浅谈钢中所含元素对其性能影响

王佳辰

中图分类号：TG142 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2018）11-0-01

提起鋼，多数人并不陌生，不锈钢炊具、钢管、碳素钢构架等，钢几乎存在于我们生活中每一处。然后面对着林林总总的产品，我们总会忍不住怀疑，到底什么是钢？钢脱胎于铁，专指以铁为主要元素、含碳量一般在2%以下，并含有其他元素的材料。在19世纪，贝式炼钢法成型后，钢以其低廉的价格、可靠的性能渐渐成为世界上使用最多的材料之一，是建筑业、制造业和人们日常生活中不可或缺的成分，这也是我们所处城市被称为钢筋铁骨的由来。钢广泛运用我们的生活，同时依据使用场所不同，钢的化学成分可以有很大变化，除了常见的碳素钢外，还有夹杂锰、镍、钒等元素的特殊钢等，下面就从钢中所含主要元素，谈谈其对钢性能的影响，以作为各行各业选取合适钢的参考。

一、钢的性能指标

对于钢来说，我们主要查看硬度、脆性、弹性等三个指标[1]。其中硬度是指材料抵抗外物刺入的一种能力，钢的硬度多通过钻石钻入材料的深浅来判定，即利用洛氏硬度数来判定，一般来说钻入越深，其硬度越小。脆性是指材料容易破裂的性质，他与韧性相对，一般来说钢都要求有极地的脆性。 脆性与硬度有密切关系， 硬度高的材料通常脆性亦大。弹性是指材料受外力变形后，在外力消除后恢复其原有形状的一种性质。下面我们就以这三个指标来看看不同元素对其性能的影响。

二、影响其相应指标的相关元素

1.影响硬度的相关指标

碳（C）元素，碳元素是钢的主要成分之一，在钢中以铁的碳化物Fe3C存在，是钢硬度的“控制者”。一般来说，钢中含碳量越高，其硬度越高[2]。一般来说，碳素钢含碳量较低，高速工具钢和冷作工具钢含碳量较高。

铬（Cr）元素，铬元素也是钢重要成为之一，在钢中以碳铬化合物形式存在，也是钢硬度的铸造者。一般来说，钢中含铬量越高，钢就越硬。铬除了能够强化钢的硬度，还能够改善钢的耐磨性能增强其耐腐蚀能力。一般来说，含有较高铬元素的钢主要用于工具钢、轴承钢的制作。

钨（W）元素，钨是非常强的碳化物形成元素，它一般以稳定的碳化物W2C、WC和复合碳化物Fe4W2C等形式存在于钢中。钨元素能够显著地提高钢的硬度，是高速工具钢、锻模工具、合金工具钢中应用较多的元素之一，在抗冲击钢中应用较少。钼（Mo）元素和钨元素具有一定的通性，二者在使用过程中，常常可以互相取代。

钴（Co）元素，钴是稀有贵金属元素，也是碳化物形成元素，钴能够促进（Ti、Al、Mo）Ni3沉淀成核，促进沉淀硬化，赋予钢硬性。一般来说，钴元素含量越高，钢越硬。因此，钴常是某些超硬高速工具钢的成分，比如钢刀等；也可以用于热强钢和磁性材料等特殊钢中。

2.影响脆性的相关指标

钒（V）元素，钒元素是碳化物形成元素，一般以碳化物VC的形式存在。在钢中，钒是非常重要的晶粒细化元素，能够有效提高钢的强度和和韧性。含有钒的钢是钢中最硬、最耐磨的种类，可有效提高工具钢的使用寿命。同时通过细小碳化钒晶粒弥散分布，钒也可以提高钢的蠕变和持久强度，增强其抗高温、高压、氢腐蚀的能力，一般来说在生产工业中使用较多。

钛（Ti）元素，钛是非常强的碳化物形成元素，能有效降低钢的韧性。一般来说，钛含量越多，钢的脆性越大，韧性越小。

铝（Al）元素，铝是钢石墨化的促进剂和优良的脱氧剂，能够细化晶粒，从而提高钢的和韧性。一般来说，含铝越高，钢的韧性越大，适合用于打击类钢工具的生产。

磷（P）元素，磷是钢材中的有害成分，一般以脆性的磷化物Fe3P存在，能够显著增加钢的脆性，使焊接性能变坏，降低钢的可塑性，使冷弯性能降低。通常情况下，钢中磷的含量控制的越低越好，其含量一般控制在0.05%以内。虽然如此，一般来说，在低碳钢中，我们也会加入一定的磷以改善低碳钢的切削加工性。

3.影响钢材料弹性的相关元素

铌（Nb）元素，铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，但钢材料的弹性会有所下降。一般来说，含铌量越高，钢的弹性越差。不过在普通低合金钢中加铌，可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力。

锰（Mn）元素，在钢中残留的量一般小于1%，有时候也作为合金元素加入，此时其含量多数超过1%，能有效增加钢材的弹性。一般来说，锰元素含量越多，钢的弹性越好，韧性越好[3]，基于这一点，含锰量比较高的钢材，多用于弹簧制作，此外还可以用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。

三、结语

钢铁制作成本低廉、整体性能优越、应用范围广泛、是全球应用最广泛的结构材料和重要的功能材料。在过去，英国、美国曾是钢产量大国，产钢量占全球的一半左右。自1996年以后，我国粗钢产量成为并持续保持世界第一位，全球钢铁产业的一半都在我国，我国的钢铁强国梦已经实现。就目前来说，全球钢铁行业正处于转型时期，主要向绿色和多元化转型。在绿色化转型过程中，我们可以通过加强顶层设计，强化其从开采、加工、消耗等方面的绿色工艺，做到绿色生产。在多元化方面，我们今后可以在钢所含元素上加以控制，助力其性能多元，能够更广泛的使用切实提高我国钢产业竞争力，为其迎来光明的未来，以钢铁强国的建设，助力中华民族伟大复兴中国梦的实现。

参考文献

[1]杨栋. 低碳高强Q&P;钢元素配分行为研究[D].河北联合大学，2014.

[2]赵兰季.Φ12.5 mm 82B硬线碳偏析检测方法和偏析规律的探讨[J].河北冶金，2018（01）：42-44.

[3]常毅，侯自兵，王伟，徐云.高碳钢方坯碳锰元素纵向分布及机理[J].钢铁，2016，51（11）：43-48+54.