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鋼鐵各元素對(duì)其性能的影響
鋼鐵中除基體元素鐵以外的雜質(zhì)元素有碳、錳、硅、硫、磷等。對(duì)于鐵合金或合金鋼來說，隨其品種的不同常含有一定量的合金元素，如鎳、鉻、鎢、鉬、釩、鈦、稀土等。所以我們國家標(biāo)準(zhǔn)通常是要求檢測(cè)這些元素，也是為了保證材料的合格。因?yàn)檫@些含量的高低直接影響鋼鐵的性能，性能不同所使用的方面也不同。
碳在鋼鐵中有的以固溶體狀態(tài)存在，有的生成碳化物(Fe2C、Mn3C、Cr5C2、WC、MoC等)。碳是決定鋼鐵性能的主要元素之一。一般含碳量高，硬度增強(qiáng)，延展性及沖擊韌性降 低，熔點(diǎn)較低;含碳量低，則硬度較弱，延展性及沖擊韌性增強(qiáng)，熔點(diǎn)較高。鋼鐵的分類常常以碳含量的高低為主要依據(jù).含碳低于0.2%的稱純鐵(或熟鐵或低碳鋼);含碳童在0.2%和1.7%之間的稱為鋼;含碳進(jìn)高于1.7%,即為生鐵。當(dāng)然，通常高爐冶煉出來的生鐵的碳含量常常更高,在2.5%和4%之間。另外，碳在鋼鐵中的存在狀態(tài)對(duì)鋼鐵的性質(zhì)影響也不小,灰口鐵中含石墨碳較多，質(zhì)軟而韌;白口鐵中含化合碳較多，則性質(zhì)硬而脆。
硫在鋼鐵中以MnS、FeS狀態(tài)存在。FeS的熔點(diǎn)低,最后凝固，夾雜于鋼鐵的晶格之間。 當(dāng)加熱壓制時(shí),FeS熔融,鋼鐵的晶粒失去連接作用而碎裂。硫的存在所引起的這種“熱脆性”嚴(yán)重影響鋼鐵的性能。因此國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定碳素鋼中硫含量不得超過0.05%,優(yōu)質(zhì)鋼中含硫量應(yīng)不超過0.02%。
硅在鋼鐵中主要以FeSi、MnSi、FeMnSi等形態(tài)存在，也有時(shí)形成固溶體或非金屬夾雜物,如2FeO .SiO2、2MnO.SiO2硅酸鹽。在高碳硅鋼中有一部分以SiC狀態(tài)存在，硅增強(qiáng)鋼 的硬度、彈性及強(qiáng)度，并提高鋼的抗氧化力及耐酸性。硅促使碳游離為石墨狀態(tài),使鋼鐵富于流動(dòng)性，易于鑄造。生鐵中，一般含硅0.5%到3%當(dāng)含硅高于2%而猛低于2%時(shí)，則其 中的碳主要以游離的石墨狀態(tài)存在，熔點(diǎn)較高，約為1200℃，斷口呈灰色，稱為灰口生鐵。 因?yàn)楹枇枯^高，流動(dòng)性較好，而且質(zhì)軟，易于車削加工,故灰口鐵多用于鑄造，如果含硅量低于0.5%而含錳量高于4%，則錳阻止碳以石墨狀態(tài)析出而主要以碳化物狀態(tài)存在，熔點(diǎn) 較低，約為1100℃，斷口呈銀白色，易于煉鋼。含硅12%到14%的鐵合金稱為硅鐵，含硅12%、錳20%的鐵合金稱為硅錳鐵，主要用作煉鋼的脫氧劑。
錳在鋼鐵中主要以MnC、MnS、FeMnSi或固溶體狀態(tài)存在。生鐵中一般含錳0.5%到6%;碳素鋼中錳含量較低;含錳0.8%到14%的為高錳鋼;含錳12%到20%的鐵合金稱為鏡鐵;含猛60%到80%的鐵合金稱為猛鐵。錳能增強(qiáng)鋼的硬度，減弱延展性。高錳鋼具有良好的彈性及耐磨性,用于制造彈簧、齒輪、鐵路道岔、磨機(jī)的鋼球、鋼棒等。
磷在鋼鐵中以Fe2P或Fe3P狀態(tài)存在。磷化鐵硬度較強(qiáng)，以致鋼鐵難于加工,并使鋼鐵產(chǎn)生“冷脆性”。但是當(dāng)鋼鐵中含磷量稍高時(shí).能使流動(dòng)性增強(qiáng)而易于鑄造,并可避免在軋鋼 時(shí)軋輥與軋件黏合，所以在特殊情況下又常有意加入一定量的磷以達(dá)此目的。
鎳能增強(qiáng)鋼的強(qiáng)度和韌性，鉻使鋼的硬度、耐熱性和耐腐蝕性增強(qiáng)，鎢、鋁、釩、鈦等元素也能使鋼的強(qiáng)度和耐熱性能得到改善。
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