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1、碳（C）：鋼中含碳量增加，屈服點和抗拉強度升高，但塑性和沖擊性降低，當碳量0.23%超過時，鋼的焊接性能變壞，因此用于焊接的低合金結(jié)構(gòu)鋼，含碳量一般不超過0.20%。碳量高還會降低鋼的耐大氣腐蝕能力，在露天料場的高碳鋼就易銹蝕；此外，碳能增加鋼的冷脆性和時效敏感性。
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，屈服點和抗拉強度，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屈服點高40%。含錳11－14%的鋼有極高的耐磨性，用于挖土機鏟斗，球磨機襯板等。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，在鍛造和軋制時造成裂紋。硫?qū)�焊接性能也不利，降低耐腐蝕性。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，鉻能顯著提高強度、硬度和耐磨性，但同時降低塑性和韌性。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)：鉬能使鋼的晶粒細化，提高淬透性和熱強性能，在高溫時保持足夠的強度和抗蠕變能力(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)：鈦是鋼中強脫氧劑。它能使鋼的內(nèi)部組織致密，細化晶粒力；降低時效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在鉻18鎳9奧氏體不銹鋼中加入適當?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%的釩可細化組織晶粒，提高強度和韌性。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性，作切削工具及鍛模具用。
12、鈮(Nb)：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。銅能提高強度和韌性，特別是大氣腐蝕性能。缺點是在熱加工時容易產(chǎn)生熱脆，銅含量超過0.5%塑性顯著降低。當銅含量小于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，提高強度。
17、氮(N):氮能提高鋼的強度，低溫韌性和焊接性，增加時效敏感性。
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，鋼材的抗拉強度和屈服點上升，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，當硫的含量過多或錳的含量不足時就以硫化鐵（FeS）的形式存在。硫化鐵是一種低熔點的化合物，尤其硫化鐵與鐵素體形成共晶體，其熔點更低，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度。當鋼中含碳量增加時，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，尤其當溫度低于－20℃時，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”。當鋼中碳的含量增高時，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：鋁是鋼中的強脫氧劑，對于質(zhì)量要求較高的鋼材，常用鋁來補充脫氧。鋁還可與鋼中的氮化合成非常細小的氮化鋁（AlN）微粒，使結(jié)晶組織細化，形成細晶粒鋼。這種鋼材具有較高的沖擊韌性和很小的冷脆傾向以及時效傾向，焊接時可減少熱裂紋和冷裂紋的形成，改善鋼材的焊接性能。
鈦Ti：是鋼中的強脫氧劑和除氣劑，它能使鋼的內(nèi)部組織致密、晶粒細化。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：是鋼中形成氫白點的原因，使鋼變脆。氫含量超高，氫脆性超大，使鋼的機械性能和加工性能均變差。因此，存在氫白點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間后鋼材的屈服點會進一步升高，抗拉強度也隨之升高，而塑性和韌性進一步下降，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變時效。應(yīng)變時效與鋼中碳、氮的析出過程有關(guān)，使已經(jīng)冷作硬化的鋼材又產(chǎn)生時效硬化。冷加工過程雖然能提高鋼材的強度，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相比，鋼材在溫度100℃左右時的強度、塑性和彈性模量均略有下降，溫度進入到200一300℃時，抗拉強度和硬度上升，延伸率下降，鋼材變脆，稱為藍脆性，對應(yīng)的溫度區(qū)稱為藍脆區(qū)。在藍脆區(qū)內(nèi)進行加工容易使鋼材產(chǎn)生裂紋。當溫度低于常溫時，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、標志代號和特性
1.2.1鋼材的種類
用于制造各種機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)（即進行淬火、回火熱處理）使用，有時也稱熱處理低合金鋼。
1.2.2普通碳素鋼

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