mn主要用來(lái)制造螺栓、螺帽、螺釘杠桿、制動(dòng)踏板等，并可用冷拉制造在高應(yīng)力下工作的細(xì)小零件，如農(nóng)機(jī)上的鉤、環(huán)、鏈等。35Mn、40Mn 用于制造承受疲乏負(fù)荷下的零件，如曲軸、連桿等，也可用作高應(yīng)力下工作的螺釘、螺帽等。45Mn、50Mn 用于制造耐磨性要求高、在高負(fù)荷下熱處理的零件，如齒輪、齒輪軸、摩擦盤(pán)、滾子及彈簧。4、合金構(gòu)造鋼是在優(yōu)質(zhì)碳素構(gòu)造鋼的根底上，適當(dāng)參加一種或數(shù)種合金元素〔<5%〕而制成的鋼種。5、易切削構(gòu)造鋼用途易切削構(gòu)造鋼是含有少量易削元素，具有良好的被切削加工性能的鋼種。Y12硫磷復(fù)合低碳易切削鋼是目前已切削鋼中磷含量最多的一個(gè)鋼種。常用于制造對(duì)力學(xué)性能要求不高的各種機(jī)器和儀器儀表零件，如螺栓、螺母、銷(xiāo)釘、軸、管接頭等。Y12Pb用于制造較重要的機(jī)械零件，周密儀表零件等。Y15復(fù)合高硫低硅易切削鋼是我國(guó)自行研制成功的鋼種，被切削性高于Y12，常用于制造不重要的標(biāo)準(zhǔn)件，如螺栓、螺母、管接頭、彈簧座等。Y15Pb 同Y12Pb一樣，被切削加工性好。Y202012鋼，可進(jìn)展?jié)B碳處理，常用于制造要求外表硬度、心部韌性高的儀器、儀表、軸類(lèi)耐磨零件。Y30高的標(biāo)準(zhǔn)件。Y35 用Y30一樣，可進(jìn)展調(diào)質(zhì)處理。Y40Mn高硫中碳易切削鋼有較高的強(qiáng)度、硬度和良好的被切削加工性，適于加工要求剛性高的機(jī)床零部件，如機(jī)床絲桿、光杠、花鍵軸、齒條等。Y45Ca較重要的機(jī)器構(gòu)造件，如機(jī)床齒輪軸、花鍵軸、拖拉機(jī)傳動(dòng)軸等。6、常用彈簧鋼特性及用途彈簧鋼是用于制造彈簧或其他彈性元件的鋼種，按成分分為碳素彈簧鋼和合金彈簧鋼。65Mn碳素構(gòu)造鋼，最終熱處理為淬火+回火，其強(qiáng)度較高，淬透性較大，脫碳傾向小，但冷變形塑性地，帶材可供一般彎曲。主要用于制造彈簧機(jī)犁鏵等。50CrVA+回火，熱河粗粒后具有較好的任性，高的比度達(dá)300℃時(shí)，其彈性仍可保持。鋼的切削加工尚好，冷變形時(shí)塑性低，焊機(jī)性差。主要用于制造彈簧。7、滾動(dòng)軸承鋼特性和用途主要是用于制造各種滾動(dòng)軸承的套圈和滾動(dòng)體的鋼種。8、碳素工具鋼特性和用途其冷、熱加工性能，耐磨性能好，價(jià)格低廉，在