2、硅（Si）：在煉鋼過程中加硅作為還原劑和脫氧劑，所以鎮(zhèn)靜鋼含有0.15－0.30%的硅。如果鋼中含硅量超過0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能顯著提高鋼的彈性極限，屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度，故廣泛用于作彈簧鋼。在調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼中加入1.0－1.2%的硅，強(qiáng)度可提高15－20%。硅和鉬、鎢、鉻等結(jié)合，有提高抗腐蝕性和抗氧化的作用，可制造耐熱鋼。含硅1－4%的低碳鋼，具有極高的導(dǎo)磁率，用于電器工業(yè)做矽鋼片。硅量增加，會降低鋼的焊接性能。
3、錳（Mn）：在煉鋼過程中，錳是良好的脫氧劑和脫硫劑，一般鋼中含錳0.30－0.50%。在碳素鋼中加入0.70%以上時(shí)就算“錳鋼”，較一般鋼量的鋼不但有足夠的韌性，且有較高的強(qiáng)度和硬度，提高鋼的淬性，改善鋼的熱加工性能，如16Mn鋼比A3屈服點(diǎn)高40%。含錳11－14%的鋼有極高的耐磨性，用于挖土機(jī)鏟斗，球磨機(jī)襯板等。錳量增高，減弱鋼的抗腐蝕能力，降低焊接性能。
4、磷（P）：在一般情況下，磷是鋼中有害元素，增加鋼的冷脆性，使焊接性能變壞，降低塑性，使冷彎性能變壞。因此通常要求鋼中含磷量小于0.045%，優(yōu)質(zhì)鋼要求更低些。
5、硫（S）：硫在通常情況下也是有害元素。使鋼產(chǎn)生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時(shí)造成裂紋。硫?qū)附有阅芤膊焕档湍透g性。所以通常要求硫含量小于0.055%，優(yōu)質(zhì)鋼要求小于0.040%。在鋼中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常稱易切削鋼。
6、鉻（Cr）：在結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼中，鉻能顯著提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但同時(shí)降低塑性和韌性。鉻又能提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性，因而是不銹鋼，耐熱鋼的重要合金元素。
7、鎳(Ni)：鎳能提高鋼的強(qiáng)度，而又保持良好的塑性和韌性。鎳對酸堿有較高的耐腐蝕能力，在高溫下有防銹和耐熱能力。但由于鎳是較稀缺的資源，故應(yīng)盡量采用其他合金元素代用鎳鉻鋼。
8、 鉬(Mo)：鉬能使鋼的晶粒細(xì)化，提高淬透性和熱強(qiáng)性能，在高溫時(shí)保持足夠的強(qiáng)度和抗蠕變能力(長期在高溫下受到應(yīng)力，發(fā)生變形，稱蠕變)。結(jié)構(gòu)鋼中加入鉬，能提高機(jī)械性能。 還可以抑制合金鋼由于火而引起的脆性。在工具鋼中可提高紅性。
9、鈦(Ti)：鈦是鋼中強(qiáng)脫氧劑。它能使鋼的內(nèi)部組織致密，細(xì)化晶粒力；降低時(shí)效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在鉻18鎳9奧氏體不銹鋼中加入適當(dāng)?shù)拟�，可避免晶間腐蝕。
10、釩(V)：釩是鋼的優(yōu)良脫氧劑。鋼中加0.5%的釩可細(xì)化組織晶粒，提高強(qiáng)度和韌性。釩與碳形成的碳化物，在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕能力。
11、鎢(W)：鎢熔點(diǎn)高，比重大，是貴生的合金元素。鎢與碳形成碳化鎢有很高的硬度和耐磨性。在工具鋼加鎢，可顯著提高紅硬性和熱強(qiáng)性，作切削工具及鍛模具用。
12、鈮(Nb)：鈮能細(xì)化晶粒和降低鋼的過熱敏感性及回火脆性，提高強(qiáng)度，但塑性和韌性有所下降。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。鈮可改善焊接性能。在奧氏體不銹鋼中加鈮，可防止晶間腐蝕現(xiàn)象。
13、鈷(Co)：鈷是稀有的貴重金屬，多用于特殊鋼和合金中，如熱強(qiáng)鋼和磁性材料。
14、銅(Cu)：武鋼用大冶礦石所煉的鋼，往往含有銅。銅能提高強(qiáng)度和韌性，特別是大氣腐蝕性能。缺點(diǎn)是在熱加工時(shí)容易產(chǎn)生熱脆，銅含量超過0.5%塑性顯著降低。當(dāng)銅含量小于0.50%對焊接性無影響。
15、鋁(Al)：鋁是鋼中常用的脫氧劑。鋼中加入少量的鋁，可細(xì)化晶粒，提高沖擊韌性，如作深沖薄板的08Al鋼。鋁還具有抗氧化性和抗腐蝕性能，鋁與鉻、硅合用，可顯著提高鋼的高溫不起皮性能和耐高溫腐蝕的能力。鋁的缺點(diǎn)是影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能。
16、硼(B)：鋼中加入微量的硼就可改善鋼的致密性和熱軋性能，提高強(qiáng)度。
17、氮(N):氮能提高鋼的強(qiáng)度，低溫韌性和焊接性，增加時(shí)效敏感性。
18、稀土(Xt)：稀土元素是指元素周期表中原子序數(shù)為57-71的15個(gè)鑭系元素。這些元素都是金屬，但他們的氧化物很象“土”，所以習(xí)慣上稱稀土。鋼中加入稀土，可以改變鋼中夾雜物的組成、形態(tài)、分布和性質(zhì)，從而改善了鋼的各種性能，如韌性、焊接性，冷加工性能。在犁鏵鋼中加入稀土，可提高耐磨性。
第二部分
1、化學(xué)成分的影響
在普通碳素結(jié)構(gòu)鋼中，除了鐵和碳元素外，還有錳、硅、硫、磷等元素和氧、氫、氮等有害氣體，其中純鐵約占99％左右，而其它元素僅占1％左右。在低合金結(jié)構(gòu)鋼中，除上述元素外還加入一定數(shù)量的合金元素，其總量不超過5％。盡管碳和其它元素含量不多，但對鋼的性能影響很大，其中以碳對鋼的性能影響最大。
碳C：是決定鋼材性能的最主要元素。隨著含碳量的增加，鋼材的抗拉強(qiáng)度和屈服點(diǎn)上升，硬度增加；但伸長率、斷面收縮率、沖擊韌性均減少，冷彎性能和焊接性能變壞。因此，鋼結(jié)構(gòu)特別是焊接結(jié)構(gòu)不宜用含碳量高的鋼材制定�！朵摻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（TJ17－74）所推薦的鋼材，含碳量均不超過0.22％。
錳Mn：是一種脫氧劑。一部分固溶，一部分以硫化錳MnS的形式存在。錳能提高鋼材的強(qiáng)度和硬度，且塑性和沖擊韌性降低不多。由于錳在鋼中能防止生成低熔點(diǎn)的硫化鐵和硫化鐵與氧化鐵的共晶體，故可大大改善鋼的熱加工性能，消除熱脆性的影響。在普通碳鋼中，錳的含量在0.25％～0.65％范圍內(nèi)，在我國生產(chǎn)的低合金結(jié)構(gòu)鋼中，錳是主要的合金元素，如16Mn鋼中，錳的含量在12％～16％。錳的含量太多，會顯著增加鋼的淬火傾向，從而降低鋼的可焊性。因此，焊接結(jié)構(gòu)用的低合金錳鋼其含錳量一般不超過1.7％。
硅Si：也是一種脫氧劑，它是以固溶狀態(tài)存在，能提高鋼的強(qiáng)度和硬度。但含硅量過多將降低鋼材的塑性和沖擊韌性，增加冷脆和時(shí)效的敏感性，可焊性也變壞。一般在鎮(zhèn)靜鋼中，硅的含量在0.10％～0.30％。
硫S：是原料帶入鋼中的有害元素，它以硫化錳（MnS）的形式存在，當(dāng)硫的含量過多或錳的含量不足時(shí)就以硫化鐵（FeS）的形式存在。硫化鐵是一種低熔點(diǎn)的化合物，尤其硫化鐵與鐵素體形成共晶體，其熔點(diǎn)更低，只有985℃。因此，硫在鋼中增加了鋼材的紅脆性和熱裂傾向，使鋼在熱加工時(shí)容易發(fā)生開裂，這種現(xiàn)象稱為“熱脆”。此外，它還降低了鋼的沖擊韌性和疲勞強(qiáng)度。當(dāng)鋼中含碳量增加時(shí)，硫的偏析加劇，鋼材的熱脆傾向增大，焊接性能也變得更壞。因此，要嚴(yán)格控制結(jié)構(gòu)鋼中硫的含量，在普通碳素鋼中一般不超過0.050％，優(yōu)質(zhì)碳素鋼中一般不超過0.045％，普通低合金鋼中一般不超過0.050％。
磷P： 和硫一樣也是由原料帶入鋼中的有害元素。隨含磷量的增加，鋼材在室溫下的塑性和沖擊韌性降低，在低溫狀態(tài)下，尤其當(dāng)溫度低于－20℃時(shí)，上述傾向就更明顯，使鋼材容易發(fā)生脆斷，這種現(xiàn)象稱為“冷脆”。當(dāng)鋼中碳的含量增高時(shí)，磷的影響程度越顯著，鋼材的冷彎性能和焊接性能都變得更壞。因此，磷的含量也應(yīng)嚴(yán)格控制，在普通碳素鋼中一般不超過0.045％，優(yōu)質(zhì)碳素鋼一般不超過0.040％，普通低合金鋼一般不超過0.050％。
鋁Al：鋁是鋼中的強(qiáng)脫氧劑，對于質(zhì)量要求較高的鋼材，常用鋁來補(bǔ)充脫氧。鋁還可與鋼中的氮化合成非常細(xì)小的氮化鋁（AlN）微粒，使結(jié)晶組織細(xì)化，形成細(xì)晶粒鋼。這種鋼材具有較高的沖擊韌性和很小的冷脆傾向以及時(shí)效傾向，焊接時(shí)可減少熱裂紋和冷裂紋的形成，改善鋼材的焊接性能。
鈦Ti：是鋼中的強(qiáng)脫氧劑和除氣劑，它能使鋼的內(nèi)部組織致密、晶粒細(xì)化。鈦在鋼中能與碳和氮作用生成碳化鈦（TiC）和氮化鈦（TiN），起穩(wěn)定碳和氮的作用。合金鋼中加入適量的鈦可顯著地提高鋼材的強(qiáng)度和韌性，降低過熱敏感性。在低合金鋼中，還有釩（V）、鈮（Nb）等合金元素，它們對鋼材性能的影響與鈦元素相似。
氫H：是鋼中形成氫白點(diǎn)的原因，使鋼變脆。氫含量超高，氫脆性超大，使鋼的機(jī)械性能和加工性能均變差。因此，存在氫白點(diǎn)的鋼材一般不能用在重要結(jié)構(gòu)上。
2.冷加工的影響
鋼材在常溫下經(jīng)過冷拉、校直、彎曲、機(jī)械剪切等冷加工后，會產(chǎn)生不同程度的塑性變形，并使鋼材的強(qiáng)度和硬度升高.塑性和韌性降低，這種現(xiàn)象稱作冷作硬化或者稱應(yīng)變硬化。經(jīng)過冷作硬化的鋼材，在常溫下放置一段時(shí)間后鋼材的屈服點(diǎn)會進(jìn)一步升高，抗拉強(qiáng)度也隨之升高，而塑性和韌性進(jìn)一步下降，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變時(shí)效。應(yīng)變時(shí)效與鋼中碳、氮的析出過程有關(guān)，使已經(jīng)冷作硬化的鋼材又產(chǎn)生時(shí)效硬化。冷加工過程雖然能提高鋼材的強(qiáng)度，但是使塑性和韌性降低，增加了鋼材的脆性，這對于承受動載荷和低溫下工作的結(jié)構(gòu)是十分不利的。因此，即使是一般的鋼結(jié)構(gòu)，也不利用冷作來強(qiáng)化鋼材，而對于承受動載荷和低溫下工作的結(jié)構(gòu)還考慮冷作硬化對結(jié)構(gòu)帶來的不利影響。
3.溫度的影響
溫度對鋼材的機(jī)械性能影響，對不同的結(jié)構(gòu)鋼種是不完全相同的，但總的說來與常溫時(shí)相比，鋼材在溫度100℃左右時(shí)的強(qiáng)度、塑性和彈性模量均略有下降，溫度進(jìn)入到200一300℃時(shí)，抗拉強(qiáng)度和硬度上升，延伸率下降，鋼材變脆，稱為藍(lán)脆性，對應(yīng)的溫度區(qū)稱為藍(lán)脆區(qū)。在藍(lán)脆區(qū)內(nèi)進(jìn)行加工容易使鋼材產(chǎn)生裂紋。當(dāng)溫度低于常溫時(shí)，隨著溫度的降低，鋼材的脆性逐漸增大，可能導(dǎo)致低溫脆斷。
1.2 鋼材的種類、標(biāo)志代號和特性
1.2.1鋼材的種類
用于制造各種機(jī)械零件和各種金屬結(jié)構(gòu)的鋼，都屬于結(jié)構(gòu)鋼。結(jié)構(gòu)鋼按其化學(xué)成分來分，主要有普通碳素鋼和普通低合金鋼兩大類。普通低合金鋼根據(jù)其熱處理狀態(tài)，又分為非調(diào)質(zhì)鋼和調(diào)質(zhì)鋼兩類。非調(diào)質(zhì)鋼一般是以熱軋狀態(tài)或正火狀態(tài)使用，簡稱低合金鋼，而調(diào)質(zhì)鋼以調(diào)質(zhì)狀態(tài)（即進(jìn)行淬火、回火熱處理）使用，有時(shí)也稱熱處理低合金鋼。
1.2.2普通碳素鋼
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