第六章合金钢
合金钢的优点：高的强度和淬透性
第一节合金元素在钢中的作用
常用合金元素：
非碳化物形成元素——Co Ni Cu Si Al
碳化物形成元素——Zr Nb V Ti W Mo Cr Mn Fe
强中强弱
一、合金元素对钢中基本相的影响
1、形成合金铁素体
合金元素→溶入A →形成合金铁素体→固溶强化（Cr,Ni较好）2、形成合金碳化物
弱碳化物形成元素形成合金渗碳体(Fe,Mn)3C
中强碳化物形成元素形成合金碳化物(Cr23C6，Fe3W3C)
强碳化物形成元素形成特殊碳化物（VC，TiC）
熔点、硬度和稳定性：
特殊碳化物> 合金碳化物> 合金渗碳体> Fe3C
二、合金元素对Fe-FeC相图的影响
合金元素对A相区影响
扩大A相区元素（Mn）——E、S点左下移
缩小A相区元素（Cr）——E、S点左上移
奥氏体钢：1Cr18Ni9
铁素体钢：1Cr17
莱氏体钢：W18Cr4V
三、合金元素对热处理的影响
1、对加热的影响
多数元素减缓A形成，阻碍晶粒长大
2、对冷却的影响
多数元素溶入A后→过冷A稳定性↑→Vc↑→淬透性↑
→Ms点↓→残余A量↑提高淬透性的意义：
①增加淬硬层深度
②减少工件变形、开裂倾向3、对回火的影响
①回火稳定性→抗回火软化的能力
②产生二次硬化（析出特殊碳化物，产生弥散强化；A残→M或B下）
第二节低合金钢
一、低合金高强度钢
碳素结构钢：Q195，Q215，Q235，Q255，Q275
低合金高强度钢：Q295，Q345，Q390，Q420，Q460
Q235+Me(<3%) →Q345
1、成分：0.1~0.2%C，合金元素2~3%
主加元素：Mn ——固溶强化
辅加元素：Ti,Cr,Nb ——弥散强化
使用状态：热轧或正火（F + P），不需最终热处理
2、性能：较高的σs ，良好的塑性韧性，
焊接性，抗蚀性，冷脆转变温度低
3、常用钢号：Q295 （09Mn2），Q345 (16Mn)
用途：工程结构——桥梁，船舶，车辆外壳、支架、压力容器二、易切削结构钢
牌号：Y12，Y12Pb，Y30，Y 40Mn
性能：良好的切削加工性（170~240HBS，塑性低）
切削抗力小，刀具不易磨损，加工表面粗糙度低
应用：成批、大量生产时，制作性能要求不高的紧固件和小型零件
第三节合金钢的分类与牌号
一、合金钢分类
低合金钢——低合金高强度钢、易切削结构钢
合金结构钢——渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢
合金工具钢——合金工具钢、高速钢
特殊性能钢——不锈钢、耐热钢、耐磨钢
二、合金钢牌号
1、合金结构钢——20CrMnTi，60Si2Mn，25Cr2Ni4WA
2、滚动轴承钢——GCr15
3、合金工具钢——9Mn2V，CrWMn
4、高速钢——W18Cr4V，W6Mo5Cr4V2
5、不锈、耐热钢——4Cr13，0Cr18Ni11Ti，00Cr17Ni14Mo2
6、高锰耐磨钢——ZGMn13
学习思路：
用途→工作条件→性能要求→成分特点→热处理特点→典型钢种应用
第四节合金结构钢
一、渗碳钢
1、用途：受冲击和强烈磨损、摩擦的零件（各类齿轮、凸轮）
2、性能：表面——高的硬度、耐磨性
心部——强而韧
3、成分：0.1~0.25%C ——低碳钢
主加元素：Cr,Ni,Mn,B ——↑淬透性（心部得M板条）
辅加元素：W,Mo,V,Ti ——细化晶粒（VC,TIC,耐磨性↑），4、最终热处理：渗碳+ 淬火+ 低温回火
组织：表层：高碳回火M + Fe3C或碳化物+ 残A
心部：淬透：低碳回火M
未淬透：F+P
5、常用钢号：20, 20Cr, 20CrMnTi, 18Cr2Ni4W
淬透性：低中高
适用：机床齿轮汽车变速齿轮飞机齿轮
二、调质钢
1、用途：受复合应力的重要结构件（齿轮、连杆、机床主轴）
2、性能：良好的综合机械性能
3、成分：0.3~0.5%C ——中碳钢
主加元素：Cr,Ni,Mn,Si ——↑淬透性，强化基体
辅加元素：W,Mo,V,Ti ——细化晶粒, ↑回火稳定性
4、热处理：
预备：正火——S——改善组织，消除锻造应力，便于切削加工
最终：调质——回火S——获得良好的综合机械性能表面要求高硬度,耐磨,↑σ-1，→表面淬火+ 低温回火（回火M）5、常用钢号：45，40Cr，40CrMnMo
三、弹簧钢
1、用途：弹性元件
2、性能：高的σe 、σb 、σ-1 ，一定的塑韧性
3、成分：0.45~0.7%C （碳钢0.6~0.9%C）——保证↑σe
主加元素：Mn, Si, Cr——↑淬透性，强化基体, ↑回火稳定性
辅加元素：Mo, W, V ——防脱碳，细化,↑σe ，
4、热处理：
热成型弹簧（尺寸大，60Si2Mn）：
加热成型→淬火+中温回火→喷丸（回火T ）38~50HRc
冷成型弹簧（尺寸小，65Mn）：
冷拉钢丝→冷绕成型→去应力退火（200~300℃）
5、常用钢号：65，65Mn，小尺寸的沙发弹簧
60Si2Mn 大尺寸的汽车板簧
四、滚动轴承钢
1、用途：滚动轴承元件，冷冲模，量具（滚珠、滚柱、轴承套）
2、性能：硬、耐磨，↑σ-1 ，一定的韧性
3、成分：0.95~1.15%C ——硬、耐磨
主加元素：Cr ——↑淬透性，硬，耐磨
4、热处理：
预备：球化退火——球状P（180~270HBS），改善切削加工性
最终：淬火+低温回火——回火M+合金碳化物+残A
5、常用钢号：GCr15
第五节合金工具钢
一、刃具钢
性能：高硬度、耐磨性，红硬性（热硬性），
足够的强度、韧性
1、合金刃具钢
⑴成分：0.8~1.5%C ——硬、耐磨
Cr, W, Mn, V ——↑淬透性、回火稳定性，细化晶粒，
⑵热处理：
预备：球化退火——改善切削加工性
最终：淬火+低温回火——回火M+合金碳化物+残A ↑HRC、耐磨性
⑶常用钢号：9SiCr，CrWMn，9Mn2V
用于制作切削用量不大,形状复杂,精度较高的刀具：丝锥，板牙，拉刀
2、高速钢
红硬性高（600℃），淬透性好——锋钢。
钢号：W18Cr4V（红硬性↑），W6Mo5Cr4V2（韧性↑）
⑴成分特点：含碳量0.7~1.2%C （不标）
合金元素W，Mo，Cr，V——产生二次硬化，热硬性↑
⑵锻造与热处理：
铸态：莱氏体中的共晶碳化物呈鱼骨状
锻造：使碳化物细化并均匀分布
预备：球化退火—— S+细粒状碳化物（HBS210~250）
最终：淬火（1280℃）+三次回火（560℃）——回火M+合金碳化物+残A
(63~66HRc)
热处理特点：
预热次数多→防变形开裂
淬火温度高→使合金元素尽可能多地溶入A，保证红硬性
560℃回火→产生二次硬化（弥散强化+二次淬火）
回火次数多→消除残余A，及残余A→M产生的应力
二、模具钢
1、冷作模具钢
性能：高硬度、耐磨性，足够的强度、韧性
模具钢：T10，GCr15 ——尺寸小、形状简单的模具
9SiCr，9Mn2V，CrWMn ——形状复杂模具
Cr12,Cr12MoV ——大型复杂模具
热处理：淬火+低温回火
2、热作模具钢
性能：高温足够的强韧性、耐磨性，良好的抗疲劳性、导热性、淬透性钢号：5CrNiMo ——中小型热锻模（亚共析钢）
5CrMnMo ——型热锻模
3Cr2W8V ——压铸模（过共析钢）
热处理：淬火+高温回火（中温回火）——回火S（回火T）
三、量具钢
性能：高硬度、耐磨性、尺寸稳定性
常用钢号：T10A，T12A ——简单量具
合金元素在钢中的作用 随着现代工业和科学技术的不断发展，在机械制造中，对工件的强度、硬度、韧性、塑性、耐磨性以及其他各种物理化学性能的要求愈来愈高，碳钢已不能完全满足这些要求了。 原因： ①由碳钢制成的零件尺寸不能太大。否则，因淬透性不够而不 能满足对强度与塑性、韧性的要求。加入合金元素可增大淬 透性。 ②用碳钢制成的切削刀具不能满足切削红硬性的要求。用合金 工具钢、高速钢和硬质合金。 ③碳钢不能满足特殊性能的要求，如要求耐热、耐低温、抗腐 蚀、有强烈磁性或无磁性等等，只有特种的合金钢才能具有 这些性能。 合金钢是以碳钢为基础，金相组织和相应的碳钢大体上是相似的。在钢中加入合金元素，钢的机械性能显著提高。弄清楚各种合金元素对钢材的影响对控制产品质量有非常大的作用。 1 合金元素在钢中的存在方式 1.1 合金元素与钢中的碳相互作用，形成碳化物存在于钢中 按合金元素在钢中与碳相互作用的情况，它们可以分为两大类：(1) 不形成碳化物的元素(称为非碳化物形成元素)，包括镍、硅、铝、钴、铜等。由于这些元素与碳的结合力比铁小，因此在钢中它们不能与碳化合，它们对钢中碳化物的结构也无明显的影响。
(2) 形成碳化物的元素(称为碳化物形成元素)，根据其与碳结合力的强弱，可把碳化物形成元素分成三类。 1）弱碳化物形成元素：锰 锰对碳的结合力仅略强于铁。锰加入钢中，一般不形成特殊碳化物(结构与Fe3C不同的碳化物称为特殊碳化物)，而是溶入渗碳体中。 2）中强碳化物形成元素；铬、钼、钨 3）强碳化物形成元素：钒、铌、钛 有极高的稳定性，例如TiC在淬火加热时要到1000℃以上才开始缓慢的溶解，这些碳化物有极高的硬度，例如在高速钢中加人钒，形成V4C，使之有更高的耐磨性。 1.2 合金元素溶解于铁素体(或奥氏体)中，以固溶体形式存在于钢中。 1.3 合金元素与钢中的氮、氧、硫等化合，以氮化物、氧化物、硫化物和硅酸盐等非金属夹杂物的形式存在于钢中。 1.4 游离态，即不溶于铁，也不溶于化合物：铅，铜 2 合金元素对钢的平衡组织的影响 表现在改变铁碳合金状态图。 2.1 合金元素对钢临界温度的影响 锰、镍、铜使A3线降低，钼、钨、硅、钒使A3线升高。同样影响A1，影响程度更大。 2.2 合金元素对钢共析点（S点）位置的影响
钢材中各元素对性能性的影响 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
了合金化而加入的合金元素，最常用的有硅、猛、珞、線、钳、鹄、帆，钛，锐、硼、铝等。现分别说明它们在钢中的作用。 1、硅在钢中的作用： （1）提高钢中固溶体的强度和冷加工硕化程度使钢的韧性和塑性降低。 （2）硅能显著地提高钢的弹性极限、屈服极限和屈强比，这是一般弹簧钢。（3）耐腐蚀性。硅的质量分数为15% — 20%的高硅铸铁，是很好的耐酸材料。含有硅的钢在氧化气氛中加热时，表面也将形成一层Si02薄膜，从而提高钢在高温时的抗氧化性。 缺点：（4）使钢的焊接性能恶化。 2、镭在钢中的作用 （1）镭提高钢的淬透性。 （2）镭对提高低碳和中碳珠光体钢的强度有显著的作用。 （3）镭对钢的高温瞬时强度有所提高。 镭钢的主要缺点是，①含猛较高时，有较明显的回火脆性现象；②镭有促进晶粒长大的作用，因此镭钢对过热较敬感t在热处理工艺上必须注意。这种缺点可用加入细化晶粒元素如钮、飢、钛等来克服：⑧当镭的质量分数超过1%时, 会使钢的焊接性能变坏，④镭会使钢的耐锈蚀性能降低。 3、珞在钢中的作用 （1）珞可提高钢的强度和硬度。 （2）珞可提高钢的高温机械性能。 （3）使钢具有良好的抗腐蚀性和抗氧化性 （4）阻止石墨化 （5）提高淬透性。 缺点：①辂是显著提高钢的脆性转变温度②辂能促进钢的回火脆性。4、W 在钢中的作用 （1）可提高钢的强度而不显著降低其韧性。 （2）银可降低钢的脆性转变温度，即可提高钢的低温韧性。 （3）改善钢的加工性和可焊性。 （4）银可以提高钢的抗腐蚀能力，不仅能耐酸，而且能抗碱和大气的腐8 /I 蚀。 5、钮在钢中的作用 （1）铝对铁素体有固溶强化作用。 （2）提高钢热强性 （3）抗氢侵蚀的作用。 （4）提高钢的淬透性。 缺点：钮的主要不良作用是它能使低合金钳钢发生石墨化的倾向。6、钩在钢中的作用 （1）提高强度 （2）提高钢的高温强度。 （3）提髙钢的抗氢性能。
元素对合金的影响 元素对合金的影响 主要合金元素 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。 [编辑本段]合金钢的分类 一般分类 合金钢种类很多,通常按合金元素含量多少分为低合金钢(含量<5%),中合金钢(含量5%~10%),高合金钢(含量>10%);按质量分为优质合金钢、特质合金钢;按特性和用途又分为合金结构钢、不锈钢、耐酸钢、耐磨钢、耐热钢、合金工具钢、滚动轴承钢、合金弹簧钢和特殊性能钢(如软磁钢、永磁钢、无磁钢)等。在钢中除含铁、碳和少量不可避免的硅、锰、磷、硫元素以外,还含有一定量的合金元素,钢中的合金元素有硅、锰、钼、镍、硌、矾、钛、铌、硼、铅、稀土等其中的一种或几种,这种钢叫合金钢。各国的合金钢系统,随各自的资源情况、生产和使用条件不同而不同,国外以往曾发展镍、硌钢系统,我国则发现以硅、锰、钒、钛、铌、硼、铅、稀土为主的合金钢系统合金钢在钢的总产量中约占百分之十几,一般是在电炉中冶炼的按用途可以把合金钢分为8大类,它们是:合金结构钢、弹簧钢、轴承钢、合金工具钢、高速工具钢、不锈钢、耐热不起皮钢,电工用硅钢。调质钢1.中碳型合金钢,合金元素含量较低;2.强度较高;3.用于高温螺栓、螺母材料等。弹簧钢1含碳量比调质钢高; 2经调质处理,强度较高抗疲劳强度较高;3用于弹簧材料。滚动轴承钢1高碳型合金钢,合金含量较高;2具有高而均匀的硬度和耐磨性;3用于滚动轴承。合金工具钢量具钢1高碳型合金钢,合金元素含量较低;2具有高的硬度和耐磨性,机加工性能好,稳定性好;3用于量具材料。特殊性能钢不锈钢1低碳高合金钢;2抗腐蚀性好;3用于抗腐蚀、部分可做耐热材料。耐热钢1低碳高合金钢;2耐热性能好;3用于耐热材料、部分可做抗腐蚀材料。低温钢1低碳合金钢,根据耐低温程度合金元素有高有低;2抗低温性好;3用于低温材料(专用钢为镍钢)。 根据碳化物的倾向分类
1、钢的分类 1.1 一般分类碳钢也叫碳素钢，含炭量 WC 小于 2%的铁碳合金。碳钢除含碳外一般还含有少量的硅、锰、硫、磷按用途可以把碳钢分为碳素结构钢、碳素工具钢和易切削结构钢三类。碳素结构钢又分为建筑结构钢和机器制造结构钢两种按含碳量可以把碳钢分为低碳钢（WC ≤ 0.25%）,中碳钢 （WC0.25%——0.6%）和高碳钢（WC>0。6%）。合金钢种类很多，通常按合金元素含量多少分为低合金钢（含量＜5％），中合金钢（含量 5％～10％），高合金钢（含量＞10％）；按质量分为优质合金钢、特质合金钢；按特性和用途又分为合金结构钢、不锈钢、耐酸钢、耐磨钢、耐热钢、合金工具钢、滚动轴承钢、合金弹簧钢和特殊性能钢（如软磁钢、永磁钢、无磁钢）等。 2、钢中合金元素分类 2.1 根据各种元素在钢中形成碳化物的倾向，可分为三类：强碳化物形成元素，如钒、钛、铌、锆等。这类元素只要有足够的碳，在适当的条件下，就形成各自的碳化物;仅在缺碳或高温的条件下,才以原子状态进入固溶体中。碳化物形成元素，如锰、铬、钨、钼等。这类元素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,如(Fe，Mn)3C、(Fe，Cr)3C 等,如果含量超过一定限度（除锰以外），又将形成各自的碳化物,如(Fe，Cr)7C3、(Fe， W)6C 等。不形成碳化物元素，如硅、铝、铜、镍、钴等。这类元素一般以原子状态存在于奥氏体、铁素体等固溶体中。合金元素中一些比较活泼的元素，如铝、锰、硅、钛、锆等，极易和钢中的氧和氮化合，形成稳定的氧化物和氮化物，一般以夹杂物的形态存在于钢中。锰、锆等元素也和硫形成硫化物夹杂。钢中含有足够数量的镍、钛、铝、钼等元素时能形成不同类型的金属间化合物。有的合金元素如铜、铅等，如果含量超过它在钢中的溶解度，则以较纯的金属相存在。 2.2 钢中主要合金元素 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。 现分别说明它们在钢中的作用。 碳（C）：是对钢的性能影响最大的基本元素，是决定钢力学性能的主要因素。不同的碳含量依据钢中杂质元素含量和轧后冷却条件的不同对于钢的性能影响是不同的。一般说来，随着钢中碳含量的增加，屈服点和抗拉强度升高，碳钢在热轧状态下的硬度直线上升，塑性和韧性降低。在亚共析范围内（碳含量小于 0.80％时），碳对抗拉强度的影响是，随着碳含量增加，抗拉强度不断提高；超过共析范围后（当碳含量大于 0.80％时），抗拉强度随碳含量的增加减缓，最后发展到随碳含量的增加抗拉强度降低。另外，含碳量增加时碳钢的
本文出自一本很不好买的书，相当全面，偶然整理，希望对大家学习有帮助 —————————————————————— 有几位选手把我给气乐了，话说这段文章来自我爷爷的手抄本（不过现在老人家现在改复印了，挺时髦的），原书我没看到过所以不知道书名（我们有时候还是比较喜欢上世纪的老版书，比较严谨，实验室王老有本金相可是他老人家的宝贝，轻易不示人）。话说我码字是自娱自乐，目标受众也是学材料的同门，你们一帮连论文都没写过的大神忽然跳出来跟我这指责不尊重知识产权，真是好笑。想讨论问题，我欢迎，想骂人，出门左转菜市场。 —————————————————————— 为了改善和提高钢的某些性能和使之获得某些特殊性能而有意在冶炼过程中加入的元素称为合金元素。常用的合金元素有铬，镍，钼，钨，钒，钛，铌，锆，钴，硅，锰，铝，铜，硼，稀土等。磷，硫，氮等在某些情况下也起到合金的作用。 (1)铬(Cr) 铬能增加钢的淬透性并有二次硬化的作用，可提高碳钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆。含量超过12%时，使钢有良好的高温抗氧化性和耐氧化性腐蚀的作用，还增加钢的热强性。铬为不锈钢耐酸钢及耐热钢的主要合金元素。 铬能提高碳素钢轧制状态的强度和硬度，降低伸长率和断面收缩率。当铬含量超过15%时，强度和硬度将下降，伸长率和断面收缩率则相应地有所提高。含铬钢的零件经研磨容易获得较高的表面加工质量。 铬在调质结构中的主要作用是提高淬透性，使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能，在渗碳钢中还可以形成含铬的碳化物，从而提高材料表面的耐磨性。 含铬的弹簧钢在热处理时不易脱碳。铬能提高工具钢的耐磨性、硬度和红硬性，有良好的回火稳定性。在电热合金中，铬能提高合金的抗氧化性、电阻和强度。 （2）镍（Ni） 镍在钢中强化铁素体并细化珠光体，总的效果是提高强度，对塑性的影响不显著。一般地讲，对不需调质处理而在轧钢、正火或退火状态使用的低碳钢，一定的含镍量能提高钢的强度而不显著降低其韧性。据统计，每增加1%的镍约可提高强度29.4Pa。随着镍含量的增加，钢的屈服程度比抗拉强度提高的快，因此含镍钢的比可较普通碳素钢高。镍在提高钢强度的同时，对钢的韧性、塑性以及其他工艺的性能的损害较其他合金元素的影响小。对于中碳钢，由于镍降低珠光体转变温度，使珠光体变细；又由于镍降低共析点的含碳量，因而和相同的碳含量的碳素钢比，其珠光体数量较多，使含镍的珠光体铁素体钢的强度较相同碳含量的碳素钢高。反之，若使钢的强度相同，含镍钢的碳含量可以适当降低，因而能使钢的韧性和塑性有所提。镍可以提高钢对疲劳的抗力和减小钢对缺口的敏感性。镍降低钢的低温脆性转变温度，这对低温用钢有极重要的意义。含镍3.5%的钢可在-100℃时使用，含镍9%的钢则可在-196℃时工作。镍不增加钢对蠕变的抗力，因此一般不作为热强钢的强化元素。 镍含量高的铁镍合金，其线胀系数随镍含量增减而显著变化，利用这一特性，可以设计和生产具有极低或一定线胀系数的精密合金、双金属材料等。
合金元素在钢中的作用 2008-03-27 20:32 合金元素在钢中的作用 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，当碳量%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%。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－%的硅。如果钢中含硅量超过硅就算合金元素。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－%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。 (1)提高钢中固溶体的强度和冷加工硬化程度使钢的韧性和塑性降低。 (2) 硅能显著地提高钢的弹性极限、屈服极限和屈强比,这是一般弹簧钢。 (3)耐腐蚀性。硅的质量分数为15％一20％的高硅铸铁，是很好的耐酸材料。含有硅的钢在氧化气氛中加热时，表面也将形成一层SiO2薄膜，从而提高钢在高温时的抗氧化性。 缺点：（4）使钢的焊接性能恶化。 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－%。在碳素钢中加入%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。 （1）锰提高钢的淬透性。 （2）锰对提高低碳和中碳珠光体钢的强度有显著的作用。 （3）锰对钢的高温瞬时强度有所提高。 锰钢的主要缺点是，①含锰较高时，有较明显的回火脆性现象；②锰有促进晶粒长大的作用，因此锰钢对过热较敏感t在热处理工艺上必须注意。这种缺点可用加入细化晶粒元素如钼、钒、钛等来克服：⑧当锰的质量分数超过1％时，会使钢的焊接性能变坏，④锰会使钢的耐锈蚀性能降低。 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%，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%，优质钢要求小于%。在钢中加入的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。
作者：余宗森/袁泽喜/士琦/武骏 ：冶金工业 出版日期：2001年8月版次： ISBN：750242726 页数：300 开本：32开包装： 本帖最近评分记录：金钱:+3(zhyj_88) 多补充资料描述文本。 顶端Posted: 2008-12-23 12:32 | 30 楼 jiaolong83 级别: 中级工程师 精华: 0 发帖: 1109 威望: 3 点 金钱: 8 机械币 贡献值: 0 点 注册时间:2007-04-06 最后登录:2011-06-15 小中大引用推荐编辑只看复制 第一篇我国钢的成分、残留痕微量元素与其常温力学性能的定量关系及国外的相关研究 1 试样的制备和成分、组织及性能的测试 2 试验数据的统计分析 3 各钢铁企业钢材的分析测试和回归结果 4 我国钢材的成分、组织与力学性能的定量关系 5 国外关于钢的成分、组织与性能定量关系的研究 第二篇钢中痕量及微量残留元素对钢其他性能的影响 6 废钢及钢中的残留元素 7 残留元素对钢性能的影响 8 钢中残留元素的去除和变害为利 参考文献 顶端Posted: 2008-12-23 12:33 | 31 楼 micholas84 级别: 学徒工 精华: 0 发帖: 2 威望: 1 点 金钱: 100 机械币 贡献值: 0 点 注册时间:2008-12-17 最后登录:2009-02-15 小中大引用推荐编辑只看复制 合金元素的作用 钢铁基础知识：合金元素在钢中的作用 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。 (1)提高钢中固溶体的强度和冷加工硬化程度使钢的韧性和塑性降低。 (2) 硅能显著地提高钢的弹性极限、屈服极限和屈强比,这是一般弹簧钢。 (3)耐腐蚀性。硅的质量分数为15％一20％的高硅铸铁，是很好的耐酸
1、铬(Cr) 铬能增加钢的淬透性并有二次硬化作用。可提高高碳钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆；含量超过12%时。使钢有良好的高温抗氧化性和耐氧化性介质腐蚀的作用。还增加钢的热强性，铬为不锈耐酸钢及耐热钢的主要合金元素。 铬能提高碳素钢轧制状态的强度和硬度。降低伸长率和断面收缩率。当铬含量超过15%时，强度和硬度将下降，伸长率和断面收缩率则相应地有所提高。含铬钢的零件经研磨容易获得较高的表面加工质量。 铬在调质结构钢中的主要作用是提高淬透性。使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能，在渗碳钢中还可以形成含铬的碳化物，从而提高材料表面的耐磨性。 含铬的弹簧钢在热处理时不易脱碳。铬能提高工具钢的耐磨性、硬度和红硬性。有良好的回火稳定性。在电热合金中，铬能提高合金的抗氧化性、电阻和强度。 (1) 对钢的显做组织及热处理的作用 A、铬与铁形成连续固溶体，缩小奥氏体相区城。铬与碳形成多种碳化物，与碳的亲和力大于铁和锰而低于钨、钼等．铬与铁可形成金属间化合物σ相(FeCr) B、铬使珠光体中碳的浓度及奥氏体中碳的极限溶解度减少 C、减缓奥氏体的分解速度，显著提高钢的淬透性．但亦增加钢的回火脆性倾向 (2)对钢的力学性能的作用 A、提高钢的强度和硬度．时加入其他合金元素时，效果较显著 B、显著提高钢的脆性转变温度 C、在含铬量高的Fe-Cr合金中，若有σ相析出，冲击韧性急剧下降 (3)对钢的物理、化学及工艺性能的作用 A、提高钢的耐磨性，经研磨，易获得较高的表面光洁度 B、降低钢的电导率，降低电阻温度系数 C、提高钢的矫顽力和剩余磁感．广泛用于制造永磁钢 D、铬促使钢的表面形成钝化膜，当有一定含量的铭时，显著提高钢的耐腐蚀性能（特别是硝酸）。若有铬的碳化物析出时，使钢的耐腐蚀性能下降 E、提高钢的抗氧化性能 F、铬钢中易形成树枝状偏析，降低钢的塑性 G、由于铬使钢的热导率下降，热加工时要缓慢升温，锻、轧后要缓冷 (4)在钢中的应用 A、合金结构钢中主要利用铬提高淬透性，并可在渗碳表面形成含铬碳化物以提高耐磨性 B、弹簧钢中利用铬和共他合金元素一起提供的综合性能 C、轴承钢中主要利用铬的特殊碳化物对耐磨性的贡献及研磨后表面光沽度高的优点 D、工具钢和高速钢中主要利用铬提高耐磨性的作用，并具有一定的回火稳定性和韧性 E、不锈钢、耐热钢中铬常与锰、氮、镍等联合便用，当需形成奥氏体钢时，稳定铁素体的铬与稳定奥氏体的锰、镍之间须有一定比例，如Cr18Ni9等 F、我国铬资源较少．应尽量节省铬的使用 2、钼(Mo) 钼在钢中能提高淬透性和热强性。防止回火脆性，增加剩磁和矫顽力以及在某些介质中的抗蚀性。 在调质钢中，钼能使较大断面的零件淬深、淬透，提高钢的抗回火性或回火稳定性，使零件可以在较高温度下回火，从而更有效地消除（或降低）残余应力，提高塑性。 在渗碳钢中钼除具有上述作用外，还能在渗碳层中降低碳化物在晶界上形成连续网状的
简述几种常见合金元素在钢中的主要作用 为了改善和提高钢的某些性能和使之获得某些特殊性能而有意在冶炼 过程中加入的元素称为合金元素。常用的合金元素有铬，镍，钼，钨，钒，钛，铌，锆，钴，硅，锰，铝，铜，硼，稀土等。磷，硫，氮等在某些情况下也起到合金的作用。 (1)铬(Cr) 铬能增加钢的淬透性并有二次硬化的作用，可提高碳钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆。含量超过12%时，使钢有良好的高温抗氧化性和耐氧化性腐蚀的作用，还增加钢的热强性。铬为不锈钢耐酸钢及耐热钢的主要合金元素。 铬能提高碳素钢轧制状态的强度和硬度，降低伸长率和断面收缩率。当铬含量超过15%时，强度和硬度将下降，伸长率和断面收缩率则相应地有所提高。含铬钢的零件经研磨容易获得较高的表面加工质量。 铬在调质结构中的主要作用是提高淬透性，使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能，在渗碳钢中还可以形成含铬的碳化物，从而提高材料表面的耐磨性。 含铬的弹簧钢在热处理时不易脱碳。铬能提高工具钢的耐磨性、硬度和红硬性，有良好的回火稳定性。在电热合金中，铬能提高合金的抗氧化性、电阻和强度。 （2）镍（Ni） 镍在钢中强化铁素体并细化珠光体，总的效果是提高强度，对塑性的影响不显著。一般地讲，对不需调质处理而在轧钢、正火或退火状态使用的低碳钢，一定的含镍量能提高钢的强度而不显著降低其韧性。据统计，每增加1%的镍约可提高强度。随着镍含量的增加，钢的屈服程度比抗拉强度提高的快，因此含镍钢的比可较普通碳素钢高。镍在提高钢强度的同时，对钢的韧性、塑性以及其他工艺的性能的损害较其他合金元素的影响小。对于中碳钢，由于镍降低珠光体转变温度，使珠光体变细；又由于镍降低共析点的含碳量，因而和相同的碳含量的碳素钢比，其珠光体数量较多，使含镍的珠光体铁素体钢的强度较相同碳含量的碳素钢高。反之，若使钢的强度相同，含镍钢的碳含量可以适当降低，因而能使钢的韧性和塑性有所提。镍可以提高钢对疲劳的抗力和减小钢对缺口的敏感性。镍降低钢的低温脆性转变温度，这对低温用钢有极重要的意义。含镍%的钢可在-100℃时使用，含镍9%的钢则可在 -196℃时工作。镍不增加钢对蠕变的抗力，因此一般不作为热强钢的强化元素。 镍含量高的铁镍合金，其线胀系数随镍含量增减而显著变化，利用这一特性，可以设计和生产具有极低或一定线胀系数的精密合金、双金属材料等。 此外，镍加入钢中不仅能耐酸，而且也能抗碱，对大气及盐都有抗蚀能力，镍是不锈耐酸钢中的重要元素之一。 （3）钼（Mo）
第六章合金钢 合金钢的优点：高的强度和淬透性 第一节合金元素在钢中的作用 常用合金元素： 非碳化物形成元素——Co Ni Cu Si Al 碳化物形成元素——Zr Nb V Ti W Mo Cr Mn Fe 强中强弱 一、合金元素对钢中基本相的影响 1、形成合金铁素体 合金元素→溶入A →形成合金铁素体→固溶强化（Cr,Ni较好） 2、形成合金碳化物 弱碳化物形成元素形成合金渗碳体(Fe,Mn)3C 中强碳化物形成元素形成合金碳化物(Cr23C6，Fe3W3C) 强碳化物形成元素形成特殊碳化物（VC，TiC） 熔点、硬度和稳定性： 特殊碳化物> 合金碳化物> 合金渗碳体> Fe3C 二、合金元素对Fe-FeC相图的影响 合金元素对A相区影响 扩大A相区元素（Mn）——E、S点左下移 缩小A相区元素（Cr）——E、S点左上移 奥氏体钢：1Cr18Ni9 铁素体钢：1Cr17 莱氏体钢：W18Cr4V 三、合金元素对热处理的影响 1、对加热的影响 多数元素减缓A形成，阻碍晶粒长大 2、对冷却的影响 多数元素溶入A后→过冷A稳定性↑→Vc↑→淬透性↑ →Ms点↓→残余A量↑提高淬透性的意义： ①增加淬硬层深度 ②减少工件变形、开裂倾向3、对回火的影响 ①回火稳定性→抗回火软化的能力 ②产生二次硬化（析出特殊碳化物，产生弥散强化；A残→M或B下）
一、低合金高强度钢 碳素结构钢：Q195，Q215，Q235，Q255，Q275 低合金高强度钢：Q295，Q345，Q390，Q420，Q460 Q235+Me(<3%) →Q345 1、成分：~%C，合金元素2~3% 主加元素：Mn ——固溶强化 辅加元素：Ti,Cr,Nb ——弥散强化 使用状态：热轧或正火（F + P），不需最终热处理 2、性能：较高的σs ，良好的塑性韧性， 焊接性，抗蚀性，冷脆转变温度低 3、常用钢号：Q295 （09Mn2），Q345 (16Mn) 用途：工程结构——桥梁，船舶，车辆外壳、支架、压力容器 二、易切削结构钢 牌号：Y12，Y12Pb，Y30，Y 40Mn 性能：良好的切削加工性（170~240HBS，塑性低） 切削抗力小，刀具不易磨损，加工表面粗糙度低 应用：成批、大量生产时，制作性能要求不高的紧固件和小型零件 第三节合金钢的分类与牌号 一、合金钢分类 低合金钢——低合金高强度钢、易切削结构钢 合金结构钢——渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢 合金工具钢——合金工具钢、高速钢 特殊性能钢——不锈钢、耐热钢、耐磨钢 二、合金钢牌号 1、合金结构钢——20CrMnTi，60Si2Mn，25Cr2Ni4WA 2、滚动轴承钢——GCr15 3、合金工具钢——9Mn2V，CrWMn 4、高速钢——W18Cr4V，W6Mo5Cr4V2 5、不锈、耐热钢——4Cr13，0Cr18Ni11Ti，00Cr17Ni14Mo2 6、高锰耐磨钢——ZGMn13 学习思路： 用途→工作条件→性能要求→成分特点→热处理特点→典型钢种应用
各种元素在钢铁中的作用 钢铁是铁与C(碳)、Si(硅)、Mn(锰)、P(磷)、S(硫)以及少量的其他元素所组成的合金。其中除Fe(铁)外，C的含量对钢铁的机械性能起着主要作用，故统称为铁碳合金。它是工程技术中最重要、用量最大的金属材料。 各种元素在钢铁中有什么作用 碳（Carbon) 存在于所有的钢材，是最重要的硬化元素。有助于增加钢材的强度，我们通常希望刀具级别的钢材拥有0.6%以上的碳，也成为高碳钢。 铬（Chromium) 增加耐磨损性，硬度，最重要的是耐腐蚀性，拥有13%以上的认为是不锈钢。尽管这么叫，如果保养不当，所有钢材都会生锈 锰（Manganese） 重要的元素，有助于生成纹理结构，增加坚固性，和强度、及耐磨损性。在热处理和卷压过程中使钢材内部脱氧，出现在大多数的刀剪用钢材中，除了A-2,L-6和CPM 420V。 钼（Molybdenum） 碳化作用剂，防止钢材变脆，在高温时保持钢材的强度，出现在很多钢材中，空气硬化钢（例如A-2,ATS-34）总是包含1%或者更多的钼,这样它们才能在空气中变硬。 镍（Nickle） 保持强度、抗腐蚀性、和韧性。出现在L-6\AUS-6和AUS-8中。 硅（Silicon） 有助于增强强度。和锰一样，硅在钢的生产过程中用于保持钢材的强度。 钨（Tungsten） 增强抗磨损性。将钨和适当比例的铬或锰混合用于制造高速钢。在高速钢M-2中就含有大量的钨。 钒（Vanadium） 增强抗磨损能力和延展性。一种钒的碳化物用于制造条纹钢。在许多种钢材中都含有钒，其中M-2，Vascowear，CPM T440V和420V A含有大量的钒。而BG-42与ATS-34最大的不同就是前者含有钒 按钢的用途分类 一、结构钢 （1)建筑及工程用结构钢简称建造用钢，它是指用于建筑、桥梁、船舶、锅炉或其他工程上制作金属结构件的钢。 （2)机械制造用结构钢--是指用于制造机械设备上结构零件的钢。这类钢基本上都是优质钢或高级优质钢，主要有优质碳素结构钢、合金结构钢、易切结构钢、弹簧钢、滚动轴承钢等 根据含碳量和用途的不同﹐这类钢大致又分为三类﹕ 1. 小于0.25％C为低碳钢﹐其中尤以含碳低于0.10%的08F﹐08Al等﹐由于具有很好的深冲性和焊接性而被广泛地用作深冲件如汽车﹑制罐……等﹐20G则是制造普通锅炉的主要材料﹐此外﹐低碳钢也广泛地作为渗碳钢﹐用于机械制造业﹐ 2. 0.25～0.60％C为中碳钢﹐多在调质状态下使用﹐制作机械制造工业的零件。调质多少22~34HRC,能得到综合机械性能,也便于切削. 3. 大于0.6％C为高碳钢﹐多用于制造弹簧﹑齿轮﹑轧辊等﹐根据含锰量的不同﹐又可
几种常用合金元素在钢中的作用 为了合金化而加入的合金元素，最常用的有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒，钛，铌、硼、铝等。现分别说明它们在钢中的作用。 1、硅在钢中的作用: (1)提高钢中固溶体的强度和冷加工硬化程度使钢的韧性和塑性降低。 (2) 硅能显著地提高钢的弹性极限、屈服极限和屈强比,这是一般弹簧钢。 (3)耐腐蚀性。硅的质量分数为15％一20％的高硅铸铁，是很好的耐酸材料。含有硅的钢在氧化气氛中加热时，表面也将形成一层SiO2薄膜，从而提高钢在高温时的抗氧化性。 缺点：（4）使钢的焊接性能恶化。 2、锰在钢中的作用 （1）锰提高钢的淬透性。 （2）锰对提高低碳和中碳珠光体钢的强度有显著的作用。 （3）锰对钢的高温瞬时强度有所提高。 锰钢的主要缺点是，①含锰较高时，有较明显的回火脆性现象；②锰有促进晶粒长大的作用，因此锰钢对过热较敏感t在热处理工艺上必须注意。这种缺点可用加入细化晶粒元素如钼、钒、钛等来克服：⑧当锰的质量分数超过1％时，会使钢的焊接性能变坏，④锰会使钢的耐锈蚀性能降低。 3、铬在钢中的作用 （1）铬可提高钢的强度和硬度。 （2）铬可提高钢的高温机械性能。 （3）使钢具有良好的抗腐蚀性和抗氧化性 （4）阻止石墨化 （5）提高淬透性。 缺点：①铬是显著提高钢的脆性转变温度②铬能促进钢的回火脆性。 4、镍在钢中的作用 （1）可提高钢的强度而不显著降低其韧性。 （2）镍可降低钢的脆性转变温度，即可提高钢的低温韧性。 （3）改善钢的加工性和可焊性。 （4）镍可以提高钢的抗腐蚀能力，不仅能耐酸，而且能抗碱和大气的腐蚀。 5、钼在钢中的作用 （1）钼对铁素体有固溶强化作用。 （2）提高钢热强性 （3）抗氢侵蚀的作用。 （4）提高钢的淬透性。 缺点：钼的主要不良作用是它能使低合金钼钢发生石墨化的倾向。 6、钨在钢中的作用 (1) 提高强度 （2）提高钢的高温强度。 （3）提高钢的抗氢性能。 （4）是使钢具有热硬性。因此钨是高速工具钢中的主要合金元素。 7、钒在钢中的作用 (1)热强性。 （2）钒能显著地改善普通低碳低合金钢的焊接性能。 8、钛在钢中的作用 （1）钛能改善钢的热强性，提高钢的抗蠕变性能及高温持久强度； （2）并能提高钢在高温高压氢气中的稳定性。使钢在高压下对氢的稳定性高达600℃以
三、各种合金元素对钢性能的影响 目前在合金钢中常用的合金元素有：铬(Cr)，锰(Mn)，镍(Ni)，硅(Si)，硼(B)，钨(W)，钼(Mo)，钒(V)，钛(Ti)和稀土元素(Re)等。五大元素:硅、锰、碳、磷、硫。五大杂质元素:氧、氮、磷、硫、氢。 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。硅可提高强度、高温疲劳强度、耐热性及耐H2S等介质的腐蚀性。硅含量增高会降低钢的塑性和冲击韧性。 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。锰可提高钢的强度，增加锰含量对提高低温冲击韧性有好处。 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。铬是合金结构钢主加元素之一，在化学性能方面它不仅能提高金属耐腐蚀性能，也能提高抗氧化性能。当其含量达到13％时，能使钢的耐腐蚀能力显著提高，并增加钢的热强性。铬能提高钢的淬透性，显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，但它使钢的塑性和韧性降低。 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
§5－1 合金元素在钢中的主要作用 教学过程 一、复习提问： 碳素钢的性能特点 二、新课教学： 合金元素在钢中的主要作用（强化铁素体、形成合金碳化物、细化晶粒、提高钢的淬透性、提高钢的回火稳定性） 三、课后小结： 合金钢与碳素钢的区别 四、作业安排： 练习册P23，一、1、2；二、1、2、4；三、6 五、板书设计（见下页）： 六、教学后记： §5－1 合金元素在钢中的主要作用 1、定义：为改善钢的性能，在冶炼时有目的地加入一种或几种合金元素的钢。 2、含碳量：＜2.11%。 3、常用元素： Cr铬、Ni镍、Mo钼、W钨、V钒、Ti钛、Al铝、B硼、Nb铌、Nd钕。 4、合金元素的影响： 可以得到所需的力学性能，用于重要零件； 特殊物理（熔点、磁性）、化学（耐热、耐腐蚀）性能； 特殊工艺性能（焊接、热处理）； 使C曲线右移，淬透性提高。 一、强化铁素体（除铅外）： 1、存在形式： 大多数合金元素溶于α-Fe，形成合金铁素体。 2、作用： 3、对韧性的影响： Si＜1.0%、Mn＜1.5%，F韧性不下降，超过此量，则F韧性下降。 Cr≤2%、Ni≤5%，明显强化F，提高F韧性。 二、形成合金碳化物： 1、存在形形式（合金元素与碳亲和力不同）：
（1）非碳化物形成元素：镍、钴、铜、硅、铝、硼，不形成碳化物，溶于F 和A ，形成合金F 和合金A 。 （2）弱碳化物形成元素：Mn 锰，与碳亲和力弱，大部分溶于F 或A ，少部分溶于Cm ，形成合金渗碳体。 （3）中碳化物形成元素：Cr 铬、Mo 钼、W 钨，和碳亲和力强，形成合金渗碳体，硬度提高，明显提高低合金钢强度，组织比Cm 稳定。 （4）强碳化物形成元素：V 钒、Nb 铌、Ti 钛，与碳形成特殊碳化物，比合金Cm 有更高的熔点、硬度和耐磨性，组织更稳定。 2、作用： 碳化物种类、性能、在钢中分布状态，直接影响钢的性能、热处理相变。 如果碳化物以弥散状分布，则强度↑、硬度↑、耐磨性↑，对工具钢有重要意义。 三、细化晶粒（除Mn 外）： 1、元素作用： Mn 使晶粒长大倾向增大，即过热。 其他元素加热时抑制A 长大，降低长大速度 V 、Nb 、Ti 形成的碳化物，铝在钢中形成的AlN 、Al2O3细小质点，相当于孕育剂，增加形核率。 2、结果： 细化晶粒，使强度↑、韧性↑。使晶粒细化。 四、提高钢的淬透性(除钴外)： 1、作用： 合金元素溶于A ，使过冷A 稳定性增强，推迟珠光体转变，使C 曲线右移，V 临↓、淬透性↑。 2、结果： 淬透性好，可采用冷却能力较低的介质，防变形、开裂，保持尺寸和形状精度。 在同样淬火条件下，合金钢淬硬层较深，大截面零件组织均匀，综合力学性能提高。 3、常用元素：Mo 、Mn 、Cr 、Ni 、Si 、B 。 4、特例：微量的B （0.0005%～0.003%）可明显提高淬透性。 五、提高钢的稳定性： 1、回火稳定性：钢在回火时，抵抗软化、抵抗硬度下降的能力。 2、产生原因：合金元素阻碍M 分解，且碳化物不易析出，即使析出也不易长大，保持较大弥散度，硬度下降慢。
18种合金元素对钢性 能的影响
热加工行业论坛's Archiver 热加工行业论坛 ?◆铸造基础知识◆ ?各种合金元素对钢性能的影响(共18种元素) 各种合金元素对钢性能的影响(共18种元素) 1、Al （1）Al当钢中其含量小于3～5%时，是一有益的元素。其作用是：高的抗氧化性和电阻。 ①作为强烈脱氧剂加进的Al，可生成高度细碎的、超显微的氧化物，分散于钢体积中。因而可阻止钢加热时的晶粒长大（含Al＜10%，在加热＜1200℃才有细化作用，否则其作用甚小）和改善钢的淬透性。所以这些氧化物成为结晶的中心，而在钢冷却时又对A体分解起促进作用。 作为合金元素，有助于钢的氮化，因而可提高钢的热稳定性。所以AlN本身在加热时具有高稳定性，①与②都有利于减弱钢的过热倾向。 ③可改善钢的抗氧化性，考虑②和③， ④能提高钢的电阻，与Cr共同用于制造高电阻铬铝合金：如Cr13Al4、1Cr17Al5、1Cr25Al5。Al使电阻增高的程度比Cr还高的多。在Cr钢中加Al，会粗晶易脆，所以其量一般不超过5%，个别才有8～9%。 ⑤对硅钢而言，Al可减少α铁心损失，降低磁感强度，与氧结合可减弱磁时效现象，但Al的氧化物会使磁性变坏。Al（＞0.5%）也会使硅钢变脆。 （2）Al的不良影响 ①促进钢的石墨化，减少合金相中的碳溶浓度，所以硬度、强度降低。 ②加速脱碳 当Al含量增加至3～5%时，8～9%将会大大地促进钢锭的柱状结晶过程。因此而大大增加钢的机械热加工的困难，也使钢极易脱碳。（其热加工之所以困难是因为该合金钢锭具有粗晶结构，且其晶体的解理极弱，所以导热性低，加热时容易出现大的温度差而锻裂，甚至钢锭的去皮加工都会使其晶界氧化而破坏。此外，它在800℃以上的高温长时间停置也极易变脆。 一般合金钢中含Al量： 合金结构钢： Al=0.4～1.1% (38CrAlA、38CrMoAlA、38CrWVAlA等) 耐热不起皮钢：Al=1.1～4.5% (Cr13SiAl、Cr24Al2Si、Cr17Al4Si等) 电热合金： Al=3.5～6.5% (Cr13Al4、1Cr17Al5、Cr8Al5、0Cr17Al5等) 甚至Al=8% Cr7Al7：考虑电热合金受荷不大，虽有脆性，仍可使用。 2、Si （1）一般合金钢中的Si含量不会高于3.5%，更多时（4.8～6.5%）将使钢具有很高的脆性。 Si的有益作用：高的热强性和弹性极限，高的导磁率，涡流损失少。 ①象Al、Cr一样，其氧化物均是尖晶石类型的组织。其晶格常数与α-Fe、γ-Fe区别小。因为其氧化物与金属分界处的晶胞之间就紧密而强固地结合在一起，氧化皮紧密地被贴在金属上，甚至在高温下也不剥落。所以它具有很强的抗氧化性和耐热性能，而被加入耐热钢。
合金元素在合金钢中的作用 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，当碳量%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%。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－%的硅。如果钢中含硅量超过硅就算合金元素。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－%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－%。在碳素钢中加入%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%，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%，优质钢要求小于%。在钢中加入的硫，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%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%塑性显著降低。当铜含量小于%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。