⑴ 金属材料中为什么含有碳
以钢铁举例如下。
钢铁中碳的来源:
炼铁的原料之一是铁矿石,铁矿石主要成份是Fe2O3,没有碳.
炼铁的原料之二是焦碳.炼铁过程部分焦碳留在了铁水中,导致铁水中含碳.
碳在钢铁中主要以两种形式存在：
一种是化合碳，即碳以化合形态存在，主要以铁的碳化物和合金元素的碳化物形态存在。例如Fe3C、Mn3C、Cr3C2、WC、W2C、VC、MOC、TiC等。
另一种是游离碳，例如铁碳固溶体中的碳、无定形碳、石墨碳、退火碳等，统称为游离碳。在钢中，一般是以化合碳为主，游离碳只存在于铁及经退火处理的高碳钢。化合碳与游离碳总和，称为总碳量。红外碳硫分析仪就是测定样品中的总碳量。
⑵ 钢材中添加碳,钛，锰，铬，钼等元素起什么作用。。通俗易懂（比如碳是增强硬度），不需要长篇大论。求解！
1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。
3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。
4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。
5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。
6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。
7、镍(Ni)：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。
8、 钼(Mo)：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变)。结构钢中加入钼，能提高机械性能。 还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。
9、钛(Ti)：钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。
10、钒(V)：钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5%的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。
11、钨(W)：钨熔点高，比重大，是贵生的合金元素。钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性。在工具钢加钨，可显著提高红硬性和热强性，作切削工具及锻模具用。
12、铌(Nb)：铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，但塑性和韧性有所下降。在普通低合金钢中加铌，可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力。铌可改善焊接性能。在奥氏体不锈钢中加铌，可防止晶间腐蚀现象。
13、钴(Co)：钴是稀有的贵重金属，多用于特殊钢和合金中，如热强钢和磁性材料。
14、铜(Cu)：武钢用大冶矿石所炼的钢，往往含有铜。铜能提高强度和韧性，特别是大气腐蚀性能。缺点是在热加工时容易产生热脆，铜含量超过0.5%塑性显著降低。当铜含量小于0.50%对焊接性无影响。
15、铝(Al)：铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，如作深冲薄板的08Al钢。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝与铬、硅合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。
16、硼(B)：钢中加入微量的硼就可改善钢的致密性和热轧性能，提高强度。
17、氮(N):氮能提高钢的强度，低温韧性和焊接性，增加时效敏感性。
18、稀土(Xt)：稀土元素是指元素周期表中原子序数为57-71的15个镧系元素。这些元素都是金属，但他们的氧化物很象“土”，所以习惯上称稀土。钢中加入稀土，可以改变钢中夹杂物的组成、形态、分布和性质，从而改善了钢的各种性能，如韧性、焊接性，冷加工性能。在犁铧钢中加入稀土，可提高耐磨性。
⑶ 什么是合金元素合金钢中经常加入的合金元素有哪些按其与碳的作用如何分类
合金就是几种金属煅炼在一起，得到一些原来没有的物理特性。合金钢的种类很多，而钢中的碳主要控制钢的韧性和刚性，碳多了韧性好，硬度大了，不容易脆裂，少了则比较脆。
⑷ 合金元素在钢中都有哪些作用
1、 碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
2、 硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。硅量增加，会降低钢的焊接性能.
3、 锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰会有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。
4、 磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。
5、 硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，容易造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。硫可以改善切削加工性，通常称易切削钢。
6、 铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。
7、 镍(Ni)：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。
8、 钼(Mo)：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力。
9、 钛(Ti)：钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。
10、 钒(V)：钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5%的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。
11、 钨(W)：钨熔点高，比重大，是贵生的合金元素。钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性。
12、 铌(Nb)：铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，但塑性和韧性有所下降。
13、 钴(Co)：钴是稀有的贵重金属，多用于特殊钢和合金中，如热强钢和磁性材料。
14、 铜(Cu)：武钢用大冶矿石所炼的钢，往往含有铜。铜能提高强度和韧性，特别是大气腐蚀性能。缺点是在热加工时容易产生热脆。
15、铝(Al)：铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性。
16、硼(B)：钢中加入微量的硼就可改善钢的致密性和热轧性能，提高强度。
⑸ 金属材料中为什么含有碳
碳的影响：碳在奥氏体不锈钢中是强烈形成并稳定奥氏体且扩大奥氏体区的元素.碳形成奥氏体的能力约为镍的30倍，碳是一种间隙元素，通过固溶强化可显著提高奥氏体不锈钢的强度.碳还可提高奥氏体不锈钢在高浓氯化物(如42%mgcl2沸腾溶液)中的耐应力腐蚀的性能.
铬的影响：铬是奥氏体不锈钢中最主要的合金元素，奥氏体不锈钢的不锈性和耐蚀性的获得主要是由于在会质作用下，铬促进了钢的钝化并使钢保持稳定钝态的结果.○1铬对组织的影响：在奥氏体不锈钢中，铬是强烈形成并稳定铁体的元素，缩小奥氏体区,随着钢中含量增加，奥氏体不锈钢中可出现铁素体(δ)组织，研究表明，在铬镍奥氏体不锈钢中，当碳含量为0.1%,铬含量为18%时，为获得稳定的单一奥氏体组织，所需镍含量最低，约为8%,就这一点而言，常用的18cr—8ni型铬镍奥氏体不锈钢是含铬，镍量配比最为适宜的一种.
⑹ 碳为什么可以存在于钢之中
依据的原理：碳虽然被我们划分为非金属，但是它也有一些金属性。
化学元素的非金属性和金属性是相对的，任何元素都既有金属性又有非金属性，只是所占比例不同罢了。一般元素周期表中越靠近右上角（惰性气体除外）的非金属性越强，金属性越弱；越靠近左下角金属性越强，非金属性越弱。
碳比较靠近周期表中金属与非金属的交界线，在与金属结合时，常常能表现出金属性，与金属结合成为合金。
碳在金属铁中，一般含量小于2.11%时，将与铁形成合金。合金的定义为：由一种金属元素和另一种或者几种其它元素（金属或非金属）组成的具有金属特性的物质称为合金。
而钢的标准定义就是：铁与碳的合金。
当碳含量高于2.11%时，称为生铁。
多出来的碳有两种存在形式：一种是以石墨的形式存在于铁中，这种材料叫铸造生铁，其机械性能硬而脆。其中石墨又有两种形态：片状石墨，形成普通铸铁，这种铸铁机械性能比较差，或者球状石墨，称为球墨铸铁，由于球状的石墨不容易导致应力集中，所以球墨铸铁机械性能大大改善。
碳在生铁中的另一种存在形式：以碳化三铁的形式存在（Fe3C），这种生铁机械性能很差，只能用来做炼钢的原料，称为炼钢生铁。
⑺ 合金钢都有哪些主要元素，各有什么作用
合金钢的主要合金元素有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、钛、铌、锆、钴、铝、铜、硼、稀土等。其中钒、钛、铌、锆等在钢中是强碳化物形成元素，只要有足够的碳，在适当条件下，就能形成各自的碳化物，当缺碳或在高温条件下，则以原子状态进入固溶体中；锰、铬、钨、钼为碳化物形成元素，其中一部分以原子状态进入固溶体中，另一部分形成置换式合金渗碳体；铝、铜、镍、钴、硅等是不形成碳化物元素，一般以原子状态存在于固溶体中。
合金元素的作用：
1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳含量超过0.23%时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。
3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。
4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。
5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。
6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。
7、镍(Ni)：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。
8、钼(Mo)：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变)。结构钢中加入钼，能提高机械性能。还可以抑制合金钢由于淬火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。
9、钛(Ti)：钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。
10、钒(V)：钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5%的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。
11、钨(W)：钨熔点高，比重大，是贵生的合金元素。钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性。在工具钢加钨，可显著提高红硬性和热强性，作切削工具及锻模具用。
12、铌(Nb)：铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，但塑性和韧性有所下降。在普通低合金钢中加铌，可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力。铌可改善焊接性能。在奥氏体不锈钢中加铌，可防止晶间腐蚀现象。
13、钴(Co)：钴是稀有的贵重金属，多用于特殊钢和合金中，如热强钢和磁性材料。
14、铜(Cu)：武钢用大冶矿石所炼的钢，往往含有铜。铜能提高强度和韧性，特别是大气腐蚀性能。缺点是在热加工时容易产生热脆，铜含量超过0.5%塑性显著降低。当铜含量小于0.50%对焊接性无影响。
15、铝(Al)：铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，如作深冲薄板的08Al钢。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝与铬、硅合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。
16、硼(B)：钢中加入微量的硼就可改善钢的致密性和热轧性能，提高强度。
17、氮(N):氮能提高钢的强度，低温韧性和焊接性，增加时效敏感性。
18、稀土(Xt)：稀土元素是指元素周期表中原子序数为57-71的15个镧系元素。这些元素都是金属，但他们的氧化物很象“土”，所以习惯上称稀土。钢中加入稀土，可以改变钢中夹杂物的组成、形态、分布和性质，从而改善了钢的各种性能，如韧性、焊接性，冷加工性能。在犁铧钢中加入稀土，可提高耐磨性。
⑻ 为什么铁和碳组成合金碳是怎么加入到钢材的以何种形态加入的
为什么铁和碳组成合金?
答：所谓合金是指金属与其他元素形成的具有金属特性的物质,也就是说金属与金属可以形成合金,金属与非金属也可以形成合金,但是有2个条件,一个条件就是必须至少有一种是金属元素,另外一个条件就是必须形成的是具有金属特性的物质,这2个条件缺一不可.由于铁是金属,碳虽然是非金属,但是由于形成的是具有金属特性的物质,所以是合金.
碳是怎么加入到钢材里面的?以何种形态加入的?
答：生铁是由铁矿石通过碳（存在形式是焦炭）还原的,在还原过程中,碳就溶解到铁水里,当冷却到室温时,就存在到铁里面了,碳在生铁里面有两种形式,一个是以纯碳的形式（石墨）单独存在,还有一个就是以化合物（Fe3C）的形式存在.这个就像冰糖溶解到水里,然后冻成冰棒一样,糖不会跑出来.
钢是由生铁冶炼而来的,钢的含碳量比生铁低,所以,炼钢过程主要的就是一个氧化过程,把多余的碳氧化掉,最后剩下的碳只以化合物的形式存在,就形成了钢.
另外,如果钢的含碳量不够,那么在钢冶炼过程中需要把焦炭加入到钢水里面,然后搅拌钢水,使碳溶解到钢水里,当然加入量必须经过精确计算.
⑼ 合金钢中的主要合金元素都起什么作用
钢是以铁为基本成分的多元素金属。纯铁有很好的塑性及韧性，但强度很低。所以，总要根据不同需要加入不同的元素，以改善钢的性能。主要元素的作用如下：
碳（c）碳是钢中的主要元素，随着钢中含碳量的增加，钢的常温强度、硬度提高，但塑性、韧性及焊接能降低。所以，锅炉承压元件用钢的含碳量一般为0.1%~0.25%。
锰（mn）锰可以提高钢的常温强度、硬度及耐磨性，含量高时，焊接应力增加。锰可使钢的高温短时强度提高，但对持久强度和蠕变极限及没有明显的影响。
钼（mo）和铬（cr）钼和铬都能提高钢的强度。铬对提高钢的高温组织稳定性能——抵制珠光体球化、石墨化、抗高温氧化有明显效果。并能提高抗腐蚀性。但含铬高的钢，焊接裂纹敏感性强，温差应力也大。钼对提高钢的持久强高度有明显作用。钼有石墨化倾向可加铬防病止，铬的脆化可用钼化可用防止，二者共存可以提高钢的综合性能。
钒（v）钒在钢中能提高高温组织稳定性，还能抵消铬对焊接性能的不利影响。
钛（ti）钛可提高钢的持久强度，在抵合金钢中，还可改善钢的焊接性能。
钨（w）钨可提高钢的持久强度及高温硬度。
硅（si）硅能提高钢的强度、耐磨性及抗氧化能力。与铬共存时，可提高抗高温氧化能力，也可提高在烟气中的抗腐蚀性能。
铌（nb）铌与钛的作用相同，可提高钢有热强性。
硼（b）硼的突出作用是提高钢的淬透性。在耐热钢中可提高钢的热强性及持久塑性。