工業(yè)使用的鋼鐵材料中非合金鋼占有重要地位。碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.0218%~2.11%范圍內(nèi)的鐵碳合金為碳素鋼。碳素鋼除以鐵、碳為主要元素外，還含有少量的錳、硅、硫、磷等常存雜質(zhì)。由于碳素鋼容易冶煉，價(jià)格低廉，工藝性好，具有較好的使用性能，能滿足許多場(chǎng)合的需要，因而在機(jī)械工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

鋼是通過(guò)鐵礦石、生鐵或廢鐵冶煉而來(lái)的，由于原料和冶煉工藝的原因，碳素鋼中除鐵與碳兩種元素外，不可避免地還存有雜質(zhì)元素。對(duì)鋼的性能影響較大的雜質(zhì)元素有錳、硅、硫、磷等四種，稱為常存雜質(zhì)。它們對(duì)鋼的性能有一定影響，尤其是后兩種，是生產(chǎn)中需要嚴(yán)格控制、經(jīng)常檢查的雜質(zhì)。

1．錳的影響

碳素鋼中的錳主要是煉鋼時(shí)用錳鐵給鋼液脫氧而殘余在鋼中的。錳有較強(qiáng)的脫氧能力，可以清除FeO，降低鋼的脆性。錳還可以與鋼中有害雜質(zhì)硫形成MnS，從而降低S對(duì)鋼的危害，提高熱加工的工藝性。大部分錳溶入鐵素體，形成置換固溶體，也能部分溶入Fe3C中，形成合金滲碳體，它們都能起強(qiáng)化作用。但是含錳量過(guò)高易使鋼的晶粒粗大?？偟恼f(shuō)來(lái)錳對(duì)鋼是有益的。在一般碳素鋼中錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在0.25%~0.8%范圍內(nèi)。對(duì)于某些碳素鋼為提高其性能將雜質(zhì)錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高到0.7%~1.2%，稱為錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的碳素鋼。

2．硅的影響

硅主要來(lái)自原料生鐵及硅鐵脫氧劑。硅比錳的脫氧能力強(qiáng)，可使鋼液中的FeO變成爐渣脫離出來(lái)，從而提高鋼的品質(zhì)。硅能溶入鐵素體，提高鋼的強(qiáng)度、硬度，但會(huì)降低鋼的塑性和韌性。

另一方面，硅使Fe3C穩(wěn)定性下降，促進(jìn)Fe3C分解生成石墨。若鋼中出現(xiàn)石墨會(huì)使鋼的韌性嚴(yán)重下降，產(chǎn)生所謂的“黑脆”。所以，作為有益雜質(zhì)，硅在非合金鋼中一般控制在0. 4%以內(nèi)，特殊需要可降至0.03%。

3．硫的影響

雜質(zhì)硫主要來(lái)源于礦石和燃料。硫不能溶入鐵中，它主要與鐵形成熔點(diǎn)為1190℃的FeS，F(xiàn)eS又與γ-Fe形成共晶體(Fe+FeS)，其熔點(diǎn)僅是985℃，這一溫度低于鋼的熱變形加工溫度(1000~1200℃)，在進(jìn)行熱變形加工時(shí)，分布在晶界處的共晶體處于熔融狀態(tài)，易使鋼在熱變形加工中沿晶界開裂，表現(xiàn)出所謂“熱脆性”。如果鋼液脫氧不良，含有較多的FeO，還會(huì)形成( Fe+FeO+FeS)三相共晶體，熔點(diǎn)更低(940℃)，危害性更大。因此，鋼中的硫含量越少，鋼的品質(zhì)越好。硫的含量常被用作衡量鋼材質(zhì)量等級(jí)的重要指標(biāo)之一。一般情況下，鋼中的硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0. 045%，如果要求更好的質(zhì)量，則含量限制更嚴(yán)格。

4．磷的影響

磷也是由礦石帶到鋼中的。磷可以固溶到鐵素體（固溶度<0.1%）中起強(qiáng)化作用，提高鋼在室溫時(shí)的強(qiáng)度。但是，磷也易與鐵形成極脆的化合物Fe3P使鋼的塑性和韌性顯著下降，且溫度越低脆性越大，這種現(xiàn)象通常稱為鋼的“冷脆性”。此外，磷還使鋼的焊接性降低。因此，磷也是衡量鋼材品質(zhì)的指標(biāo)之一。若無(wú)特殊需要，鋼中的磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)最多不超過(guò)0. 055%。有時(shí)候硫和磷含量也被適當(dāng)增加，用于提高某些合金鋼的可加工性。此外，炮彈鋼中加入一定量的磷，可使炮彈爆炸時(shí)產(chǎn)生更多彈片，使之有更大的殺傷力。磷與銅共存還可以提高鋼的耐大氣腐蝕性能。