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钢材中除主要化学成分Fe铁以外，还含有少量的碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)、磷(P)、硫(S)、氧(0)、氮(N)、钛(Ti)、钒(V)等元素，这些元素虽含量很少，但对钢材性能的影响很大。
碳是决定钢材性能的重要元素，它影响到钢材的强度、塑性、韧性等机械力学性能。当钢中含碳量在0.8%以下时，随着含碳量的增加，钢的强度和硬度提高，塑性和韧性下降;但当含碳量大于1.0%时，随含碳量增加，钢的强度反而下降。一般工程用碳素钢均为低碳钢，即含碳小于0.25%，工程用低合金钢含碳小于0.52%。
钢中有益元素有锰、硅、钒、钛等，控制掺入量可冶炼成低合金钢。钢中主要的有害元素有硫、磷及氧，要特别注意控制其含量。磷是钢中很有害的元素之一，主要溶于铁素体起强化作用。磷含量增加，钢材的强度、硬度提高，塑性和韧性显著下降。特别是温度愈低，对塑性和韧性的影响愈大，从而显著加大钢材的冷脆性。磷也使钢材可焊性显著降低，但磷可提高钢的耐磨性和耐蚀性。硫也是很有害的元素，呈非金属硫化物夹杂物存在于钢中，降低钢材的各种机械性能。
由于硫化物熔点低，使钢材在热加工过程中造成晶粒的分离，引起钢材断裂，形成热脆现象称为热脆性。硫使钢的可焊性、冲击韧性、耐疲劳性和抗腐蚀性等均降低。氧是钢中有害元素，主要存在于非金属夹杂物中，少量熔于铁素体内。非金属夹杂物降低钢的机械性能，特别是韧性。氧有促进时效倾向的作用。氧化物所造成的低熔点亦使钢的可焊性变差。
特钢的分类
特殊用途钢是指制成的另构件在特殊条件下工作，对钢有特殊要求，如物理、化学、机械等性能。
特殊性能钢也是特殊质量合金钢，这些钢是指有电磁、光、声、热及电化学等效应和功能的钢。常用的有不锈钢、耐热钢、电工硅钢、电子纯铁及各种精密合金（软磁合金、象磁合金、弹性合金、膨胀合金、热双合金、电阻合金、电偶材料等）。
不锈钢以其良好的耐腐蚀性能而得名，它主要合金成分为铬和镍。铬有很高的化学稳定性，在氧化介质中能生成致密坚韧的纯化膜；另外，当铬含量超过11.7%时，能使合金的电极电位明显提高，从而有效地阻止了合金的进一步氧化。镍也是易化元素，在铬钢中加入镍，可提高合金在非氧化性介质中的耐腐蚀性能。当铬、镍含量一定时，钢中碳含量愈低，其耐腐蚀性能就愈好。
不锈钢的耐腐蚀性能，还与基体组织的均匀程度有关。当形成均匀一致的合金固溶体时，能有效地减少钢在电解溶液中腐蚀速度。
奥氏体不锈钢属铬镍系不锈钢，是单一的奥氏体组织，它具有良好的耐蚀性、低温韧性、压力加工和焊接工艺性、无磁性、广泛用作腐蚀介质中工作的低温钢和无磁钢；铁素体型不锈钢主要含有铬，在加热和冷却过程中有相变发生，是硝酸、氮肥工业常用的耐磨材料；马氏体不锈钢由于含碳量较高，帮淬透性好，淬火后获马氏体组织，此类钢，低碳者韧性好，可制造在腐蚀介质中工作的耐冲击零体；高碳用于制造弹簧、轴承、手术刀片等；由奥氏体和铁素体两相混合组织为基体的不锈钢是双相不锈钢，它具有强度高、韧性好，耐晶间腐蚀等优点。其中00Cr18Ni5Mo3Si2钢主要用于制造炼油、化肥、造纸、石油、化工等工业的热交换器和冷凝器，0Cr26Ni5Mo2用于制造海水腐蚀设备；沉淀硬化型不锈钢，因含有大量的铬、镍及能析出沉淀硬化相的钼、铌、铅、铜等元素，使其经过淬火时效处理后具有较高的强度和韧性，主要用于制造弹簧、垫圈、波纹管等。
（2）高均匀性。钢的成分偏析导致钢组织、性能的不均匀，这是钢制零部件提前失效以及钢性能潜力难以充分发挥的重要原因之一。现代生产工艺应使钢的均匀性达到：轿车齿轮钢淬透性带波动为±3HRC；对合金元素控制水平为碳、镍、钼含量≤±0.01%，锰和铬含量≤±0.02%；轴承钢淬火后的晶粒度为球形且尺寸波动0.8±0. 2μm；抗层状撕裂钢（z向钢）的纵向、横向和厚度方向的力学性能，特别是塑、韧性要求大体上相当。
（3）超细组织。超细组织强化是惟一增加钢强度而不降低韧性或使韧性略有增加的强化机制。例如高强度不锈钢AFC77的晶粒从60μm细化到2. 3μm，则断裂韧性KIC从100增加到220MPa·m。核反应堆压力容器钢板为粗晶时，其辐照脆化温度范围为150～250℃而细晶钢降到50～70℃。轴承钢中的碳化物尺寸细到≤0.5μm，则轴承寿命大幅度提高。
（4）高精度。特殊钢材要有良好的表面质量和窄的尺寸公差。热轧钢棒的精度已达±0.1mm、热轧板卷的厚度公差达±0.015～0.05mm，而冷轧板卷的厚度公差已达±0.003mm。
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