超低碳贝氏体钢中合金元素的作用

钢材中的化学成分对钢材的作用（一）钢材中的化学成分对钢材的作用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。

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。

钢材中的化学成分对钢材的作用（二）钢材中的化学成分对钢材的作用/文青岛宏正金属4、磷（P）：在通常情况下，磷元素是模具钢材中的有害元素，磷（P）元素能够增加模具钢的冷脆性，使模具钢焊接性能变坏；降低模具钢的塑性，使模具钢的冷弯性能变坏。

因此通常要求模具钢中含磷量小于0.045%，优质模具钢要求更低。

5、硫（S）：硫（S）元素在一般情况下也是有害元素。

硫（S）元素使模具钢产生热脆性，降低模具钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。

硫（S）元素对模具钢的焊接性能也不利，降低其耐腐蚀性。

所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。

在普通碳钢通常依靠加入碳来提高强度，这样就造成了提高碳含量的同时必然降低钢的塑性和韧性。

使普碳钢不能满足强度与韧性的更好组合，由此人们开始研究不增加碳含量，加入其它元素来提高强度，也就是保持低碳钢的韧性前提下，利用微合金化提高强度。

此类钢的综合力学性能比低碳结构钢有很大的改善，而与普通合金钢相比，其添加的合金元素又如此之少，按重量百分比，再继之以控制冷却，才能使钢的性能更佳，此类钢使用之前一般不再进行热处理。

微合金化元素在钢中的作用主要是细化晶粒，阻碍再结晶进行以及析出强化。

1Nb的作用在超低碳贝氏体钢（ULCB）的整个发展过程中，微量Nb起着独特的作用。

这类钢中C含量已经降到0.05%，又不加入较多合金元素，因此强化主要靠位错强化，析出强化特别是组织强化。

近年来的研究表明，微量Nb在超低碳贝氏体钢（ULCB）中的作用，主要体现在以下两个方面。

1）微量Nb抑制变形再结晶行为，加剧变形奥氏体中的应变积累，大幅度提高相变前组织中的位错密度。

超低碳贝氏体钢（ULCB）的优良综合性能主要来自钢的组织细化以及贝氏体中的高位错密度，再实现这一目标，首先需要在控轧过程中，在非再结晶区轧制时引入大量高密度畸变区，这些高密度畸变区在随后的冷却过程中成为相变核心，大幅度促进相变组织细化。

同时，要在发生切变形型贝氏体相变过程中，能把相当一部分变形位错保留在贝氏体基体中，从而大幅度提高贝氏体基体强度。

为了达到这一点，要求钢种有相当高的热轧再结晶终止温度以及抑制冷却时扩散型铁素体转变的能力，合金成分设计充分考虑了Nb及Nb—B这方面的作用。

2）微量Nb与B、Cu的复合作用加快了诱导析出，稳定变形位错结构。

微量Nb加入贝氏体钢中的第二个作用是，这类钢高温非再结晶轧制阶段会应变诱导形成极细的Nb（C、N）析出物。

这些析出物主要析出在变形晶界及变形位错网上，它们阻碍了位错的恢复以及消失的过程，稳定了位错结构，为随后冷却过程相变形核提供更多机会，同时组织新相的长大，最终细化组织。

合金元素在钢中的主要作用合金元素是指将两种或多种金属或非金属加入到基本金属中，以改变其物理、化学和机械性能的材料。

钢是一种合金，其中含有一定比例的碳和其他合金元素。

合金元素在钢中起到了重要的作用，使钢具有不同的特性和适用性。

首先，合金元素可以改变钢的力学性能。

例如，添加镍和铬可以增强钢的抗拉强度和硬度，使其具有更好的耐磨性和耐腐蚀性。

钴和钨的添加可以增强钢的抗磨性和高温强度，使其适用于高温工作环境。

钛和铌的加入可以改善钢的焊接性能，使其具有更好的可塑性和可加工性。

其次，合金元素可以改变钢的化学性质。

例如，锰的添加可以提高钢的硬化性能，促进碳的溶解和扩散。

磷和硫的加入可以改善钢的冷加工性能，使其具有更好的可塑性和可加工性。

硅的加入可以提高钢的热导率和抗腐蚀性能。

通过调整合金元素的含量和比例，可以满足不同要求的钢的化学性质。

此外，合金元素还可以改变钢的热性能。

例如，添加铝和钛可以提高钢的氧化稳定性，使其在高温环境下具有更好的耐热性。

镍和铜的加入可以改善钢的导热性能，在高温下具有更好的热传导性能。

铍和银的添加可以提高钢的导电性能，使其适用于电气工程。

同时，合金元素还可以改变钢的结构和相变性。

例如，钼和钒的加入可以改善钢的定向结构，提高其强度和塑性。

锑和铅的添加可以促进钢的相变行为，改善其物理性能。

通过对合金元素的选择和控制，可以调节钢的晶粒尺寸、晶界强度和晶界活性，从而改善钢的内部结构和力学性能。

综上所述，合金元素在钢中起着重要的作用，通过调节它们的含量和比例，可以改变钢的力学性能、化学性质、热性能和结构性能，使钢具有更好的性能和适用性。

合理的合金设计和控制是制造高品质钢材的关键。

低碳低合金贝氏体钢标准低碳低合金贝氏体钢是一种重要的工程材料，具有良好的强度、韧性和耐腐蚀性能。

在中国，低碳低合金贝氏体钢的应用十分广泛，尤其是在制造工业、能源行业和建筑行业中。

低碳低合金贝氏体钢的标准主要包括化学成分、机械性能和热处理要求等方面。

根据国家标准，低碳低合金贝氏体钢的碳含量通常在0.05-0.20%之间。

合金元素的含量通常不超过5%，其中常见的合金元素包括锰、硅、铬、镍和钼等。

低碳低合金贝氏体钢的化学成分要求主要包括碳含量、锰含量、硅含量、磷含量、硫含量和铌含量等。

这些要求旨在保证钢材具有良好的力学性能和耐腐蚀性能。

例如，低碳含量可以提高钢材的韧性和可焊性，而适量的合金元素可以提高钢材的强度和硬度。

低碳低合金贝氏体钢的机械性能要求主要包括抗拉强度、屈服强度、延伸率和冲击功等。

这些要求旨在确保钢材在使用过程中具有足够的强度和韧性。

例如，抗拉强度通常要求在400-700MPa之间，屈服强度通常要求在200-400MPa之间，延伸率通常要求在15-25%之间。

低碳低合金贝氏体钢的热处理要求主要包括退火、正火和淬火等。

这些要求旨在调整钢材的组织和性能，以满足特定的应用需求。

例如，退火处理可以改善钢材的韧性和可加工性，正火处理可以提高钢材的硬度和强度，淬火处理可以使钢材具有良好的磨削性和耐磨性。

低碳低合金贝氏体钢的标准还包括产品形式、技术要求和检验方法等方面。

产品形式可以包括钢板、钢管、钢杆和钢丝等，根据具体的应用需求选择不同的产品形式。

技术要求主要包括热处理和机械加工等方面，以确保钢材具有所需的性能和外观。

检验方法主要包括化学分析、金相组织分析和力学性能测试等，以确保钢材符合标准要求。

综上所述，低碳低合金贝氏体钢是一种重要的工程材料，具有广泛的应用领域。

相关的标准主要包括化学成分、机械性能和热处理要求等方面，以确保钢材具有所需的性能和可靠性。

在今后的发展中，低碳低合金贝氏体钢将继续发挥其优势，为各个领域的发展做出贡献。

1. 合金元素对钢性能的影响钢材中合金元素可以提高钢铁材料洁净度、均匀度、组织细度等影响材料性能，提高冶金行业资源、能源利用效率，实现节能、环保，促进钢铁行业可持续发展。

主要有以下几个方面：(1)结晶强化。

结晶强化就是通过控制结晶条件，在凝固结晶以后获得良好的宏观组织和显微组织，从而提高金属材料的性能。

它包括：(2)形变强化。

金属材料经冷加工塑性变形可以提高其强度。

这是由于材料在塑性变形后位错运动的阻力增加所致。

(3)固溶强化．通过合金化(加入合金元素)组成固溶体，使金属材料得到强化称为固溶强化。

(4)相变强化。

合金化的金属材料，通过热处理等手段发生固态相变，获得需要的组织结构，使金属材料得到强化，称为相变强化。

(5)晶界强化。

晶界部位的自由能较高，而且存在着大量的缺陷和空穴，在低温时，晶界阻碍了位错的运动，因而晶界强度高于晶粒本身；但在高温时，沿晶界的扩散速度比晶内扩散速度大得，晶界强度显著降低。

因此强化晶界对提高钢的热强性是很有效的。

硼对晶界的强化作用，是由于硼偏集于晶界上，使晶界区域的晶格缺位和空穴减少，晶界自由能降低；硼还减缓了合金元素沿晶界的扩散过程；硼能使沿晶界的析出物降低，改善了晶界状态，加入微量硼、锆或硼+锆能延迟晶界上的裂纹形成过程；此外，它们还有利于碳化物相的稳定。

(6)综合强化。

在实际生产上，强化金属材料大都是同时采用几种强化方法的综合强化，以充分发挥强化能力。

例如：1）固溶强化十形变强化，常用于固溶体系合金的强化。

2）结晶强化+沉淀强化，用于铸件强化。

3）马氏体强化+表面形变强化。

对一些承受疲劳载荷的构件，常在调质处理后再进行喷丸或滚压处理。

4）固溶强化+沉淀强化。

对于高温承压元件常采用这种方法，以提高材料的高温性能。

有时还采用硼的强化晶界作用，进一步提高材料的高温强度。

2.合金元素的存在形式根据合金元素与碳的作用不同，可将合金元素分为两大类：碳化物形成元素，它们比Fe具有更强的亲碳能力，在钢中将优先形成碳化物，依其强弱顺序为Zr、Ti、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe等，它们大多是过渡族元素，在周期表上均位于Fe的左侧；非碳化物形成元素，主要包括Ni、Si、Co、Al等，他们与碳一般不生成碳化物而固溶于固溶体中，或生成其它化合物如AlN，一般位于周期表的右侧。

各种元素在钢铁中的作用钢是一种合金，主要由铁、碳和其他合金元素组成。

这些合金元素在钢中起着不同的作用，以下是一些常见的合金元素及其作用：1.碳（C）：碳是钢中最重要的合金元素之一，它能够提高钢的硬度和强度。

高碳钢含碳量超过0.6%，通常用于制造刀具和机械零件。

中碳钢常用于制造车轴、齿轮等。

低碳钢含碳量少于0.3%，其韧性较好，常用于制造汽车结构部件等。

2.硅（Si）：硅用于降低钢的液相温度和粘度，促进钢的液相区域扩大。

它还能提高钢的强度和耐磨性。

硅常用于制造电力设备、变压器等。

3.锰（Mn）：锰能够提高钢的韧性和延展性，并抑制高温下的晶界腐蚀。

锰常用于制造桥梁、建筑结构等。

4.磷（P）：磷用于提高低碳钢的强度和硬度，但过高的磷含量会降低钢的可焊性。

因此，磷含量应控制在一定范围内。

5.硫（S）：硫能够提高钢的切削性能和机械加工性能。

但高硫含量的钢会降低钢的可焊性和韧性，同时还容易形成疏松铸态组织。

6.铬（Cr）：铬是不锈钢的主要合金元素之一，它能够提高钢的耐蚀性和耐磨性。

铬还能提高钢的强度和硬度，常用于制造压力容器、船舶等。

7.镍（Ni）：镍能够提高钢的韧性和抗冲击性能。

它还能提高钢的耐高温性能，因此常用于制造汽车发动机、航空发动机等。

8.钼（Mo）：钼能够提高钢的硬度和强度，同时还能提高钢的耐腐蚀性能。

它常用于制造汽车结构部件、涡轮发动机等。

9.钒（V）：钒能够提高钢的强度和硬度，同时还能提高钢的耐热性能。

钒主要用于制造高速切削工具、齿轮等。

总而言之，钢中各种合金元素的添加能够改善钢的机械性能、耐磨性、耐腐蚀性和热处理性能等。

通过适当调整合金元素的含量，可以生产出满足不同工程要求的各类钢材。

作业11、钢中常存的杂质有哪些？硫、磷对钢的性能有哪些影响？钢中常存的杂质有:Mn、Si、S、P、N、H、O等。

S能形成FeS，其熔点为989℃，钢件在大于1000℃的热加工温度时FeS会熔化，所以易产生热脆；P能形成Fe3P，性质硬而脆，在冷加工时产生应力集中，易产生裂纹而形成冷脆。

P还具有严重的偏析倾向；但P可提高钢在大气中的抗腐蚀性能。

易削钢中S和P可改善钢的切削加工性能。

2、合金元素V、Cr、W、Mo、Mn、Co、Ni、Cu、Ti、Al中哪些是铁素体形成元素？哪些是奥氏体形成元素？哪些能在α-Fe中形成无限固溶体？哪些能在γ-Fe 中形成无限固溶体？铁素体形成元素： V、Cr、W、Mo、Ti；奥氏体形成元素：Mn、Co、Ni、Cu；能在α-Fe中形成无限固溶体的元素：Cr、V；能在γ-Fe中形成无限固溶体的元素：Mn、Co、Ni。

3、碳钢的分类及牌号表示方法。

碳钢的分类：（1）按钢中碳含量可分为低碳钢（wC ≤0.25%）；中碳钢（0.25%＜wC≤0.6%；高碳钢（wC＞0.6%）。

（2）按钢的质量（品质）分为普通碳素钢，优质碳素钢，高级优质碳素钢，特级优质碳素钢。

（3）按钢的用途分为碳素结构钢，优质碳素结构钢，碳素工具钢，一般工程用铸造碳素钢。

（4）按钢冶炼时的脱氧程度分为沸腾钢，镇静钢，半镇静钢，特殊镇静钢。

碳钢的牌号表示方法：（1）普通碳素结构钢由代表屈服点的字母（Q）、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D）及脱氧方法符号（F、b、Z、TZ）等四个部分按顺序组成。

Q195、Q275不分质量等级，脱氧方法符号在镇静钢和特殊镇静钢的牌号中可省略。

（2）优质碳素结构钢一般用两位数字表示。

表示钢中平均碳的质量分数的万倍。

若钢中含锰量较高，须将锰元素标出。

沸腾钢在数字后面标“F”（08F、10F、15F），半镇静钢标“b”，镇静钢一般不标符号。

高级优质碳素结构钢在牌号后加符号“A”，特级碳素结构钢加符号“E”。

合金元素对材料性能的影响赵刚领（四川大学化学工程与工艺专业1143084077 )生活中化工生产中我们需要不同特性的钢材。

因此我们需要的绝大多数不仅仅是钢材本身而是它的合金。

常见的合金元素有碳、硅、铜、铝、钴、鈦、锆、钼、猛。

合金元素的添加一般是与铁和碳发生反应。

其中碳、硅、铜、铝、钴等合金元素成为非碳化物元素在钢中它们不能与碳形成化合物主要固溶在铁素体中鈦、锆、钼、猛等合金元素称为碳化物元素它们部分固溶于铁素质中部分能与碳化合成碳化物。

另外在高合金钢中还可能形成金属间化合物。

不同的合金元素以及它们不同的含量都会对我们的钢的力学性能、耐蚀性、高低温、加工工艺性能造成不同的影响。

一、合金元素对钢力学性能的影响1．溶解于铁起固溶强化作用几乎所有合金元素均能不同程度地溶于铁素体、奥氏体中形成固溶体，使钢的强度、硬度提高，但塑性韧性有所下降。

使钢具有强韧性的良好配合2．形成碳化物，起第二相强化、硬化作用按照与碳之间的相互作用不同，常用的合金元素分为非碳化物形成元素和碳化物形成元素两大类。

碳化物形成元素包括Ti、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn等，它们在钢中能与碳结合形成碳化物，如TiC、VC、WC等，这些碳化物一般都具有高的硬度、高的熔点和稳定性，如果它们颗粒细小并在钢中均匀分布时，则显著提高钢的强度、硬度和耐磨性。

3．使结构钢中珠光体增加，起强化的作用合金元素的加入，使Fe-Fe3C相图中的共析点左移，因而，与相同含碳量的碳钢相比，亚共析成分的结构钢（一般结构钢为亚共析钢）含碳量更接近于共析成分，组织中珠光体的数量，使合金钢的强度提高二、合金元素对钢工艺性能的影响1）对过冷奥氏体转变的影响：合金钢淬透性更好，可减小淬火冷速，减小淬火变形。

但残余奥氏体增多除Co外，所有溶于奥氏体中的合金元素，都使过冷奥氏体的稳定性增大，使C曲线右移，马氏体临界冷却速度减小，淬透性提高。

这使得合金钢利用较小的冷却速度即能淬成马氏体组织，可减小淬火变形。