压力容器设计制造单位必知：碳钢含碳量对性能的影响

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合金元素对钢性能的影响

碳（C）

钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度提高，但塑性和抗冲击性能下降。当碳含量超过0.23%时，钢的焊接性能变坏。因此，焊接用低合金结构钢的碳含量一般不超过0.20%。碳含量过高还会降低钢的耐大气腐蚀性能。露天料场的高碳钢容易生锈。此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。

硅（Si）

硅是在炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂加入的，因此镇静钢中含硅0.15-0.30%。如果钢中硅含量超过0.50-0.60%，硅就被认为是一种合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限、屈服点和抗拉强度，因此被广泛用作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0-1.2%的硅，可使强度提高15-20%。硅与钼、钨、铬等结合有提高耐腐蚀性和抗氧化性的作用，可用来制造耐热钢。含硅1-4%的低碳钢具有极高的磁导率，在电气工业中用来制造硅钢片。硅含量的增加会降低钢的焊接性能。

锰（Mn）

在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂。一般钢中含锰0.30-0.50%，当碳钢中加入0.70%以上的锰时，就称为“锰钢”。这种钢与普通钢相比，不仅具有足够的韧性，而且强度和硬度也较高，提高了钢的淬硬性，改善了钢的热加工性能。例如16Mn钢的屈服点比A3高40%。含锰11-14%的钢具有极高的耐磨性，用于挖掘机铲斗、球磨机衬板等。锰含量的增加使钢的耐腐蚀性能减弱，焊接性能降低。

磷（P）

一般来说，磷在钢中属于有害元素，它使钢的冷脆性增大，焊接性能变坏，塑性降低，冷弯性能变坏，因此通常要求钢中磷含量小于0.045%，对优质钢要求就更低了。

硫（S）

硫在一般情况下也是有害元素，它使钢产生热脆性，降低钢的塑性和韧性，在锻造、轧制时产生裂纹。硫还对焊接性能不利，降低耐蚀性。因此，通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。钢中加入0.08-0.20%的硫，可改善切削加工性，通常称为易切削钢。

铬（Cr）

在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬还能提高钢的抗氧化性和抗腐蚀性，因此是不锈钢和耐热钢的重要合金元素。

镍（Ni）

镍能提高钢的强度，同时保持良好的塑性和韧性。镍对酸、碱有较高的抗腐蚀性能，在高温下防锈、耐热。但由于镍资源稀缺，应尽可能采用其他合金元素来代替镍铬钢。

钼（Mo）

钼能细化钢的晶粒，提高淬透性和耐热性，在高温下保持足够的强度和抗蠕变性（高温下长期受力引起变形，称为蠕变）。结构钢中加入钼，可提高力学性能。还可抑制合金钢因火烧而产生的脆性。在工具钢中可改善红变。

钛（Ti）

钛是钢中强烈的脱氧剂，能使钢内部组织致密，细化晶粒强度，降低时效敏感性和冷脆性，改善焊接性能。在铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适量的钛，可避免晶间腐蚀。

钒（V）

钒是钢的优良脱氧剂，钢中加入0.5%左右的钒，能细化晶粒，提高强度和韧性，钒与碳形成的碳化物，能提高钢在高温高压下的抗氢腐蚀性能。

钨（W）

钨熔点高、比重大，是一种珍贵的合金元素。钨与碳形成的碳化钨具有很高的硬度和耐磨性。在工具钢中加入钨，可显著提高红硬性和热强度，可用作切削刀具和锻模。

铌（Nb）

铌能细化晶粒，降低钢的过热敏感性和回火脆性，提高强度，但降低塑性和韧性。在普通低合金钢中加入铌，可提高其在高温下抗大气腐蚀和抗氢、氮、氨腐蚀的能力。铌能改善焊接性能。在奥氏体不锈钢中加入铌，可防止晶间腐蚀。

钴（Co）

钴是一种稀有贵金属，主要用于特殊钢和合金，如耐热钢和磁性材料。

铜（Cu）

武钢用大冶矿生产的钢中常含铜。铜能提高强度和韧性，特别是耐大气腐蚀性能，缺点是在热加工时易产生热脆性。铜含量超过0.5%时，塑性明显下降。铜含量低于0.50%时，对焊接性无影响。

铝（Al）

铝是钢中常用的脱氧剂，钢中加入少量铝，能细化晶粒，提高冲击韧性，如深冲薄板用08Al钢。铝还具有抗氧化、抗腐蚀性能，铝与铬、硅等配合可明显提高钢的高温剥落性能和高温抗腐蚀性能。铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削性能。

硼（B）

钢中添加少量的硼，可以改善钢的密度和热轧性能，提高钢的强度。

氮（N）

氮能提高钢的强度、低温韧性和焊接性，增加时效敏感性。

稀土元素 (Xt)

稀土元素是指元素周期表中原子序数为57-71的15种镧系元素。这些元素都是金属，但它们的氧化物与“土”很相似，所以通常被称为稀土。在钢中加入稀土，可以改变钢中夹杂物的成分、形态、分布和性质，从而改善钢的各项性能，如韧性、焊接性、冷加工性能等。在犁铧钢中加入稀土，可以提高耐磨性。