Ni,S,P,H,O元素对钢铁性能的影响
不同元素的含量，对钢铁性能的影响非常大，生产过程中这些元素的含量把控不稳将对企业造成重大的经济损失，所以，在这里我们会为大家推介一款能为企业节约成本，提高工作效率的检测金属含量的光谱设备——日立分析仪器便携式金属直读光谱仪PMI-MASTER Smart（PMS），这款设备集便携适合多种生产环境、检测精准度高、牌号数据库大、氩气消耗量低等多种优势于一身，是您的理想的分析方案。
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下面就让我们一起探讨Ni,S,P,H,O元素对钢铁性能的影响分别有哪些，也方便大家在生产过程中把控钢铁产品的质量。
【Ni元素】
1.能提高钢的强度和韧性，提高淬透性含量高时，可显著改变钢和合金的一些物理性能，提高钢的抗腐蚀能力
2.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。
3.镍在钢中的影响有:
a．增进钢的硬化能。
b．能降低热处理时的淬火温度，因之在处理时变形小。
c．能增加钢的韧性。
d．高镍合金钢能耐腐蚀，例如：不锈钢就含有8%左右的镍。
4. a．在适量含Ni下，锰量增加可增加钢之最大强度及硬度。b．锰有脱氧及脱疏功效，故锰能发掸钢之锻造性与可塑性。c．锰在钢中含量多，可降低钢之淬火温度。d．可增进钢之硬化深度，尤其在含碳量高之油硬性锰钢为最显著。
5.提高塑性及韧性，(提高低温韧性更明显)，改善耐蚀性能，与铬、钼联合使用，提高热强性，是热强钢及不锈耐酸钢的主要合金元素之一；
6.镍的有益作用是：高的强度、高的韧性和良好的淬透性、高电阻、高的耐腐蚀性。
① 一方面既强烈提高钢的强度，另方面又始终使铁的韧性保持极高的水平。其变脆温度则极低。（当镍＜0.3%时，其变脆温度即达‐100℃以下，当Ni量增高时，约4～5%，其变脆温度竞可降至‐180℃。所以能同时提高淬火结构钢的强度和塑性。含Ni=3.5%，无Cr钢可空淬，含Ni=8%的Cr钢在很小冷速下也可转变为M体。
②Ni的晶格常数与γ‐铁相近，所以可成连续固溶体。这就有利于提高钢的淬硬性，Ni可降低临界点并增加奥氏体的稳定性，所以其淬火温度可降低，淬透性好。一般大断面的厚重件都用加Ni钢。当它同Cr、W或Cr、Mo结合的时候，淬透性尤可增高。镍钼钢还具有很高的疲劳极限。（Ni钢有良好的耐热疲劳性，工作在冷热反复。σ、αk高）
③在不锈钢中用Ni，是为了使钢具有均匀的A体组织，以改善耐蚀性。
④有Ni钢一般不易过热，所以它可阻止高温时晶粒的增长，仍可保持细晶粒组织。
⑤含Ni量相当高的钢，其热膨胀系数很小而用作不变钢（Ni36%）和代用白金（Ni42%）。
⑥含Ni更高时，与Cr结合作高电阻合（Cr15Ni60、Cr20Ni80）。
⑦Ni和V一样，对脱碳过程没有影响。
⑧Ni本身不是有效的抗氧化学元素，所以很少单独用作不锈钢的合金元素，但对浓苛性碱有好的作用。
⑨Ni可提高A体钢的蠕变抗力，但还一定值作用则减弱，须加入别的合金元素，通过固溶强化或沉淀硬化的途径来解决。
⑩Cr、Ni钢的焊接性能和低温性能也不错。
（2）Ni的不良作用：
①Ni不能提高铁素体的蠕变抗力，相反会使珠光体M体钢热脆性增大。所以珠光体、马氏体钢不加镍。
②含硫气氛中的Ni钢耐蚀性也不及无Ni钢，因硫化镍会引起钢的赤热脆性。
③铬镍钢容易感受回火脆性和易形成白点（前者可在回火后采用速冷防止，后者应采用正确的熔炼规范和锻造、冷却规范防止。）
④对高速钢，因为它降低了它的硬度而被视为有害杂质，当Ni≈2%时或更高时，由于其抗600～660℃回火稳定性降
低而热硬性变坏（使A体稳定不分解），所以硬度降低。
⑤同样，因为Ni降低钢之淬火层的硬度，在轴承钢中也不希望有它，Ni不大于0.30%，且Ni+Cu不大于0.50%（Cu不大于0.25%）。
⑥Ni虽可提高电阻，促使矽石墨化，但会降低磁感和最大磁导率。所以硅钢片也不希望有Ni。
⑦Ni在我国早，价钱高。
⑧Ni钢氧化容易起鳞，所镍钢的氧化铁皮粘在钢表面上不易脱落。
（3）一般合金钢中的Ni含量：
渗碳钢：含C=0.15～0.25%
Ni=1～4.5%
调质钢：含C=0.35～0.55%
Ni=1～1.75%
不锈钢：含Ni≤2%M体不锈钢，含Ni=8～18%A体不锈钢。含Ni=2～8%M‐P体类不锈钢。
耐热不起皮钢：含Ni达9～36%，属A体钢。
磁钢：含Ni＜25%的（Ni25、Ni9Mn9等）为弱磁性钢，用930～1000℃淬火能很好不被磁化，可用于制机器，仪表等
不应被磁化零件（电机环、指南针盒、电阻等）。
含Ni=25～30%的是陈化磁性钢，它具有非常高的磁性，当残余磁感应为5000～7500高斯时，矫顽磁力可达500～700
奥斯特甚至1000，但它具有高的脆性（和硬度），所以多做铸造磁铁。
含Ni=35～37%的是恒范合金（不变合金）
Ni=42～44%的是类铂合金。
含Ni=50～80%的是高导磁率的合金，（但要很纯，才能发挥作用）
【S元素】
1、钢中的有害杂物，含硫较高的钢在高温进行压力加工时，容易脆裂，通常叫作热脆性。
2、硫来源于炼钢的矿石与燃料焦炭。它是钢中的一种有害元素。硫以硫化铁(FeS)的形态存在于钢中，FeS和Fe形成低熔点(985℃)化合物。而钢材的热加工温度一般在1150～1200℃以上，所以当钢材热加工时，由于FeS化合物的过早熔化而导致工件开裂，这种现象称为“热脆”。含硫量愈高，热脆现象愈严重，故必须对钢中含硫量进行控制。
高级优质钢：S＜0.02%～0.03%；优质钢：S＜0.03%～0.045%；普通钢：S＜0.055%～0.7%以下。
3、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。
4、硫在钢中为有害之杂质，硫与铁化合成为FeS，与锰化合成MnS，其结果：
a．会增加钢的热脆性
b．硫含量0.2%以上，就会严重影响钢的强度和韧性
c．硫可使钢强度降低，因此有利於钢的切削，但除了易切钢之外，极少利用。
5、对焊接性产生不好影响；
6、硫的有益作用是：
1）由于其切屑发脆而可得到非常光泽的表面，所以可用于制要求负荷不大而具高表面光洁度的钢制件（名为快削钢）。
2）某些高速钢工具钢进行硫化表面以达到如下目的。
7、硫的不良影响是：
1）引起热脆：主要是因易生成（Fe+FeS）易熔共晶体分布于奥氏体晶界所致。
2）硫能使结构钢的塑性急剧降低，使工具钢的淬裂敏感性增高。
8、一般合金钢中的含S量：
1）一般地说，硫对各种钢均为有害的杂质元素，所以均限制它的含量。
普通碳钢S≤0.05%，酸性转炉冶炼，18MnSi及25MnSi钢允许含S≯0.05%).轴承钢S≤0.02%、优质碳钢S≤0.04%、高级优质钢S≤0.03%
仅有极个别要求表面很光洁的钢（如Cr14）有意加进少量的硫（=0.2～0.4%）（Cr14可做螺钉、螺母、磁轮及其
它螺纹零件，其表面光滑，耐磨性好）
【P元素】
1、能使钢的可塑性及韧性明显下降，特别的在低温下更为严重，这种现象叫作冷脆性．在优质钢中，硫和磷要严格控制．但从另方面看，在低碳钢中含有较高的硫和磷，能使其切削易断，对改善钢的可切削性是有利的．
2、磷是由矿石带入钢中的，一般说磷也是有害元素。磷虽能使钢材的强度、硬度增高，但引起塑性、冲击韧性显著降低。特别是在低温时，它使钢材显著变脆，这种现象称"冷脆"。 冷脆使钢材的冷加工及焊接性变坏，含磷愈高，冷脆性愈大，故钢中对含磷量控制较严。
高级优质钢： P＜0.025%；优质钢： P＜0.04%；普通钢： P＜0.085%。
3、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。
4、固溶强化及冷作硬化作用很好，与铜联合使用，提高低合金高强度钢的耐大气腐蚀性能，但降低其冷冲压性
能，与硫、锰联合使用，改善切削性，增加回火脆性及冷脆敏感性；
5、磷的有益作用：
1）由于其切屑发脆得到光洁的表面而加进快削钢，制受荷不大的零件。
2）某些高速钢，工具钢进行磷化表面处理以达到目的
3）磷可提高比电阻，且由于容易粗晶而可使矫顽力和涡流损失降低，于磁感而言，则在弱中磁场下磷含量高的钢磁感会提高。而在磁场下则磷含量增高而磁感略有减弱。含P硅钢的热加工也并不困难。所以硅钢中有时加磷，但由于它会使硅钢具冷脆性。所以其量甚微≯0.15%（如冷轧电机用硅钢含P=0.07～0.10%）。
4）磷是强化铁素体作用最强的元素。（P对硅钢再结晶温度和晶粒长大的影响将超过同等硅含量作用的4～5倍。）
6、磷的不良影响：
1）磷溶于铁素体中，会使其晶格歪曲，晶粒长大，而且有冷脆性。P＞0.13%时脆性特甚，P使钢破断能转变温度增高的作用比碳强约20倍。
2）和Mn一样使钢晶粒粗化。
7、一般合金钢的磷含量：
普通碳钢P≯0.055%；轴承钢P≯0.027%、P+S≯0.045%；优质碳钢P≯0.045%合金钢P≯0.15% P+C≯0.025%高级优质钢P≯0.035%
【H元素】
钢中溶有氢会引起钢的氢脆、白点等缺陷。白点常在轧制的厚板、大锻件中发现，在纵断面中可看到圆形或椭圆形的白色斑点；在横断面上则是细长的发丝状裂纹。锻件中有了白点，使用时会发生突然断裂，造成不测事故。因此，化工容器用钢，不允许有白点存在。氢产生白点冷裂的主要原因是因为高温奥氏体冷至较低温时，氢在钢中的溶解度急剧降低。当冷却较快时，氢原子来不及扩散到钢的表面而逸出，就在钢中的一些缺陷处由原子状态的氢变成分子状态的氢。氢分子在不能扩散的条件下在局部地区产生很大压力，这压力超过了钢的强度极限而在该处形成裂纹，即白点。
2、氢的作用：
1）H 能提高钢的磁导率，但也会使矫顽力和铁损增加（加H后矫顽力可增大0.5～2倍）。
2）H与C作用能生成甲烷（CH4），所以H 的存在会促进脱碳。
3）H是一般钢中最有害的元素。因为它是产生钢中白点的罪魁祸首，实验
知钢中形成白点的危险含H量为5～150px3/100g Fe，主要是因为A体可溶H量大，而冷至低温珠光体则溶解度大大减小，所以当冷却过快，高压氢气来不及析出钢外，高压氢的张力与其它诸种应力作用，即可能超过材料的σb，因此产生许多微裂，此即谓之白点。实践知640～650℃最易使A体转变为珠光体，200℃则最关于钢中的危险含H量，不同的资料有不同的数据。
【O元素】
1、氧在钢中是有害元素。它是在炼钢过程中自然进入钢中的，尽管在炼钢末期要加入锰、硅、铁和铝进行脱氧，但不可能除尽。氧在钢中以FeO、MnO、SiO2、Al2O3等夹杂形式，使钢的强度、塑性降低。尤其是对疲劳强度、冲击韧性等有严重影响。
2、氧的作用：
1）残存于钢锭中的氧，或扩散到金属表层的氧，均易使晶界氧化而形成脆性的氧化物夹层，把（A体晶粒隔绝开来。以至在随后的变形加工中引起晶间裂纹（后者也即常说的过烧）。实践知，只要钢中含O量超过0.03～0.04%，其强度和塑性就明显下降。
2）氧与碳的作用，可能将钢中碳烧损以至造成脱碳，但是当有过量氧的情况下，则表面脱碳层将被完全烧成氧化皮而反而成了一层保护膜，而使脱碳过程减慢。此时烧损金属较多，其作用还要看氧化皮的组织改善性。
3）氧会使硅钢中铁损增大，磁导率及磁感强度减弱，磁时效作用加剧。
4）FeO在高温时稳定，但当温度降低至560℃以下时则易分解成Fe3O4及α‐Fe，钢加热后在空气中慢冷则可能出现Fe2O3。（钢中氧化物塑性差，氧化后则几乎无塑性）
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