生鐵中除鐵外，還含有碳、硅、錳、磷和硫等元素。這些元素對生鐵的性能均有一定的影響。

　　碳（C）：在生鐵中以兩種形態存在，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（碳化鐵），主要存在于煉鋼生鐵中，碳化鐵硬而脆，塑性低，含量適當可提高生鐵的強度和硬度，含量過多，則使生鐵難于削切加工，這就是煉鋼生鐵切削性能差的原因。石墨很軟，強度低，它的存在能增加生鐵的鑄造性能。

　　硅（SI）：能促使生鐵中所含的碳分離為石墨狀，能去氧，還能減少鑄件的氣眼，能提高熔化生鐵的流動性，降低鑄件的收縮量，但含硅過多，也會使生鐵變硬變脆。

　　錳（MN）：能溶于鐵素體和滲碳體。在高爐煉制生鐵時，含錳量適當，可提高生鐵的鑄造性能和削切性能，在高爐里錳還可以和有害雜質硫形成硫化錳，進入爐渣。

　　磷（P）：屬于有害元素，但磷可使鐵水的流動性增加，這是因為硫減低了生鐵熔點，所以在有的制品內往往含磷量較高。然而磷的存在又使鐵增加硬脆性，優良的生鐵含磷量應少，有時為了要增加流動性，含磷量可達1.2%。

　　硫（S）：在生鐵中是有害元素，它促使鐵與碳的結合，使鐵硬脆，并與鐵化合成低熔點的硫化鐵，使生鐵產生熱脆性.減低鐵液的流動性，顧含硫高的生鐵不適于鑄造細件。鑄造生鐵中硫的含量規定較多不得超過0.06%（車輪生鐵除外）。

鋼

　　元素在鋼中的作用

　　常存雜質元素對鋼材性能的影響

　　鋼除含碳以外，還含有少量錳(MN)、硅(SI)、硫(S)、磷(P)、氧（O）、氮（N）和氫（H）等元素。這些元素并非為改變鋼材質量有意加入的，而是由礦石及冶煉過程中帶入的，故稱為雜質元素。這些雜質對鋼性能是有一定影響，為了保證鋼材的質量，在國家標準中對各類鋼的化學成分都作了嚴格的規定。

　　1）硫

　　硫來源于煉鋼的礦石與燃料焦炭。它是鋼中的一種有害元素。硫以硫化鐵(FES)的形態存在于鋼中，FES和FE形成低熔點(985℃)化合物。而鋼材的熱加工溫度一般在1150～1200℃以上，所以當鋼材熱加工時，由于 FES化合物的過早熔化而導致工件開裂，這種現象稱為“熱脆”。含硫量愈高，熱脆現象愈嚴重，故需對鋼中含硫量進行控制。優良鋼：S＜0.02%～0.03%；優良鋼：S＜0.03%～0.045%；普通鋼：S＜0.055%～0.7%以下。

　　2）磷

　　磷是由礦石帶入鋼中的，一般說磷也是有害元素。磷雖能使鋼材的強度、硬度變高，但引起塑性、沖擊韌性顯著降低。特別是在低溫時，它使鋼材顯著變脆，這種現象稱"冷脆"。冷脆使鋼材的冷加工及焊接性變壞，含磷愈高，冷脆性愈大，故鋼中對含磷量控制較嚴。優良鋼： P＜0.025%；優良鋼： P＜0.04%；普通鋼： P＜0.085%。

　　3）錳

　　錳是煉鋼時作為脫氧劑加入鋼中的。由于錳可以與硫形成高熔點(1600℃)的 MNS，一定程度上去除了硫的有害作用。錳具有很好的脫氧能力，能夠與鋼中的FEO成為MNO進入爐渣，從而改變鋼的品質，特別是降低鋼的脆性，提高鋼的強度和硬度。因此，錳在鋼中是一種有益元素。一般認為，鋼中含錳量在0.5%～0.8%以下時，把錳看成是常存雜質。技術條件中規定，優良碳素結構鋼中，正常含錳量是0.5%～0.8%；而較高含錳量的結構鋼中，其量可達0.7%～1.2%。

　　4）硅

　　硅也是煉鋼時作為脫氧劑而加入鋼中的元素。硅與鋼水中的FEO能結成密度較小的硅酸鹽爐渣而被除去，因此硅是一種有益的元素。硅在鋼中溶于鐵素體內使鋼的強度、硬度增加，塑性、韌性降低。鋼中的含硅量通常在0.1%～0.37%，沸騰鋼中只含有0.03%～0.07%。由于鋼中硅含量一般不超過0.5%，對鋼性能影響不大。

　　5）氧

　　氧在鋼中是有害元素。它是在煉鋼過程中自然進入鋼中的，盡管在煉鋼末期要加入錳、硅、鐵和鋁進行脫氧，但不可能除盡。氧在鋼中以FEO、MNO、SIO2、AL2O3等夾雜形式，使鋼的強度、塑性降低。尤其是對疲勞強度、沖擊韌性等有嚴重影響。

　　第4章：常用金屬材料中各種化學成分對性能的影響2

　　6）氮鐵素體溶解氮的能力很低。當鋼中溶有過飽和的氮，在放置較長一段時間后或隨后在200～300℃加熱就會發生氮以氮化物形式的析出，并使鋼的硬度、強度提高，塑性下降，發生時效。鋼液中加入AL、TI或V進行固氮處理，使氮固定在ALN、TIN或VN中，可去除時效傾向。

　　7）氫

　　鋼中溶有氫會引起鋼的氫脆、白點等缺點。白點常在軋制的厚板、大鍛件中發現，在縱斷面中可看到圓形或橢圓形的白色斑點；在橫斷面上則是細長的發絲狀裂紋。鍛件中有了白點，使用時會發生突然斷裂，造成不測事故。因此，化工容器用鋼，不允許有白點存在。氫產生白點冷裂的主要原因是因為高溫奧氏體冷至較低溫時，氫在鋼中的溶解度急劇降低。當冷卻較快時，氫原子來不及擴散到鋼的表面而逸出，就在鋼中的一些缺點處由原子狀態的氫變成分子狀態的氫。氫分子在不能擴散的條件下在局部地區產生很大壓力，這壓力超過了鋼的強度限制而在該處形成裂紋，即白點。

　　合

　　金

　　合金鋼中元素的作用

　　為了合金化而加入的合金元素，較常用的有硅、錳、鉻、鎳、鉬、鎢、釩，鈦，鈮、硼、鋁等?，F分別說明它們在鋼中的作用。

　　1）硅

　?、偬岣咪撝泄倘荏w的強度和冷加工硬化程度使鋼的韌性和塑性降低；

　?、诠枘茱@著地提高鋼的彈性級限、屈服級限和屈強比；

　?、勰透g性。硅的質量分數為15％一20％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，表面也將形成一層SIO2薄膜。

　　缺點：使鋼的連接性能惡化。

　　2）錳

　?、馘i能提高鋼的淬透性。

　?、阱i對提高低碳和中碳珠光體鋼的強度有顯著的作用。

　?、坼i對鋼的高溫瞬時強度有所提高。

　　缺點：

　?、俸i較高時，有較明顯的回火脆性現象；

　?、阱i有促使晶粒長大的作用，因此錳鋼對過熱較敏感T在熱處理工藝上需注意。這種缺點可用加入細化晶粒元素如鉬、釩、鈦等來克服：

　?、郛斿i的質量分數超過1％時，會使鋼的連接性能變壞

　　3）鉻在鋼中的作用

　?、巽t可提高鋼的強度和硬度。

　?、阢t可提高鋼的高溫機械性能。

　?、凼逛摼哂辛己玫目垢g性

　?、茏柚故?/p>

　?、萏岣叽阃感?。

　　缺點：

　?、偈秋@著提高鋼的脆性轉變溫度

　?、阢t能促鋼的回火脆性。

　　4）鎳在鋼中的作用

　?、倏商岣咪摰膹姸榷伙@著降低其韌性；

　?、阪嚳山档弯摰拇嘈赞D變溫度，即可提高鋼的低溫韌性；

　?、鄹淖冧摰募庸ば院涂珊感?；

　?、苕嚳梢蕴岣咪摰目垢g能力，不***能耐酸，而且能抗堿和大氣的腐蝕。

　　5）鉬在鋼中的作用

　?、巽f對鐵素體有固溶強化作用。

　?、谔岣咪摕釓娦?/p>

　?、劭箽淝治g的作用。

　?、芴岣咪摰拇阃感?。

　　缺點：

　　鉬的主要不良作用是它能使低合金鉬鋼發生石墨化的傾向。

　　6）鎢在鋼中的作用

　?、偬岣邚姸?/p>

　?、谔岣咪摰母邷貜姸?。

　?、厶岣咪摰目箽湫阅?。

　?、苁鞘逛摼哂袩嵊残?。因此鎢是高速工具鋼中的主要合金元素。

　　7）釩在鋼中的作用

　?、贌釓娦?。

　?、阝C能顯著地改變普通低碳低合金鋼的連接性能。

　　8）鈦在鋼中的作用

　?、兮伳芨淖冧摰臒釓娦?，提高鋼的抗蠕變性能及高溫長久強度；

　?、诓⒛芴岣咪撛诟邷馗邏簹錃庵械姆€定性。使鋼在高壓下對氫的穩定性高達600℃以上，在珠光體低合金鋼中，鈦可阻止鉬鋼在高溫下的石墨化現象。因此，鈦是鍋爐高溫元件所用的熱強鋼中的重要合金元素之一。

　　9）鈮在鋼中的作用

　?、兮壓吞?、氮、氧都有很強的結合力，并與之形成相應的很為穩定的化合物，因而能細化晶粒，降低鋼的過熱敏感性和回火脆性。

　?、谟泻芎玫目箽湫阅?。

　?、垅壞芴岣咪摰臒釓娦?/p>

　　10）硼在鋼中的作用 ；

　?、偬岣咪摰拇阃感?。

　?、谔岣咪摰母邷貜姸?。強化晶界的作用。

　　11）鋁在鋼中的作用

　?、儆米鳠掍摃r的脫氧定氮劑，細化晶粒，控制低碳鋼的時效，改變鋼在低溫時的韌性，特別是降低了鋼的脆性轉變溫度；

　?、诖送?，鋁還能提高對硫化氫和V2O5，的抗腐蝕性。

　　缺點：

　?、倜撗鯐r如用鋁量過多，將促使鋼的石墨化傾向。

　?、诋敽X較高時,其高溫強度和韌性較低。