淺談鋼中所含元素對其性能影響

王佳辰

中圖分類號：TG142 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2018）11-0-01

提起鋼，多數人并不陌生，不銹鋼炊具、鋼管、碳素鋼構架等，鋼幾乎存在于我們生活中每一處。然后面對著林林總總的產品，我們總會忍不住懷疑，到底什么是鋼？鋼脫胎于鐵，專指以鐵為主要元素、含碳量一般在2%以下，并含有其他元素的材料。在19世紀，貝式煉鋼法成型后，鋼以其低廉的價格、可靠的性能漸漸成為世界上使用最多的材料之一，是建筑業、制造業和人們日常生活中不可或缺的成分，這也是我們所處城市被稱為鋼筋鐵骨的由來。鋼廣泛運用我們的生活，同時依據使用場所不同，鋼的化學成分可以有很大變化，除了常見的碳素鋼外，還有夾雜錳、鎳、釩等元素的特殊鋼等，下面就從鋼中所含主要元素，談談其對鋼性能的影響，以作為各行各業選取合適鋼的參考。

一、鋼的性能指標

對于鋼來說，我們主要查看硬度、脆性、彈性等三個指標[1]。其中硬度是指材料抵抗外物刺入的一種能力，鋼的硬度多通過鉆石鉆入材料的深淺來判定，即利用洛氏硬度數來判定，一般來說鉆入越深，其硬度越小。脆性是指材料容易破裂的性質，他與韌性相對，一般來說鋼都要求有極地的脆性。 脆性與硬度有密切關系， 硬度高的材料通常脆性亦大。彈性是指材料受外力變形后，在外力消除后恢復其原有形狀的一種性質。下面我們就以這三個指標來看看不同元素對其性能的影響。

二、影響其相應指標的相關元素

1.影響硬度的相關指標

碳（C）元素，碳元素是鋼的主要成分之一，在鋼中以鐵的碳化物Fe3C存在，是鋼硬度的“控制者”。一般來說，鋼中含碳量越高，其硬度越高[2]。一般來說，碳素鋼含碳量較低，高速工具鋼和冷作工具鋼含碳量較高。

鉻（Cr）元素，鉻元素也是鋼重要成為之一，在鋼中以碳鉻化合物形式存在，也是鋼硬度的鑄造者。一般來說，鋼中含鉻量越高，鋼就越硬。鉻除了能夠強化鋼的硬度，還能夠改善鋼的耐磨性能增強其耐腐蝕能力。一般來說，含有較高鉻元素的鋼主要用于工具鋼、軸承鋼的制作。

鎢（W）元素，鎢是非常強的碳化物形成元素，它一般以穩定的碳化物W2C、WC和復合碳化物Fe4W2C等形式存在于鋼中。鎢元素能夠顯著地提高鋼的硬度，是高速工具鋼、鍛模工具、合金工具鋼中應用較多的元素之一，在抗沖擊鋼中應用較少。鉬（Mo）元素和鎢元素具有一定的通性，二者在使用過程中，常?？梢曰ハ嗳〈?。

鈷（Co）元素，鈷是稀有貴金屬元素，也是碳化物形成元素，鈷能夠促進（Ti、Al、Mo）Ni3沉淀成核，促進沉淀硬化，賦予鋼硬性。一般來說，鈷元素含量越高，鋼越硬。因此，鈷常是某些超硬高速工具鋼的成分，比如鋼刀等；也可以用于熱強鋼和磁性材料等特殊鋼中。

2.影響脆性的相關指標

釩（V）元素，釩元素是碳化物形成元素，一般以碳化物VC的形式存在。在鋼中，釩是非常重要的晶粒細化元素，能夠有效提高鋼的強度和和韌性。含有釩的鋼是鋼中最硬、最耐磨的種類，可有效提高工具鋼的使用壽命。同時通過細小碳化釩晶粒彌散分布，釩也可以提高鋼的蠕變和持久強度，增強其抗高溫、高壓、氫腐蝕的能力，一般來說在生產工業中使用較多。

鈦（Ti）元素，鈦是非常強的碳化物形成元素，能有效降低鋼的韌性。一般來說，鈦含量越多，鋼的脆性越大，韌性越小。

鋁（Al）元素，鋁是鋼石墨化的促進劑和優良的脫氧劑，能夠細化晶粒，從而提高鋼的和韌性。一般來說，含鋁越高，鋼的韌性越大，適合用于打擊類鋼工具的生產。

磷（P）元素，磷是鋼材中的有害成分，一般以脆性的磷化物Fe3P存在，能夠顯著增加鋼的脆性，使焊接性能變壞，降低鋼的可塑性，使冷彎性能降低。通常情況下，鋼中磷的含量控制的越低越好，其含量一般控制在0.05%以內。雖然如此，一般來說，在低碳鋼中，我們也會加入一定的磷以改善低碳鋼的切削加工性。

3.影響鋼材料彈性的相關元素

鈮（Nb）元素，鈮能細化晶粒和降低鋼的過熱敏感性及回火脆性，提高強度，但鋼材料的彈性會有所下降。一般來說，含鈮量越高，鋼的彈性越差。不過在普通低合金鋼中加鈮，可提高抗大氣腐蝕及高溫下抗氫、氮、氨腐蝕能力。

錳（Mn）元素，在鋼中殘留的量一般小于1%，有時候也作為合金元素加入，此時其含量多數超過1%，能有效增加鋼材的彈性。一般來說，錳元素含量越多，鋼的彈性越好，韌性越好[3]，基于這一點，含錳量比較高的鋼材，多用于彈簧制作，此外還可以用于挖土機鏟斗，球磨機襯板等。

三、結語

鋼鐵制作成本低廉、整體性能優越、應用范圍廣泛、是全球應用最廣泛的結構材料和重要的功能材料。在過去，英國、美國曾是鋼產量大國，產鋼量占全球的一半左右。自1996年以后，我國粗鋼產量成為并持續保持世界第一位，全球鋼鐵產業的一半都在我國，我國的鋼鐵強國夢已經實現。就目前來說，全球鋼鐵行業正處于轉型時期，主要向綠色和多元化轉型。在綠色化轉型過程中，我們可以通過加強頂層設計，強化其從開采、加工、消耗等方面的綠色工藝，做到綠色生產。在多元化方面，我們今后可以在鋼所含元素上加以控制，助力其性能多元，能夠更廣泛的使用切實提高我國鋼產業競爭力，為其迎來光明的未來，以鋼鐵強國的建設，助力中華民族偉大復興中國夢的實現。

參考文獻

[1]楊棟. 低碳高強Q&P;鋼元素配分行為研究[D].河北聯合大學，2014.

[2]趙蘭季.Φ12.5 mm 82B硬線碳偏析檢測方法和偏析規律的探討[J].河北冶金，2018（01）：42-44.

[3]常毅，侯自兵，王偉，徐云.高碳鋼方坯碳錳元素縱向分布及機理[J].鋼鐵，2016，51（11）：43-48+54.