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金属材料是一个很有奥秘的学科，无论是刀具制造本身需要材料，还是加工零件都会遇到材料的问题，假如您从事钢铁行业，您是否注意过钢材测试报告中列出的那些化学成分究竟意味着什么？您可能只知道不同的钢材等级有许多不同的化学成分和不同含量的元素。在这篇文章中，我们整理并列出了21种化学元素及其对钢材性能的影响。
碳是钢中最重要的元素，它对于需要通过淬火来硬化的钢材至关重要，碳的含量控制着材料的硬度和强度，以及对热处理的响应（可淬透性）。随着碳含量的增加，钢材的延展性、可锻性和可加工性会降低，焊接性能也会下降。
锰可能是仅次于碳的第二重要元素。锰的作用与碳相似，钢铁生产商通过这两种元素的组合来获得具有所需性能的材料。锰通过与氧和硫的结合，对钢铁的热轧过程来说是必需的。
它的存在具有以下主要作用：它是一种温和的脱氧剂，作为净化剂将硫和氧从熔体中带入炉渣。它提高可淬透性和抗拉强度，但降低延展性。它与硫结合形成球状硫化锰，这对于易切削钢的良好可加工性至关重要。 钢材通常至少含有0.30%的锰，但在某些碳钢中可以发现高达1.5%的含量。
锰还倾向于增加渗碳过程中的碳渗透率，并作为温和的脱氧剂。然而，当碳和锰含量都过高时，会出现脆化现象。锰能够与硫形成硫化锰（MnS），这对机械加工有利。同时，它能抵消硫带来的脆性，有利于碳钢的表面光洁度。
就焊接而言，锰与硫的比例应至少为10:1。锰含量低于0.30%可能会促使焊缝内部产生气孔和裂纹，含量超过0.80%也可能导致裂纹。低锰硫比的钢可能含有硫化铁（FeS）形式的硫，这可能导致焊缝开裂。
虽然它能提高钢的抗拉强度并改善可加工性，但由于其脆化效应，通常被视为不受欢迎的杂质。
磷元素对钢的影响会随浓度而变化。由于其有害性，高等级钢中磷的最大含量在0.03%至0.05%之间。在低合金高强度钢中，最高0.10%的磷会提高强度并改善钢的耐腐蚀性。当淬硬钢中的含量过高时，脆化的可能性增加。尽管强度和硬度得到改善，但延展性和韧性会下降。磷改善了易切削钢的可加工性，但如果磷含量超过0.04%，焊接时可能出现焊接脆性和/或焊缝裂纹。磷还会影响镀锌时锌层的厚度。
硫通常被视为杂质，当钢中硫含量高而锰含量低时，会对冲击性能产生不利影响。硫改善可加工性，但降低横向延展性和缺口冲击韧性，对纵向机械性能影响较小。钢中硫含量限制在0.05%，但在易切削钢中添加量可达0.35%，同时增加锰含量以抵消任何不利影响，因为0.10%至0.30%的硫合金添加会改善钢的可加工性。这类钢可称为”再硫化”或”易切削”钢。易切削钢添加硫以改善可加工性，通常最高达0.35%。尽管硫对钢在某些阶段有负面影响，但含量低于0.05%的硫对钢材等级有积极影响。
硅是钢铁主要的脱氧剂之一。硅有助于去除熔融钢中的氧气泡。它是生产半脱氧和完全脱氧钢最常用的元素，通常含量少于0.40%，在作为脱氧剂使用时，轧制钢中通常只含有少量（0.20%）。然而，在钢铸件中，通常含有0.35%至1.00%。硅溶解在铁中并倾向于增强它。一些填充金属可能含有高达1%的硅，以提供在污染表面焊接时更好的清洁和脱氧效果。当这些填充金属用于清洁表面的焊接时，产生的焊缝金属强度将显著提高。硅增加强度和硬度，但程度低于锰。由此导致的延展性降低可能引起开裂问题。
就镀锌而言，含硅量超过0.04%的钢会极大地影响镀锌层的厚度和外观。这将导致主要由锌铁合金组成的厚涂层，表面呈暗淡无光泽的外观。但它提供的防腐保护与外层为纯锌的光亮镀锌涂层相同。
铬是钢中强有力的合金元素。Cr以少量存在于某些结构钢中。它主要用于提高钢的可淬透性并增加耐腐蚀性以及钢材的屈服强度。因此经常与镍和铜组合使用。不锈钢可能含有超过12%的铬。著名的”18-8″不锈钢含有8%的镍和18%的铬。当钢中铬含量超过1.1%时，会形成一个有助于保护钢材免受氧化的表面层。
钒化学元素的作用与锰、钼和铌相似。与其他合金元素一起使用时，它限制晶粒生长，细化晶粒尺寸，提高可淬透性、断裂韧性和抗冲击负荷能力。改善高温软化、疲劳应力和耐磨性。当含量大于0.05%时，在热应力消除处理期间可能会出现脆化倾向。钒与其他合金元素一起用于氮化、耐热、工具和弹簧钢。
它与铬、钒、钼或锰一起用于生产用于切削工具的高速钢。钨钢被称为”红硬”，即在变红热后仍然足够硬以进行切削。热处理后，钢材在高温下保持其硬度，特别适合用于切削工具。以碳化钨形式的钨：
即使在红热状态下也能给钢材高硬度。促进细晶形成抗热性促进高温强度
钼的作用与锰和钒相似，常与其中之一或两者组合使用。这种元素是强碳化物形成剂，在合金钢中的含量通常少于1%。它提高可淬透性和高温强度，同时改善耐腐蚀性并增加蠕变强度。它被添加到不锈钢中以增加其耐腐蚀性，也用于高速工具钢。
钴改善高温强度和磁导率。增加硬度，同时允许更高的淬火温度（在热处理过程中）。在更复杂的钢中强化其他元素的个别作用。钴不是碳化物形成剂，但向合金中添加钴可以获得更高的可达到硬度和更高的红热硬度。
除了对钢的耐腐蚀性有利外，添加镍还可以提高可淬透性。镍通过改善断裂韧性来增强材料的低温性能。这种元素的存在不会降低钢的可焊性。镍大大提高了钢的缺口韧性。镍经常与其他合金元素组合使用，特别是铬和钼。它是不锈钢的关键成分，但在碳钢中含量较低。不锈钢含有8%至14%的镍。
添加镍到合金的另一个原因是它能在大马士革钢中创造更明亮的部分。
铜是另一种主要的耐腐蚀元素。它对可淬透性也有小影响。通常含量不少于0.20%，是A242和A441等钢材等级中主要的防腐成分。在钢中最常见为残留剂，铜也被添加以产生沉淀硬化性能并提高耐腐蚀性。
铝是材料中最重要的脱氧剂之一，含量很少，同时有助于形成更细的晶粒结构并提高钢材等级的韧性。它通常与硅一起使用以获得半脱氧或完全脱氧钢。
钛用于控制晶粒生长，这改善了韧性。还将硫化物夹杂物从细长状转变为球状，改善强度和耐腐蚀性以及韧性和延展性。钛是一种非常坚固、非常轻的金属，可以单独使用或与钢合金。它被添加到钢中以赋予其高温高强度。现代喷气发动机使用钛钢。
铌是关键的晶粒细化元素，也是钢生产中的强度增强元素。铌是强碳化物形成剂，形成非常硬、非常小的简单碳化物。改善延展性、硬度、耐磨性和耐腐蚀性。同时，细化晶粒结构。以前称为铌。
硼在钢中最重要的作用和目的是大幅提高可淬透性。硼的最大优势是只需添加少量就能获得其他元素需要大量才能达到的相同可淬透性效果。钢合金中的典型范围是0.0005%至0.003%。
在热处理过程中，硼作为其他元素的替代品，被添加以提高中碳钢的可淬透性。高速钢的切削性能得到提高，但以锻造质量为代价。硼含量过高也可能降低可淬透性、韧性并导致脆化。钢中碳的百分比也在硼的可淬透性效果中发挥作用。随着硼对可淬透性的影响增加，碳的含量应相应减少。
当向钢中添加硼时，必须采取预防措施确保它不与氧或氮反应，因为硼与这两种元素中任何一种的结合都会使硼失效。
添加少量铅以改善可加工性，最高达0.30%。只要分布均匀，对钢的物理性能影响很小，与普遍的看法相反，它不影响可焊性。
向钢中添加锆以改变夹杂物的形状。通常添加到低合金、低碳钢中。当形状从细长状转变为球状时，韧性和延展性得到改善。
在化学性质上与铌（Nb）非常相似，因此对合金有类似的影响 – 形成非常硬、非常小的简单碳化物。改善延展性、硬度、耐磨性和耐腐蚀性。同时，细化晶粒。
氮在合金中的作用与碳非常相似。氮以少量（或在现代技术下甚至大量）替代碳以增加硬度。显然，氮形成氮化物，而不是碳化物。INFI含有氮，还有一些其他的，其中Sandvik是冠军，合金中含有3%的氮，完全替代碳。可惜，刀具制造商无法获得。因为氮形成铬氮化物的倾向比碳形成铬碳化物的倾向小，所以它的存在改善了耐腐蚀性，在合金中保留更多游离铬。由于氮在形成氮化物时反应性较小，它可以用于增加硬度而不增加碳化物尺寸和体积，例如Sandvik 14C28N钢。
通常在刀具钢中不受欢迎。添加以改善可加工性。与硫相似，属于相同的硫族元素。上述所有化学元素和效果都与钢材相关。因此，如果你在钢铁行业，你应该了解这些。
还有一些其他我们未在上面列出的小型稀有金属元素。
大师兄
独立事件和卡方检验，都是非常重要的质量管理概念，挺难理解的。
透彻理解卡方检验 - 汽车质量管理笔记
[…] 化简后的式子是我们在卡方检验中需要用到的式子，所以请大家牢记！对于上述式子有疑惑的读者可以学习基础的概率论，也可以参考我之前写的一篇关于独立的文章（《【直观数学】如何理解两事件间的独立关系》）。如果没有问题的话，我们可以进入到卡方检验原理与步骤的主体介绍部分！ […]
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