土木工程材料试验与检测 钢材化学性能 8.2.4—钢材的化学性能.ppt

钢材的化学性能 地隧专业教学资源库 《土木工程材料试验与检测》课程 学习情境： 建筑钢材 钢材化学性能 钢是以铁为主要元素、含碳量一般在2%以下，并含有其他元素的材料。 钢材化学性能 目前在钢材中常用的合金元素有： 有益合金元素：铬(Cr)，锰(Mn)，镍(Ni)，硅(Si)，铝（Al），钒(V)，钛(Ti)和稀土元素(Re)等。 有害元素：磷（P），硫（S）,氮（N），氧（O）,氢（H）等。 碳 有益元素 有害元素 钢材的化学性能 1、碳——决定钢材性能的主要元素 随着含碳量的增加，钢的强度和硬度提高，塑性和韧性下降。但当含碳量大于1.0%时，由于钢材变脆，强度反而下降。 钢材的化学性能 碳 有益元素 有害元素 2.有益合金元素 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。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。 钢材的化学性能 碳 有益元素 有害元素 有益合金元素 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%。较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能 钢材的化学性能 碳 有益元素 有害元素 有益合金元素 镍(Ni)：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。  钢材的化学性能 碳 有益元素 有害元素 有益合金元素 硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，硅能显著提高钢的弹性极限，屈服强度和抗拉强度，但硅量增加，会降低钢的焊接性能。 钢材的化学性能 碳 有益元素 有害元素 有益合金元素 铝(Al)：铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能。铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。  钢材的化学性能 碳 有益元素 有害元素 3.有害元素 磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。 钢材的化学性能 碳 有益元素 有害元素 有害元素 硫（S）：硫使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。但在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。 钢材的化学性能 碳 有益元素 有害元素 有害元素 氮(N):氮虽能提高钢的强度，但会使钢材的塑性特别韧性显著下降，氮还会加剧钢材的时效敏感性和冷脆性，使可焊性变差。 钢材的化学性能 碳 有益元素 有害元素 有害元素 氧（O）：氧在钢材中大都以氧化物的形式存在，使钢材的强度、塑性和韧性下降。氧的存在还使钢材的热塑性增加，焊接性能变差。 钢材的化学性能 碳 有益元素 有害元素 有害元素 氢（H）：氢以原子的状态溶于钢材中，会产生圆圈状的断裂面，即白点使钢材性能变差。有白点的钢材一般不能用于结构工程。 钢材的化学性能 碳 有益元素 有害元素 小结 化学元素（↑） 强度 硬度 塑性 韧性 可焊性 其他 碳（C）1% ↑ ↑ ↓ ↓ ↓ 冷脆性↑ 硅（Si）1%   ↓ ↓↓ ↓ 冷脆性↑ 锰（Mn） 　 ↑ ↑  ↑  脱氧、硫剂 钛（Ti）　 ↑↑  ↓ ↑  强脱氧剂 钒（V)　　 ↑     时效↓ 磷（P）　 ↑  ↓ ↓ ↓ 偏析、冷脆↑↑ 氮（N）　 ↑  ↓ ↓↓ ↓ 冷脆性↑ 硫（S）　 ↓    ↓  氧（O）　 ↓    ↓ 