钢材的有益微量元素及有害微量元素对钢材性能的影响

钢铁本质上是铁碳合金，根据含碳量的不同，区分为铁和钢。钢的化学成分直接影响钢的组织构造，与钢材的机械性能有密切关系。普通碳素钢的化学成分主要是铁（以Fe和Fe3C的形式存在于晶体结构中），占比达到99％，碳（C）是除铁以外的最主要元素，含碳量低于0.25％的钢属于低碳钢。随着含碳量的增多，钢材的屈服强度和抗拉强度逐渐提高，而塑性和韧性，特别是低温冲击韧性下降；同时，钢材的焊接性能、疲劳强度和抗锈蚀性能也都明显下降，低温脆断的危险性增加。故结构钢要求含碳量不超过0.22％，在焊接结构中则限制碳含量不高于0.20％。

此外还含有锰（Mn）、硅（Si）等元素，以及在冶炼中不易除尽的微量有害元素硫（S）、磷（P）、氧（O）、氮（N）等。碳、锰、硅和杂质元素尽管总含量不多，但对钢材的机械性能有极大的影响，在选用钢材时要注意钢的化学成分。

1）  有益微量元素

锰是一种弱脱氧剂，含适量锰可使强度提高，并可降低有害元素硫、氧的热脆影响，改善钢材的热加工性能及热脆倾向。对其他性能如塑性及冲击韧度只有轻微降低，故一般限定含量为：碳素钢0.3％～0.8％，低合金高强度结构钢1.0％～1.6％。

硅是一种强的脱氧剂，含适量硅可使钢的强度大为提高，对其他性能影响不大，但过量（达1％左右）也会导致其塑性、韧度、焊接性能下降，冷弯性能及耐锈蚀性能也将恶化，故一般限定含量为：碳素钢0.07％～0.3％，低合金高强度结构钢不超过0.55％。

另外，一些合金元素也可明显提高钢的综合性能，如钒、钛、铌可提高钢的韧度；稀土有利于脱氧脱硫；镍、钼、铬可提高钢的低温韧性；铜可提高钢的耐腐蚀性能，但会降低钢材的焊接性能。

2）  有害微量元素

硫一般以硫化亚铁（FeS）的形式存在，高温时会熔化而导致钢材变脆（如焊接或热加工时就有可能引起热裂纹），即热脆。故一般严格控制含量：碳素钢不超过0.035％～0.05％；低合金高强度结构钢不超过0.025％～0.045％。

氧的作用和硫类似，使钢热脆，因此，在冶炼时需添加各种脱氧剂，使氧易于从铁液中逸出。一般含量控制在0.05％以下。

磷虽能提高钢材的强度及耐锈蚀性能，但会导致钢材的塑性、冲击韧度、焊接性能及冷弯性能严重降低，特别是在低温时使钢材变脆，即冷脆。故一般含量严格控制：碳素钢不超过0.035％～0.045％；低合金高强度结构钢不超过0.025％～0.045％。

氮的作用和磷类似，使钢冷脆，故一般含量控制在0.008％以下。