現代産業の基本素材である鋼の性能は、化学組成によって直接制御されます。そのうち、炭素（C）、マンガン（Mn）、ケイ素（Si）、硫黄（S）、リン（P）の5元素は、冶金組織、結晶構造、不純物の分布を変化させ、鋼の強度、靱性、加工性、耐食性に大きな影響を与えます。
まず、炭素（C）元素：コアレギュレーターの強度と可塑性
炭素は鋼の最も重要な合金元素であり、その含有量は鋼の性能に決定的な役割を果たします。亜共晶鋼（炭素含有量 0.02% ～ 0.77%）の範囲では、炭素含有量の増加に伴い、フェライト マトリックス内の浸炭粒子の数、引張強さ、硬度は直線的に増加しましたが、伸びと衝撃靭性は大幅に減少しました。炭素含有量が共晶点 (0.77%) を超えて包晶鋼が形成されると、パーライト薄板間の間隔が狭くなり、強度が継続的に増加しますが、粒界の炭化物の偏りが脆性の危険性を引き起こします。
典型的な例では、焼き戻し処理後の中炭素鋼の炭素含有量は 0.45%、引張強さは 800MPa まで、伸びは 15% に維持されます。高炭素鋼の炭素含有量は 1.2% で、硬度は HRC62 ですが、衝撃靱性は 10J/cm2 未満です。溶接性能、炭素含有量が 0.1% ずつ増加、溶接割れ感受性指数が 20% 増加、低水素電極を使用し、150 度以上に予熱する必要があります。-
第二に、マンガン（Mn）元素：ダブルレギュレータの焼入れ性と熱間加工性
マンガンは弱い炭化物形成元素であり、固溶体強化と組織制御の二重メカニズムを通じて鋼の性能を向上させます。{0}フェライトでは、マンガン原子が鉄原子と置き換わって格子歪みが引き起こされ、降伏強度が約 30MPa/% 増加します。オーステナイトでは、マンガンが - 相領域を膨張させ、Ac3 の臨界温度が 50-80 度上昇し、焼入れ性が大幅に向上します。実験データによると、1.2% マンガンを含む 45 鋼は、水焼入れ後に HRC45 硬度に達することができます。これは、マンガンを含まない鋼よりも 3 ロックウェル硬度レベルが高いです。
In terms of hot working performance, manganese and sulfur form high melting point MnS (melting point 1610℃), which replaces low melting point FeS (melting point 988℃) to eliminate thermal embrittlement. However, excess manganese (>1.5%) では、焼き戻し中に結晶粒が粗大化し、焼き戻し脆性指数が 40% 増加するため、700 度で保持して残留オーステナイトを除去する必要があります。一般的な用途では、0.8% ～ 1.2% のマンガンを含む 20MnSi 鋼が建設鉄筋に広く使用されており、その降伏強度は Q235 鋼と比較して 25% 増加します。
第三に、ケイ素（Si）元素：固溶体強化と耐食性の相乗強化剤
強力なフェライト-形成元素であるシリコンは、固溶強化と表面酸化膜という二重のメカニズムを通じて鋼の特性を高めます。フェライトでは、シリコン原子の半径は鉄原子の半径より 11% 大きく、これにより格子歪みが引き起こされ、降伏強度が約 50MPa/% 増加します。表面酸化実験によると、鋼のシリコン含有量は 1.5% で、800 度で 24 時間酸化され、SiO2 の緻密な保護層の形成により、酸化膜の厚さは通常の鋼より 60% 薄くなりました。
機械加工性の点では、シリコン含有量が 0.8% を超えると冷間変形抵抗が 20% 増加し、小さな変形量でのマルチパスプロセスが必要になります。-。典型的な用途では、自動車用コンロッドの製造に使用されるシリコン含有量0.2%-0.5%の40SiMn鋼、その疲労寿命は通常の炭素鋼より1.5倍向上します。シリコン含有量 15% ～ 20% の高シリコン鋳鉄、硫酸中腐食速度<0.1mm / a, become the preferred material for corrosion-resistant parts of chemical equipment.
第四に、硫黄（S）元素：目に見えない破壊者の熱間加工性能
硫黄は鋼の粒界に FeS 介在物の形で存在し、その害は主に熱処理と溶接の 2 つの場面に反映されます。 FeS と Fe はわずか 988 度の融点の共結晶-によって形成され、鋼が 1150 度に加熱されると、液体 FeS の粒界により局所強度が低下し、熱亀裂が発生しやすくなります。実験データによると、連続鋳造プロセスにおける鋼の硫黄含有量が 0.05% の場合、熱亀裂の発生率は硫黄含有量が 0.01% の場合よりも 5 倍高くなります。
溶接性能に関しては、硫黄と酸素の反応によって発生する SO₂ ガスが溶接部に気孔を形成し、溶接金属の有効断面積が 30% 減少します。-典型的なケースでは、手動アーク溶接における Q235 鋼の 0.08% の硫黄含有量は、溶接金属の衝撃靱性が 8J/cm 2 未満であり、母材の 1/3 に過ぎません。希土類元素を添加して高融点の硫化物を形成する現代の製鉄プロセスでは、硫黄の危険指数が 70% 減少します。
5、リン（P）元素: 致命的なキラーの低温靱性-
フェライト中のリンの固溶度は 0.9% で、その原子半径は鉄原子より 14% 大きく、深刻な格子歪みを引き起こします。実験データによると、-20度で衝撃靱性が常温より65%低いときの鋼のリン含有量は0.1%であり、これはピン止め効果の転位運動におけるキルヒナーガスクラスターの{100}結晶面バイアス形成におけるリン原子に起因する。低温脆化実験では、リン含有量 0.15% の鋼が -40 度でデコンボリューション破壊を起こし、その破壊は典型的な 20 面体の特徴によって特徴付けられることが示されています。
切削加工性に関しては、リンと硫黄の相乗効果により切削抵抗が 20% 減少し、工具寿命が 1.5 倍増加しました。-一般的な用途では、リン含有量が 0.08% ～ 0.15% の快削鋼 1215 が精密部品加工に広く使用されており、表面粗さは Ra0.8 μm までです。ただし、リン含有量が 0.12% を超えると、海洋環境における鋼の腐食速度が 3 倍増加するため、保護膜を形成するために銅元素を添加して腐食を抑制する必要があることに注意してください。