水电第05章 建筑金属材料

1、第第05章章 建筑金属材料建筑金属材料第第 2页页n金属材料金属材料是一种或两种以上的金属元素或金是一种或两种以上的金属元素或金属与某些非金属元素组成的合金的总称。属与某些非金属元素组成的合金的总称。n金属材料一般分为两大类：金属材料一般分为两大类：n黑色金属：黑色金属：是以铁元素为主要成分的铁金属及其是以铁元素为主要成分的铁金属及其合金，钢和铁是铁碳合金。合金，钢和铁是铁碳合金。n含碳量小于含碳量小于2.11的铁碳合金称为的铁碳合金称为钢钢。n含碳量大于含碳量大于2.11的铁碳合金称为的铁碳合金称为生铁生铁。n有色金属：有色金属：是除黑色金属以外的其它金属，如铝、是除黑色金属以外的其它金属，

2、如铝、铅、锌、铜、锡等金属及其合金，其中铝合金是铅、锌、铜、锡等金属及其合金，其中铝合金是一种重要的轻质结构材料。一种重要的轻质结构材料。第第 3页页5.1 钢的生产与分类钢的生产与分类 n钢材的生产可钢材的生产可分为三个过程：分为三个过程：n冶炼冶炼n铸锭铸锭n压力加工压力加工n其生产流程的其生产流程的概况如图所示。概况如图所示。 第第 4页页5.1.1钢的冶炼钢的冶炼 n主要的铁矿石有赤铁矿主要的铁矿石有赤铁矿(Fe2O3)、磁铁矿、磁铁矿(Fe3O4)、菱、菱铁矿铁矿(FeCO3)、褐铁矿（、褐铁矿（Fe2O32Fe(OH)3）和黄铁矿）和黄铁矿(FeS2)。 第第 5页页n把把铁矿石、

3、焦炭、石灰石铁矿石、焦炭、石灰石(助熔剂助熔剂)按一定比例按一定比例装入高炉中，在炉内高温条件下，焦炭中的装入高炉中，在炉内高温条件下，焦炭中的碳与矿石中的氧化铁发生化学反应，将矿石碳与矿石中的氧化铁发生化学反应，将矿石中的铁还原出来，生成的一氧化碳和二氧化中的铁还原出来，生成的一氧化碳和二氧化碳由炉顶排出，使矿石中的铁和氧分离，此碳由炉顶排出，使矿石中的铁和氧分离，此过程称为过程称为炼铁炼铁。其化学反应式如下：其化学反应式如下： C+FeOFe+CO 第第 6页页第第 7页页n将铁在炼钢炉中进一步熔炼，并供给足够的氧气，将铁在炼钢炉中进一步熔炼，并供给足够的氧气，通过炉内的高温氧化作用，部分

4、碳被氧化成一氧化通过炉内的高温氧化作用，部分碳被氧化成一氧化碳气体而逸出，其它杂质则形成氧化物进入炉渣中碳气体而逸出，其它杂质则形成氧化物进入炉渣中除去，这样可得到含碳量合乎要求的产品，即为钢，除去，这样可得到含碳量合乎要求的产品，即为钢，此过程称为此过程称为炼钢炼钢。炼钢的过程基本上是一个氧化过炼钢的过程基本上是一个氧化过程。程。 n碳被氧化形成碳被氧化形成CO气体而逸出，硅、锰等形成氧化硅和氧气体而逸出，硅、锰等形成氧化硅和氧化锰进入渣中除去；化锰进入渣中除去；n磷和硫在石灰的作用下，形成（磷和硫在石灰的作用下，形成（CaO）4P2O5和和CaS，亦进，亦进入渣中被排除。入渣中被排除。n在

5、冶炼后期应加入脱氧剂以除去钢液中的氧，这个在冶炼后期应加入脱氧剂以除去钢液中的氧，这个步骤称为步骤称为“脱氧脱氧”。常用的脱氧剂。常用的脱氧剂有硅铁、锰铁和有硅铁、锰铁和铝锭铝锭等。等。 第第 8页页炼钢的主要反应过程炼钢的主要反应过程: n产生氧化剂：产生氧化剂：2Fe+O2=2FeO （氧气）（氧气）n除硅，锰，碳等杂质：除硅，锰，碳等杂质： Si+2FeO=SiO2+2Fe Mn+FeO=MnO+Fe C+FeO=CO+Fen造渣：造渣： CaO+SiO2=CaSiO3 （生石灰）硫、磷杂（生石灰）硫、磷杂质与生石灰作用形成炉渣被除去。质与生石灰作用形成炉渣被除去。n脱氧：脱氧： Si+

6、2FeO=SiO2+2Fe （脱氧剂：硅铁，锰（脱氧剂：硅铁，锰铁）调节合金元素铁）调节合金元素第第 9页页1. 转炉炼钢法转炉炼钢法 n转炉炼钢转炉炼钢n根据风口位置分：底吹、顶吹、根据风口位置分：底吹、顶吹、侧吹三种；侧吹三种；n根据所鼓风的不同分：空气转炉根据所鼓风的不同分：空气转炉和氧气转炉；和氧气转炉；n根据炉衬材料的不同分：酸性转根据炉衬材料的不同分：酸性转炉和碱性转炉。炉和碱性转炉。n转炉炼钢的转炉炼钢的主要原料主要原料是熔化的是熔化的高温铁水及部分废钢。转炉炼高温铁水及部分废钢。转炉炼钢不需要另外使用燃料。钢不需要另外使用燃料。n空气转炉法空气转炉法只能用来炼制普通只能用来炼制

7、普通碳素钢。但其成本较低。碳素钢。但其成本较低。n氧气转炉法氧气转炉法可炼优质碳素钢和可炼优质碳素钢和合金钢。合金钢。第第 10页页2.平炉炼钢法平炉炼钢法 （也叫马丁法）（也叫马丁法） n根据所用耐火材料不同分为根据所用耐火材料不同分为碱性平炉和酸性碱性平炉和酸性平炉平炉。 n平炉炼钢法是以平炉炼钢法是以固体或液体生铁、铁矿石或固体或液体生铁、铁矿石或废钢作原料废钢作原料。反应所需的热量是由燃烧。反应所需的热量是由燃烧气体气体燃料燃料（高炉煤气，发生炉煤气）或（高炉煤气，发生炉煤气）或液体燃料液体燃料（重油）所提供。（重油）所提供。 n平炉平炉可炼制优质碳素钢和合金钢可炼制优质碳素钢和合金钢

8、。但由于设。但由于设备投资较大，燃料热效率不高，冶炼时间较备投资较大，燃料热效率不高，冶炼时间较长，故其成本较高。长，故其成本较高。n视频：鞍钢平改转工程视频：鞍钢平改转工程第第 11页页3.电炉炼钢法电炉炼钢法 n电炉的种类很多，分电弧炉、感应炉、电渣炉三种。电炉钢电炉的种类很多，分电弧炉、感应炉、电渣炉三种。电炉钢的质量最好，但成本高，主要用于冶炼优质碳素钢和特殊性的质量最好，但成本高，主要用于冶炼优质碳素钢和特殊性能钢。能钢。表表51 三种炼钢法列表比较三种炼钢法列表比较 炉名炉名原料原料氧的来源氧的来源热的来源热的来源产品及优缺点产品及优缺点转炉转炉液态生铁液态生铁空气空气杂质氧化时杂

9、质氧化时放出的热放出的热出钢快，不用燃料，设备简单。铁的耗出钢快，不用燃料，设备简单。铁的耗损率较大，管理不便。钢质量较差。损率较大，管理不便。钢质量较差。氧气氧气出钢快，不用燃料，设备简单。钢质量出钢快，不用燃料，设备简单。钢质量较高。较高。平炉平炉废铁、废钢废铁、废钢及铁矿石及铁矿石空气、氧化空气、氧化铁、铁矿石铁、铁矿石气体燃料燃气体燃料燃烧烧制合金钢。质量高，管理方便。反应时制合金钢。质量高，管理方便。反应时间较长，消耗燃料，建设费用高。间较长，消耗燃料，建设费用高。电炉电炉同上同上氧化铁、铁氧化铁、铁矿石矿石电能电能制钨等高级合金钢。反应时间较平炉短，制钨等高级合金钢。反应时间较平炉

10、短，管理方便，电能消耗量大，成本高。管理方便，电能消耗量大，成本高。第第 12页页5.1.2 钢的铸锭钢的铸锭 n冶炼后的钢水注入锭模，浇铸成柱状的钢锭（钢坯），这种冶炼后的钢水注入锭模，浇铸成柱状的钢锭（钢坯），这种工艺称为工艺称为铸锭铸锭。 n在铸锭冷却过程中，由于钢内某些元素在铁的液相中的溶解在铸锭冷却过程中，由于钢内某些元素在铁的液相中的溶解度高于固相，使这些元素向凝固较迟的钢锭中心集中，导致度高于固相，使这些元素向凝固较迟的钢锭中心集中，导致化学成分在钢锭截面上分布不均匀，这种现象称为化学成分在钢锭截面上分布不均匀，这种现象称为化学偏析化学偏析，其中尤以硫、磷最为严重。偏析现象对钢的

11、质量有很大影响。其中尤以硫、磷最为严重。偏析现象对钢的质量有很大影响。 n根据脱氧程度的不同，浇铸的钢锭可分为：根据脱氧程度的不同，浇铸的钢锭可分为： n沸腾钢：沸腾钢：是脱氧不完全的钢。沸腾钢中碳和有害杂质磷、硫等的偏析是脱氧不完全的钢。沸腾钢中碳和有害杂质磷、硫等的偏析严重，再加上钢的致密程度较差，使它的冲击韧性和可焊性较差，特严重，再加上钢的致密程度较差，使它的冲击韧性和可焊性较差，特别是低温冲击韧性的降低更为显著。但成本较低。别是低温冲击韧性的降低更为显著。但成本较低。n镇静钢：镇静钢：是脱氧完全的钢。是质量较好的钢种，但成本较高。是脱氧完全的钢。是质量较好的钢种，但成本较高。n半镇静

12、钢：半镇静钢：其脱氧程度和材质介于上述两种钢之间。其脱氧程度和材质介于上述两种钢之间。 n特殊镇静钢：特殊镇静钢：比镇静钢脱氧程度还要充分彻底的钢，质量最好。比镇静钢脱氧程度还要充分彻底的钢，质量最好。第第 13页页两钢锭的纵剖面两钢锭的纵剖面 (A)沸腾钢纵剖面图沸腾钢纵剖面图 (B)镇静钢纵剖面图镇静钢纵剖面图第第 14页页5.1.3 钢的压力加工钢的压力加工 n压力加工可分为压力加工可分为冷加工和热加工冷加工和热加工。n热加工热加工是将钢锭加热到塑性状态，依靠外力来改变是将钢锭加热到塑性状态，依靠外力来改变形状的加工。常用的热加工方式有形状的加工。常用的热加工方式有碾轧和锻造碾轧和锻造。

13、n1.碾轧：碾轧：将钢坯加热（将钢坯加热（9001250）至塑性状态，轧成所）至塑性状态，轧成所需形状的钢材。工程上常用的钢筋、工字钢、角钢及钢板需形状的钢材。工程上常用的钢筋、工字钢、角钢及钢板等都是碾轧制成的。等都是碾轧制成的。n2.锻造：锻造：将钢材加热至塑性状态，用锤击或静压的方法，将钢材加热至塑性状态，用锤击或静压的方法，使之加工成一定形状的制品。如建筑及机械用的钢零件。使之加工成一定形状的制品。如建筑及机械用的钢零件。 n钢材经热加工后，其内部气泡由于外力的挤压而焊钢材经热加工后，其内部气泡由于外力的挤压而焊合，疏松组织密实，从而提高了钢的强度和质量，合，疏松组织密实，从而提高了钢

14、的强度和质量，一般碾轧的次数越多，钢的强度提高也越大。一般碾轧的次数越多，钢的强度提高也越大。第第 15页页5.1.4 钢的分类钢的分类 n1.按化学成分分类按化学成分分类 n当钢材组分元素中含量仅次于铁元素的成分为碳时，则称当钢材组分元素中含量仅次于铁元素的成分为碳时，则称为为碳素钢碳素钢；n当钢材组分元素中含量仅次于铁元素的成分为其他合金元当钢材组分元素中含量仅次于铁元素的成分为其他合金元素时，则称为素时，则称为合金钢合金钢。 n(1)碳素钢碳素钢根据含碳量多少，根据含碳量多少，碳素钢可分为：碳素钢可分为：n低碳钢：含碳量低碳钢：含碳量0.25以下。以下。n中碳钢：含碳量中碳钢：含碳量0.

15、250.6。n高碳钢：含碳量大于高碳钢：含碳量大于0.6。n(2)合金钢合金钢根据合金元素的含量，根据合金元素的含量，合金钢可分为：合金钢可分为：n低合金钢：合金元素总含量小于低合金钢：合金元素总含量小于5；n中合金钢：合金元素总含量在中合金钢：合金元素总含量在510之间；之间；n高合金钢：合金元素总含量大于高合金钢：合金元素总含量大于10。 第第 16页页2.按用途分类按用途分类 n钢材按照用途可分为钢材按照用途可分为结构钢、工具钢和特殊结构钢、工具钢和特殊性能钢性能钢三类。三类。n（1）结构钢：）结构钢：工程结构构件用钢、机械制造用钢。工程结构构件用钢、机械制造用钢。n（2）工具钢：）工具

16、钢：根据化学成分不同分碳素工具钢、根据化学成分不同分碳素工具钢、合金工具钢和高速工具钢，广泛用于各种刃具、合金工具钢和高速工具钢，广泛用于各种刃具、模具、量具等。模具、量具等。n（3）特殊性能钢：）特殊性能钢：具有特殊物理、化学或机械性具有特殊物理、化学或机械性能的钢，多为高合金钢，如不锈钢、耐热钢、耐能的钢，多为高合金钢，如不锈钢、耐热钢、耐酸钢、耐磨钢、磁性钢等。酸钢、耐磨钢、磁性钢等。第第 17页页 3. 按质量（杂质含量）分类按质量（杂质含量）分类 n根据钢材中所含有害杂质的多少工业用钢可分为：根据钢材中所含有害杂质的多少工业用钢可分为： n(1)普通钢：普通钢：含硫量含硫量0.050

17、；含磷量；含磷量0.045。 n(2)优质钢：优质钢：含硫量含硫量0.035；含磷量；含磷量0.035。n(3)高级优质钢：高级优质钢：含硫量含硫量0.025；含磷量；含磷量0.025。n(4)特级优质钢：特级优质钢：含硫量含硫量0.015；含磷量；含磷量0.025。n在土木工程中常用的钢种是在土木工程中常用的钢种是普通碳素结构钢普通碳素结构钢和普通低合金结构钢和普通低合金结构钢。第第 18页页5.2 建筑钢材的主要技术性能建筑钢材的主要技术性能 n钢材的技术性质主要包括力学性能和工艺性钢材的技术性质主要包括力学性能和工艺性能两个方面。能两个方面。 n5.2.1力学性能力学性能 n主要技术指标

18、有：抗拉屈服强度、抗拉极限强度、主要技术指标有：抗拉屈服强度、抗拉极限强度、伸长率、韧性和硬度等。伸长率、韧性和硬度等。 n1.拉伸性能拉伸性能 拉伸试验视频拉伸试验视频 第第 19页页低碳钢拉伸的应力应变曲线低碳钢拉伸的应力应变曲线 图图5 59 9 低碳钢拉伸的应力应变曲线低碳钢拉伸的应力应变曲线第第 20页页硬钢的屈服强度硬钢的屈服强度 n规定产生残余变形为原标距长度的规定产生残余变形为原标距长度的0.2时所对应的时所对应的应力值，作为应力值，作为硬钢的屈服强度硬钢的屈服强度，也称，也称条件屈服点条件屈服点，用用0.2表示。表示。第第 21页页屈强比屈强比 n屈服强度和抗拉强度之比。屈服

19、强度和抗拉强度之比。n屈强比能反映钢材的利用率和结构安全可靠程度。屈强比能反映钢材的利用率和结构安全可靠程度。n屈强比越小，其结构的安全可靠程度越高，不易因局部超屈强比越小，其结构的安全可靠程度越高，不易因局部超载而造成脆性断裂而破坏；载而造成脆性断裂而破坏；n屈强比过小，又说明钢材强度的利用率偏低，造成钢材浪屈强比过小，又说明钢材强度的利用率偏低，造成钢材浪费。费。n建筑结构钢合理的屈强比一般为建筑结构钢合理的屈强比一般为0.600.75。nQ225钢材的屈服比为钢材的屈服比为0.580.63n普通的合金钢的屈强比在普通的合金钢的屈强比在0.670.75之间。之间。 s=b/屈强比第第 22

20、页页两种钢材的选用两种钢材的选用 n观察图中观察图中、两种低碳钢的应力两种低碳钢的应力-应变曲线的差异。讨论：应变曲线的差异。讨论： n(1) 若对于变形要求严格的构件，若对于变形要求严格的构件，、两种低碳钢选用谁者两种低碳钢选用谁者更合适。更合适。 n(2) 使用使用、两种钢材，哪一个安全性较高。两种钢材，哪一个安全性较高。 两种低碳钢的应力两种低碳钢的应力- -应变曲线应变曲线第第 23页页2.塑性塑性 n钢材的塑性通常用钢材的塑性通常用伸长率和断面收缩率伸长率和断面收缩率表示。表示。 n（1）伸长率）伸长率 n通常以通常以5和和10分另表示分另表示L05d0和和L010 d0时的伸长时的

21、伸长率。对于同一种钢材，其率。对于同一种钢材，其5 10。 100100lll %第第 24页页n（2）断面收缩率）断面收缩率() 式中：式中：0试件原始截面积；试件原始截面积； 1试件拉断后颈缩处的截面积。试件拉断后颈缩处的截面积。n伸长率和断面收缩率表示钢材断裂前经受塑伸长率和断面收缩率表示钢材断裂前经受塑性变形的能力。性变形的能力。伸长率越大或断面收缩率越伸长率越大或断面收缩率越高，说明钢材塑性越大高，说明钢材塑性越大。 010AAA 第第 25页页3.冲击韧性冲击韧性 n冲击韧性冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载的能力。冲击韧性是通过夏是指钢材抵抗冲击荷载的能力。冲击韧性是通过夏比（比（V型

22、缺口）冲击试验来测定的。将标准弯曲试样置于冲型缺口）冲击试验来测定的。将标准弯曲试样置于冲击机的支架上，并使切槽位于受拉的一侧。用摆锤打断试件，击机的支架上，并使切槽位于受拉的一侧。用摆锤打断试件，测得试件单位截面积上所消耗的功，作为冲击韧性指标，用测得试件单位截面积上所消耗的功，作为冲击韧性指标，用冲击值冲击值a ak表示，单位为表示，单位为J/cm2。 F试件断口处的截面积；试件断口处的截面积；Ak冲断试件所消耗的功。冲断试件所消耗的功。kkAaF冲击韧性试验冲击韧性试验第第 26页页影响钢材冲击韧性的因素影响钢材冲击韧性的因素 n钢材的冲击韧性对钢材的冲击韧性对钢的化学成分、钢的化学成分

23、、内部组织状态，以及冶炼、轧制内部组织状态，以及冶炼、轧制质量质量都较敏感。都较敏感。n钢中磷、硫含量较高，存在偏析或钢中磷、硫含量较高，存在偏析或非金属夹杂物，以及焊接中形成的非金属夹杂物，以及焊接中形成的微裂纹等，都会使冲击值显著降低。微裂纹等，都会使冲击值显著降低。 n冲击值与冲击值与试验温度试验温度有关。有关。n当达到某一温度范围时，冲击值突当达到某一温度范围时，冲击值突然大幅度下降，材料无明显塑性变然大幅度下降，材料无明显塑性变形而发生脆性断裂，这种性质称为形而发生脆性断裂，这种性质称为钢材的钢材的冷脆性冷脆性，这时的温度称为，这时的温度称为脆脆性临界温度性临界温度。n通常根据气温条

24、件规定通常根据气温条件规定20或或40的负温冲击值指标。的负温冲击值指标。第第 27页页时效时效n随时间的延长而表现出强度提高，塑性和冲随时间的延长而表现出强度提高，塑性和冲击韧性下降，这种现象称为击韧性下降，这种现象称为时效时效。n完成时效变化的过程可达数十年。钢材如经受冷完成时效变化的过程可达数十年。钢材如经受冷加工变形，或使用中经受振动和反复荷载的影响，加工变形，或使用中经受振动和反复荷载的影响，时效可迅速发展。时效可迅速发展。n因时效而导致性能改变的程度称为因时效而导致性能改变的程度称为时效敏感时效敏感性性。n时效敏感性愈大的钢材，经过时效以后，其冲击时效敏感性愈大的钢材，经过时效以后

25、，其冲击韧性和塑性的降低愈显著，对于承受动荷载的结韧性和塑性的降低愈显著，对于承受动荷载的结构物，如桥梁等，应选用时效敏感性较小的钢材。构物，如桥梁等，应选用时效敏感性较小的钢材。 第第 28页页普通低合金钢冲击韧性指标普通低合金钢冲击韧性指标 n时效冲击功，是按标准方法将样坯拉伸后制成试件时效冲击功，是按标准方法将样坯拉伸后制成试件经热处理，然后进行常温冲击韧性试验所得的结果。经热处理，然后进行常温冲击韧性试验所得的结果。 kA冲击功（冲击功（J J）不小于）不小于常温时常温时 （2020）4040时效时效595969693030343430303434第第 29页页两种钢材低温冲击韧性的比

26、较两种钢材低温冲击韧性的比较 n请观察图中请观察图中、两低合金钢曲线，若在东北地区，两低合金钢曲线，若在东北地区，应选用何种钢更有利？应选用何种钢更有利？ 两种低合金钢冲击值两种低合金钢冲击值- -温度曲线温度曲线第第 30页页4.耐疲劳性耐疲劳性 n受交变荷载反复作用，受交变荷载反复作用，钢材在应力低于其屈钢材在应力低于其屈服强度的情况下突然服强度的情况下突然发生脆性断裂破坏的发生脆性断裂破坏的现象，称为现象，称为疲劳破坏疲劳破坏。 n钢材在无穷次交变荷钢材在无穷次交变荷载作用下而不至引起载作用下而不至引起断裂的最大循环应力断裂的最大循环应力值，称为值，称为疲劳强度极疲劳强度极限限，实际测量

27、时常，实际测量时常以以2106次应力循环为次应力循环为基准基准。 钢材疲劳曲线示意图钢材疲劳曲线示意图第第 31页页5.硬度硬度 n测定钢材硬度的方法很多，如布氏法、测定钢材硬度的方法很多，如布氏法、洛氏法和维氏法。建筑钢材常用的是洛氏法和维氏法。建筑钢材常用的是布氏法，所测硬度称布氏硬度。布氏法，所测硬度称布氏硬度。 n布氏硬度是用一定直径布氏硬度是用一定直径D(毫米毫米)的硬的硬质钢球，在规定荷裁质钢球，在规定荷裁P(牛顿牛顿)作用下作用下压入试件表面，并持续一定时间后卸压入试件表面，并持续一定时间后卸载，量出压痕直径载，量出压痕直径d(毫米毫米)，然后计，然后计算每单位压痕球面积所承受的

28、荷载值，算每单位压痕球面积所承受的荷载值，即即布氏硬度值布氏硬度值(HB)。计算公式为：。计算公式为： nHB是以是以10MPa计的数字表示，如计的数字表示，如HB150，即表示，即表示HB值为值为1500兆帕。兆帕。222PHBD DDd()第第 32页页n布氏硬度采用的钢球直径布氏硬度采用的钢球直径D分为分为10、5、2.5毫毫米米三种。试验时，三种。试验时，D和和P应按规定选取。一般应按规定选取。一般硬度较大的钢材应选用较大的硬度较大的钢材应选用较大的P/D2。nHB140的钢材，的钢材，P/D2应采用应采用30，nHB140的钢材，的钢材，P/D2则应采用则应采用10。n由于压痕附近的

29、金属将产生塑性变形，其影由于压痕附近的金属将产生塑性变形，其影响深度可达压痕深度的响深度可达压痕深度的810倍以上，所以倍以上，所以试试件厚度一般应大于压痕深度的件厚度一般应大于压痕深度的10倍倍。荷载保。荷载保持时间以持时间以1015s为宜。为宜。 第第 33页页n钢材的钢材的HB值与抗拉强度之间有较好的相关关值与抗拉强度之间有较好的相关关系系。对于碳素钢：。对于碳素钢：n当当HB175时，时，b0.36HB；n当当HB175时，时，b 0.35HB。n根据这些关系，我们可以在钢结构的原位上根据这些关系，我们可以在钢结构的原位上测出钢材的测出钢材的HB值，并估算出该钢材的值，并估算出该钢材的

30、b ，而，而不破坏钢结构本身。不破坏钢结构本身。 n布氏硬度测定法比较准确，用途较广，其缺布氏硬度测定法比较准确，用途较广，其缺点是点是不能测量硬度较高不能测量硬度较高(当当HB450时时)和厚度和厚度太薄的钢材太薄的钢材。 第第 34页页5.2.2 工艺性能工艺性能 n1.冷弯性能冷弯性能 n钢材的冷弯性能指标用试件在常温下所能承受的弯曲程度表钢材的冷弯性能指标用试件在常温下所能承受的弯曲程度表示。弯曲程度则通过试件被弯曲的角度和弯心直径对试件厚示。弯曲程度则通过试件被弯曲的角度和弯心直径对试件厚度（或直径）的比值来区分。度（或直径）的比值来区分。钢材的冷弯钢材的冷弯冷弯性能视频冷弯性能视频

31、 第第 35页页2. 焊接性能焊接性能 n钢材的钢材的焊接性能焊接性能是指在一定的焊接工艺条件是指在一定的焊接工艺条件下，在焊缝及其附近过热区不产生裂纹及硬下，在焊缝及其附近过热区不产生裂纹及硬脆倾向，焊接后钢材的力学性能，特别是强脆倾向，焊接后钢材的力学性能，特别是强度不低于原有钢材的强度。度不低于原有钢材的强度。 n随钢材的随钢材的含碳量、合金元素及杂质元素含量含碳量、合金元素及杂质元素含量的提高，钢材的可焊性降低的提高，钢材的可焊性降低。n钢材的含碳量超过钢材的含碳量超过0.25时，可焊性明显降低；时，可焊性明显降低；n硫含量较多时，会使焊口处产生热裂纹，严重降硫含量较多时，会使焊口处产

32、生热裂纹，严重降低焊接质量。低焊接质量。第第 36页页某运输廊倒塌某运输廊倒塌 n某烧结矿仓库运输廊道于某烧结矿仓库运输廊道于1965年年1月发生倒塌。事故月发生倒塌。事故发生时室外气温为发生时室外气温为36左右。经现场调查及取样试左右。经现场调查及取样试验可知所用的沸腾钢含碳验可知所用的沸腾钢含碳0.230.25，含硫，含硫0.06。n事故原因：事故原因：n：所使用的钢材不符合标准要求，发生脆性断裂。所用：所使用的钢材不符合标准要求，发生脆性断裂。所用钢材含碳量及含硫量均超过用于焊接结构钢材要求，即含钢材含碳量及含硫量均超过用于焊接结构钢材要求，即含碳不超过碳不超过0.22，含硫量不超过，含

33、硫量不超过0.055。硫的析出集中点。硫的析出集中点正是弦杆钢发生脆性破坏部位。正是弦杆钢发生脆性破坏部位。 n：断裂处焊缝低劣，以及焊接结构处有应力集中现象，：断裂处焊缝低劣，以及焊接结构处有应力集中现象，助长了此衍架的断裂破坏。经检查，多处焊缝明显未焊透，助长了此衍架的断裂破坏。经检查，多处焊缝明显未焊透，有焊瘤，夹杂缺陷，焊接质量差。有焊瘤，夹杂缺陷，焊接质量差。5.3 钢材的组成结构及对性能的影响钢材的组成结构及对性能的影响 5.3.1 纯铁的同素异晶转变纯铁的同素异晶转变 第第 38页页1.金属的结晶概念金属的结晶概念 n金属的晶格（即原子的有序排列）以下三种类型：金属的晶格（即原子

34、的有序排列）以下三种类型：体心立方体、面心立方体和紧密六方体体心立方体、面心立方体和紧密六方体。面心立方点阵面心立方点阵 体心立方点阵体心立方点阵 密排六方点阵密排六方点阵 第第 39页页n金属晶体存在许多间隙，间隙对金属的性能、合金金属晶体存在许多间隙，间隙对金属的性能、合金相变等都有重要影响。相变等都有重要影响。n位于位于4个原子所组成的四面体中间的间隙称为个原子所组成的四面体中间的间隙称为四面体间隙四面体间隙n位于位于6个原子所组成的八面体中间的间隙称为个原子所组成的八面体中间的间隙称为八面体间隙八面体间隙 体心立方点阵四面体间隙体心立方点阵四面体间隙 面心立方点阵四面体间隙面心立方点阵

35、四面体间隙 密排六方点阵四面体间隙密排六方点阵四面体间隙 体心立方点阵八面体间隙体心立方点阵八面体间隙 面心立方点阵八面体间隙面心立方点阵八面体间隙 密排六方点阵八面体间隙密排六方点阵八面体间隙 第第 40页页多晶体多晶体n金属的结晶过程，由于各个金属的结晶过程，由于各个晶体在长大过程中互相接触晶体在长大过程中互相接触和制约，使各个晶体形成不和制约，使各个晶体形成不规则形状。规则形状。n单个的这种不规则的小晶体称单个的这种不规则的小晶体称为为晶粒晶粒。晶粒与晶粒间的分界。晶粒与晶粒间的分界面称为面称为晶界晶界。由很多的晶粒再。由很多的晶粒再组成组成多晶体多晶体。 n金属材料都是多晶体构造。金属

36、材料都是多晶体构造。就单个晶体而言是各向异性就单个晶体而言是各向异性的，但就多晶体来讲则是各的，但就多晶体来讲则是各向同性的，所以金属材料都向同性的，所以金属材料都是各向同性的。是各向同性的。 第第 41页页 2.纯铁的同素异构晶体转变纯铁的同素异构晶体转变 n某些金属结晶之后，当温度改变时，某些金属结晶之后，当温度改变时，它的晶格类型还会随之变化，此变它的晶格类型还会随之变化，此变化称为化称为同素异晶转变同素异晶转变。晶格发生转。晶格发生转变的温度称为变的温度称为临界温度临界温度。转变的产转变的产物称为物称为同素异构体同素异构体。 n纯铁纯铁的三种同素异构晶体。的三种同素异构晶体。 n铁：铁

37、：温度下降到温度下降到1535直接由液态铁直接由液态铁凝固而成，为体心立方晶格；凝固而成，为体心立方晶格；n铁：铁：温度下降到温度下降到1390时，由体心立时，由体心立方晶格转变为面心立方晶格；方晶格转变为面心立方晶格；n铁：铁：温度下降到温度下降到910时，由面心立时，由面心立方 晶 格 转 变 为 体 心 立 方 晶 格 。方 晶 格 转 变 为 体 心 立 方 晶 格 。 910769的的铁亦称铁亦称铁。铁。 1390910 体心立方体心立方面心立方FeFeFe第第 42页页5.3.2 合金的概念合金的概念 n合金合金是指熔合两种或两种以上元素（其中至少一种是指熔合两种或两种以上元素（其

38、中至少一种是金属元素）所组成的具有金属特性的物质。有以是金属元素）所组成的具有金属特性的物质。有以下三种基本类型：下三种基本类型： n1.固溶体固溶体n固溶体是以一种金属为溶剂，另一种金属或非金属为溶质，固溶体是以一种金属为溶剂，另一种金属或非金属为溶质，共溶后所形成的固态溶液。固溶体中的溶剂元素仍保持原共溶后所形成的固态溶液。固溶体中的溶剂元素仍保持原来晶格，溶质原子溶解其中。可分为来晶格，溶质原子溶解其中。可分为置换固溶和间隙固溶置换固溶和间隙固溶两种。两种。 n当溶质原子溶入溶剂中形成固溶体时，溶质原子占据溶剂点阵的当溶质原子溶入溶剂中形成固溶体时，溶质原子占据溶剂点阵的阵点，或者说溶质

39、原子置换了溶剂点阵的部分溶剂原子，这种固阵点，或者说溶质原子置换了溶剂点阵的部分溶剂原子，这种固溶体就称为溶体就称为置换固溶体置换固溶体。n溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体称为溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体称为间隙固溶体间隙固溶体。 n固溶强化作用：固溶强化作用：增加固溶体的强度和硬度。增加固溶体的强度和硬度。第第 43页页n2.金属化合物金属化合物n是两种元素的原子按一定比例结合的一种是两种元素的原子按一定比例结合的一种新的化新的化合物合物。如。如Fe3C（渗碳体），其晶格与原来两种元（渗碳体），其晶格与原来两种元素的晶格不同，性质也各异，表现出非常的硬脆。素的晶格不同，性

40、质也各异，表现出非常的硬脆。 n3.机械混合物机械混合物n是两种组成既不溶解也不化合，而是机械地组合是两种组成既不溶解也不化合，而是机械地组合成的一种混合物。这两种组成物各保持其各自的成的一种混合物。这两种组成物各保持其各自的晶格和性质，其晶格和性质，其混合物的性质取决于各组成物的混合物的性质取决于各组成物的相对比例相对比例。 第第 44页页5.3.2 铁碳合金的晶体组织与性能铁碳合金的晶体组织与性能 n1.铁素体铁素体n碳在碳在-Fe中的固溶体，中的固溶体，以符号以符号“F”表示表示。铁素体内原子间。铁素体内原子间的空隙较小，常温下仅能溶碳的空隙较小，常温下仅能溶碳0.0008，600时时0

41、.0057%，在在727时溶碳量最大，但也只有时溶碳量最大，但也只有0.0218，由于溶碳量少，由于溶碳量少，其性质极其柔软，强度较低。抗拉强度约为其性质极其柔软，强度较低。抗拉强度约为180280MPa，伸长率为伸长率为3050，HB约为约为5080，冲击韧性约为，冲击韧性约为160200J/cm2。n2.渗碳体渗碳体n碳和铁形成的化合物碳和铁形成的化合物Fe3C。渗碳体。渗碳体含碳量达含碳量达6.67，晶格，晶格结构复杂，性质非常硬脆，结构复杂，性质非常硬脆，HB约约800，抗拉强度很低，熔，抗拉强度很低，熔点为点为1600(有资料介绍其计算值为有资料介绍其计算值为1227,有资料说其熔有

42、资料说其熔点为点为12271600)。工业上不单独使用它。它是铁碳合金。工业上不单独使用它。它是铁碳合金中的一种基本组织。中的一种基本组织。 第第 45页页针状和块状铁素体（针状和块状铁素体（100倍）倍）第第 46页页n3.珠光体珠光体n铁素体和渗碳体组成的机械混合物。铁素体和渗碳体组成的机械混合物。两种成分相间成片状两种成分相间成片状存在于同一晶粒内，存在于同一晶粒内，含碳量为含碳量为0.77，在在珠光体中铁素体珠光体中铁素体占占88%，渗碳体占，渗碳体占12%，由于铁素体的数量大大多于渗碳，由于铁素体的数量大大多于渗碳体，所以铁素体层片要比渗碳体厚得多。珠光体体，所以铁素体层片要比渗碳体

43、厚得多。珠光体性质介于性质介于铁素体和渗碳体之间铁素体和渗碳体之间。在腐蚀后用肉眼直接观看有珍珠光。在腐蚀后用肉眼直接观看有珍珠光泽，故名珠光体。泽，故名珠光体。用符号用符号“P P”表示表示。 n4.奥氏体奥氏体n碳在碳在-Fe中的固溶体，以符号中的固溶体，以符号“A”表示。只存在于高温表示。只存在于高温。碳的溶解度随着温度而变，当温度达碳的溶解度随着温度而变，当温度达1148时，碳的溶解时，碳的溶解度达度达2.11。 n随着温度的降低，碳在随着温度的降低，碳在-Fe中的溶解度降低而析出二次渗中的溶解度降低而析出二次渗碳体，当冷却到碳体，当冷却到727时，其含碳量降为时，其含碳量降为0.77

44、，奥氏体便，奥氏体便分解为珠光体。奥氏体的塑性和韧性很好。分解为珠光体。奥氏体的塑性和韧性很好。 第第 47页页片状珠光体（片状珠光体（1000倍）倍）第第 48页页n铁碳合金在常温下的基本组织是铁素体、渗碳体和铁碳合金在常温下的基本组织是铁素体、渗碳体和珠光体三种，它们的机械性能见下表。铁碳合金的珠光体三种，它们的机械性能见下表。铁碳合金的性质则取决于这些晶体组织在合金中所占的比例。性质则取决于这些晶体组织在合金中所占的比例。铁碳合金（室温时）基本组织机械性能铁碳合金（室温时）基本组织机械性能名称名称符号符号组织类型组织类型b（MPa）HB（）（）ak（J/cm2）铁素体铁素体F碳在碳在Fe

45、中的固溶体中的固溶体（体心立方晶格）（体心立方晶格）2508050160200渗碳体渗碳体Fe3C铁和碳的化合物（复杂铁和碳的化合物（复杂晶格）晶格）3080000珠光体珠光体P铁素体与渗碳体的层状铁素体与渗碳体的层状机械混合物机械混合物75018020252432第第 49页页5.3.3 铁碳合金相图的概念铁碳合金相图的概念 n铁碳合金相图铁碳合金相图是在平衡状态下表示不同成分是在平衡状态下表示不同成分的铁碳合金，在不同温度下晶体组织变化的的铁碳合金，在不同温度下晶体组织变化的一种图形。它是研究各种晶体组织随温度和一种图形。它是研究各种晶体组织随温度和成分变化规律的图形。成分变化规律的图形。

46、n铁和碳可以形成一系列化合物，如铁和碳可以形成一系列化合物，如Fe3C、Fe2C、FeC等，有实用意义并被深入研究的只是等，有实用意义并被深入研究的只是Fe-Fe3C部分，通常称其为部分，通常称其为 Fe-Fe3C相图，又称为铁碳平相图，又称为铁碳平衡图衡图，此时相图的组元为，此时相图的组元为Fe和和Fe3C。它表示铁碳。它表示铁碳合金在极其缓慢冷却下各阶段的组织结构状况。合金在极其缓慢冷却下各阶段的组织结构状况。 第第 50页页nABCDABCD线线是合是合金的液相线。金的液相线。nAHJECFDAHJECFD线线称为固相线。称为固相线。nGSEGSE是奥氏是奥氏体开始分解体开始分解温度线，

47、又温度线，又称上临界温称上临界温度线度线。 nPSKPSK线是下线是下临界温度线，临界温度线，即奥氏体存即奥氏体存在的下限温在的下限温度度。 第第 51页页Fe-Fe3C相图中各点的温度、碳含量及含义相图中各点的温度、碳含量及含义 符号符号温度温度, , 碳含量碳含量(C)%(C)%含含 义义A A153515350 0纯铁的熔点纯铁的熔点B B149514950.530.53包晶转变时液态合金的成分包晶转变时液态合金的成分C C114811484.304.30共晶点共晶点 L Lc c A AE E+Fe+Fe3 3C CD D122712276.696.69FeFe3 3C C的熔点的熔点

48、E E114811482.112.11碳在碳在 -Fe-Fe中的最大溶解度中的最大溶解度F F114811486.696.69FeFe3 3C C的成分的成分 G G9129120 0 -Fe -Fe -Fe-Fe同素异构转变点同素异构转变点(A(A3 3) )H H149514950.090.09碳在碳在 -Fe-Fe中的最大溶解度中的最大溶解度 J J149514950.170.17包晶点包晶点L LB B+ + H H A AJ J K K7277276.696.69FeFe3 3C C的成分的成分N N139413940 0 -Fe -Fe -Fe-Fe同素异构转变点同素异构转变点(A

49、(A4 4) )P P7277270.020.02碳在碳在 -Fe-Fe中的最大溶解度中的最大溶解度S S7277270.770.77共析点共析点(A(A1 1) A) As s F FP P+Fe+Fe3 3C C Q Q6006000.00570.0057600600时碳在时碳在 -Fe-Fe中的溶解度中的溶解度 ( (室温室温) )(0.0008)(0.0008) 第第 52页页随着含碳量的增加随着含碳量的增加钢晶体组织的变化钢晶体组织的变化n含碳量在含碳量在0.020.77之间的钢，晶体组织为铁素之间的钢，晶体组织为铁素体和珠光体，并将具有这两种组织的钢通称为体和珠光体，并将具有这两种

50、组织的钢通称为亚共亚共析钢析钢。建筑钢材的含碳量低于。建筑钢材的含碳量低于0.77，故是由铁素，故是由铁素体和珠光体所组成的。体和珠光体所组成的。 n含碳量为含碳量为0.77的钢，其晶体组织全部是珠光体，的钢，其晶体组织全部是珠光体，这种钢称为这种钢称为共析钢共析钢。 n含碳量在含碳量在0.772.11之间的钢，晶体组织为珠光之间的钢，晶体组织为珠光体和渗碳体，而具有这两种组织的钢通常称为体和渗碳体，而具有这两种组织的钢通常称为过共过共析钢析钢。n综上所述，在常温下随着含碳量的增加，钢中铁素综上所述，在常温下随着含碳量的增加，钢中铁素体含量逐渐减少，渗碳体的含量逐渐增多。体含量逐渐减少，渗碳体

51、的含量逐渐增多。 第第 53页页5.3.4 钢的化学成分对钢材性能的影响钢的化学成分对钢材性能的影响 n1.碳碳 n钢材的硬度和强度随含碳钢材的硬度和强度随含碳的增加而提高。钢材的塑的增加而提高。钢材的塑性、韧性和冷弯性能随含性、韧性和冷弯性能随含碳量的增加而下降。当含碳量的增加而下降。当含碳量增至碳量增至1时，强度最时，强度最大，但当含碳量超过大，但当含碳量超过1以后，强度反而下降。以后，强度反而下降。 n碳还是降低钢材可焊性的碳还是降低钢材可焊性的元素之一，含碳量超过元素之一，含碳量超过0.3时，钢的可焊性显著降时，钢的可焊性显著降低。低。n碳还会降低钢的塑性，增碳还会降低钢的塑性，增加钢

52、的冷脆性和时效敏感加钢的冷脆性和时效敏感性，降低抗大气锈蚀性。性，降低抗大气锈蚀性。 第第 54页页 2.硅硅 n硅是在炼钢时作为硅是在炼钢时作为脱氧剂脱氧剂加入的，它都能从钢水的加入的，它都能从钢水的FeO中夺中夺取氧，生成氧化物以降低钢中的含氧量。硅的氧化物与钢水取氧，生成氧化物以降低钢中的含氧量。硅的氧化物与钢水中碱性氧化物能进一步形成硅酸盐，反应式如下：中碱性氧化物能进一步形成硅酸盐，反应式如下： Si2FeOSiO2Fe SiO2CaOCaSiO3 或或 SiO2Fe2O3CCOFe2SiO4n硅在一般碳素钢中含量为硅在一般碳素钢中含量为0.10.4，硅的脱氧能力较锰还强。，硅的脱氧

53、能力较锰还强。硅溶入铁素体可提高钢的强度和硬度。但由于硅在碳钢中的硅溶入铁素体可提高钢的强度和硬度。但由于硅在碳钢中的含量很低，因此这一效果并不明显。若作为合金元素加入钢含量很低，因此这一效果并不明显。若作为合金元素加入钢中，使含量提高到中，使含量提高到1.01.2时，钢材的抗拉强度可提高时，钢材的抗拉强度可提高1520，但塑性和韧性明显下降，焊接性能变差，并增加钢材，但塑性和韧性明显下降，焊接性能变差，并增加钢材的冷脆性。的冷脆性。 第第 55页页3.锰锰 n锰也是炼钢时为脱氧及脱硫加入钢水中的，形成锰也是炼钢时为脱氧及脱硫加入钢水中的，形成MnO及及MnS。 MnOFeSMnSFeO Mn

54、FeOMnOFe n锰能消减硫和氧所引起的热脆性。溶于铁素体的锰可提高钢锰能消减硫和氧所引起的热脆性。溶于铁素体的锰可提高钢材的强度。钢中含锰量在材的强度。钢中含锰量在0.8以下时，锰对钢的性能影响不以下时，锰对钢的性能影响不显著。若将锰作为合金元素加入钢中，使钢中锰的含量提高显著。若将锰作为合金元素加入钢中，使钢中锰的含量提高到到0.81.2或者更高，就成为力学性能优于一般碳钢的锰钢。或者更高，就成为力学性能优于一般碳钢的锰钢。但当锰含量大于但当锰含量大于1.0时，在提高强度的同时，塑性及韧性有时，在提高强度的同时，塑性及韧性有所降低，可焊性变差，耐腐蚀性降低。所降低，可焊性变差，耐腐蚀性降

55、低。 n普通碳素钢中，锰含量为普通碳素钢中，锰含量为0.250.8，在低合金钢中的含量，在低合金钢中的含量一般为一般为12。锰在低合金钢中的作用主要是：溶于铁素体。锰在低合金钢中的作用主要是：溶于铁素体中使其强化，降低奥氏体的分解温度，起到细化珠光体的作中使其强化，降低奥氏体的分解温度，起到细化珠光体的作用，使强度提高。用，使强度提高。 n有的合金钢含锰量高达有的合金钢含锰量高达1114，称高锰钢。，称高锰钢。第第 56页页4.磷磷 n磷是炼钢原料中带入的磷是炼钢原料中带入的有害元素有害元素。磷溶入铁素体时，。磷溶入铁素体时，可使钢的强度、硬度增加，并显著降低其塑性和韧可使钢的强度、硬度增加，

56、并显著降低其塑性和韧性。当钢中含磷量达性。当钢中含磷量达0.3时，钢完全变脆，冲击韧时，钢完全变脆，冲击韧性接近于零，这种现象称为性接近于零，这种现象称为冷脆性冷脆性。虽然钢中的磷。虽然钢中的磷很难达到这个数量，但钢中的磷在结晶时极易偏析，很难达到这个数量，但钢中的磷在结晶时极易偏析，使其局部地区达到较高的磷含量而变脆，冷脆性使使其局部地区达到较高的磷含量而变脆，冷脆性使钢材不宜在低温条件下工作。因此在各种质量钢中，钢材不宜在低温条件下工作。因此在各种质量钢中，都严格规定了磷的允许含量范围，普通碳素钢中的都严格规定了磷的允许含量范围，普通碳素钢中的含磷量不得超过含磷量不得超过0.045。n磷能

57、有效地改善钢的切削加工性能，因此在易削钢磷能有效地改善钢的切削加工性能，因此在易削钢中还要提高磷的含量。中还要提高磷的含量。 第第 57页页5.硫硫 n硫是钢中硫是钢中极有害元素极有害元素。硫不溶于铁素体，而与铁化合成。硫不溶于铁素体，而与铁化合成FeS。FeS与与Fe在在985时形成时形成共晶体共晶体。这些低熔点共晶体在结晶时，。这些低熔点共晶体在结晶时，总是分布在晶界处，在总是分布在晶界处，在1000以上热加工时，由于共晶体熔以上热加工时，由于共晶体熔化，使钢材产生裂纹。这种现象称为化，使钢材产生裂纹。这种现象称为热脆性热脆性。n它能降低钢的机械性能，并可使可焊性和耐蚀性变坏。硫也它能降低

58、钢的机械性能，并可使可焊性和耐蚀性变坏。硫也有强烈的偏析作用，增加了危害性。因此在各种质量的钢中有强烈的偏析作用，增加了危害性。因此在各种质量的钢中也都规定了硫的允许含量范围，要求在也都规定了硫的允许含量范围，要求在0.055以下。以下。n钢水中加入锰可削弱硫的有害作用，因为锰可以从钢水中加入锰可削弱硫的有害作用，因为锰可以从FeS中夺中夺取硫。反应式如下：取硫。反应式如下： MnFeSMnSFenMnS在在1620熔化，而在钢的热加工温度范围熔化，而在钢的热加工温度范围(8001200)内，内，MnS有较好的塑性，因此不会影响钢材的热加工性能。有较好的塑性，因此不会影响钢材的热加工性能。第第

59、 58页页6.氧氧n氧是冶炼氧化过程中进入钢水，经脱氧处理氧是冶炼氧化过程中进入钢水，经脱氧处理后残留下来的，是钢中的有害杂质。它后残留下来的，是钢中的有害杂质。它主要主要存在于非金属夹杂物存在于非金属夹杂物，少量溶于铁素体中。，少量溶于铁素体中。n非金属夹杂物主要是：非金属夹杂物主要是：A12O3、FeO、MnO、SiO2以及硅酸盐等。这些氧化物在钢经锻压以及硅酸盐等。这些氧化物在钢经锻压后，一般以链状或条状分布于钢中，尤其容后，一般以链状或条状分布于钢中，尤其容易分布在晶界处，这时会降低钢的塑性及韧易分布在晶界处，这时会降低钢的塑性及韧性，使用时，可能造成工件突然断裂。性，使用时，可能造成

60、工件突然断裂。n氧有促进时效倾向的作用。氧化物所造成的氧有促进时效倾向的作用。氧化物所造成的低熔点也使钢的可焊性变坏。低熔点也使钢的可焊性变坏。 第第 59页页7.氮氮 n氮主要以原子状态嵌溶于铁素体中，也可呈化合物氮主要以原子状态嵌溶于铁素体中，也可呈化合物形式（形式（Fe4N）存在。）存在。n氮对钢材的性质的影响与硫、磷相似，使钢材的强度提高，氮对钢材的性质的影响与硫、磷相似，使钢材的强度提高，塑性特别是韧性显著下降。塑性特别是韧性显著下降。n溶于铁素体中的氮，有向晶格的缺陷处移动、集中的倾向，溶于铁素体中的氮，有向晶格的缺陷处移动、集中的倾向，故可加剧钢材的时效敏感性和冷脆性，也增加热脆