锰的介绍及作用

锰

元素名称：锰

元素原子量：54.94

元素类型：金属

发现人：甘恩发现年代：1774年

发现过程：

1774年，瑞典的甘恩，用软锰矿和木炭在坩埚中共热，发现一纽扣大的锰粒。

元素描述：

银白色金属，质坚而脆。密度7.20克/厘米3。熔点1244+3℃，沸点1962℃。化合价+2、+3、+4、+6和+7。其中以+2（Mn2+的化合物）、+4（二氧化锰，为天然矿物）和+7（高锰酸盐，如KMnO4）为稳定的氧化态。在固态状态时它以四种同素异形体存在。电离能为7.435电子伏特。在空气中易氧化，生成褐色的氧化物覆盖层。它也易在升温时氧化。氧化时形成层状氧化锈皮，最靠近金属的氧化层是MnO，而外层是Mn3O4。在高于800℃的温度下氧化时，MnO的厚度逐渐增加，而Mn3O4层的厚度减少。在800度以下出现第三种氧化层Mn2O2。在约450℃以下最外面的第四层氧化物MnO2是稳定的。能分解水，易溶于稀酸，并有氢气放出，生成二价锰离子。

元素来源：

重要的矿物是软锰矿、辉锰矿和褐锰矿等。可用铝热法还原软锰矿制得。

元素用途：

冶金工业中用来制造特种钢；钢铁生产上用锰铁合金作为去硫剂和去氧剂。

元素辅助资料：

锰是在地壳中广泛分布的元素之一。它的氧化物矿——软锰矿早为古代人们知悉和利用。但是，一直到18世纪的70年代以前，西方化学家们仍认为软锰矿是含锡、锌和钴等的矿物。

18世纪后半叶，瑞典化学家T.O.柏格曼研究了软锰矿，认为它是一种新金属氧化物。他曾试图分离出这个金属，却没有成功。舍勒也同样没有从软锰矿中提取出金属，便求助于他的好友、柏格曼的助手——甘英。在1774年，甘英分离出了金属锰。柏格曼将它命名为managnese(锰)。它的拉丁名称manganum和元素符号Mn由此而来。

锰(Manganese)

硫酸锰(Manganese Sulfate)

作用与应用：主要存在于垂体、肝胰脏和骨的粒线体中，为多种酶的组成部分。锰参与体内的造血过程，促进细胞内脂肪的氧化作用，可防止动脉粥样硬化。锰缺乏时可引起生长迟缓、骨质疏松和运动失常等。

主要用于长期靠静脉高营养支持的患者。

用法用量：口服，成人每日需要量5～10mg。

儿童每日需要量0.5～1.5mg。

【副作用】

过量的锰会引起巴金森氏症震颤麻痹样的症状。

锰矿

在现代工业中，锰及其化合物应用于国民经济的各个领域。其中钢铁工业是最重要的领域，用锰量占90％～95％，主要作为炼铁和炼钢过程中的脱氧剂和脱硫剂，以及用来制造合金。其余10％～5％的锰用于其他工业领域，如化学工业（制造各种含锰盐类）、轻工业（用于电池、火柴、印漆、制皂等）、建材工业（玻璃和陶瓷的着色剂和褪色剂）、国防工业、电子工业，以及环境保护和农牧业，等等。总之，锰在国民经济中具有十分重要的战略地位。

一、矿物原料特征

锰是元素周期表中第四周期的第七族元素。在自然界中锰有Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ及Ⅶ价态，其中以Ⅱ和Ⅳ价态最为常见。锰在空气中非常容易氧化。在加热条件下，粉状的锰与氯、溴、磷、硫、硅及碳元素都可以化合。锰在地球岩石圈中以及硅酸盐相的陨石中表现有强烈的亲石性质，但在岩石圈上部则有强烈的亲氧性质，锰与铁在岩石圈中以及陨石中虽有许多相似的化学性质，但锰并不亲铁。

在自然界中已知的含锰矿物约有150多种，分别属氧化物类、碳酸盐类、硅酸盐类、硫化物类、硼酸盐类、钨酸盐类、磷酸盐类等。但含锰量较高的矿物则不多。现就几种常见的锰矿物叙述如下。

(1)软锰矿四方晶系，晶体呈细柱状或针状，通常呈块状、粉末状集合体。颜色和条痕均为黑色。光泽和硬度视其结晶粗细和形态而异，结晶好者呈半金属光泽，硬度较高，而隐晶质块体和粉末状者，光泽暗淡，硬度低，极易污手。比重在5左右。软锰矿主要由沉积作用形成，为沉积锰矿的主要成分之一。在锰矿床的氧化带部分，所有原生低价锰矿物也可氧化成软锰矿。软锰矿在锰矿石中是很常见的矿物，是炼锰的重要矿物原料。

(2)硬锰矿单斜晶系，晶体少见，通常呈钟乳状、肾状和葡萄状集合体，亦有呈致密块状和树枝状。颜色和条痕均为黑色。半金属光泽。硬度4～6，比重4.4～4.7。硬锰矿主要是外生成因，见于锰矿床的氧化带和沉积锰矿床中，亦是锰矿石中很常见的锰矿物，是炼锰的重要矿物原料。

(3)水锰矿单斜晶系，晶体呈柱状，柱面具纵纹。在某些含锰热液矿脉的晶洞中常呈晶簇产出，在沉积锰矿床中多呈隐晶块体，或呈鲕状、钟乳状集合体等。矿物颜色为黑色，条痕呈褐色。半金属光泽。硬度3～4，比重4.2～4.3。水锰矿既见于内生成因的某些热液矿床，也见于外生成因的沉积锰矿床，是炼锰的矿物原料之一。

(4)黑锰矿四方晶系，晶体呈四方双锥，通常为粒状集合体。颜色为黑色，条痕呈棕橙或红褐。半金属光泽。硬度5.5，比重4.84。黑锰矿由内生作用或变质作用而形成，见于某些接触交代矿床、热液矿床和沉积变质锰矿床中，与褐锰矿等共生，亦是炼锰的矿物原料之一。

(5)褐锰矿四方晶系，晶体呈双锥状，也呈粒状和块状集合体产出。矿物呈黑色，条痕为褐黑色。半金属光泽。硬度6，比重4.7～5.0。其他特征与黑锰矿相同。

(6)菱锰矿三方晶系，晶体呈菱面体，通常为粒状、块状或结核状。矿物呈玫瑰色，容易氧化而转变成褐黑色。玻璃光泽。硬度3.5～4.5，比重3.6～3.7。由内生作用形成的菱锰矿多见于某些热液矿床和接触交代矿床；由外生作用形成的菱锰矿大量分布于沉积锰矿床中。菱锰矿是炼锰的重要矿物原料。

(7)硫锰矿等轴晶系，常见单形有立方体、八面体、菱形十二面体等，集合体为粒状或块状。颜色钢灰至铁黑色，风化后变为褐色，条痕呈暗绿色。半金属光泽。硬度3.5～4，比重3.9～4.1。硫锰矿大量出现在沉积变质锰矿床中，是炼锰的矿物原料之一。

二、用途与技术经济指标

锰矿产品包括冶金锰矿、碳酸锰矿粉、化工用二氧化锰矿粉和电池用二氧化锰矿粉等。使用锰矿产品的冶金部门、轻工部门和化工部门根据不同的用途对锰矿产品有不同的质量要求。

（一）冶金工业对锰矿石的质量要求

用于炼钢生铁、含锰生铁、镜铁的矿石，铁含量不受限制，矿石中锰和铁的总含量最好能达到40％～50％。

在冶炼各种牌号的锰系合金中，对矿石的含锰量和锰铁比值有一定的要求。冶炼中、低碳锰铁，矿石含锰量36％～40％，锰铁比6～8.5，磷锰比0.002～0.0036；冶炼碳素锰铁，矿石含锰量33％～40％，锰铁比3.8～7.8，磷锰比0.002～0.005；冶炼锰硅合金，矿石含锰量29％～35％，锰铁比3.3～7.5，磷锰比0.0016～0.0048；高炉锰铁，矿石含锰量30％，锰铁比2～7，磷锰比0.005。

（二）化工及轻工部门对锰矿石的质量要求

化学工业上主要用锰矿石制取二氧化锰、硫酸锰、高锰酸钾，其次用于制取碳酸锰、硝酸锰和氯化锰等。化工级二氧化锰矿粉要求MnO2含量大于50％(表3.3.3)，制硫酸锰时，

Fe≤3％、Al2O3≤3％、CaO≤0.5％、MgO≤0.1％；制高锰酸钾时，Fe≤5％、SiO2≤5％、

Al2O3≤4％。

天然二氧化锰是制造干电池的原料，要求MnO2含量越高越好。对Ni、Cu、CO、Pb等有害元素一般厂定标准为：Cu＜0.01％、Ni＜0.03％、Co＜0.02％、Pb＜0.02％。矿粉的粒度要小于0.12mm。

三、矿业简史

锰矿物的利用历史十分悠久，据文献记载，世界上利用锰矿物最早的国家有埃及、古罗马、印度和中国。我国利用锰矿物的历史可追溯到距今约4500～7000年前后新石器时代的仰韶文化（彩陶文化）时期。由于软锰矿呈土状，它的颜色呈黑色，极易染手，在古人看来，这是一种奇妙的陶器着色颜料。

可是锰元素的发现却比较晚，到1774年才由瑞典矿物学家甘恩（J.G.Gahn）从软锰矿中还原出了金属锰。

锰在钢铁工业上的应用是各国冶金学家几十年不懈努力的结果。1875年以后，欧洲各国开始用高炉生产含锰15％～30％的镜铁和含锰达80％的锰铁。1890年用电炉生产锰铁，1898年用铝热法生产金属锰，并发展了电炉脱硅精炼法生产低碳锰铁。1939年开始用电解法生产金属锰。

最早开采的锰矿山是美国田纳西州惠特福尔德（Whitifeld）锰矿，始采于1837年，到1884年锰矿石年产量已达4万t。印度也是开采锰矿较早的国家之一，始采于1892年。第一次世界大战前，印度出口锰矿石一直居世界首位。1928年以后其地位被原苏联所取代。从本世纪20年代末原苏联的锰矿石产量一直居世界领先地位。此外，开采锰矿石比较早的还有巴西、加纳、澳大利亚、南非和加蓬等国。

我国锰矿的地质找矿工作开始得也比较早，据所见资料，从1886年开始，并于1890年首先在湖北兴国州（今阳新）发现锰矿，随后于1897年和1907 年又先后在湖南发现安仁、攸县和常宁、耒阳锰矿；1910年发现广西防城大直、钦州黄屋屯锰矿；1913年和1918年，

前后发现了湖南湘潭上五都锰矿（1937年改称为湘潭锰矿）和广西木圭、江西乐华锰矿。我国老一辈地质工作者，如朱庭祜、王晓青、田奇玲王隽、李殿臣、李四光等等对湖南、广东、广西、江苏、江西等地做了大量锰矿地质调查，初步了解了我国一些锰矿产地及其锰矿石质量，探讨了锰矿床的成因。

大规模的锰矿地质勘查工作是在新中国成立以后。从1950年广西工业厅对桂平木圭锰矿、华东地测处对南京栖霞锰矿、西南工业厅对贵州遵义锰矿进行勘查开始，经过近50年广大地质工作者的努力，到1996年底，全国锰矿地质勘查投入约6.8亿元，机械岩心钻探工作量约190多万m，累计探明锰矿石6.48 亿t。

我国最早开采的锰矿山是湖北阳新锰矿，始采于1890年，后因质量不佳，不久即行停采。阳新锰矿停采后，汉冶萍煤铁厂矿公司为了解决锰矿原料，于1908 年在湖南常宁曲潭设常耒锰矿采运局，开采常宁—耒阳一带锰矿。1913年在湖南湘潭上五都发现锰矿后，1914年即由新组建的裕 矿业公司负责开采，到1917年已初具规模，日产锰矿石百余吨，最高年产达3万t，仅1916～1927年的12年间，运销日本八幡制铁所的锰矿石就达14.3万t（矿石品位不低于45％）。

据查阅资料表明，1949年以前全国曾开采过锰矿的地区有：湖北、湖南、广西、广东、江苏、江西、福建、贵州、河北和辽宁。据不完全统计，从1912年到1945年的33年间，我国共开采锰矿石140万t（表3.3.5），年均产量4.2万t，最高年产7.43万t（1927年），主要集中于桂、湘、赣、辽、粤、苏6个省（区），合计135.8万t，约占全国总产量的96.8％，其中又以桂、湘两地为最多，占全国总产量的65.4％。

各种化学元素在钢中的作用

本文出自一本很不好买的书，相当全面，偶然整理，希望对大家学习有帮助 —————————————————————— 有几位选手把我给气乐了，话说这段文章来自我爷爷的手抄本（不过现在老人家现在改复印了，挺时髦的），原书我没看到过所以不知道书名（我们有时候还是比较喜欢上世纪的老版书，比较严谨，实验室王老有本金相可是他老人家的宝贝，轻易不示人）。话说我码字是自娱自乐，目标受众也是学材料的同门，你们一帮连论文都没写过的大神忽然跳出来跟我这指责不尊重知识产权，真是好笑。想讨论问题，我欢迎，想骂人，出门左转菜市场。 —————————————————————— 为了改善和提高钢的某些性能和使之获得某些特殊性能而有意在冶炼过程中加入的元素称为合金元素。常用的合金元素有铬，镍，钼，钨，钒，钛，铌，锆，钴，硅，锰，铝，铜，硼，稀土等。磷，硫，氮等在某些情况下也起到合金的作用。 (1)铬(Cr) 铬能增加钢的淬透性并有二次硬化的作用，可提高碳钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆。含量超过12%时，使钢有良好的高温抗氧化性和耐氧化性腐蚀的作用，还增加钢的热强性。铬为不锈钢耐酸钢及耐热钢的主要合金元素。 铬能提高碳素钢轧制状态的强度和硬度，降低伸长率和断面收缩率。当铬含量超过15%时，强度和硬度将下降，伸长率和断面收缩率则相应地有所提高。含铬钢的零件经研磨容易获得较高的表面加工质量。 铬在调质结构中的主要作用是提高淬透性，使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能，在渗碳钢中还可以形成含铬的碳化物，从而提高材料表面的耐磨性。 含铬的弹簧钢在热处理时不易脱碳。铬能提高工具钢的耐磨性、硬度和红硬性，有良好的回火稳定性。在电热合金中，铬能提高合金的抗氧化性、电阻和强度。 （2）镍（Ni） 镍在钢中强化铁素体并细化珠光体，总的效果是提高强度，对塑性的影响不显著。一般地讲，对不需调质处理而在轧钢、正火或退火状态使用的低碳钢，一定的含镍量能提高钢的强度而不显著降低其韧性。据统计，每增加1%的镍约可提高强度29.4Pa。随着镍含量的增加，钢的屈服程度比抗拉强度提高的快，因此含镍钢的比可较普通碳素钢高。镍在提高钢强度的同时，对钢的韧性、塑性以及其他工艺的性能的损害较其他合金元素的影响小。对于中碳钢，由于镍降低珠光体转变温度，使珠光体变细；又由于镍降低共析点的含碳量，因而和相同的碳含量的碳素钢比，其珠光体数量较多，使含镍的珠光体铁素体钢的强度较相同碳含量的碳素钢高。反之，若使钢的强度相同，含镍钢的碳含量可以适当降低，因而能使钢的韧性和塑性有所提。镍可以提高钢对疲劳的抗力和减小钢对缺口的敏感性。镍降低钢的低温脆性转变温度，这对低温用钢有极重要的意义。含镍3.5%的钢可在-100℃时使用，含镍9%的钢则可在-196℃时工作。镍不增加钢对蠕变的抗力，因此一般不作为热强钢的强化元素。 镍含量高的铁镍合金，其线胀系数随镍含量增减而显著变化，利用这一特性，可以设计和生产具有极低或一定线胀系数的精密合金、双金属材料等。

高中化学金属元素及其化合物题

金属元素及其化合物 一、选择题 1．微量元素是指在人体内总含量不到万分之一，重量总和不到人体重量的千分之一的20 多种元素，这些元素对人体正常代谢和健康起着重要作用，下列各组元素全部属于微量元 素的是 ( ) A ．Na ，K ，Cl ，S ，O B ．F ，I ，Fe ，Zn ，Cu C ．N ，H ，0，P ，C D ．Ge ，Se ，Ca ，Mg ，C 2．下列灭火剂能用于扑灭金属钠着火的是 A ．干冰灭火剂 B ．黄沙 C ．干粉灭火剂(含NaHC03) D ．泡沫灭火剂 3．定向爆破建筑物时，应同时定向切断钢筋和炸碎水泥，除要用适宜的猛烈炸药外，还需 用 ( ) A ．氧炔焰 B ．铝热剂 C ．液氧 D ．电弧 4．制备卤磷酸钙荧光粉所用的高纯氯化钙中混有镁杂质，除去的方法是把氯化钙的水溶液 加热到90-95℃，在不断搅拌下加入适当的沉淀剂，使镁生成沉淀过滤除去。此沉淀剂 最好选用 ( ) A ．氢氧化钙乳浆 B ．碳酸钠溶液 C ．碳酸氢钠溶液 D ．氢氧化钠溶液 5．已知铍(Be)的原子序数为4。下列对铍及其化合物的叙述中，正确的是 A ．铍的原子半径小于硼的原子半径 B ．氯化铍分子中铍原子的最外层电子数是8 C ．氢氧化铍的碱性比氢氧化钙弱 D ．单质铍跟冷水反应产生氢气 6．重金属离子有毒性。实验室有甲、乙两种废液，均有一定毒性。甲废液经化验呈碱性， 主要有毒离子为Ba 2+，如将甲、乙两废液按一定比例混合，毒性明显降低。乙废液中可 能含有的离子是 ( ) A ．Cu 2+和SO 42- B ．Cu 2+和Cl - C ．K +和SO 42- D ．Ag +和NO 3- 7．我国古代制得的“药金”外观和金相似，常被误认为是金子。冶炼方法是：将炉甘石(ZnCO 3) 和赤铜矿(Cu 2O)与木炭按一定比例混合，加热至800℃左右，即炼出闪着似金子般光泽的 “药金”。有关叙述正确的是 ①“药金”是铜锌合金 ②冶炼过程中炉甘石直接被碳还原而有锌生成 ③用火焰灼烧可区 分黄金与“药金”④用王水可以区分黄金与“药金”⑤表面有黑色氧化物的“药金”，用稀硫酸 洗涤后可去掉黑色膜，但可能发出铜红色 A ．①② B ．①②③④ C ．①③④⑤ D ．①②③④⑤ 8.制印刷电路时常用氯化铁溶液作为“腐蚀液”，发生的反应2FeC13+Cu=2FeCl 2+CuCl 2向盛 有氯化铁溶液的烧杯中同时加入铁粉和铜粉，反应结束后，下列结果不可能出现的是 A ．烧杯中有铜无铁 B ．烧杯中有铁无铜 C ．烧杯中铁、铜都有 D ．烧杯中铁、铜都无 9．一定量的Cu 粉与浓硫酸共热产生二氧化硫气体的体积为2.24L(标准状况)，则下列情况 不可能的是 ( ) A ．加入铜的质量为6.4g B ．加入浓硫酸中溶质0.2mol C ．加入铜的质量大于6.4g D ．加入浓硫酸中含溶质多于0.2mol lO ．单质钛的机械强度高，抗蚀能力强，有“未来金属”之称。工业上常用硫酸分解钛铁矿 (FeTiO 3)的方法制取二氧化钛，再由二氧化钛制金属钛， 主要反应有： （ ） ①FeTi03+3H 2SO 4=Ti （SO 4）2+FeSO 4+3H 2O ②Ti （SO 4）2+3H 2O=H 2TiO 3↓+2H 2SO 4 ③H 2TiO 3 ???→TiO 2+H 2O ④TiO 2+2C+2Cl 2 ? ??→ TiCl 4↑+CO ↑

C、Mn、Si、S、P、Cr、Mo元素对钢的影响

铬(Cr) 铬能增加钢的淬透性并有二次硬化作用。可提高高碳钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆；含量超过12%时。使钢有良好的高温抗氧化性和耐氧化性介质腐蚀的作用。还增加钢的热强性，铬为不锈耐酸钢及耐热钢的主要合金元素。 铬能提高碳素钢轧制状态的强度和硬度。降低伸长率和断面收缩率。当铬含量超过15%时，强度和硬度将下降，伸长率和断面收缩率则相应地有所提高。含铬钢的零件经研磨容易获得较高的表面加工质量。 铬在调质结构钢中的主要作用是提高淬透性。使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能，在渗碳钢中还可以形成含铬的碳化物，从而提高材料表面的耐磨性。 含铬的弹簧钢在热处理时不易脱碳。铬能提高工具钢的耐磨性、硬度和红硬性。有良好的回火稳定性。在电热合金中，铬能提高合金的抗氧化性、电阻和强度。 (1) 对钢的显做组织及热处理的作用 A、铬与铁形成连续固溶体，缩小奥氏体相区城。铬与碳形成多种碳化物，与碳的亲和力大于铁和锰而低于钨、钼等．铬与铁可形成金属间化合物σ相(FeCr) B、铬使珠光体中碳的浓度及奥氏体中碳的极限溶解度减少 C、减缓奥氏体的分解速度，显著提高钢的淬透性．但亦增加钢的回火脆性倾向 (2)对钢的力学性能的作用 A、提高钢的强度和硬度．时加入其他合金元素时，效果较显著 B、显著提高钢的脆性转变温度 C、在含铬量高的Fe-Cr合金中，若有σ相析出，冲击韧性急剧下降 (3)对钢的物理、化学及工艺性能的作用 A、提高钢的耐磨性，经研磨，易获得较高的表面光洁度 B、降低钢的电导率，降低电阻温度系数 C、提高钢的矫顽力和剩余磁感．广泛用于制造永磁钢 D、铬促使钢的表面形成钝化膜，当有一定含量的铭时，显著提高钢的耐腐蚀性能（特别是硝酸）。若有铬的碳化物析出时，使钢的耐腐蚀性能下降 E、提高钢的抗氧化性能 F、铬钢中易形成树枝状偏析，降低钢的塑性

钢铁中的元素及作用

各种元素在钢铁中的作用 钢铁是铁与C(碳)、Si(硅)、Mn(锰)、P(磷)、S(硫)以及少量的其他元素所组成的合金。其中除Fe(铁)外，C的含量对钢铁的机械性能起着主要作用，故统称为铁碳合金。它是工程技术中最重要、用量最大的金属材料。 各种元素在钢铁中有什么作用 碳（Carbon) 存在于所有的钢材，是最重要的硬化元素。有助于增加钢材的强度，我们通常希望刀具级别的钢材拥有0.6%以上的碳，也成为高碳钢。 铬（Chromium) 增加耐磨损性，硬度，最重要的是耐腐蚀性，拥有13%以上的认为是不锈钢。尽管这么叫，如果保养不当，所有钢材都会生锈 锰（Manganese） 重要的元素，有助于生成纹理结构，增加坚固性，和强度、及耐磨损性。在热处理和卷压过程中使钢材内部脱氧，出现在大多数的刀剪用钢材中，除了A-2,L-6和CPM 420V。 钼（Molybdenum） 碳化作用剂，防止钢材变脆，在高温时保持钢材的强度，出现在很多钢材中，空气硬化钢（例如A-2,ATS-34）总是包含1%或者更多的钼,这样它们才能在空气中变硬。 镍（Nickle） 保持强度、抗腐蚀性、和韧性。出现在L-6\AUS-6和AUS-8中。 硅（Silicon） 有助于增强强度。和锰一样，硅在钢的生产过程中用于保持钢材的强度。 钨（Tungsten） 增强抗磨损性。将钨和适当比例的铬或锰混合用于制造高速钢。在高速钢M-2中就含有大量的钨。 钒（Vanadium） 增强抗磨损能力和延展性。一种钒的碳化物用于制造条纹钢。在许多种钢材中都含有钒，其中M-2，Vascowear，CPM T440V和420V A含有大量的钒。而BG-42与ATS-34最大的不同就是前者含有钒 按钢的用途分类 一、结构钢 （1)建筑及工程用结构钢简称建造用钢，它是指用于建筑、桥梁、船舶、锅炉或其他工程上制作金属结构件的钢。 （2)机械制造用结构钢--是指用于制造机械设备上结构零件的钢。这类钢基本上都是优质钢或高级优质钢，主要有优质碳素结构钢、合金结构钢、易切结构钢、弹簧钢、滚动轴承钢等 根据含碳量和用途的不同﹐这类钢大致又分为三类﹕ 1. 小于0.25％C为低碳钢﹐其中尤以含碳低于0.10%的08F﹐08Al等﹐由于具有很好的深冲性和焊接性而被广泛地用作深冲件如汽车﹑制罐……等﹐20G则是制造普通锅炉的主要材料﹐此外﹐低碳钢也广泛地作为渗碳钢﹐用于机械制造业﹐ 2. 0.25～0.60％C为中碳钢﹐多在调质状态下使用﹐制作机械制造工业的零件。调质多少22~34HRC,能得到综合机械性能,也便于切削. 3. 大于0.6％C为高碳钢﹐多用于制造弹簧﹑齿轮﹑轧辊等﹐根据含锰量的不同﹐又可

各种元素在铝合金中的作用

各种元素在铝合金中的作用 1.合金元素影响 铜元素 铝铜合金富铝部分548时，铜在铝中的最大溶解度为 5.65%,温度降到302时，铜的溶解度为0.45%。铜是重要的合金元素，有一定的固溶强化效果，此外时效析出的CuAl2有着明显的时效强化效果。铝合金中铜含量通常在2.5% ~ 5%，铜含量在4%~6.8%时强化效果最好，所以大部分硬铝合金的含铜量处于这范围。 铝铜合金中可以含有较少的硅、镁、锰、铬、锌、铁等元素。 硅元素 Al—Si合金系富铝部分在共晶温度577时，硅在固溶体中的最大溶解度为1.65%。尽管溶解度随温度降低而减少，介这类合金一般是不能热处理强化的。铝硅合金具有极好的铸造性能和抗蚀性。 若镁和硅同时加入铝中形成铝镁硅系合金，强化相为MgSi。镁和硅的质量比为1.73:1。设计Al-Mg-Si系合金成分时，基体上按此

比例配置镁和硅的含量。有的Al-Mg-Si合金，为了提高强度，加入适量的铜，同时加入适量的铬以抵消铜对抗蚀性的不利影响。 Al-Mg2Si合金系合金平衡相图富铝部分Mg2Si 在铝中的最大溶解度为1.85%，且随温度的降低而减速小。 变形铝合金中，硅单独加入铝中只限于焊接材料，硅加入铝中亦有一定的强化作用。 镁元素 Al-Mg合金系平衡相图富铝部分尽管溶解度曲线表明，镁在铝中的溶解度随温度下降而大大地变小，但是在大部分工业用变形铝合金中，镁的含量均小于6%，而硅含量也低，这类合金是不能热处理强化的，但是可焊性良好，抗蚀性也好，并有中等强度。 镁对铝的强化是明显的，每增加1%镁，抗拉强度大约升高瞻远3 4MPa。如果加入1%以下的锰，可能补充强化作用。因此加锰后可降低镁含量，同时可降低热裂倾向，另外锰还可以使Mg5Al8化合物均匀沉淀，改善抗蚀性和焊接性能。 锰元素

C、Mn、Si、S、P、Cr、Mo元素在钢中的作用和热处理时的影响

1、铬(Cr) 铬能增加钢的淬透性并有二次硬化作用。可提高高碳钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆；含量超过12%时。使钢有良好的高温抗氧化性和耐氧化性介质腐蚀的作用。还增加钢的热强性，铬为不锈耐酸钢及耐热钢的主要合金元素。 铬能提高碳素钢轧制状态的强度和硬度。降低伸长率和断面收缩率。当铬含量超过15%时，强度和硬度将下降，伸长率和断面收缩率则相应地有所提高。含铬钢的零件经研磨容易获得较高的表面加工质量。 铬在调质结构钢中的主要作用是提高淬透性。使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能，在渗碳钢中还可以形成含铬的碳化物，从而提高材料表面的耐磨性。 含铬的弹簧钢在热处理时不易脱碳。铬能提高工具钢的耐磨性、硬度和红硬性。有良好的回火稳定性。在电热合金中，铬能提高合金的抗氧化性、电阻和强度。 (1) 对钢的显做组织及热处理的作用 A、铬与铁形成连续固溶体，缩小奥氏体相区城。铬与碳形成多种碳化物，与碳的亲和力大于铁和锰而低于钨、钼等．铬与铁可形成金属间化合物σ相(FeCr) B、铬使珠光体中碳的浓度及奥氏体中碳的极限溶解度减少 C、减缓奥氏体的分解速度，显著提高钢的淬透性．但亦增加钢的回火脆性倾向 (2)对钢的力学性能的作用 A、提高钢的强度和硬度．时加入其他合金元素时，效果较显著 B、显著提高钢的脆性转变温度 C、在含铬量高的Fe-Cr合金中，若有σ相析出，冲击韧性急剧下降 (3)对钢的物理、化学及工艺性能的作用 A、提高钢的耐磨性，经研磨，易获得较高的表面光洁度 B、降低钢的电导率，降低电阻温度系数 C、提高钢的矫顽力和剩余磁感．广泛用于制造永磁钢 D、铬促使钢的表面形成钝化膜，当有一定含量的铭时，显著提高钢的耐腐蚀性能（特别是硝酸）。若有铬的碳化物析出时，使钢的耐腐蚀性能下降 E、提高钢的抗氧化性能 F、铬钢中易形成树枝状偏析，降低钢的塑性 G、由于铬使钢的热导率下降，热加工时要缓慢升温，锻、轧后要缓冷 (4)在钢中的应用 A、合金结构钢中主要利用铬提高淬透性，并可在渗碳表面形成含铬碳化物以提高耐磨性 B、弹簧钢中利用铬和共他合金元素一起提供的综合性能 C、轴承钢中主要利用铬的特殊碳化物对耐磨性的贡献及研磨后表面光沽度高的优点 D、工具钢和高速钢中主要利用铬提高耐磨性的作用，并具有一定的回火稳定性和韧性 E、不锈钢、耐热钢中铬常与锰、氮、镍等联合便用，当需形成奥氏体钢时，稳定铁素体的铬与稳定奥氏体的锰、镍之间须有一定比例，如Cr18Ni9等 F、我国铬资源较少．应尽量节省铬的使用 2、钼(Mo) 钼在钢中能提高淬透性和热强性。防止回火脆性，增加剩磁和矫顽力以及在某些介质中的抗蚀性。 在调质钢中，钼能使较大断面的零件淬深、淬透，提高钢的抗回火性或回火稳定性，使零件可以在较高温度下回火，从而更有效地消除（或降低）残余应力，提高塑性。 在渗碳钢中钼除具有上述作用外，还能在渗碳层中降低碳化物在晶界上形成连续网状的

各元素在高速钢中的作用

高速工具钢主要用于制造高效率的切削刀具。由于其具有红硬性高、耐磨性好、强度高等特性，也用于制造性能要求高的模具、轧辊、高温轴承和高温弹簧等。高速工具钢经热处理后的使用硬度可达HRC63以上，在600℃左右的工作温度下仍能保持高的硬度，而且其韧性、耐磨性和耐热性均较好。退火状态的高速工具钢的主要合金元素有多、钼、铬、钒，还有一些高速工具钢中加入了钴、铝等元素。这类钢属于高碳高合金莱氏体钢，其主要的组织特征之一是含有大量的碳化物。铸态高速工具钢中的碳化物是共晶碳化物，经热压力加工后破碎成颗粒状分布在钢中，称为一次碳化物；从奥氏体和马氏体基体中析出的碳化物称为二次碳化物。这些碳化物对高速工具钢的性能影响很大，特别是二次碳化物，其对钢的奥氏本晶粒度和二次硬化等性能有很大影响。碳化物的数量、类型与钢的化学成分有关，而碳化物的颗粒度和分布则与钢的变形量有关。钨、钼是高速工具钢的主要合金元素，对钢的二次硬化和其他性能起重要作用。铬对钢的淬透性、抗氧化性和耐磨性起重要作用，对二次硬化也有一定的作用。钒对钢的二次硬化和耐磨性起重要作用，但降低可磨削性能。 高速工个钢的淬火温度很高，接近熔点，其目的是使合金碳化物更多的溶入基体中，使钢具有更好的二次硬化能力。高速工具钢淬火后硬度升高，此为第一次硬化，但淬火温度越高，则回火后的强度和韧性越低。淬火后在350℃以下低温回火硬度下降在350℃以上温度回火硬度逐渐提高，至520~580℃范围内回火（化学成分不同，回火温度不同）出现第二次硬度高峰，并超过淬火硬度，此为二次硬化。这是高速工具钢的重要特性。 高速工个钢除了具有高的硬度、耐磨性、红硬性等使用性能外，还具有一定的热塑性、可磨削性等工艺性能。 多系高速工具钢主要合金元素是钨，不含钼或含少量钼。其主要特性是过热敏感性小，脱碳敏感性小、热处理和热加工温度范围较宽，但碳化物颗粒粗大，分布均匀性差，影响钢的韧性和塑性。 钨钼系高速工具钢的主要合金元素是钨和钼。其主要特性是碳化物的颗粒度和分布均优于钨系高速工具钢，脱碳敏感性和过热敏感性低于钼系高速工具钢，使用性能和工艺性能均较好。钼系高速工具钢的主要合金元素是钼，不含钨或含少量钨。其主要特性是碳化物颗粒细，分布均匀、韧性好，但脱碳敏感性和过热敏感性大、热加工和热处理范围窄。 含钻高速工具钢是在通用高速工具钢的基础上加入一定量的钴，可显著提高钢的硬度、耐磨性和韧性。 粉末高速工具钢是用粉末冶金方法产生的。首先用雾化法制取低氧高速工具钢预合金粉末，然后用冷、热静压机将粉末压实成全致密的钢坯，再经锻、轧成材。粉末高速工具钢的碳化物细小、分布均匀，韧性、可磨削性和尺寸稳定性等均很好，可生产用铸锭法个可能产生更高合金元素含量的超硬高速工具钢。粉末高速工具钢可分为3类，第一类是含钴高速工具钢，其特点是具有接近硬质合金的硬度，而且还具有良好的可锻性、可加工性、可磨性和强韧性。第二类是无钴高钨、钼、钒超硬高速工具钢。第三类是超级耐磨高速工具钢。其硬度不太高，但耐磨性极好，主要用于要求高耐磨并承受冲击负荷的工作条件。 Mn 1、在低含量范围内，对钢具有很大的强化作用，提高强度、硬度和耐磨性 2、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性 3、稍稍改善钢的低温韧性 4、在高含量范围内，作为主要的奥氏体化元素 Si 1、强化铁素体，提高钢的强度和硬度 2、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性 3、提高钢的氧化性腐蚀介质中的耐蚀性，提高钢的耐热性

各类金属元素的作用

几种常用合金元素在钢中的作用 碳（C）一种非金属元素，无臭无味的固体。无定形碳有焦炭，木炭等，晶体碳有金刚石和石墨。 钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。典型的例子是低碳钢、高碳钢、高碳钢力学性能变化。 一、硅（Si）在钢中的作用： 1、提高钢中固溶体的强度和冷加工硬化程度使钢的韧性和塑性降低。 2、硅能显著地提高钢的弹性极限、屈服极限和屈强比,这是一般弹簧钢。 3、耐腐蚀性。硅的质量分数为15％一20％的高硅铸铁，是很好的耐酸材料。含有硅的钢在氧化气氛中加热时，表面也将形成一层SiO2薄膜，从而提高钢在高温时的抗氧化性。 4、磁钢中的主要合金元素（含量在0.40%范围内时，改善热裂倾向，含量高时，易形成柱状晶，增加热裂倾向）。 5、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性 缺点：使钢的焊接性能恶化。 二、锰（Mn）在钢中的作用: 1、在低含量范围内，对钢具有很大的强化作用，提高强度、硬度和耐磨性。 2、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性。 3、稍稍改善钢的低温韧性。 4、在高含量范围内，作为主要的奥氏体化元素。 5、锰对提高低碳和中碳珠光体钢的强度有显著的作用 6、锰对钢的高温瞬时强度有所提高。 锰钢的主要缺点是，①含锰较高时，有较明显的回火脆性现象；②锰有促进晶粒长大的作用，因此锰钢对过热较敏感t在热处理工艺上必须注意。这种缺点可用加入细化晶粒元素如钼、钒、钛等来克服；③当锰的质量分数超过1％时，会使钢的焊接性能变坏；④锰会使钢的耐锈蚀性能降低。 三、铬（Cr）在钢中的作用: 1、铬可提高钢的强度和硬度。 2、铬可提高钢的高温机械性能。 3、使钢具有良好的抗腐蚀性和抗氧化性。 4、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性。 5、阻止石墨化

合金元素在钢中的主要作用

§5－1 合金元素在钢中的主要作用 教学过程 一、复习提问： 碳素钢的性能特点 二、新课教学： 合金元素在钢中的主要作用（强化铁素体、形成合金碳化物、细化晶粒、提高钢的淬透性、提高钢的回火稳定性） 三、课后小结： 合金钢与碳素钢的区别 四、作业安排： 练习册P23，一、1、2；二、1、2、4；三、6 五、板书设计（见下页）： 六、教学后记： §5－1 合金元素在钢中的主要作用 1、定义：为改善钢的性能，在冶炼时有目的地加入一种或几种合金元素的钢。 2、含碳量：＜2.11%。 3、常用元素： Cr铬、Ni镍、Mo钼、W钨、V钒、Ti钛、Al铝、B硼、Nb铌、Nd钕。 4、合金元素的影响： 可以得到所需的力学性能，用于重要零件； 特殊物理（熔点、磁性）、化学（耐热、耐腐蚀）性能； 特殊工艺性能（焊接、热处理）； 使C曲线右移，淬透性提高。 一、强化铁素体（除铅外）： 1、存在形式： 大多数合金元素溶于α-Fe，形成合金铁素体。 2、作用： 3、对韧性的影响： Si＜1.0%、Mn＜1.5%，F韧性不下降，超过此量，则F韧性下降。 Cr≤2%、Ni≤5%，明显强化F，提高F韧性。 二、形成合金碳化物： 1、存在形形式（合金元素与碳亲和力不同）：

（1）非碳化物形成元素：镍、钴、铜、硅、铝、硼，不形成碳化物，溶于F 和A ，形成合金F 和合金A 。 （2）弱碳化物形成元素：Mn 锰，与碳亲和力弱，大部分溶于F 或A ，少部分溶于Cm ，形成合金渗碳体。 （3）中碳化物形成元素：Cr 铬、Mo 钼、W 钨，和碳亲和力强，形成合金渗碳体，硬度提高，明显提高低合金钢强度，组织比Cm 稳定。 （4）强碳化物形成元素：V 钒、Nb 铌、Ti 钛，与碳形成特殊碳化物，比合金Cm 有更高的熔点、硬度和耐磨性，组织更稳定。 2、作用： 碳化物种类、性能、在钢中分布状态，直接影响钢的性能、热处理相变。 如果碳化物以弥散状分布，则强度↑、硬度↑、耐磨性↑，对工具钢有重要意义。 三、细化晶粒（除Mn 外）： 1、元素作用： Mn 使晶粒长大倾向增大，即过热。 其他元素加热时抑制A 长大，降低长大速度 V 、Nb 、Ti 形成的碳化物，铝在钢中形成的AlN 、Al2O3细小质点，相当于孕育剂，增加形核率。 2、结果： 细化晶粒，使强度↑、韧性↑。使晶粒细化。 四、提高钢的淬透性(除钴外)： 1、作用： 合金元素溶于A ，使过冷A 稳定性增强，推迟珠光体转变，使C 曲线右移，V 临↓、淬透性↑。 2、结果： 淬透性好，可采用冷却能力较低的介质，防变形、开裂，保持尺寸和形状精度。 在同样淬火条件下，合金钢淬硬层较深，大截面零件组织均匀，综合力学性能提高。 3、常用元素：Mo 、Mn 、Cr 、Ni 、Si 、B 。 4、特例：微量的B （0.0005%～0.003%）可明显提高淬透性。 五、提高钢的稳定性： 1、回火稳定性：钢在回火时，抵抗软化、抵抗硬度下降的能力。 2、产生原因：合金元素阻碍M 分解，且碳化物不易析出，即使析出也不易长大，保持较大弥散度，硬度下降慢。

合金元素在钢中的主要作用

简述几种常见合金元素在钢中的主要作用 为了改善和提高钢的某些性能和使之获得某些特殊性能而有意在冶炼 过程中加入的元素称为合金元素。常用的合金元素有铬，镍，钼，钨，钒，钛，铌，锆，钴，硅，锰，铝，铜，硼，稀土等。磷，硫，氮等在某些情况下也起到合金的作用。 (1)铬(Cr) 铬能增加钢的淬透性并有二次硬化的作用，可提高碳钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆。含量超过12%时，使钢有良好的高温抗氧化性和耐氧化性腐蚀的作用，还增加钢的热强性。铬为不锈钢耐酸钢及耐热钢的主要合金元素。 铬能提高碳素钢轧制状态的强度和硬度，降低伸长率和断面收缩率。当铬含量超过15%时，强度和硬度将下降，伸长率和断面收缩率则相应地有所提高。含铬钢的零件经研磨容易获得较高的表面加工质量。 铬在调质结构中的主要作用是提高淬透性，使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能，在渗碳钢中还可以形成含铬的碳化物，从而提高材料表面的耐磨性。 含铬的弹簧钢在热处理时不易脱碳。铬能提高工具钢的耐磨性、硬度和红硬性，有良好的回火稳定性。在电热合金中，铬能提高合金的抗氧化性、电阻和强度。 （2）镍（Ni） 镍在钢中强化铁素体并细化珠光体，总的效果是提高强度，对塑性的影响不显著。一般地讲，对不需调质处理而在轧钢、正火或退火状态使用的低碳钢，一定的含镍量能提高钢的强度而不显著降低其韧性。据统计，每增加1%的镍约可提高强度。随着镍含量的增加，钢的屈服程度比抗拉强度提高的快，因此含镍钢的比可较普通碳素钢高。镍在提高钢强度的同时，对钢的韧性、塑性以及其他工艺的性能的损害较其他合金元素的影响小。对于中碳钢，由于镍降低珠光体转变温度，使珠光体变细；又由于镍降低共析点的含碳量，因而和相同的碳含量的碳素钢比，其珠光体数量较多，使含镍的珠光体铁素体钢的强度较相同碳含量的碳素钢高。反之，若使钢的强度相同，含镍钢的碳含量可以适当降低，因而能使钢的韧性和塑性有所提。镍可以提高钢对疲劳的抗力和减小钢对缺口的敏感性。镍降低钢的低温脆性转变温度，这对低温用钢有极重要的意义。含镍%的钢可在-100℃时使用，含镍9%的钢则可在 -196℃时工作。镍不增加钢对蠕变的抗力，因此一般不作为热强钢的强化元素。 镍含量高的铁镍合金，其线胀系数随镍含量增减而显著变化，利用这一特性，可以设计和生产具有极低或一定线胀系数的精密合金、双金属材料等。 此外，镍加入钢中不仅能耐酸，而且也能抗碱，对大气及盐都有抗蚀能力，镍是不锈耐酸钢中的重要元素之一。 （3）钼（Mo）

合金元素在钢中的作用

第六章合金钢 合金钢的优点：高的强度和淬透性 第一节合金元素在钢中的作用 常用合金元素： 非碳化物形成元素——Co Ni Cu Si Al 碳化物形成元素——Zr Nb V Ti W Mo Cr Mn Fe 强中强弱 一、合金元素对钢中基本相的影响 1、形成合金铁素体 合金元素→溶入A →形成合金铁素体→固溶强化（Cr,Ni较好）2、形成合金碳化物 弱碳化物形成元素形成合金渗碳体(Fe,Mn)3C 中强碳化物形成元素形成合金碳化物(Cr23C6，Fe3W3C) 强碳化物形成元素形成特殊碳化物（VC，TiC） 熔点、硬度和稳定性： 特殊碳化物> 合金碳化物> 合金渗碳体> Fe3C 二、合金元素对Fe-FeC相图的影响 合金元素对A相区影响 扩大A相区元素（Mn）——E、S点左下移 缩小A相区元素（Cr）——E、S点左上移 奥氏体钢：1Cr18Ni9 铁素体钢：1Cr17 莱氏体钢：W18Cr4V

三、合金元素对热处理的影响 1、对加热的影响 多数元素减缓A形成，阻碍晶粒长大 2、对冷却的影响 多数元素溶入A后→过冷A稳定性↑→Vc↑→淬透性↑ →Ms点↓→残余A量↑提高淬透性的意义： ①增加淬硬层深度 ②减少工件变形、开裂倾向3、对回火的影响 ①回火稳定性→抗回火软化的能力 ②产生二次硬化（析出特殊碳化物，产生弥散强化；A残→M或B下） 第二节低合金钢 一、低合金高强度钢 碳素结构钢：Q195，Q215，Q235，Q255，Q275 低合金高强度钢：Q295，Q345，Q390，Q420，Q460 Q235+Me(<3%) →Q345 1、成分：0.1~0.2%C，合金元素2~3% 主加元素：Mn ——固溶强化 辅加元素：Ti,Cr,Nb ——弥散强化 使用状态：热轧或正火（F + P），不需最终热处理 2、性能：较高的σs ，良好的塑性韧性， 焊接性，抗蚀性，冷脆转变温度低

各类金属元素在钢材结构中有什么作用

各类金属元素在钢材结构中有什么作用？各类钢材有哪些区别？ 碳（C，carbon）是非金属元素，是炼钢不可缺少的成份，是炼钢时候与铁并存的元素，碳含量越高，硬度就越高，耐磨性能就越好，但韧性和抗腐蚀性能会随着碳含量的增加而降低。 铬（Cr，chromium）铬是不锈钢中的抗腐蚀组成成份，马氏体不锈钢铬含量不能低于12.5％，铬含量越高抗腐蚀性能就越好，铬的抗腐蚀机理是铬能与氧在钢的表面形成一层致密的氧化膜（即是钝化膜），这钝化膜是非常稳定的，可以隔绝钢材里其他元素与外界具有腐蚀能力的物质（具有氧化能力的物质，如酸，碱等）的接触从而阻断了腐蚀行为的发生和进行。同时铬能与碳形成高硬度的碳化物（HRC76），是不锈钢中的强化相。 钼（Mo, molybdenum）具有细化钢微观晶粒而达到细晶强化的作用，提高钢的强度，并且能提高钢的回火抗力使回火时减少马氏体的分解，保持硬度。同时能与碳形成高硬度的碳化物（HRC78），是钢中的强化相，同时钼能提高不锈钢在稀硫酸和稀盐酸中的抗腐蚀能力和提高钢材的淬透性(淬透性是以材料在热处理淬火时形成马氏体距离表层的深度来衡量的，深度越深则表示淬透性越好，材料的强度就越高)。 钒（V，vanadium）和钼的作用相似，具有细晶强化和提高回火抗力和提高材料的淬透性的作用，也能和碳形成碳化物，碳化钒的硬度非常高,可达到HRC84，是钢的强化相，提高钢的力学性能。 硫（S，sulfur）和磷（P，phosphor）都是钢中的有害成份，过高的磷和硫含量会导致钢的强度急剧下降，会导致钢材变脆。高级优质钢材（如不锈钢，高级优质碳素钢）必须对磷和硫的含量作严格的控制，如P含量质量分数≤0.035%和S含量质量分数≤0.030％。 复合钢、7Cr17Mo、8Cr13MoV特殊钼钒钢、3Cr13Mo、4Cr13 Mo不锈钢的区别： 作为马氏体型的3Cr13、4Cr13不锈钢材，主要特性是：含碳量高、淬透性好，一般油淬或空冷后即可得到马氏体组织，是不锈钢中机械性能最高切削性能最好的钢组。而近年来开发的7Cr17Mo（7铬17钼）、8Cr13MoV（8铬13钼钒）特殊钢，硬度、韧性比3Cr13材料机械综合性能更好，是目前国内做菜刀最好的不锈钢材，硬度可达58（HRC）以上，锋利耐用。

钢中碳锰元素的用途

含碳量决定金属的硬度，锰则是决定金属的机械性能 1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。 2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。 3、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%。在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，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，如16Mn钢比A3屈服点高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。 4、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。因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。 5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。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。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。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。 6、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。 7、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。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。 8、钼(Mo)：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变)。结构钢中加入钼，能提高机械性能。还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。 9、钛(Ti)：钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。 10、钒(V)：钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5%的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。 11、钨(W)：钨熔点高，比重大，是贵生的合金元素。钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性。在工具钢加钨，可显著提高红硬性和热强性，作切削工具及锻模具用。 12、铌(Nb)：铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，

人体中的金属元素

近年来，微量元素与人体健康的关系越来越引起人们的重视，含有某些微量元素的食品也应时而生。所谓微量元素是针对宏量元素而言的。人体内的宏量元素又称为主要元素，共有11种，按需要量多少的顺序排列为：氧、碳、氢、氮、钙、磷、钾、硫、钠、氯、镁。其中氧、碳、氢、氮占人体质量的95%，其余约4%，此外，微量元素约占1%。在生命必需的元素中，金属元素共有14种，其中钾、钠、钙、镁的含量占人体内金属元素总量的99％以上，其余10种元素的含量很少。习惯上把含量高于0.01%的元素，称为常量元素，低于此值的元素，称为微量元素。人体若缺乏某种主要元素，会引起人体机能失调，但这种情况很少发生，一般的饮食含有绰绰有余的宏量元素。微量元素虽然在体内含量很少，但它们在生命过程中的作用不可低估。没有这些必需的微量元素，酶的活性就会降低或完全丧失，激素、蛋白质、维生素的合成和代谢也就会发生障碍，人类生命过程就难以继续进行。 另有两种可能必须的微量元素，为镍和砷，体内含量各为 0.1ug/g。 目前，对于某些微量元素的功能尚不完全清楚，下面只作一简要介绍。 铁 人体内铁的含量为0.004%。一个体重为50 千克的人含铁2 克，相当于3 枚一分硬币（每枚约重0.68 克）的质量，成人每天约需10 毫克铁。

人体内铁的含量的60%～70%存在于红血球细胞的血红蛋白内，它是哺乳动物血红蛋白中氧的携带者。铁是血液中交换和输送氧所必需的一种元素，生物体内许多氧化还原体系都离不开它。体内大部分铁分布在特殊的血细胞内。没有铁，生物就无法生存。人体缺铁时会引起贫血，面色苍白，记忆力衰退。值得注意的是轻度缺铁的儿童，它们的注意力会明显降低，学习也会受到影响。在日常饮食中，含铁最多的食物为动物的肝脏，牛、羊、猪的瘦肉，蛋黄、芹菜、菠菜、蕃茄和红枣等。 锌 锌是一种与生命攸关的元素，它在生命活动过程中起着转换物质和交流能量的“生命齿轮”作用。它是构成多种蛋白质所必需的。眼球的视觉部位含锌量高达4%，可见它具有某种特殊功能。锌普遍存在于食物中，只要不偏食，人体一般不会缺锌。 钙 成人体内钙的含量约1200 克。主要存在于骨骼和牙齿中，其余分布在体液中。人体内缺钙一般会得软骨病（佝偻病）。维生素D 能促进钙的吸收。人体每天从食物中约需摄取钙0.66 克。幼儿因处于生长发育期，每天要从食物中摄取钙1 克以上。 钠 钠是食盐的主要成分。食盐的作用主要是钠离子的作用，正常人体内钠离子的最小需要量每人每日为0.5 克，相当于2～3 克食盐。正常状况下每人每日以摄入10～12 克食盐为宜。

各种元素在金属材料中的作用

6、铬(Cr):在结构钢和工具钢中，铬能显着提高强度、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。 7、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。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。 8、钼(Mo):钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变)。结构钢中加入钼，能提高机械性能。还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。 抗氧化和防腐蚀的含钼不锈钢 钼是银灰色的难熔金属，主要用于钢铁工业，其中大部分以工业氧化钼形式压块后直接用于炼钢或铸铁，少部分熔炼成钼铁后再用于炼钢。低合金钢中钼含量不大于1％，但这方面的消费却占钼消费量的50％左右。不锈钢中加入钼，能改善钢的耐腐蚀性。铸铁中加入钼，能提高铁的强度和耐磨性能。含钼18％的镍基超合金具有熔点高、密度低和热胀系数小

的特性，用于制造航空和航天的各种高温部件。金属钼在电子管、晶体管及整流器等电子器件方面应用广泛。氧化钼和钼酸盐是化学和石油工业中的优良催化剂。二硫化钼是一 种重要的润滑剂，用于航天和机械工业部门。钼还是人体必须的微量元素之一，缺少钼会引起肾结石和龋齿。根据《中国科技百科全书》第544 页保健篇记载：“钼对防治心血管病和癌症方面有着特殊的功能。” 9、钛(Ti):钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感 性和冷脆性。改善焊接性能。在铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀 10、钒(V):钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5%的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。 钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。 11、钨(W):钨熔点高，比重大，是贵生的合金元素。钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和 耐磨性。在工具钢加钨，可显着提高红硬性和热强性，作切削工具及锻模具用。 12、铌(Nb):铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，但塑性和韧性有所下降。在普通低合金钢中加铌，可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力。铌可改善焊接性能。在奥氏体不锈钢中加铌，可防止晶间腐蚀现象。 13、钻(Co):钻是稀有的贵重金属，多用于特殊钢和合金中，如热强钢和磁性材料。 14、铜(Cu):武钢用大冶矿石所炼的钢，往往含有铜。铜能提高强度和韧性，特别是大气 腐蚀性能。缺点是在热加工时容易产生热脆，铜含量超过0.5%塑性显着降低。当铜含量小

总结金属成分及作用

常用金属材料中各种化学成分的作用及影响 1、生铁 生铁中除铁外，还含有碳、硅、锰、磷和硫等元素。这些元素对生铁的性能均有一定的影响。 碳（C）：在生铁中以两种形态存在，一种是游离碳（石墨），主要存在于铸造生铁中，另一种是化合碳（碳化铁），主要存在于炼钢生铁中，碳化铁硬而脆，塑性低，含量适当可提高生铁的强度和硬度，含量过多，则使生铁难于削切加工，这就是炼钢生铁切削性能差的原因。石墨很软，强度低，它的存在能增加生铁的铸造性能。 硅（Si）：能促使生铁中所含的碳分离为石墨状，能去氧，还能减少铸件的气眼，能提高熔化生铁的流动性，降低铸件的收缩量，但含硅过多，也会使生铁变硬变脆。 锰（Mn）：能溶于铁素体和渗碳体。在高炉炼制生铁时，含锰量适当，可提高生铁的铸造性能和削切性能，在高炉里锰还可以和有害杂质硫形成硫化锰，进入炉渣。 磷（P）：属于有害元素，但磷可使铁水的流动性增加，这是因为硫减低了生铁熔点，所以在有的制品内往往含磷量较高。然而磷的存在又使铁增加硬脆性，优良的生铁含磷量应少，有时为了要增加流动性，含磷量可达1.2%。 硫（S）：在生铁中是有害元素，它促使铁与碳的结合，使铁硬脆，并与铁化合成低熔点的硫化铁，使生铁产生热脆性.减低铁液的流动

性，顾含硫高的生铁不适于铸造细件。铸造生铁中硫的含量规定最多不得超过0.06%（车轮生铁除外）。 2、钢 除含碳以外，还含有少量锰(Mn)、硅(Si)、硫(S)、磷(P)、氧（O）、氮（N）和氢（H）等元素。这些元素并非为改善钢材质量有意加入的，而是由矿石及冶炼过程中带入的，故称为杂质元素。这些杂质对钢性能是有一定影响，为了保证钢材的质量，在国家标准中对各类钢的化学成分都作了严格的规定。 1）碳 碳是影响铸钢强度、硬度、韧性及淬透性、耐磨性的至关重要的元素。碳量过高，热处理后形成的高碳马氏体硬度高，但韧性低，且热处理时易形成裂纹；碳量过低，硬度低，耐磨性不佳。低温回火的0．2．0．5％C低合金钢中，拉伸强度与C的重量百分含量保持线性关系o。(MPa)=2940×C+820这些C在M体中引起间隙固溶强化而达 到超高强度，低温回火时，从M体中共格沉淀出Fe碳化物，但并未 引致高强度的再升高。增加C量几乎伤害强度以外的所有性能，所以在保证强度前提下应尽可能降低其含量。钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。 2）硫

钢中各元素在钢中的作用2018.1.17

钢中各元素在钢中的作用 李祥才 1、碳 碳是对钢的强度贡献最大的元素。碳溶解在钢中形成间隙固溶体，起固溶强化的作用，另外它与强碳化物形成元素如V、Nb、Ti形成碳化物析出时，起到沉淀强化作用。碳对钢的强度、硬度、塑性、韧性、脱碳倾向和显微组织都有很大影响，其影响往往超过其他合金元素，并且淬火加热时溶入奥氏体的碳能够提高钢的淬透性，但是碳含量增加时会使钢的塑性、韧性明显变差，增加钢的脱碳倾向，其影响往往超过其他合金元素，因此钢中的碳含量不宜太多。 2、硅 硅具有明显的固溶强化作用，它不形成碳化物，基本上以固溶状态存在于钢中，在常用合金元素中，硅的固溶强化作用最强。硅能改变回火时析出碳化物的数量、尺寸和形态，提高钢的回火稳定性及间接的促进沉淀强化的作用。并且硅还能显著提高钢的弹性极限、屈服极限和屈强比，故广泛用于作弹簧钢。但硅含量较高时会明显增加钢的脱碳倾向。 3、锰 锰是提高淬透性最有效的合金元素，它溶入铁素体中有固溶强化作用，同时能够改善钢的热处理性能，细化珠光体晶粒，提高钢的强度和硬度。对弹簧钢而言，锰含量只有大于0.5％时，才有可能

使淬火时弹簧钢心部完全转变为马氏体，但当锰含量超过1.5％时，韧性会明显下降，因此Mn在钢中含量不宜太高。 4、铬 铬是强碳化物形成元素，Cr作为合金元素加入，可降低钢中碳的活度，改善钢的抗氧化作用，增加钢的抗腐蚀能力，提高钢的强度，显著提高钢的淬透性。Cr与C有较强的亲和力，含Cr１％左右时，钢中渗碳体以（Fe，Cr）3为主。Cr元素最突出的优点是能够提高钢中碳扩散的激活能，减少钢的脱碳倾向和晶粒粗化倾向。锰、铬两种元素的主要作用是提高钢的淬透性，特别是两者共用时淬透性效果更好，典型的钢种如弹簧钢SUP9和SUP9A，Mn、Cr共用，可显著提高该类钢的淬透性。 5、钼 钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时可保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变)。钢中加入钼，能提高机械性能，还可以抑制合金钢由于回火而引起的脆性。典型的钢种如35CrMo（H）、42CrMo（H）以及 52CrMoV4等。 6、钒 钒是强碳氮化物形成元素，与C、N元素有很强的亲和力，当它们生成细小弥散的VC、VN时可产生强烈的沉淀强化效果，并能细化晶粒，提高钢的硬度、强度，特别是屈强比。但是只有溶入奥氏体中的钒才能够强烈提高钢的淬透性，不能溶入奥氏体的V（如V与C、