1-3 什么是钢？

钢材的主要成分是铁（Fe），还经常含有其他元素。这些被称为钢中的五种元素，如图1所示，它们分别对应于碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）、磷（P）和硫（S）。

图1 钢的基本构成元素

五种元素中，碳是一种特别重要的元素，对钢材的硬度和韧性有很大的影响。因此，碳含量是对钢材进行分类时的概念基础。换言之，0.02%以下的碳一般称为纯铁（α-Fe），0.02%以上的碳一般称为钢（hagane）。但钢中含碳量更高为2%左右，高于此值则用作铸铁。

这五种元素在钢中的含量除特殊情况外几乎是固定的，其范围为C为0.04～1.5%，Si为0.1～0.4%，Mn为0.4，如图~1.0%，P为0.04%以下，S为0.04%以下。

Si和Mn是在炼钢时为了除去钢中的有害物质而添加的，也可以在上述范围以外作为有益元素添加。

P具有诱发钢材的延迟断裂，在低温下使用时变脆的性质(低温脆性)，是对钢材有害的元素。

S具有使钢材在高温下使用时变脆的特性（微红脆性），与P一样，是对钢材有害的元素。但是，由于S具有提高钢材的切削性（切削性）的作用，因此精密零件使用添加约0.3%的易切削钢。如图 2 所示，易切削钢中的 S 作为与 Mn (MnS) 的化合物存在，并有效地作用于刀具润滑和切削过程中的切屑破裂。

图2 易切削钢的显微组织（SUM23）

钢材根据炼钢时的脱氧方法分为沸腾钢和镇静钢。半镇静钢也在两者之间。

沸腾钢是在模具中添加少量的Mn，浇注而成，用于强度要求不高的轧材、钢板、低碳钢线材、配管用碳钢管等。换言之，在JIS中没有规定量的Si作为化学成分的，是沸腾钢。

当钢水倒入模具时，沸腾钢与钢水中的碳和氧发生强烈反应，生成一氧化碳（CO）气体，产生一种沸腾状态（称为沸腾作用）。杂质集中在锭的顶部和内部。因此，在铸锭的外侧形成了杂质少的健康部分（称为边缘层）。

这种轧制钢锭表面附近几乎没有杂质。但由于内部杂质偏析较多，加工时表面会出现线状划痕，故尽量不要用于需要机加工的零件。

镇静钢是用Si或铝（Al）充分脱氧制成的，用于机械结构钢、工具钢、特殊用途钢等要求高强度和高质量的钢。.. 镇静钢的特点是容易获得高碳钢，通过添加合金元素容易获得目标成分，因此，镇静钢一直用于高碳钢和合金钢。此外，由于偏析极小，因此在质量稳定性方面**有利。

取决于应用，可能需要考虑选择 Si 或 Al 作为脱氧剂。用于普通镇静钢的脱氧剂是 Si，它以硅铁 (FeSi) 或硅锰 (SiMn) 的形式添加到钢水中。由于Al的晶粒细化效果大，因此有利于深冲等高强度加工用途，因此更近使用铝镇静钢的情况越来越多。

冷镦用碳素钢丝 JIS 规定了 6 种沸腾钢、10 种铝镇静钢和 21 种镇静钢。一个例子如表 1 所示。沸腾钢为低碳低锰钢，对Si的含量没有规定。 可见，铝镇静钢是一种低碳低硅钢，Al的添加量在0.2%以上。另外，由于一般的Si基镇静钢的化学成分容易调整，因此规定了C、Mn范围较广的21种。

表1 冷镦用碳素钢丝种类