生鐵中除鐵外，還含有碳、硅、錳、磷和硫等元素。這些元素對生鐵的性能均有一定的影響。
碳（C）：在生鐵中以兩種形態(tài)存在，一種是游離碳（石墨），主要存在于鑄造生鐵中，另一種是化合碳（碳化鐵），主要存在于煉鋼生鐵中，碳化鐵硬而脆，塑性低，含量適當(dāng)可提高生鐵的強(qiáng)度和硬度，含量過多，則使生鐵難于削切加工，這就是煉鋼生鐵切削性能差的原因。石墨很軟，強(qiáng)度低，它的存在能增加生鐵的鑄造性能。
硅（SI）：能促使生鐵中所含的碳分離為石墨狀，能去氧，還能減少鑄件的氣眼，能提高熔化生鐵的流動性，降低鑄件的收縮量，但含硅過多，也會使生鐵變硬變脆。
錳（MN）：能溶于鐵素體和滲碳體。在高爐煉制生鐵時，含錳量適當(dāng)，可提高生鐵的鑄造性能和削切性能，在高爐里錳還可以和有害雜質(zhì)硫形成硫化錳，進(jìn)入爐渣。
磷（P）：屬于有害元素，但磷可使鐵水的流動性增加，這是因?yàn)榱驕p低了生鐵熔點(diǎn)，所以在有的制品內(nèi)往往含磷量較高。然而磷的存在又使鐵增加硬脆性，優(yōu)良的生鐵含磷量應(yīng)少，有時為了要增加流動性，含磷量可達(dá)1.2%。
硫（S）：在生鐵中是有害元素，它促使鐵與碳的結(jié)合，使鐵硬脆，并與鐵化合成低熔點(diǎn)的硫化鐵，使生鐵產(chǎn)生熱脆性.減低鐵液的流動性，顧含硫高的生鐵不適于鑄造細(xì)件。鑄造生鐵中硫的含量規(guī)定較多不得超過0.06%（車輪生鐵除外）。
鋼
元素在鋼中的作用
常存雜質(zhì)元素對鋼材性能的影響
鋼除含碳以外，還含有少量錳(MN)、硅(SI)、硫(S)、磷(P)、氧（O）、氮（N）和氫（H）等元素。這些元素并非為改變鋼材質(zhì)量有意加入的，而是由礦石及冶煉過程中帶入的，故稱為雜質(zhì)元素。這些雜質(zhì)對鋼性能是有一定影響，為了保證鋼材的質(zhì)量，在國家標(biāo)準(zhǔn)中對各類鋼的化學(xué)成分都作了嚴(yán)格的規(guī)定。
1）硫
硫來源于煉鋼的礦石與燃料焦炭。它是鋼中的一種有害元素。硫以硫化鐵(FES)的形態(tài)存在于鋼中，F(xiàn)ES和FE形成低熔點(diǎn)(985℃)化合物。而鋼材的熱加工溫度一般在1150～1200℃以上，所以當(dāng)鋼材熱加工時，由于 FES化合物的過早熔化而導(dǎo)致工件開裂，這種現(xiàn)象稱為“熱脆”。含硫量愈高，熱脆現(xiàn)象愈嚴(yán)重，故需對鋼中含硫量進(jìn)行控制。優(yōu)良鋼：S＜0.02%～0.03%；優(yōu)良鋼：S＜0.03%～0.045%；普通鋼：S＜0.055%～0.7%以下。
2）磷
磷是由礦石帶入鋼中的，一般說磷也是有害元素。磷雖能使鋼材的強(qiáng)度、硬度變高，但引起塑性、沖擊韌性顯著降低。特別是在低溫時，它使鋼材顯著變脆，這種現(xiàn)象稱"冷脆"。冷脆使鋼材的冷加工及焊接性變壞，含磷愈高，冷脆性愈大，故鋼中對含磷量控制較嚴(yán)。優(yōu)良鋼： P＜0.025%；優(yōu)良鋼： P＜0.04%；普通鋼： P＜0.085%。
3）錳
錳是煉鋼時作為脫氧劑加入鋼中的。由于錳可以與硫形成高熔點(diǎn)(1600℃)的 MNS，一定程度上去除了硫的有害作用。錳具有很好的脫氧能力，能夠與鋼中的FEO成為MNO進(jìn)入爐渣，從而改變鋼的品質(zhì)，特別是降低鋼的脆性，提高鋼的強(qiáng)度和硬度。因此，錳在鋼中是一種有益元素。一般認(rèn)為，鋼中含錳量在0.5%～0.8%以下時，把錳看成是常存雜質(zhì)。技術(shù)條件中規(guī)定，優(yōu)良碳素結(jié)構(gòu)鋼中，正常含錳量是0.5%～0.8%；而較高含錳量的結(jié)構(gòu)鋼中，其量可達(dá)0.7%～1.2%。
4）硅
硅也是煉鋼時作為脫氧劑而加入鋼中的元素。硅與鋼水中的FEO能結(jié)成密度較小的硅酸鹽爐渣而被除去，因此硅是一種有益的元素。硅在鋼中溶于鐵素體內(nèi)使鋼的強(qiáng)度、硬度增加，塑性、韌性降低。鋼中的含硅量通常在0.1%～0.37%，沸騰鋼中只含有0.03%～0.07%。由于鋼中硅含量一般不超過0.5%，對鋼性能影響不大。
5）氧
氧在鋼中是有害元素。它是在煉鋼過程中自然進(jìn)入鋼中的，盡管在煉鋼末期要加入錳、硅、鐵和鋁進(jìn)行脫氧，但不可能除盡。氧在鋼中以FEO、MNO、SIO2、AL2O3等夾雜形式，使鋼的強(qiáng)度、塑性降低。尤其是對疲勞強(qiáng)度、沖擊韌性等有嚴(yán)重影響。
第4章：常用金屬材料中各種化學(xué)成分對性能的影響2
6）氮鐵素體溶解氮的能力很低。當(dāng)鋼中溶有過飽和的氮，在放置較長一段時間后或隨后在200～300℃加熱就會發(fā)生氮以氮化物形式的析出，并使鋼的硬度、強(qiáng)度提高，塑性下降，發(fā)生時效。鋼液中加入AL、TI或V進(jìn)行固氮處理，使氮固定在ALN、TIN或VN中，可去除時效傾向。
7）氫
鋼中溶有氫會引起鋼的氫脆、白點(diǎn)等缺點(diǎn)。白點(diǎn)常在軋制的厚板、大鍛件中發(fā)現(xiàn)，在縱斷面中可看到圓形或橢圓形的白色斑點(diǎn)；在橫斷面上則是細(xì)長的發(fā)絲狀裂紋。鍛件中有了白點(diǎn)，使用時會發(fā)生突然斷裂，造成不測事故。因此，化工容器用鋼，不允許有白點(diǎn)存在。氫產(chǎn)生白點(diǎn)冷裂的主要原因是因?yàn)楦邷貖W氏體冷至較低溫時，氫在鋼中的溶解度急劇降低。當(dāng)冷卻較快時，氫原子來不及擴(kuò)散到鋼的表面而逸出，就在鋼中的一些缺點(diǎn)處由原子狀態(tài)的氫變成分子狀態(tài)的氫。氫分子在不能擴(kuò)散的條件下在局部地區(qū)產(chǎn)生很大壓力，這壓力超過了鋼的強(qiáng)度限制而在該處形成裂紋，即白點(diǎn)。
合
金
合金鋼中元素的作用
為了合金化而加入的合金元素，較常用的有硅、錳、鉻、鎳、鉬、鎢、釩，鈦，鈮、硼、鋁等?，F(xiàn)分別說明它們在鋼中的作用。
1）硅
①提高鋼中固溶體的強(qiáng)度和冷加工硬化程度使鋼的韌性和塑性降低；
②硅能顯著地提高鋼的彈性級限、屈服級限和屈強(qiáng)比；
?、勰透g性。硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15％一20％的高硅鑄鐵，是很好的耐酸材料。含有硅的鋼在氧化氣氛中加熱時，表面也將形成一層SIO2薄膜。
缺點(diǎn)：使鋼的連接性能惡化。
2）錳
?、馘i能提高鋼的淬透性。
?、阱i對提高低碳和中碳珠光體鋼的強(qiáng)度有顯著的作用。
③錳對鋼的高溫瞬時強(qiáng)度有所提高。
缺點(diǎn)：
①含錳較高時，有較明顯的回火脆性現(xiàn)象；
?、阱i有促使晶粒長大的作用，因此錳鋼對過熱較敏感T在熱處理工藝上需注意。這種缺點(diǎn)可用加入細(xì)化晶粒元素如鉬、釩、鈦等來克服：
?、郛?dāng)錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過1％時，會使鋼的連接性能變壞
3）鉻在鋼中的作用
?、巽t可提高鋼的強(qiáng)度和硬度。
?、阢t可提高鋼的高溫機(jī)械性能。
③使鋼具有良好的抗腐蝕性
?、茏柚故?/p>
?、萏岣叽阃感浴?/p>
缺點(diǎn)：
?、偈秋@著提高鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度
?、阢t能促鋼的回火脆性。
4）鎳在鋼中的作用
①可提高鋼的強(qiáng)度而不顯著降低其韌性；
?、阪嚳山档弯摰拇嘈赞D(zhuǎn)變溫度，即可提高鋼的低溫韌性；
③改變鋼的加工性和可焊性；
?、苕嚳梢蕴岣咪摰目垢g能力，不***能耐酸，而且能抗堿和大氣的腐蝕。
5）鉬在鋼中的作用
①鉬對鐵素體有固溶強(qiáng)化作用。
②提高鋼熱強(qiáng)性
?、劭箽淝治g的作用。
?、芴岣咪摰拇阃感浴?/p>
缺點(diǎn)：
鉬的主要不良作用是它能使低合金鉬鋼發(fā)生石墨化的傾向。
6）鎢在鋼中的作用
①提高強(qiáng)度
?、谔岣咪摰母邷貜?qiáng)度。
?、厶岣咪摰目箽湫阅堋?/p>
?、苁鞘逛摼哂袩嵊残浴Ｒ虼随u是高速工具鋼中的主要合金元素。
7）釩在鋼中的作用
?、贌釓?qiáng)性。
?、阝C能顯著地改變普通低碳低合金鋼的連接性能。
8）鈦在鋼中的作用
?、兮伳芨淖冧摰臒釓?qiáng)性，提高鋼的抗蠕變性能及高溫長久強(qiáng)度；
?、诓⒛芴岣咪撛诟邷馗邏簹錃庵械姆€(wěn)定性。使鋼在高壓下對氫的穩(wěn)定性高達(dá)600℃以上，在珠光體低合金鋼中，鈦可阻止鉬鋼在高溫下的石墨化現(xiàn)象。因此，鈦是鍋爐高溫元件所用的熱強(qiáng)鋼中的重要合金元素之一。
9）鈮在鋼中的作用
?、兮壓吞肌⒌?、氧都有很強(qiáng)的結(jié)合力，并與之形成相應(yīng)的很為穩(wěn)定的化合物，因而能細(xì)化晶粒，降低鋼的過熱敏感性和回火脆性。
②有很好的抗氫性能。
③鈮能提高鋼的熱強(qiáng)性
10）硼在鋼中的作用 ；
?、偬岣咪摰拇阃感?。
②提高鋼的高溫強(qiáng)度。強(qiáng)化晶界的作用。
11）鋁在鋼中的作用
①用作煉鋼時的脫氧定氮劑，細(xì)化晶粒，控制低碳鋼的時效，改變鋼在低溫時的韌性，特別是降低了鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度；
②此外，鋁還能提高對硫化氫和V2O5，的抗腐蝕性。
缺點(diǎn)：
?、倜撗鯐r如用鋁量過多，將促使鋼的石墨化傾向。
?、诋?dāng)含鋁較高時,其高溫強(qiáng)度和韌性較低。
