钢中的常存元素和杂质元素

　　在实际使用的钢中，除了含有Fe、C与合金元素外，在冶炼过程中不可避免地要带入一些杂质，如Mn、Si、S、P等元素以及N₂、H₂、O₂等少量气体。这些杂质对钢的质量有很大影响。

　　1.锰的影响

　　Mn是炼钢时由生铁和锰铁脱氧剂带入钢中的。Mn有很强的脱氧能力，能清除钢中的FeO，降低钢的脆性。Mn还能与S化合成MnS，减轻 S的有害作用，改善钢的热加工性能。在室温下，Mn大部分溶于铁素体中，形成置换固溶体(含锰铁素体)，对钢有一定的强化作用。因此，一般认为适量Mn是一种有益元素。在钢中作为杂质元素时，Mn的质量分数应小于0.8%。

　　2.硅的影响

　　Si也是来源于生铁和脱氧剂。Si的脱氧能力比Mn强，可以有效地消除FeO，改善钢的品质。在室温下，大部分Si溶于铁素体中，使铁素体强化，从而提高钢的强度。适量Si也是有益元素。Si作为杂质元素时，Si的质量分数应小于0.4%。当含Si量不多时，对钢的性能形响不显著。

　　3.硫的影响

　　S是由生铁和燃料带进钢中的。在固态下，S不溶于Fe，而以FeS的形式存在。FeS与Fe能形成低熔点的共晶体(Fe+FeS)，熔点为985℃，且分布在晶界上，当钢材在1000~1200℃进行热加工时，共晶体熔化，使钢材变脆，这种现象称为热脆性。为消除这种热脆性，在炼钢时可加人Mn。由于Mn 与S能形成熔点为1620℃的MnS，MnS在高温时有一定的塑性，从面避免了热脆性。但MnS作为一种非金属夹杂物，在轧制时会形成热加工纤维，使钢的性能具有方向性。因此，通常情况下S是有害杂质元素，应根据钢的质量要求严格控制其含量，在我国S的质量分数控制在0.065%以下。

　　含硫较多的钢中形成较多的MnS，在切削加工过程中MnS能起断屑作用，故可改善钢的切削加工性能，这是S有利的一面。

　　4.磷的影响

　　P主要来源于生铁。一般情况下，P在钢中能全部溶于铁素体，提高了铁素体的强度、硬度。但在室温下却使钢的塑性和韧度急剧降低、变脆，尤其在低温时更为严重，这种现象称为冷脆性。通常希望脆性转变温度低于工件的工作温度，以免发生冷脆，而P使脆性转变温度升高。可见P是一种有害的杂质元素，钢中含磷量要严格控制。通常，P的质量分数控制在0.045%以下，高级优质钢则控制在0.035%以下或更低。

　　5.氮、氢、氧的影响

　　N₂、H₂、O₂存在于钢中，将严重影响的性能，降低钢材质量。

　　N在铁素体中的溶解度很小，并随温度下降而减小。因此，N的逸出会使钢产生时效而变脆。一般可在炼钢时采用Al和Ti脱N，使N形成AlN₂和TiN₂，以减少N存在于铁素体中的数里，从面减轻钢的时效倾向，这种方法称为“固氮”处理。

　　H在钢中既不溶于铁素体，也不生成化合物，它是以原子状态或分子状态出现。微量的H能使钢的塑性急剧下降，出现所谓的“氮脆”现象。若以分子状态出现，则会造成局部的显微裂纹，断裂后在显徽镜下可观察到白色圆痕，这就是所谓的“白点”。它有可能使钢突然断裂，造成安全事故。在炼钢时进行真空处理是减少含氮量的最有效方法。

　　O通常以FeO、MnO、SiO₂、Al₂O₃等氧化物夹杂的形式存在钢中而成为微裂纹的根源，降低了疲劳强度，对钢的性能产生不良影响。