钢材的性能主要由化学成分和内部组织决定。在材质书的化学成分表中,常见元素的作用各不相同,理解它们的影响,有助于判断材料的加工和使用性能。
碳是重要的元素。随着含碳量增加,钢材的强度和硬度提高,但塑性和韧性下降,焊接性能变差。低碳钢含碳量低,塑性好、易焊接,适合结构和冲压;高碳钢硬度高、耐磨,但焊接困难,多用于工具和弹簧。
锰是有益元素,主要作用是脱氧和脱硫,同时能提高钢材的强度和硬度,改善热加工性能。锰还能细化晶粒,提高韧性。一般结构钢中锰含量控制在一定范围,既能强化又不损害其他性能。
硅也是脱氧剂,能提高钢材的强度和硬度,但含量过高会降低塑性和韧性。硅还能提高钢材的耐腐蚀性和抗氧化性,在耐热钢中是有益元素。
硫和磷通常是有害元素。硫会使钢材在高温下变脆,称为热脆,对焊接和热加工不利;磷会使钢材在低温下变脆,称为冷脆,降低冲击韧性。所以标准中对硫磷含量有严格限制,优质钢的硫磷含量更低。
此外还有合金元素,如铬能提高强度、硬度和耐腐蚀性;镍能提高韧性和耐腐蚀性,降低脆性转变温度;钼能提高高温强度和抗蠕变能力;钒、铌、钛能细化晶粒,提高强度。这些元素的组合,构成了各种合金钢的性能基础。
采购时的应用:关注碳当量,它综合反映了钢材的焊接性,碳当量高的钢材焊接时需要预热和严格的工艺控制。对于需要焊接的结构,碳当量低一些的材料更容易保证焊接质量。