19种影响模具钢性能的化学元素
　　模具钢中有各种化学元素，构成数百种不同的等级。那么这些化学元素在钢铁中起什么作用呢？
　　
　　影响钢性能的19种化学元素：
　　
　　1.碳:
　　
　　碳在钢中的作用是一把双刃剑。随着碳含量的增加，材料的屈服点和拉伸强度会逐渐增加，但成形性和抗冲击性会降低。因此，碳含量需要根据不同的材料用途进行定制。
　　
　　当含碳量超过0.23%时，可焊性会大大下降，使焊接场合使用的低合金结构钢的含碳量不能超过0.20%。碳含量过高也会导致钢材耐大气腐蚀能力下降，露天堆场高碳钢容易被腐蚀。
　　
　　高碳含量是一个缺点，高碳含量可以改善钢的冷脆性和时效敏感性。
　　
　　2.硅:
　　
　　硅作为还原剂和脱氧剂，在炼钢过程中加入，因此镇静钢含硅0.15-0.30%。当钢中的硅含量超过0.50-0.60%时，硅被认为是合金元素。
　　
　　硅可以显著提高钢的弹性极限、屈服点和抗拉强度，因此在弹簧钢中得到广泛应用。例如，弹簧钢如65Mn和82B含有0.15-0.37%的硅。在调质结构钢中加入1.0-1.2%的硅，可提高钢的强度15-20%；硅与钼、钨、铬等结合。，可提高耐腐蚀性和抗氧化性，可用于制造耐热钢；含硅1.0-4.0%的低碳钢，具有极高的磁导率，在电气工业中用作硅钢片。
　　
　　当然硅是没有好处的，会降低钢的可焊性。
　　
　　3.锰:
　　
　　在炼钢过程中，锰是一种很好的脱氧剂和脱硫剂。钢一般含0.30-0.50%的锰。当添加0.70%以上的碳钢时，被认为是“锰钢”。与普通钢相比，它不仅具有足够的韧性，而且具有较高的强度和硬度，提高了钢的淬透性，改善了钢的热加工性能。比如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。
　　
　　锰含量高也有缺点。当锰含量高时，钢有明显的回火脆性现象；锰能促进晶粒生长，热处理时应注意。当锰的质量分数超过1%时，钢的焊接性会降低。
　　
　　4.硫磺:
　　
　　硫是钢中的有害元素，来自炼钢矿石和燃料焦炭。
　　
　　硫以硫化铁(FeS)的形式存在于钢中，FeS和Fe形成一种低熔点(985℃)的化合物，钢的热加工温度一般为1150-1200℃，所以钢在热加工时，FeS化合物会过早熔化，导致工件开裂。这种现象被称为“热脆性”。硫含量越高，热脆性越严重，因此必须控制钢中的硫含量。
　　
　　S < 0.02-0.03%为优质钢，0.03-0.045%为优质钢，0.055-0.07%为普通钢。在某些情况下，需要添加硫。例如，在钢中加入0.08-0.20%的硫可以改善切削加工性，通常称为易切削钢。
　　
　　硫对焊接性能也不好，会降低耐腐蚀性。
　　
　　5.磷:
　　
　　磷由矿石带入钢中。总的来说，磷也是有害元素。磷虽然可以提高钢的强度和硬度，但会显著降低塑性和冲击韧性。特别是在低温下，会使钢材显著变脆，称为“冷脆”。冷脆性恶化了钢的冷加工和焊接性。磷含量越高，冷脆性越大，所以钢中磷含量是严格控制的。优质钢:p < 0.025%；优质钢:p < 0.04%；普通钢:p < 0.085%。
　　
　　6.氧:
　　
　　氧气是钢中的有害元素。它在炼钢过程中自然进入钢中。虽然炼钢结束要加锰、硅、铁、铝脱氧，但不可能完全去除。氧在钢中以FeO、MnO、SiO2、Al2O3等夹杂物的形式存在，降低了钢的强度和塑性。尤其对疲劳强度和冲击韧性影响严重。
　　
　　7.氮:
　　
　　铁氧体溶解氮的能力很低。当过饱和氮溶解在钢中时，在200 ~ 300℃下静置较长时间或加热后，氮会以氮化物的形式析出，从而提高钢的硬度和强度，降低塑性，引起时效。在钢水中加入铝、钛或钒来固定氮化铝、氮化钛或氮化钒中的氮，可以消除时效倾向。
　　
　　8.铬:
　　
　　在结构钢和工具钢中，铬可以显著提高强度、硬度和耐磨性，使钢具有良好的抗氧化性和耐腐蚀性，因此是不锈钢和耐热钢的重要合金元素，也可以提高钢的淬透性，是重要的合金元素。
　　
　　而铬还能提高钢的韧脆转变温度和回火脆性，会给加工带来不必要的麻烦。
　　
　　9.镍:
　　
　　影响钢性能的19种化学元素
　　
　　镍可以提高钢的强度，同时保持良好的塑性和韧性。镍具有很高的耐酸碱性、防锈性和高温耐热性。但由于镍是稀缺资源，应尽可能使用其他合金元素替代镍铬钢。对于厂家来说，检测不锈钢中的镍含量，防止供应商以次充好是非常重要的。GNR手持光谱仪P5能有效检测Ni含量(右边超链接)- GNR手持光谱仪|镍合金检测报告
　　
　　10.钼:
　　
　　钼可以细化钢的晶粒，提高淬透性和热强度，并在高温下保持足够的强度和抗蠕变性(高温下的长期应力和变形称为蠕变)。在结构钢中添加钼可以提高机械性能。还能抑制合金钢因火而产生的脆性。工具钢加钼可以改善发红。
　　
　　11.钛:
　　
　　钛是钢中强脱氧剂。能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低老化敏感性和冷脆性。提高焊接性能。在Cr18Ni9奥氏体不锈钢中加入适量的钛可以避免晶间腐蚀。
　　
　　12.钒:
　　
　　钒是一种优良的钢铁脱氧剂。在钢中加入0.5%的钒可以细化晶粒组织，提高强度和韧性。钒和碳形成的碳化物可以提高高温高压下的抗氢腐蚀能力。
　　
　　13.钨:
　　
　　钨是一种高熔点、高比重的贵重合金元素。钨和碳形成的碳化钨具有很高的硬度和耐磨性。工具钢中添加钨可显著提高红硬性和热强度，可用于刀具和锻模。
　　
　　14.铌:
　　
　　Nb可以细化晶粒，降低钢的过热敏感性和回火脆性，提高强度，但塑性和韧性下降。在普通低合金钢中加入铌，可以提高高温下抗大气腐蚀和抗氢、氮、氨腐蚀的能力。铌可以改善焊接性能。在奥氏体不锈钢中加入铌可以防止晶间腐蚀。
　　
　　15.钴:
　　
　　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。
　　
　　16.铜:
　　
　　从WISCO大冶矿石提炼的钢通常含有铜。铜可以提高强度和韧性，尤其是大气腐蚀性能。缺点是热加工时容易产生热脆化，铜含量超过0.5%时塑性明显降低。当铜含量小于0.50%时，对焊接性没有影响。
　　
　　17.铝:
　　
　　铝是钢中常用的脱氧剂。在钢中加入少量铝可以细化晶粒，提高冲击韧性，如深冲板材用08Al钢。铝还具有抗氧化性和耐腐蚀性。铝与铬和硅的结合可以显著提高钢的高温抗剥落性和高温耐腐蚀性。铝的缺点是影响钢的热加工性、焊接性和切削加工性。
　　
　　18.硼:
　　
　　加入少量硼可以提高钢的致密性、热轧性能和强度。
　　
　　19.稀土元素:
　　
　　稀土元素是指元素周期表中原子序数57-71的15种镧系元素。这些元素都是金属，但是它们的氧化物和“土”很像，所以习惯上叫稀土。在钢中加入稀土可以改变钢中夹杂物的成分、形态、分布和性能，从而改善钢的韧性、焊接性和冷加工性能等各项性能。犁铧钢中加入稀土可以提高耐磨性。