建筑钢材的主要性能分析

建筑钢材的主要性能包括钢材的力学性能和工艺性能，这些性能是选用钢材和检验钢材质量的主要依据。建筑钢材作为受力结构材料，不仅要求具有一定的力学性能，同时要求具有一定的加工性能。

8.2.1　力学性能

建筑钢材的力学性能主要有抗拉性能、抗冲击性能、抗疲劳性能和硬度等。其中抗拉性能包括屈服强度、抗拉强度和伸长率等。

8.2.1.1　抗拉性能

拉伸是建筑钢材的主要受力形式，抗拉性能是建筑钢材最重要的技术性能。通过拉伸试验可测得的屈服点、抗拉强度和伸长率，这些均是钢材的重要技术指标。

建筑钢材的抗拉性能，可通过低碳钢受拉时的应力-应变图来描述（见图8-1）。低碳钢拉伸的全过程可分为四个阶段:弹性阶段（第Ⅰ阶段，即O→A）、屈服阶段（第Ⅱ阶段即，即A→B）、强化阶段（第Ⅲ阶段，即B→C）和颈缩阶段（第Ⅳ阶段，即C→D）。

图8-1低碳钢受拉时应力-应变曲线图

1.弹性阶段（第Ⅰ阶段，即O→A）

OA段是一根直线。在OA范围内应力与应变成正比关系，在该阶段如果卸去外力，则试件完全恢复原状，这种可以恢复原状的性质称为弹性，这个阶段称为弹性阶段。弹性阶段的最高点（A点）相对应的应力称为比例极限，或称弹性极限，用σp表示。应力和应变的比值为常数，称为弹性模量，用E表示，即σ/ε＝E。Q235钢的弹性极限σp＝180～200MPa，弹性模量E＝2.0～2.1×105MPa。

2.屈服阶段（第Ⅱ阶段，即A→B）

当应力超过弹性极限后，应力和应变不再成正比关系。即应力超过A点以后，这阶段开始时的图形从直线开始形成接近水平的锯齿线，在该阶段若应力增加少许，应变急剧地增加，我们把这个阶段称为屈服阶段。钢材的性质也就由弹性转化为塑性，此时，若将外力卸去，变形将不会全部恢复，不能恢复的变形称为塑性变形。图8-1中的点B上是这一阶段的最高点，当应力达到屈服上限B上之前，其塑性变形极小；B下点相应的应力称为屈服下限，B下相对比较稳定，容易测定，因此将屈服下限B下对应的应力称为屈服点或屈服强度，用σs表示。当钢材受力到屈服阶段后，应力不增加而变形将继续增加，产生明显的塑性变形，直到达B点。

对于在受力条件下屈服现象不明显的钢（如硬钢类），规定以产生残余变形为0.2%l0时的应力σ0.2作为屈服强度，称为条件屈服点。

在屈服点σs之前，钢材不会发生较大的塑性变形；钢材受力超过屈服点σs后，会出现较大的塑性变形，已经不能满足使用要求。因此，在设计上将屈服强度作为钢材强度取值的依据，屈服点是结构设计中的一个很重要的参数。碳素结构钢Q235的屈服点σs应不小于235MPa。

3.强化阶段（第Ⅲ阶段，即B→C）

到达B点后，由于钢材的内部组织发生变化，抵抗塑性变形的能力又重新提高，应力与应变的关系就形成为一段上升的曲线（B→C）。这时，钢材弹性变形和塑性变形同时发生，抵抗塑性变形的能力又重新增强了，变形发展的速度比较快，此阶段为强化阶段，对应于最高点C的应力称为极限抗拉强度，用σb表示，极限抗拉强度是试件能承受的最大应力。Q235钢的σb在380MPa左右。

屈服强度和极限抗拉强度是衡量钢材强度的两个重要指标。在结构设计中，要求构件在弹性变形范围内工作，即使少量的塑性变形也应力求避免，所以规定以钢材的屈服强度作为设计应力的依据。抗拉强度在结构设计中不能完全利用，但是屈服强度σs与抗拉强度σb的比——屈强比却有一定的意义。我们将σs/σb的比值称为屈强比，屈强比愈小反映钢材受力超过屈服点工作时的可靠性愈大，材料不易发生危险的脆性断裂。结构的安全性愈高；但是若屈强比过小，则表示钢材强度的利用率偏低，造成钢材浪费，不合理。屈强比最好介于0.60～0.75之间。Q235钢的屈强比介于0.58～0.63，普通低合金钢的屈强比在0.65～0.75之间。

4.颈缩阶段（第Ⅳ阶段，即C→D）

当钢材强化达到最高C点后，钢材抵抗变形的能力明显降低。在试件薄弱处的截面将显著缩小，由于试件断面急剧缩小，塑性变形迅速增加，拉力则反而下降，变形不再是均匀的。钢材被拉长，在变形最大处产生“颈缩现象”，最后发生断裂。钢材颈缩现象如图8-2所示。

图8-2　钢材颈缩现象

把拉断的两段钢材拼合起来，便可测得标距范围内的长度l1，l1减去标距长l0，就是塑性变形值，此值与原长l0的比率称为伸长率δ，钢材的拉伸试件如图8-3所示，按下式（8-1）进行计算伸长率δ:

图8-3　钢材的拉伸试件

式中　l0——试件原始标距长度，一般为9mm；

l1——试件断裂后标距范围内的长度，mm。

伸长率δ是衡量钢材塑性的一个指标，在工程中具有重要的意义。伸长率δ数值愈大，表示钢材塑性愈好，但强度较低。具有良好的塑性变形能力，可以保证应力重新分布，避免应力集中，从而避免结构过早的破坏。为了保证钢材有一定的塑性，规范中规定了各种钢材伸长率的最小值。由于伸长率与标距有关。通常钢材拉伸试验标距取l0＝10d0和l0＝5d0，其伸长率分别用δ10和δ5表示。对同一钢材，其δ5＞δ10，原因是塑性变形在试件标距内的分布是不均匀的，颈缩处的伸长较大，若原标距与直径之比愈大，颈缩处伸长值在总伸长值中所占的比值则愈小，因而计算伸长率会小些。

8.2.1.2　冲击韧性

冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载而不破坏的能力。用试样缺口处单位横截面所吸收的功来表示，冲击韧性用冲击韧性值aK（J/cm2）表示。测定钢材的冲击韧性是采用标准试件（带有V形或U形缺口的金属试样），以简支梁状态放于摆锤冲击试验机上，以摆锤冲击试件刻槽的背面，试件缺口受到冲击破坏后弯曲而断裂。试验时的标准试件为带有V形缺口，尺寸为10mm×10mm×55mm。冲击韧性试验的试件尺寸、试验装置和试验机如图8-4所示。

冲击韧性值aK即冲击吸收功除以试样缺口底部处横截面面积所得的商，单位为J/cm2。其公式如下:

式中　A——试样缺口处的截面积，cm2；

AK——冲击吸收功，具有一定形状和尺寸的金属试样在冲击负荷作用下折断时所吸收的功，J。

aK值越大，表示冲断时所吸收的功愈多，钢材的冲击韧性愈好。其抵抗冲击荷载作用的能力愈强，脆性破坏的危险性愈小。

图8-4　冲击韧性试验示意图

（a）试件尺寸（单位:mm）；（b）试验装置；（c）试验机

影响钢材冲击韧性的因素很多，钢材化学成分组织状态以及冶炼轧制质量等对冲击韧性值aK都较敏感。若钢中磷、硫含量较高，存在偏析，非金属夹杂物和焊接中形成的微裂纹等都会使冲击韧性显著降低。此外，环境温度对钢材的冲击功影响也很大，冲击韧性会随温度的降低而下降，开始缓慢下降，当达到温度降低到某一负温时，钢材的冲击韧性值aK则突然下降很多，呈脆性破坏，称为钢材的冷脆性，这时的温度称为脆性临界温度。它的数值愈低，钢材耐低温冲击性能愈好。由于脆性临界温度的测定工作较复杂，规范中通常规定—20℃或—40℃的负温冲击值作为指标。

钢材随时间的延长，强度逐渐提高，塑性冲击韧性下降的现象称为“时效”。完成时效变化过程可达数十年，钢材经受冷加工或使用中经受振动和反复荷载的影响，时效可迅速发展，因时效而导致性能改变称为时效敏感性，时效敏感性愈大的钢材，经过时效以后其冲击韧性的降低愈显著。为了保证安全，对于承受动荷载的重要结构，应选用时效敏感性小的钢材。

综上所述，很多因素都将降低钢材冲击韧性，对于直接承受动荷载而且可能在负温度下工作的重要结构，必须按照有关规范要求，进行钢材的冲击韧性检验。

8.2.1.3　耐疲劳性

钢材在反复交变荷载作用下，往往在远低于抗拉强度，甚至还低于屈服点的情况下突然发生破坏，这种破坏称为疲劳破坏。疲劳破坏用疲劳强度或疲劳极限表示，指钢材在荷载交变107次时不破坏所能承受的最大应力。

一般钢材的疲劳破坏是由拉应力引起的，因反复作用，先从局部开始形成微小裂纹，在裂纹尖角处形成应力集中，使裂纹逐渐扩大，突然产生断裂。疲劳裂纹在应力集中的地方形成。因此钢材疲劳强度不仅决定于它的内部组织，而且也决定于应力最大处的表面质量及内应力大小等因素。

在设计承受反复荷载且须进行疲劳验算的结构时，应当了解所用钢材的疲劳极限。测定疲劳极限时，应当根据结构使用条件确定采用的应力循环类型、应力比值（又称应力特征值p，即最小与最大应力之比）和周期基数。周期基数一般为200万次或400万次以上。

8.2.1.4　硬度

硬度表示钢材表面局部体积内，抵抗其他较硬物体压入或者刻划的能力，是衡量钢材软硬程度的一个指标。

测定硬度的方法很多，按压头和压力不同有布氏法和洛氏法。最常用的是布氏法，用布氏硬度值表示硬度的大小。布氏硬度测定方法是:用一定直径为D的淬火硬钢球，在规定荷载P的作用下压入试件表面并保持一定的时间，然后卸去荷载，用荷载P除以压痕球面积作为所测金属材料的硬度值，称为布氏硬度，用符号HB表示。布氏硬度试验如图8-5所示。

图8-5　布氏硬度试验

洛氏法是在洛氏硬度机上，根据测量的压痕深度来计算硬度值。洛氏法操作简单、迅速、压痕小，可以测较薄的材料，但试验精度较差。

钢材的硬度和强度成一定相关关系，钢材的强度越高，硬度值也愈大。因此，通过测定钢的硬度后可间接求得其强度。

8.2.2　工艺性能

钢材的工艺性能是指钢材是否易于加工成型的性能，包括冷弯性能和焊接性能。良好的工艺性能，可以保证钢材顺利通过各种加工，而使钢材的质量不受影响。钢材在使用之前，一般都要进行某种形式的加工处理。因此，钢材应具有良好的工艺性能以保证工程质量。

8.2.2.1　冷弯性能

冷弯性能指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，是建筑钢材的重要工艺性能。建筑钢材的冷弯，一般用弯曲角度α，以及弯心直径d和钢材厚度a的比值来表示。弯曲角度α愈大，弯心直径对试件厚度（或直径）的比值d/a愈小，则冷弯性能就愈好。钢材冷弯性能的检验使采用规定的弯曲角度和弯心直径进行试验，若试件的弯曲处不发生裂缝、裂纹、裂断和起层，则认为冷弯性能合格。钢材的冷弯试验如图8-6所示。

图8-6　钢材的冷弯试验示意图

（a）试件；（b）试件弯曲90°；（c）试件弯曲180°；（d）试件弯曲至两面重合

伸长率是钢材在均匀变形下的塑性，而冷弯则反映钢材处于不利变形条件下的塑性。钢材的冷弯性能和伸长率均表明钢材在静荷下的塑性的好坏。在通常的拉伸试验中，钢材内部的缺陷常因塑性变形导致应力重分布而得不到反映。而冷弯试验是一种比较严格的检验，能反映钢材是否内部组织均匀及存在内应力和夹杂物等缺陷。钢材冷弯试验对焊接质量也是一种严格的检验，能揭示焊件在受弯表面存在的未熔合、微裂纹和夹杂物等缺陷。

8.2.2.2　焊接性能(www.xing528.com)

焊接连接是钢材的最常用的连接方法。在钢结构中，90%的连接都是采用焊接连接。为保证焊接质量，要求钢材具有良好的可焊性能，即在焊接过程中，焊缝金属及近缝区附金属均不得不产生裂缝及变脆倾向；且焊接后在使用过程中，钢材的力学性能，特别是强度不低于母材（原钢材）的性能。

在焊接过程中，由于高温作用和焊接后的急剧冷却，在焊缝区和近缝区，钢材的内部晶体组织及结构将发生变化，产生局部变形及内应力，使钢材产生硬脆倾向，降低了钢材的质量。可焊性好的钢材，焊缝处性质应该与母材（原钢材）接近，焊接才牢固可靠。

钢材的可焊性与钢材所含化学成分及含量有关，含碳量高，或含较多的硫，钢材的可焊性都变差。含碳量小于0.25%的碳素钢具有良好的可焊性能；含碳量超过0.3%，可焊性变差；硫、磷以及气体杂质会降低可焊性；此外，在碳素钢的基础上加如少量的合金元素，也会降低可焊性。对高碳钢和合金钢，为改善焊接性能，一般可采取焊前预热和焊后热处理，以提高焊接质量。此外，正确的焊接工艺同样是保证焊接质量的重要措施。

8.2.2.3　钢的冷加工和时效处理

1.钢材的冷加工

（1）冷加工。钢材在常温下通过冷拉、冷拔、冷轧等机械加工产生塑性变形，从而提高屈服强度和硬度，但塑性、韧性降低，这个过程称为冷加工。通过冷加工，不但改变了钢材的形状和尺寸，而且还能改变钢的内部晶粒组织结构，从而改变了钢材的性能。

冷加工的强化只有在超过弹性范围后，产生冷塑性变形时才会发生。在一定范围内，冷加工变形程度越大，屈服强度提高越多，塑性及韧性也降低得越多。冷加工包括冷拉、冷拔、冷轧、冷冲和冷压等。

冷拉。将热轧后的小直径钢筋，用拉伸设备予以拉长，使之产生一定的塑性变形，使钢筋屈服点提高，钢筋的塑性变形增加（约4%～10%），从而达到节约钢材的目的。

钢材经冷拉后，屈服强度可提高20%～30%，钢材强度提高，钢材变硬；同时屈服阶段变短，伸长率降低，塑性降低。钢筋的冷拉方法可采用控制冷拉应力和控制冷拉率两种方法，但应尽可能采用控制冷拉应力。

冷拔。将钢筋或钢管通过冷拔机上的孔模，拔成一定截面尺寸的钢丝或细钢管。孔模用硬质合金钢（钨合金拔丝模）制成，孔模的出口直径比进口小，每次截面缩小为10%以下，可以多次冷拔。冷拔作用比单纯拉伸作用要强烈，钢筋不仅受拉，而且受挤压作用。冷拔加工后的钢材表面光洁度高，提高强度的效果比冷拉好。直径越细，强度越高。冷拔低碳钢丝屈服强度可提高40%～60%，但此时钢筋已失去原有的塑性和韧性。钢筋冷拔模孔如图8-7所示。

图8-7　冷拔

钢筋的冷拔一般在工厂进行，常用直径为6.5～8mm的碳素结构钢Q235（或Q215）盘条，通过拔丝机中比钢筋直径小0.5～1.0mm的冷拔模孔，冷拔成比原直径小的钢丝，如果经多次冷拔，可得规格更小的钢丝，此时称为冷拔低碳钢丝。

冷轧。将热轧钢筋或钢板通过冷轧机，可以轧成一定规律变形的钢筋或薄钢板。冷轧变形钢筋不但能提高强度，节约钢材，而且具有规律的凹凸不平的表面，提高了钢筋与混凝土的黏结力。钢筋在冷轧时，因为纵向变形和横向变形同时产生，因而，能够较好地保持塑性的性质和内部结构的均匀性。

产生冷加工强化的原因是:钢材在冷加工变形时，因晶粒间产生滑移，晶体颗粒形状发生改变:有的被拉长，有的被压扁，有的成为纤维状等；同时在滑移区，晶粒破碎，晶格扭屈，对继续滑移造成一定阻力，要使它重新产生滑移就必须增加外力，即屈服强度有所提高；因减少了移动面，所以塑性降低。工程上利用这一原理，通过冷拉、冷拔、冷轧等加工来提高其强度，从而达到节约钢材的目的。

（2）时效。冷加工后的钢材，放置一段时间，钢材的屈服强度、抗拉强度与硬度还会提高，同时塑性、韧性进一步降低，这种现象称为时效，时效过程十分缓慢。钢材即使没有经过冷加工，长期搁置后也会出现时效，但不如冷加工之后表现明显。钢材冷加工后，由于产生塑性变形，使时效大大加快。

钢材冷加工后的时效处理包括自然时效和人工时效两种方法。将经冷加工的钢材在常温下放置15～20d，为自然时效，它适用于强度较低的钢材。对强度较高的钢材，自然时效效果不明显，可将经冷加工后的钢材加热至100～200℃，保持2h左右，为人工时效。

钢材拉伸—时效处理后—再拉伸，其应力与应变关系规律，如图8-8所示。图中OACD为未经冷拉和时效试件的应力—应变曲线；O′KCD为经冷拉和时效试件的应力—应变曲线；O′K1C1D1为经过拉伸后再经时效处理后再进行拉伸的应力—应变曲线。在常温下将钢材拉伸至超过屈服强度而小于抗拉强度的某一应力，即任意一点K，然后卸荷，此时钢材已产生塑性变形，则曲线沿KO′下降，曲线KO′大约与曲线AO平行。此时如立即进行拉伸。则应力与应变关系将成为O′KCD，即屈服强度由A点提高到K点。如果在K点卸荷后进行时效处理后再进行拉伸，则应力与应变关系线将成为O′K1C1D1。这表明冷拉时效后，屈服强度及抗拉强度得到了提高，但塑性及韧性也相应降低。

图8-8　钢筋冷拉前后应力—应变图的变化

建筑工程中的钢筋，常利用冷加工后的时效作用来提高屈服强度，以节约钢材，但对于受动荷载作用或经常处于中温条件工作的钢结构，如桥梁、吊车梁、钢轨、锅炉等用钢，为避免过大的脆性，防止出现突然断裂，要求采用时效敏感性小的钢材。

2.钢材的热处理

按照一定的方法，将钢材加热到一定的温度，在该温度下保持一段的时间，再以一定的速度和方式冷却，以使钢材内部晶体组织和显微结构按要求进行改变，或者消除钢中的内应力，从而获得所需求的机械力学性能，这一过程称为钢材的热处理。热处理方法通常有淬火、回火、退火、正火等几种基本方法。

（1）淬火。将钢材加热至基本组织转变温度723℃（相变温度）以上某一温度，保持一定时间，然后迅速放在水或机油中冷却，这个过程称为钢材的淬火处理。经淬火处理后的钢材，其强度、硬度和耐磨性均提高，但同时塑性和韧性明显降低，脆性增大。含碳量在0.9%左右的钢最适于淬火处理，含碳量太小，淬火处理后性能变化不太明显。含碳量太高，淬火处理后硬脆性增加许多。

（2）回火。将淬火处理后的钢材重新加热到723℃以下某一温度，并且保持一定时间，再冷却至常温，这一过程称回火处理。回火可消除钢材淬火时产生的内应力，恢复塑性和韧性，改变硬脆性。回火温度愈高，塑性和韧性愈好，同时钢材硬度下降愈多。将钢材淬火后随即进行高温回火处理，可使钢材的强度、塑性、韧性等性能均得以改善，这种方法称为调质处理。

（3）退火。将钢材加热至723℃以上某一温度（30～50℃），保持较长的时间，然后在退火炉中慢慢地冷却称为退火。退火可消除钢材中的内应力，使钢材塑性和韧性提高，硬度降低。

（4）正火。将钢材加热到723℃以上某一温度，并保持较长的时间，然后在空气中缓慢冷却，称为正火。钢材正火后强度和硬度提高，塑性较退火为小。正火其实是退火的一种的特例，两者仅冷却速度不同，正火是在空气中冷却。

8.2.3　钢材的晶体组织和化学成分

8.2.3.1　钢材的晶体组织对钢材性能的影响

钢的内部组织构造是直接影响钢材性能的主要因素。钢材是无数微细的晶粒构成的，钢是铁碳合金晶体，晶体结构中各个原子是以金属键相结合的，这是钢材具有较高强度和良好塑性的基础。原子在晶粒中排列的规律不同可以形成不同的晶格，如体心立方晶格是原子排列在一个正六面体的中心和各个顶点而构成的空间格子；面心立方体晶格是原子排列在一个正六面体的各个顶点和六个面的中心而构成的空间格子。铁和碳结合的方式不同，所形成的晶粒组织各异。

1.钢的基本组织

纯铁在不同的温度下有不同的晶体结构。其晶格转变过程如下:纯铁在从液态转变为固态晶体并逐渐冷却到室温的过程中，发生两次晶格形式的转变，在1349℃以上时，形成体心立方晶格，称δ-Fe；由1394℃降至912℃时，转变为面心立方晶格，称γ-Fe；降至912℃以下，又转变为体心立方晶格，称α-Fe，如图8-9（b）α-Fe的体心立方晶体所示。

碳素钢冶炼时在钢水冷却过程中，其Fe和C有三种基本结合形式为:固溶体、化合物、机械混合物。表8-2列出了钢的四种基本组织。

表8-2　钢的基本晶体组织

2.晶粒组织对钢性能的影响

碳素结构钢的含碳量小于0.8%，常温下主要由铁素体和渗碳体（Fe3C）所组成。铁素体强度、硬度较低，而塑性、韧性良好。铁素体在钢中形成不同取向的结晶群（晶粒），是钢的主要成分，约占重量的99%。渗碳体是铁碳化合物，含碳6.67%，其熔点高，硬度大，几乎没有塑性，在钢中其与铁素体晶粒形成机械混合物——珠光体，填充在铁素体晶粒的空隙中，形成网状间层，如图8-9（a）碳素结构钢多晶体结构示意图。珠光体强度很高，坚硬而富于弹性。碳素钢的力学性能在很大程度上与铁素体和珠光体这两种成分的比例有关。

图8-9　钢的组织结构

（a）碳素结构钢多晶体结构示意图；（b）α-Fe的体心立方晶体

低合金结构钢是在低碳钢中加入少量的锰、硅、钒、铌、钛等合金元素炼成的钢材，其组织结构与碳素钢类似。合金元素及其化合物溶解于铁素体和珠光体中，形成新的固溶体——合金铁素体和新的合金渗碳体组成的珠光体类网状间层，使钢材的强度得到提高，而塑性、韧性和焊接性能并不降低。

8.2.3.2　化学成分对钢材性能的影响

钢是铁碳合金，在普通碳素钢中，除了含有铁和碳元素之外，还含有较多的其他元素主要元素外，和少量的锰、硅、硫、磷、氮、氧、氢等元素，还有特别加进钛、钒、铜、铬、镍等各种合金元素。这些元素在钢中的含量，决定钢材质量和性能的好坏。为保证钢材的质量，国家标准对各类钢材的化学成分均作了严格的规定。

1.碳（C）

碳是各种钢中的重要元素之一，在碳素结构钢中则是铁以外的最主要元素。碳是形成钢材强度的主要成分。在含碳量小于0.8%的碳素钢中，随着含碳量的增加，钢的抗拉强度（σb）和硬度（HB）在增加，但塑性和韧性则降低。但含碳量大于0.8%时（高碳钢），随着含碳量的增加，钢的抗拉强度（σb）反而下降。含碳量增大，也将使钢的塑性、焊接性能和抗腐蚀性能下降，脆性增加。当含碳量超过0.3%时焊接性能显著降低并开始恶化。含碳量对普通碳素钢性能的影响如图8-10所示。

图8-10　含碳量对普通碳素钢性能的影响

2.锰（Mn）

锰是有益元素，加入钢中起脱氧和去硫作用，是有效的脱氧去硫剂。适量的锰能提高钢材的强度和硬度，消除硫对钢的热脆影响，改善热加工性和冷脆倾向，对塑性和韧性几乎不影响。但含锰量大于1.0%时，钢的塑性、韧性和可焊性会降低，含锰量达11%～14%时，称为高锰钢，具有较高的耐磨性。锰还是低合金钢的主要合金元素，其含量为0.8%～1.8%。但锰对焊接性能不利，因此含量也不宜过多。

3.硅（Si）

炼钢时为了脱氧去硫而加入硅，是一种强脱氧剂，适量的硅对钢是有益的。当含硅量小于1%时，随着其含量增加，能显著提高钢的强度，对塑性和韧性影响不大，同时可提高抗腐蚀能力和改善钢的质量。硅的含量在一般镇静钢中为0.12%～0.30%，在低合金钢中为0.2%～0.55%。当硅含量大于1%时，钢的冷脆性增加，焊接性能变差。

4.氮（N）

氮虽可以使钢的屈服点、抗拉强度和硬度提高；但塑性、韧性、焊接性能和冷弯性能下降，且钢的时效敏感性和冷脆性增大。在钢中氮的含氮量不应超过0.008%。如果在钢中加入少量的铝、钒、锆和铌，使它们变为氮化物，则能细化晶粒，可改变钢的改变性能。

5.磷（P）

磷是钢中的有害元素。对钢材起硬化作用，即钢的屈服点和抗拉强度提高，磷还可提高钢抗锈蚀能力，但塑性、韧性冷弯性能和焊接性能显著降低，特别是在温度较低时促使钢材变脆，称为冷脆。因此，磷的含量也要严格控制，磷的含量控制在0.085%以内。但是当采取特殊的冶炼工艺时，磷可作为一种合金元素来制造含磷的低合金钢，可提高钢的耐磨性和耐蚀性，此时其含量可达0.12%～0.13%。

6.硫（S）

硫是极其有害的杂质，随着含硫量的增加，将大大降低钢的热加工性、可焊性、冲击韧性、疲劳强度和抗腐蚀性。此外，非金属硫化物夹杂经热轧加工后还会在厚钢板中形成局部分层现象，在采用焊接连接的节点中，沿板厚方向承受拉力时，会发生层状撕裂破坏。因而应严格限制钢材中的含硫量，一般不得超过0.065%。硫常以硫化铁形式夹杂于钢中，当温度达800～1000℃时，硫化铁会熔化使钢材变脆，因而在进行焊接或热加工时，有可能引发热裂纹，称为热脆性。

7.氧（O）

氧是钢中非常有害杂质，它会使钢的塑性、韧性、冷弯性能、焊接性能及强度等所有的性能降低，且热脆性增加，特别是显著降低疲劳强度。氧在钢中其一般不得超过0.05%。但氧有促进时效性的作用，氧常以氧化铁（FeO）的形式存在于钢中。

8.钛（Ti）、钒（V）、铌（Ni）

钛、钒、铌等都是较强的脱氧剂。是加入钢中的合金元素，可改善组织结构，使晶体细化，显著提高钢的强度，改善钢的韧性，又可保持良好的塑性。