各种合金元素对钢性能的影响

各种合金元素对钢性能的影响

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、38CrWV AlA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。②有利于提高钢的弹性极限，在中碳钢中加入1～2%的Si，调质中σb将增15～20%，而Aku也提高了，还提高了σs和δ。

③利于促进钢中石墨化而用于炼制石墨钢。此钢可制轴承，甚至作为工具钢代替，制冲头，拉模、弯曲模等。

④脱氧能力较强，是炼钢常用的脱氧剂，故一般钢中均含Si，其量≤0.5%。

⑤硅可减小晶体的各向异性，使磁化容易，使磁阻减小，它还可减轻钢中其他杂质对磁场磁感的危害（使%C石墨化，脱氧，与N形成氢化硅等）。所以可大大减少涡流损失。由于硅的脆性，目前高硅钢片硅含量规定为低于4.5%，最多只为4.8%，正在研究提高至6.5%。⑥硅可显著地减慢回火马氏体在低温（200℃）时的分解速度。（在较高温度即400～500℃

则作用并不显著）Si是铁素体形成元素，多加Si会使A-α转化。

（2）Si的不良影响

①促使石墨化，促进脱碳（它是阻止碳化物形成的一种元素），含Si钢一般不作渗碳。

②促进回火脆性的发展，使塑性降低。

Si对冲击韧性和韧性的温度储量的影响不是等值的。

当Si=1～1.5%时作用尚良好。Si=2.5～3%时则影响不良，含Si=2～2.5%，则难以锻造。

当Si≤2.3%时,矽铬钢对回火脆性的敏感性还很低,但对当Si=2.5～3.5%时，对回火脆性和敏感性就高。用这种钢必须采取韧性处理（回火后在水中浸渍，锻时用少韧处理），而当Si＞3.5％时，甚至持用韧性处理也已不能消除矽铬钢的脆性。（不过，Mo的加入可使其脆性稍许改善），SI=4%时，室温下即可能脆裂。

③对碳素工具钢，Si含量上升时，将降低其淬透性等级。一般结构钢中均不宜加Si，对于高速钢，不大于0.4%。

④由于硅的存在，使钢中增碳困难，并使渗碳速度降低，所以此类钢多不作渗碳处理。

⑤硅锰结合，Mn可下降，因为Si引起的脱碳，Si有微弱的抑制晶粒长大的作用，可稍下降，Mn引起的调质粗晶，有相互改善作用，但易生白点，应注意冶炼时原材料的干燥烘烤。

⑥硅在钢中还常以Fe、Mn的硅酸盐类夹杂物而存在，均会降低钢的各种性能，塑性比硫化物低。这类夹杂物透光度很高，而反光度则低，故显微镜下常呈灰黑色。

（3）一般合金钢中Si含量：

一般碳钢：Si＜0.5%

合金结构钢：Si =0.9～1.6% (27SiMn、40CrSi、20CrMnSi、35CrMnSiA等)

弹簧钢： Si =1.5～2% (55Si2Mn、60Cr2Mn等)

轴承钢： Si =0.4～0.7% (GCr9SiMn、GCr15SiMn、GCr6SiMn等)

工具钢： Si =0.65～1.8% (SiMn、9SiCr、5SiMnMoV、6SiMoV等)

耐热钢： Si =1～4.3% (Cr17Al4Si、Cr20Si3、4Cr9Si2、4Cr3Si4等)

电机硅钢片：Si =0.8～1.8% 、1.8～2.8%、2.8～3.8%、3.8～4.8%为低、中、较高、高级硅钢片

3、Mn

（1）锰的有益作用是高的强度和耐磨性),淬透、渗碳、冷工硬化。

14%（高耐磨钢），17～19%（护环钢）

①作为炼钢的脱氧剂用，因为一般钢中均含Mn，其量≤0.7%。

②Mn和S作用抵消S对铁的红脆影响。

③Mn对各类钢的作用是：

珠光体Mn钢：可提高其强度和耐磨性，塑性亦不错。所以它能细化珠光体组织。（对含碳量较高的钢，Mn↑，塑性稍有降低。对低碳钢则含Mn↑，而韧性↑。

奥氏体Mn钢：有足够高的塑性和很高的耐磨性。所以Mn能增加奥氏体的稳定性，扩大γ相区得奥氏体。降低淬火时的临界冷却速度。降低钢的临界点（A1和A3）同碳量碳素钢低25～30℃，所以可提高钢的淬透性，淬火时的变形也比较小，因此适于制大截面和复杂的零件。Mn=5%时，Mn降至0℃。

马氏体Mn钢：易使之发脆、淬裂。Mn易溶于铁素体内，形成弱碳化物其稳定性不强。所以加热过程中极易完全溶入奥氏休中，加之其临界点又低，所以晶粒极易粗化、极易淬裂，为此应严格控制淬火加热温度和保温时间，一般均以油淬或流动空气中冷却为宜，只有形状简单件才好用水淬。

调质钢：将降低其塑性（回火脆性影响）。

渗碳钢：Mn的存在能促进渗碳作用，所以能大大提高钢的表面硬度与耐磨性，尤其可贵的是在渗碳时表面软点较少，也不改变过分增碳的倾向。（渗碳后的锰钢，在最后淬火前，应进行一次正火或退火处理，以消除因长时间渗碳造成的心部过热）。

结构钢：将促使其回火脆性增强。

工具钢：加入约1%Mn，可减少淬火时的体积变形，这对于精密工具和长形工具来说有重要的意义。（如CrMn、CrWMn钢等）。

④Mn可改善钢的焊接性和低温性能，还可减慢钢的脱碳作用。

⑤Mn量中还可适当改善钢的切削性能。

⑥对某些钢，Mn的作用可代Ni，能扩大γ相区得奥氏体，如模具钢（增强淬透性）、奥氏体钢等。

⑦高锰钢对冷工硬化敏感，可提高钢的强度和耐磨性。（Mn=10～14%，而C=1～1.4%）

⑧铬锰奥氏体钢的热强性很好，甚至可超过Cr、Ni钢，加4%Cr、Ni红热耐磨性更好。Mn价廉。

（2）锰的不良影响是：

①增加钢的过热敏感性（粗晶）：这是由于含Mn渗碳体的稳定性不强，在加热过程中很容易完全溶于奥氏体中。加之，Mn钢的临界点亦较低，所以就易粗晶了。为此锻造和热处理加热都要严格控制加热温度和保温时间。所有合金元素中，Mn是不能减低奥氏体晶粒长大倾向的元素，相反引起粗晶。

②增强钢对白点的敏感性，故要缓冷。（含C＞0.3%时影响即较大）

③增强回火脆性，且易形成带状和纤维组织。故纵、横向性能差较大（Mn＞2.4% 延伸率↓↓）

④高锰钢熔点低（Mn13～14%，T熔1350～1400℃）平均线膨胀系数大（相当于钢类矽钢的1.9倍），导热系数小（约为同类矽钢的1/3～1/4），热加工稍难。

⑤高锰钢在冷速不够时，易生成块状碳化物沿晶界析出，使钢变脆，采用水淬速冷时，可使碳化物来不及析出，得到均匀奥氏体组织，性能改善。但因为含Mn量高，导热性差，速冷则温差应力大而易淬裂，所以淬火次数不宜多。

（3）含Mn钢的分类

①碳钢：a、正常含Mn量碳钢

Mn=0.25～0.8%

B、较高含Mn量碳钢

Mn=0.7～1.0%

及0.9～1.2%

②锰钢：

Mn=1.1～1.8%

少数～2.4%

③高锰钢：

Mn=13～14%

（C=1.0～1.3%）

注：Mn＜1.2%为炼钢脱氧及稍许改变钢性能，作一般矽钢。Mn=1.1～1.8%或 2.4%为具高塑性、耐磨性，强度而被采用。Mn=2.4～13%为粗晶极脆而不可用。Mn=13～14%为冷工硬化而成为高耐磨钢。

4、Ni

（1）镍的有益作用是：高的强度、高的韧性和良好的淬透性、高电阻、高的耐腐蚀性。

①一方面既强烈提高钢的强度，另方面又始终使铁的韧性保持极高的水平。其变脆温度则极低。（当镍＜0.3%时，其变脆温度即达-100℃以下，当Ni量增高时，约4～5%，其变脆温度竞可降至-180℃。所以能同时提高淬火结构钢的强度和塑性。含Ni=3.5%，无Cr钢可空淬，含Ni=8%的Cr钢在很小冷速下也可转变为M体。

②Ni的晶格常数与γ-铁相近，所以可成连续固溶体。这就有利于提高钢的淬硬性，Ni可降低临界点并增加奥氏体的稳定性，所以其淬火温度可降低，淬透性好。一般大断面的厚重伯都用加Ni钢。当它同Cr、W或Cr、Mo结合的时候，淬透性尤可增高。镍钼钢还具有很高的疲劳极限。（Ni钢有良好的耐热疲劳性，工作在冷热反复。σ、αk高）

③在不锈钢中用Ni，是为了使钢具有均匀的A体组织，以改善耐蚀性。

④有Ni钢一般不易过热，所以它可阻止高温时晶粒的增长，仍可保持细晶粒组织。

⑤含Ni量相当高的钢，其热膨胀系数很小而用作不变钢（Ni36%）和代用白金（Ni42%）。

⑥含Ni更高时，与Cr结合作高电阻合金（Cr15Ni60、Cr20Ni80）。

⑦Ni和V一样，对脱碳过程没有影响。

Ni本身不是有效的抗氧化学元素，所以很少单独用作不锈钢的合金元素，但对浓苛性碱有好的作用。

⑨Ni可提高A体钢的蠕变抗力，但还一定值作用则减弱，须加入别的合金元素，通过固溶强化或沉淀硬化的途径来解决。

⑩Cr、Ni钢的焊接性能和低温性能也不错。

（2）Ni的不良作用：

①Ni不能提高铁素体的蠕变抗力，相反会使珠光体M体钢热脆性增大。所以珠光体、马氏体钢不加镍。

②含硫气氛中的Ni钢耐蚀性也不及无Ni钢，因硫化镍会引起钢的赤热脆性。

③铬镍钢容易感受回火脆性和易形成白点（前者可在回火后采用速冷防止，后者应采用正确的熔炼规范和锻造、冷却规范防止。）

④对高速钢，因为它降低了它的硬度而被视为有害杂质，当Ni≈2%时或更高时，由于其抗600～660℃回火稳定性降低而热硬性变坏（使A体稳定不分解），所以硬度降低。

⑤同样，因为Ni降低钢之淬火层的硬度，在轴承钢中也不希望有它，Ni不大于0.30%，且Ni+Cu不大于0.50%（Cu不大于0.25%）。

⑥Ni虽可提高电阻，促使矽石墨化，但会降低磁感和最大磁导率。所以硅钢片也不希望有

Ni。

⑦Ni在我国早，价钱高。

⑧Ni钢氧化容易起鳞，所镍钢的氧化铁皮粘在钢表面上不易脱落。

（3）一般合金钢中的Ni含量：

渗碳钢：含C=0.15～0.25%

Ni=1～4.5%

调质钢：含C=0.35～0.55%

Ni=1～1.75%

不锈钢：含Ni≤2% M体不锈钢，含Ni=8～18% A体不锈钢。含Ni=2～8% M-P体类不锈钢。

耐热不起皮钢：含Ni达9～36%，属A体钢。

磁钢：含Ni＜25%的（Ni25、Ni9Mn9等）为弱磁性钢，用930～1000℃淬火能很好不被磁化，可用于制机器，仪表等不应被磁化零件（电机环、指南针盒、电阻等）。

含Ni=25～30%的是陈化磁性钢，它具有非常高的磁性，当残余磁感应为5000～7500高斯时，矫顽磁力可达500～700奥斯特甚至1000，但它具有高的脆性（和硬度），所以多做铸造磁铁。

含Ni=35～37%的是恒范合金（不变合金）

Ni=42～44%的是类铂合金。

含Ni=50～80%的是高导磁率的合金，（但要很纯，才能发挥作用）

5、Cr

（1）铬的有益作用：具有许多有价值的性能：高硬度、高强度、屈服点、高的耐磨性而对塑性、韧性影响又不大，高的抗氧化性，耐蚀性，还能提高电阻和导磁率等等。

1）Cr是中等碳化物形成元素，在所有各种碳化物中，铬碳化物是最细小的一种，它可均匀地分布在钢体积中，所以具有高的强度、硬度、屈服点和高的耐磨性。由于它能使组织细化而又均分布，所以塑性、韧性也好，这对工具钢尤有价值。

2）Cr的碳化物也较难溶解，在短时间加热下有阻碍晶粒长大作用，长时间渗碳还会粗晶。所以可减小过热敏感效应。

3）Cr可使A体分解速度减缓，降低淬火时的临界冷却速度，因而有助于M体形成和提高M体的稳定性，所以Cr钢均有优良的淬透性，且淬火变形较小。注意：Cr是铁素体形成元素，缩小γ区，所以在没A体化元素存在时，高Cr钢将呈铁素体组织。

4）Cr与W或Mo结合，能使淬火钢中残余奥氏体增加，而有助于获得需要粉碎程度的碳化物相。

5）Cr能大大提高结构钢的强度和塑性，这种影响在Cr与Ni结合的钢中尤其显著。如

12CrNi3N等。

6）Cr≥12%时，有好的耐蚀性，再加8～9%的Ni，耐蚀性更会大大提高。Cr提高耐蚀能力的作用随含碳量增加而会有所降低，因为Cr与C结合后不起作用。

7) Cr≥25～30%时,有好抗氧化性。如Cr=27～28%即可作1300℃的热电偶温度计的防护罩，当Cr与Si、Al结合时，甚至Cr相当少而抗氧化性也很高。如Cr 6～10%+Si 2～3%就有高的耐热性和抗氧性。

8）Cr、Al结合（1Cr17AL5、Cr13AL4等）及Cr、Ni结合（如Cr15Ni60、Cr20Ni80等）均有很高的电阻。

9）Cr能提高钢的矫顽力和阻止钢的组织时效，所以Cr钢用于制造永久磁铁。

10）Cr价较低。

11）因为Cr可形成稳定的碳化物，减缓碳的扩散和生成紧固的氧化皮膜，所以可降低脱碳作用。

12）含Cr＞2.5%的多元素合金钢。（18Cr3MoWV A、20Cr3MoWV A等）是良好的抗氢蚀钢。

含Cr＜0.08% 这是石墨钢的要求，所以Cr是阻止石墨化的一种元素。

含Cr≯1.2%

低合金高强度钢（一般Mn钢和SiMn钢）

含Cr=0.5～1.65% 作轴承钢（C≈1%）——其合金含量低，价廉，而又具有高强度、高耐磨性、良好的耐疲劳性和淬透性，且热处理也简便。

含Cr=3～10%的钢——Cr对钢强度和韧性的影响是Cr＜2%时逐渐增强到2%时，强化作用最为显著。但超过此限则会损害其热强性。3～10%时最为明显，当含Cr＞12%时，则强度又复升高。但是当含Cr量增至3%时，由于其马氏体回火稳定性显著增高。所以有较高的硬度和耐磨性而用于模具。当含Cr量增至3%时，其与含C1%的磁性配合也最好。所以又用作磁钢。含Cr4%而与18%W及1%V结合可得到很好的红硬性（620℃HRC=60），所以广泛用于高速工具钢中，含Cr5%的钢（含C1%）即可空气中淬火。含Cr5～6%及含Cr6～10%且含Si2～3%的矽铬钢，尽管强度不是很高，但亦具有足够的耐热性和抗氧化性而用于气阀中及石油、化学工业（氨合成设备等）。

含Cr=12～14%的钢是最典型的不锈钢（1Cr13～4Cr13）它们都有较高的抗蚀力，强度也不错，面Cr12、Cr12Mo等则是典型的具有高淬透性和高耐磨性的模具钢。（此类多属马氏体钢）

含Cr=16～18%的钢有的只具单相（铁素体），有的双相（M体—铁素体），此类具单相的Cr钢耐蚀力比含Cr=12～14%的钢还高。如Cr17、9Cr18等，如再加8～9%的Ni其耐蚀力又将大大增高。如1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti等都是典型的不锈钢、耐酸性较好，CrNi钢的缺点是有晶间腐蚀，加Ti、Nb可改善。

含Cr=23～32%的钢具有很好的抗蚀稳定性，极高的抗氧化性，甚至在普通温度下能抵抗浓硝酸、浓磷酸、浓硫酸的浸蚀。含Cr 27～28%的钢可作1300℃的热电偶温度计的防护罩。

这类钢是纯铁素体钢，所以不能通过热处理改变其组织及性能。且再结晶温度较低，粗晶作用较强，有高的脆性，所以不能作受振及打击零件。加入Mo、W、V可适当改变性能。减少Cr含量，加Si量可提高其热强度如Cr9Si2、Cr10Si2Mo等。加Ni也成，如Cr20Ni14Si、Cr25Ni20、Cr18Ni25Si、Cr14Mn14W、Cr18Ni6Mn5等等。

Cr不同于Mn、Ni，它是缩小γ区的合金元素。（它同α-Fe都具有体心立方晶格,且自熔点1849℃至绝对0oK,纯铬均为这一晶格不变）,所以随含Cr量增加Ac3虽也从910℃开始降低,但其速很慢,而Ac4却从1400℃迅速降低,至含铬达8%时Ac3为850℃已为最低。含Cr再增加，Ac3即迅速上升。当含Cr量达13%时，Ac3与Ac4会合为一点，γ区被封闭，所以含Cr＞13%时变为纯铁素体相，不再发生转变，用热处理也不能再改变其晶粒尺寸。——即为铁素体钢。当Cr量继续增加，约在25～60%特别是45～48%区域，当温度低于950℃时（多在820℃）慢冷，将会析出一种无磁性脆性组分——σ相。这些在进行二次加热后将会游离析出，致使得在固溶体中产生巨大体积改变造成颇大应力，故极脆。但在950℃以下急冷时，σ相可由于固溶体内不析出，影响则较小。δ相问题：有人指出，当Cr和C含量搭配时，特别在含左右时，将极易生成游离态的铁素体即δ相，它将使钢的工艺性能和耐热性降低，所以要很好注意在含Cr=0.11%时，含Cr=10.9%可使δ相量减至最少。

Cr对抗腐性的改善上很有利的，但对抗蠕变的影响则较复杂。因为作耐热钢应注意，当含Cr=1%抗蠕变强度最高。含Cr↑则出现，Cr＞C3三方晶格，至Cr=7%抗蠕强降至最低点，当含Cr增至12%时，Cr23C6将取代Cr7C3，抗蠕强（耐热性）可有少许提高，添加V、Nb、Ti可得极细弥散相，对抗蠕强（耐热性）改善极为有利。

6、W

（1）W的良好作用是：

1）

细化晶粒，（其作用比Cr还强，所以可降低钢的过热倾向性，提高强度、韧性和热稳定性。2）

提高M体稳定性，大大提高淬透性，18CrNiWN任何冷却速度都能完全淬透，得M体，用W18%与Cr4%配合，M体稳定性可达600℃，保持红硬性。

3）

阻止回火脆性发展，所以可提高强度同时不降低塑性，提高韧性。

4）

提高淬火钢的矫顽磁力，阻止钢的组织时效。

5）

其碳化物极其稳定，高温也难溶进固溶体，所以可作高速工具钢。

6）

W钢一般硬度、耐磨性较好，热处理变形小，不易淬裂，回火稳定性也较好。

7）

W因能提高A体的稳定性，而用于阀门钢中，缩小γ区，同Cr。

8）

可提高珠光体耐热钢的热强性，提高再结晶温度。

9）

在高合金Cr、Ni钢中加入2～4%W便可提高钢的屈服点，疲劳强度和热稳定性，并因为形成碳化物而减小晶向腐蚀倾向（Fe3W2和Fe2W都是极稳定的化合物，高度弥散，所以可提高强度、热稳定性。）

（2）W的不良影响：

1）

增加脱碳（碳化物稳定）阻止石墨化。

2）

W是强碳化物元素，应防止碳化物不均影响性能而成废品（可增加镦拔数及正火处理纠正）。3）

含W＞9%时硬度显著提高，而δ、ψ显著降低。

4）

W使钢导热率降低，含W＞10%其导热率只有纯铁的0.7倍。

5）

含W增加，可锻温度范围降低。

（3）一般合金钢中的W的含量：

合金结构钢：W=0.3～1.0% （例20Cr3MoWV A、18Cr3MoWV A等）

耐热不起皮钢：W=0.3～3.2% （上二种为抗氢钢亦属此类，又如Cr15Ni36W3Ti等）

合金工具钢：W=1～18%（CrWMn、W、W2、3Cr2W8V、P9、P18等）

向钢中加入多于20～22%的W，是不合适的。所以超过此值W对钢的性能的改善并没更好的作用，所以多加是不经济的。

一般提到的降低回火脆性的方法有如下几种：

1）

在钢中加入0.3～1.0%的Mo或1～1.5%的W。

2）

回火时采用快速冷却，用水冷或油冷。

3）

提高回火温度，此法因为使性能（强度）下降，得不到充分发挥，所以少用。

4）

延长回火时间，或增加重复高温回火的次数。

5）

降低淬火温度，或采用二次淬火①AC3以上正常淬火②AC1～AC3之间不完全淬火以消除回火脆性。

6）

在钢中加入V（约是钼含量%+0.1%可等效），以提高钢的回火稳定性，抑制回火脆性，不过此作用甚微。

7）

采用形变热处理，即加热至AC3以上进行形变（变形度15～20%最佳）后立即淬火回火，韧性提高3倍。

8）

高速度（1000℃/秒）加热和冷却，最后二种方法因为生产上很难实现而未被采用。

注：常说的回火脆性是第二类回火脆性（即450～570℃可650～700℃出现的），而第一类回火脆性（250～400℃），所有钢都不可避免的存在，而可用重复回火即能消除，故多不再讨论。

7、Mo

（1）钼的良好作用是：

1）细化晶粒的作用比W更强，所以可降低钢的过热倾向性，提高强度、硬度、热稳定性。2）Mo在钢中会使锻件σb、σs、HB↑，而使δ、ψ、αk↓。提高M体回火稳定性，与Cr、Ni 结合可大大提高淬透性，可细化晶粒，提高韧性，使锻造加工容易。

3）降低回火脆性，对某些结构钢可消灭回火脆性（如24CrMoV5），所以可提高强度而塑性并不降低，钼可提高钢的冲击韧性。①又一说是合金元素（包括Mo在内）均只有抑制回火脆性的作用而不能达到消除回火脆性。Mo的影响是：含量达0.2%即有良好作用。所以普通合金结构钢含Mo0.25～0.4%对放置回火脆性温度范围550～600℃长期工作的钢才规定含Mo为0.5～0.6%，当含Mo量超过一定值时（对低碳钢此限为1.0%），则反而会使高温回火水冷钢变脆。Mo钢长时间回火易变脆。②当含P和Mo较高时，即使有Mo或W等也仍不能避免回火脆性产生。③附带说说降低回火脆性的方法（见上段）。

4）提高钢的的矫顽力，改善磁性。

5）其碳化物也很稳定，它并阻止其它碳化物析出。高温也很难向固溶体转移。

6）钼可代钨（因为原子量成半关系，所以可用1%Mo代替2%W）。

7）同样Mo亦可提高奥氏体稳定性而用于阀门钢。

8）可提高Cr、Ni不锈钢的抗晶间腐蚀能力。

9）在某些还原性介质中易使耐酸不锈钢钝化，从而提高耐腐蚀能力。（如亚硫酸、沸磷酸及醋酸、草酸、蚁酸等）。

10）可提高珠光体耐热钢的热强性，并可单一加进耐热钢，其量约0.5～1%（并独作合金元素时会使钢有石墨化倾向）。

（2）钼的不良影响：

1）有挥发性，在加热时，会生成褐色烟气（氧化钼）发生蒸发。

2）促进脱碳，所以为防止脱碳其淬火温度应较一般降低10～20℃，阻碍石墨化。

3）Mo是铁素体形成元素，所以为了得到奥氏体，应相应多加Ni、Mn等奥氏体形成元素。否则当Mo含量较多时就易出现铁素体δ相或其它脆性相而使韧性降低。

4）Mo降低钢导热率的作用同W，但Mo可防止过热。

5）Mo钢比碳钢变形抗力高。

（3）一般合金钢中的钼含量：

合金结构钢和工具钢：Mo=0.15～0.30% （例5CrNiMo、35CrMo、40CrMnMo、38CrMoAlA 等）

不锈耐酸钢：Mo =1～2.6% （如Cr17Mo2Ti、Cr25MoTi、Cr18Ni18Mo2Cu2Ti等）

耐热不起皮钢：Mo =0.4～1%（16Mo、20CrMo、Cr5Mo、25Cr2Mo1V A、15Cr11MoV等）航空用高温合金：Mo =0.35～7% （如901合金=Cr12Ni43Mo6Ti3BMo2Ti）

8、V

（1）钒的良好作用是：

1）

细化晶粒作用强，可提高钢的强度和韧性，减小过热敏感性，提高热稳定性。

2）

提高M体的回火稳定性。它对淬火钢硬度的影响，与温度有关：在正常淬火温度下（即稍高于AC3点时）。因为V与C化合成VC而降低了固溶体的合金度，所以硬度降低，当淬火温度提高至超过AC3点很多时（且有较长保温时间），则VC都转进固溶体，所以硬度可提高。一般地说V对淬透性有不利的影响，但韧性较好，加了V不易淬裂。中碳钢加V强度↑，韧性不变低。

3）

V与O、N都有很大的亲和力，亦是强碳化物元素。一般VC的弥散度很高，且极稳定。所以它既利脱氧、脱气得到致密细晶组织，提高塑性、韧性及高强度，其冲击性能和疲劳强度都较无V钢高，在高温及低温（＜0℃）均有高强度、韧性。由于碳化钒的高度分散阻止焊缝晶粒粗大，所以可改善钢的可焊性能，但加热到VC溶解温度后即会引起钢晶强烈长大。4）

由于V可提高钢的高温蠕变能，所以是热强钢合金元素之一。

5）

由于V钢表面内部均有细晶组织，所以对渗碳有利，可延长渗碳进行时间，无须进行二次淬火，一次即可直接淬至要求性能。

6）

V对结构钢机械性能的影响尚无定论。

（2）钒的不良影响：

1）

V无减低回火脆性的作用，因为V可提高回火稳定性，可细化晶粒，所以当V量不高时，也可适当提高韧性，而降低回火脆性。

2）

有阻碍钢的脱碳及石墨化的作用。

3）

含量达0.05%时将使硅钢矫顽力降低，这可能由于脱氧的作用。

4）

含碳一定时，V↑会使HB↓，所以一般含V≯1%（因为不溶入固溶体）。

（3）一般钢中的含V量：

合金结构钢：V=0.07～0.35

（例20MnV、10CrV、45CrV、12CrMoV、25Cr2Mo1V A等）

在合金结构钢中，由于含V＞0.3%时将使回火脆性倾向急，则增大而少用。

耐热钢：V=0.1～1 （例20Cr3MoV A等）V可提高高温蠕变性能，有脱氧能力。氮化钒的弥散硬化作用可使其有耐蚀和高的热强性，但V的时效脆性使含其量不宜过高。

高速钢：V=0.1～2.6 最近在研究增至5%，主要因为它能提高工具的热强度，特别是可提高它的切削性能（对切削高硬度材料亦很有利）所以加得多，但其量达一定值后，性能再增就不显著了。

9、Co

（1）Co良好作用是：

1）能细化晶粒，可降低钢的过热倾向性，向高速钢中加Co，可提高其耐用度。

2）能提高钢的热强性（热硬性），它给高速钢增加了合金化的强度和促进回火碳化物形成。3）能提高磁钢的矫顽力又同时提高它对磁碱留感应值，所以对磁钢有良好的影响（它本身即为磁性物质）。

4）含碳量很高时会促进钢中碳石墨化。

（2）Co的不良影响：

1）含量过高，难以锻造。因为易析出硬而脆的金属化合物。

2）有相当高的脱碳倾向性。

3）价格昂贵，所以下列各种钴钢都很少使用。

4）钴的一个特性是：降低奥氏体的稳定性，促使钢中奥氏体等温转变曲线（C-曲线）左移。5）因为易析出硬而脆的金属间化合物使机性变坏。

（3）一般合金钢的钴含量：

1）热强钢：含Co=2～4%

（主要是铬钴钼钢组）

2）高速钢：含Co=4.5～10.5%

(BCo5、BCo10等超过10%作用已无显著增加)。

3）磁钢：含Co=2.5～16.5%

(Cr6Co3、Cr6Co5、Cr7Co10Mo、Cr9Co15Mo等)。

10、Ti

（1）钛的有益作用是：

1）能形成很强固的TiC，可稳定到1300℃，有此稳定到高温的高度分散的TiC质点，所以可细化晶粒，降低钢的过热倾向性。

2）能防止产生晶间腐蚀现象，实践知：当Ti：C=5（一般C=0.03）时，效果最佳。当Ti：C=3，抗蠕变强度最高。满足上条件时的钢，因为所有的游离碳都被结合成了强固TiC，所以在加热过程中就不会再沿奥氏体晶界析出碳化铬。否则，晶界碳化铬的生成就将出现晶界固溶体的贫铬区，其电位就相对地降低了，而与固溶体基体和碳化物形成微温差电偶，晶间固溶体本身即为阳极而被腐蚀。晶间腐蚀的程度将随含碳量增加而加强。（粗晶亦易蚀）3）钛钢易产生时效硬化，含钛量超过2%的低碳合金，其时效硬化就尤其明显。

4）钛可改善不锈钢的焊接性能。

5）Ti是强烈的铁素体形成元素。0.65%Ti就能使γ区完全封闭。它又是强碳化物形成元素。6）Ti能与S作用，降低硫的热脆作用，这与Mn相似。

（2）钛的不良影响：

1）含Ti钢，特别是低碳之Ti钢，往往因其钢液粘度较大，而使其中非金属加杂，不易分离浮出应一致，在防止造成缺陷应注意。可在冶炼时注意高温操作和钢液的脱氧。

2）淬火钛钢硬度随含Ti量增加而降低。因为TiC非常稳定，甚至加热到1300℃都不能溶入到固溶体而减少了合金固溶体中的碳浓度的缘故。

3）钛与N、O有很大的亲和力而极易成形TiN和TiO2，钢锭在较低温度时，就形成了较多的非金属夹杂和皮下多孔等缺陷。

4）Ti也是铁素体形成元素，所以其含量较多（>2%）就易生成铁素体δ相或其它脆性相而使韧性降低。

5）铜V一样，含Ti达0.05%时就将使硅钢矫顽力降低，这可能是脱氧的作用，它对硅钢还会促进其二次再结晶，这倒可得粗晶而改善磁性。

（3）一般钢中的Ti含量：

1）通常钢中含Ti量取决于它的含碳量，一般约为Ti%=4～8倍*C%。

2）合金结构钢中有铬锰钛钢、不锈钢和耐热钢中也含Ti，一般为0.06%～2%。

11、Nb

（1）铌的有益作用是：

1）能生成高度分散的强固的碳化物NbC（熔点3500℃），所以可细化晶粒，直加热至于1100～1200℃，仍可阻止晶粒长大。

2）同Ti能防止产生晶间腐蚀，实践知，以含Ni=8*C%为佳。

3）能与Fe生成金属间化合物Fe2Nb2，这种化合物在α铁中听溶解度随温度↑而↓，所以含Nb低碳钢能促进时效硬化。

4）加铌可提高低碳钢的抗强度和屈服点（25%），可提高不锈钢的高温抗蚀性和强度，可提高抗酸能力。

（2）铌的不良影响是：

1）同Ti钢，铌钢的硬度亦将随含Nb量↑而↓。

2）Nb虽可细化晶粒而提高钢的韧性，但含量过高时，亦将生成铁素体δ相或其它脆性相，而使其韧性降低，热加工性能变坏。

一般合金钢中的含Nb量：仅不锈钢中含Nb，其量为8～12*C%≤1.5%。

12、Cu

（1）铜的有益作用：

1）能提高钢中奥氏体的稳定性，所以可提高可淬性和淬透性，在A体钢中加2

～4%Cu，可提高抗酸力。

2）有强化铁素体的作用，在铁素体中加Cu，可提高它在某些还原性介质中的耐蚀性和改善钢的韧性。

3）在低合金钢中加入0.20%左右的Cu，特别当和P联合使用时，可提高钢对大气的抗蚀力，当含Cu量超过0.75%时，可以经过沉淀硬化处理提高钢强度。

4）Cu是一种强烈的石墨化元素，用于炼制石墨钢。（Cu钢的时效硬化是因为Cu在α铁中的溶解度变化很大，在830℃时达3.5%，到20℃则降至0.35%，所以含Cu>0.35%者可促进时效硬化。）

（2）铜的不良影响是：

1）含Cu量较高时将导致钢具热脆性，而使热锻轧加工困难。

2）含Cu过多会使矫顽力和磁滞损失增加，于磁钢不利。

3）“铜脆”——在钢的缺陷一文中指出当Cu>0.2%时，加热过程由于表面发生选择性氧化，使Fe先Cu而发生氧化，而表层Cu含量即相对增加形成一层薄膜，然后向扩散形成含Cu 网络，在1030℃即容易锻裂。适量加Ni可生成熔点较高的Cu-Ni固溶体，可降低“铜脆”。

综合来说，含Cu＜0.7%会溶于α-Fe中，促使碳不氧化，对磁性无大影响。含Cu=0.5%时，防锈能力可提高15倍；含Cu＞0.7%时将出现不均匀混合物，而使矫顽力和磁滞损失增加，并使铜变脆。

（3）一般合金钢中含铜量：

1）硅钢：含Cu=0.2～0.3%

2）轴承钢：含Cu≤0.25%,且Cu+Ni≤0.50%，因为Cu会引起时效硬化而影响轴承精度，Ni 会降低淬火层硬度。

3）低合金钢：Cu≤0.2%（对低合金高强度钢，合金元素含量一般地都限制在≯0.2%范畴）。4）不锈钢：含Cu=2～4%（Cr18Ni9Cu3Ti等）。

5）石墨钢：含Cu=0.6%

13、S

（1）硫的有益作用是：

1）由于其切屑发脆而可得到非常光泽的表面，所以可用于制要求负荷不大而具高表面光洁度的钢制件（名为快削钢）。

2）某此高速钢工具钢进行硫化表面以达到如下目的。

（2）硫的不良影响是：

1）引起热脆：主要是因易生成（Fe+FeS）易熔共晶体分布于奥氏体晶界所致。

2）硫能使结构钢的塑性银屏剧降低，使工具钢的淬裂敏感性增高。

（3）、一般合金钢中的含S量：

1）一般地说，硫对各种钢均为有害的杂质元素，所以均限制它的含量。

普通碳钢S≤0.05%，酸性转炉冶炼，18MnSi及25MnSi钢允许含S≯0.05%).

轴承钢S≤0.02%

优质碳钢S≤0.04%

高级优质钢S≤0.03%

仅有极个别要求表面很光洁的钢（如Cr14）有意加进少量的硫（=0.2～0.4%）（Cr14可做螺钉、螺母、磁轮及其它螺纹零件，其表面光滑，耐磨性好）

14、P

（1）磷的有益作用：

1）由于其切屑发脆得到光洁的表面而加进快削钢，制受荷不大的零件。

2）某些高速钢，工具钢进行磷化表面处理以达到如下目的……

3）磷可提高比电阻，且由于容易粗晶而可使矫顽力和涡流损失降低，于磁感而言，则在弱中磁场下磷含量高的钢磁感会提高。而在磁场下则磷含量增高而磁感略有减弱。含P硅钢的热加工也并不困难。所以硅钢中有时加磷，但由于它会使硅钢具冷脆性。所以其量甚微≯0.15%（如冷轧电机用硅钢含P=0.07～0.10%）。

4）磷是强化铁素体作用最强的元素。（P对硅钢再结晶温度和晶粒长大的影响将超过同等硅

含量作用的4～5倍。）

（2）磷的不良影响：

1）磷溶于铁素体中，会使其晶格歪曲，晶粒长大，而且有冷脆性。P＞0.13%时脆性特甚，P使钢破断能转变温度增高的作用比碳强约20倍。

2）和Mn一样使钢晶粒粗化。

（3）一般合金钢的磷含量：

普通碳钢P≯0.055%

轴承钢

P≯0.027%

P+S≯0.045%

优质碳钢

P≯0.045%

合金钢

P≯0.15%

P+C≯0.025%

高级优质钢

P≯0.035%

15、B

（1）硼的有益作用：

1）钢中加入微量的硼（0.0005～0.005%）即可显著提高钢的淬透性，此时对其它性能等无影响或影响甚小。——这在一定程度上可代替Ni（Cr、Mo）

2）硼对钢的淬裂敏感性影响很小。

3）结构钢中的硼会降低钢材在正火后的冲击值，但在淬火+低温回火后，却能得到良好的冲击值。

4）低碳硼钢渗碳性能良好，表面碳浓度不易过度增大。所以可得到高强度和疲劳强度，渗碳后可直接淬火，对缺口敏感性也很小。渗碳硼钢以含C≯1%为宜。

5）中碳硼钢在调质后有良好的综合机械性能。（其回火稳定性，回火脆性、疲劳极限与强度、硬度的关系等基本上同无硼钢）。

6）硼钢的热加工性能良好，同一般合金结构钢。

7）硼溶于固溶体，晶格变大，使强度提高，晶界中硼有阻止再结晶扩散作用，所以可增加钢的热强性。

（2）硼的不良影响：

1）含B量超过0.007%时，容易引起脆性（有说珠光体为此值，其它类钢可多些）。

2）会降低A体晶粒粗化的温度，易粗晶，但加铝可改善。

3）在尺寸硼钢热处理时心部易生针状铁素体而影响机械性能。

4）硼与O、N亲和力很强，易生非金属夹杂，且因此应多加硼量。为克服此缺陷可于冶炼

时加0.1～0.12%Al和0.06～0.04%Ti以脱氧，去氮（Al、Ti未考虑烧损值）。

一般合金钢中含B量：0.001～0.005%

（目前仅合金结构钢中有硼钢含值如前，而其它含硼钢还少见到，国外硼钢品种较多，但其含量均不超过0.005%，否则淬透性反而变劣）。

16、N

（1）氮的有益作用：

1）N亦是强烈的A体形成元素，在这点上它与Ni相似，比Ni作用强27倍，特别在不锈钢中得到广泛注意。它有可能是代替Ni的重要元素之一，特别与Ni其同作用，稳定A体效果更好，尤利代Ni。

2）N还可在复杂的A体钢中借氮化物的析出而产生弥散硬化。因此，可在无显著成绩脆性的情况下提高它的热强性。

3）N能提高高铬钢，特别是含V的的高铬工具钢的热硬性。N能使这些钢的二次硬度的回火温度的间段增大，并使此间段向更高温方面移动，所以可得到较好的综合性能，在高铬钢中N还能改善其热加工性能。

4）N在铁素体中可促使A体形成，由于γ相的出现，可减小晶粒粗化倾向，所以可改善钢的韧性和焊接性能。

5）N对磁钢的影响较大：如当N溶解在钢中的固溶体状态存在时会使矫顽力稍增而磁导率降低，当形成AlN、FeN等非金属夹杂影响就加剧。N还是引起硅钢片磁时效的主要因素之一。一般说一定数量的夹杂对得到取向组织是有益的。所以它可阻碍位向不适合的晶粒生长。从而使取向合适的晶粒加速成长。N对取向冷轧变压的质量也有很大影响，过多或过少的含N量都不易使N量使冷轧硅钢片获得大晶粒和高磁性。适宜的含量是N =0.01～0.1%或更低至0.001%，但要获得更好磁性，最好能在热处理后将冷轧硅钢片中残留N除去。

6）钢的表面渗N，可使它得到高的表面硬度（RC70）500～600℃中进行和耐磨性，高的疲劳极限和抗蚀性（600～700℃中进行）。

7）铬锰钢中加入0.35～0.45%以上的N即可得单一的A体组织。

（2）氮的不良影响：

1）它与合金元素生成氮化物是非金属夹杂，更重要的是降低了合金元素的作用。

2）含N钢在退火过程中因氮化物析出而会显著降低它的塑性。

3）含N钢在锻造过程中N会产生挥发，所以工业用钢中含N成分标准是很难拟订的。

4）由实际表明，在一定含量的Cr，N钢中，必有一与其相适应的最小Mn含量，如低于这一Mn含量，钢在凝固时N就会逸出，而成气孔。例含Cr 15%，N 0.45%，Mn的最小含量为14.5～15%。

（3）一般合金钢中含N量：

1）硅钢（冷轧）：N=0.01～0.1%或更低至0.001%

2）不锈铬钢：N=（1/75～1/100）Cr%

3）氮化钢：38CrMoAlA、25CrMo2V A等

Cr18Mn10Ni5Mo3N钢其含N≤0.3%（用于尿素工业），有铬锰氮钢及铬锰氮镍钢等。如Cr17Mn8Ni5N，目前铬锰氮钢因为具有良好的耐氧化可抗腐蚀的性能，其它性能需求也不坏，故它用来代替铬镍A体钢而取得相当成效，但无镍之铬锰氮钢，因为锭中容易产生严重气泡而未能多用。

注：TiN常呈规则晶状，颜色金黄。

17、H

氢的作用：

1）H 能提高钢的磁导率，但也会使矫顽力和铁损增加（加H后矫顽力可增大0.5～2倍）。

2）H与C作用能生成甲烷（CH4），所以H 的存在会促进脱碳。

3）H是一般钢中最有害的元素。因为它是产生钢中白点的罪魁祸首，实验知钢中形成白点的危险含H量为5～6cm3/100g Fe，主要是因为A体可溶H量大，而冷至低温珠光体则溶解度大大减小，所以当冷却过快，高压氢气来不及析出钢外，高压氢的张力与其它诸种应力作用，即可能超过材料的σb，因此产生许多微裂，此即谓之白点。实践知640～650℃最易使A体转变为珠光体，200℃则最关于钢中的危险含H量，不同的资料有不同的数据。

18、O

氧的作用：

1）

残存于钢锭中的氧，或扩散到金属表层的氧，均易使晶界氧化而形成脆性的氧化物夹层，把（A体晶粒隔绝开来。以至在随后的变形加工中引起晶间裂纹（后者也即常说的过烧）。实践知，只要钢中含O量超过0.03～0.04%，其强度和塑性就明显下降。

2）

氧与碳的作用，可能将钢中碳烧损以至造成脱碳，但是当有过量氧的情况下，则表面脱碳层将被完全烧成氧化皮而反而成了一层保护膜，而使脱碳过程减慢。（此时烧损金属较多，其作用还要看氧化皮的组织改善性。

3）

氧会使硅钢中铁损增大，磁导率及磁感强度减弱，磁时效作用加剧。

4）

FeO在高温时稳定，但当温度降低至560℃以下时则易分解成Fe3O4及α-Fe，钢加热后在空气中慢冷则可能出现Fe2O3。（钢中氧化物塑性差，氧化后则几乎无塑性）

C、Mn、Si、S、P、Cr、Mo元素对钢的影响

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

低合金钢中合金元素作的作用

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

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

常用合金元素的作用

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

各元素对钢材的影响

（ a ）碳；含碳量越高，刚的硬度就越高，但是它的可塑性和韧性就越差． （ b ）硫；是钢中的有害杂物，含硫较高的钢在高温进行压力加工时，容易脆裂，通常叫作热脆性． （ c ）磷；能使钢的可塑性及韧性明显下降，特别的在低温下更为严重，这种现象叫作冷脆性．在优 质钢中，硫和磷要严格控制．但从另方面看，在低碳钢中含有较高的硫和磷，能使其切削易断，对改 善钢的可切削性是有利的． （ d ）锰；能提高钢的强度，能消弱和消除硫的不良影响，并能提高钢的淬透性，含锰量很高的高合 金钢（高锰钢）具有良好的耐磨性和其它的物理性能． （ e）硅；它可以提高钢的硬度，但是可塑性和韧性下降，电工用的钢中含有一定量的硅，能改善软 磁性能． （ f）钨；能提高钢的红硬性和热强性，并能提高钢的耐磨性． 冷镦钢成型用钢,冷镦是在室温下采用一次或多次冲击加载,广泛用于生产螺钉,销钉,螺母等标准件.冷镦 工艺可节省原料,降成本,而且通过冷作硬化提高工作的抗拉强度,改善性能,冷镦用钢必须其有良好的冷 顶锻性能,钢中S和P等杂质含量减少,对钢材的表面质量要求严格,经常采用优质碳钢,若钢的含碳钢大 于0.25%,应进行球化退火热处理,以改善钢的冷镦性能. 力学性能要求 1．屈服强度σs及变形抗力尺可能的小，这样可使单位变形力相应减小，以延长模具寿命。 2．钢材的冷变形性能要好，即材料应有较好的塑性，较低的硬度，能在较大的变形程度下不致引起产品开裂。3．钢材的加工硬化敏感性尽可能的低，这样不致使冷镦变形过程中的变形力太大。 二、化学成份要求冷镦钢 1．碳（C）碳是影响钢材冷塑性变形的最主要元素。含碳量越高，钢的强度越高，而塑性越低。实践证明，含碳量每提高0.1%，其屈服强度σs约提高27.4Mpa；抗拉强度σb提高58.8~78.4Mpa；而伸 长率δ则降低4.3%，断面收缩率ψ降低7.3%。由此可见，钢中含碳量对于钢材的冷塑性变形性能的 影响是很大的。在生产实际中，冷镦，冷挤用钢的含碳量大于0.25%时，要求钢材在拉拔前要进行球 化退火。对于变形程度为65%~80%的冷镦件，不经过中间退火而进行三次镦锻变形时，其含碳量不应超过0.4%。2．锰（Mn）锰在钢的冶炼中与氧化铁作用（Mn+FeO→MnO+Fe）,主要是为钢脱 氧而加入。锰在钢中硫化铁作用（Mn+FeS→MnS+Fe）,能减少硫对钢的有害作用。所形成的硫化锰，可改善钢的切削性能。锰使钢的抗拉强度σb和屈服强度σs有所提高，塑性有所降低，对于钢的冷塑 性变形是不利的。但是锰对变形力的影响仅为碳的1/4左右。所以，除特殊要求外，碳钢的含锰量，不宜超过0.9%。3．硅（Si）硅是钢在冶炼时脱氧剂的残余物。当钢中含硅量增加0.1%时，抗拉 强度σb提高13.7Mpa。经验表明，含硅量超过0.17%且含碳量较高时，对钢材的塑性降低有很大的影响。在钢中适当增加硅的含量，对钢材的综合力学性能，特别是弹性极限有利，还可增加钢的耐蚀性。但是钢中含硅量超过0.15%时，使钢急剧形成非金属夹杂物。高硅钢即使退火，也不会软化，降低钢 的冷塑性变形性能。因此，除了产品有高强度性能要求外，冷镦钢总是尽量要求减少硅的含量。 4．硫（S）硫是有害杂质。钢中的硫在冷镦时会使金属的结晶颗粒彼此分离引起裂纹，硫的存在还促使钢产生热脆和生锈，因此，含硫量应小于0.055%。优质钢应小于0.04%，由于硫、磷和锰的化合物能改善切削性能、冷镦螺母用钢的含硫量可放宽到0.08~0.12%，以有利于攻螺纹。但一般没有专为螺

各化学元素对钢材的影响

各化学元素对钢材的影响 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。

合金元素在钢中的作用完整版

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。

合金元素对钢地性能地影响

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

各种元素对钢材性能的影响

1、碳(C):钢中含碳量增加,屈服点与抗拉强度升高,但塑性与冲击性降低,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与时效敏感性。 2、硅(Si):在炼钢过程中加硅作为还原剂与脱氧剂,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,屈服点与抗拉强度,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%。硅与钼、钨、铬等结合,有提高抗腐蚀性与抗氧化的作用,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,锰就是良好的脱氧剂与脱硫剂,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,且有较高的强度与硬度,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,磷就是钢中有害元素,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):硫在通常情况下也就是有害元素。使钢产生热脆性,降低钢的延展性与韧性,在锻造与轧制时造成裂纹。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):在结构钢与工具钢中,铬能显著提高强度、硬度与耐磨性,但同时降低塑性与韧性。铬又能提高钢的抗氧化性与耐腐蚀性,因而就是不锈钢,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与韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力,在高温下有防锈与耐热能力。但由于镍就是较稀缺的资源,故应尽量采用其她合金元素代用镍铬钢。 8、钼(Mo):钼能使钢的晶粒细化,提高淬透性与热强性能,在高温时保持足够的强度与抗蠕变能力(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):钛就是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密,细化晶粒力;降低时效敏感性与冷脆性。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):钒就是钢的优良脱氧剂。钢中加0、5%的钒可细化组织晶粒,提高强度与韧性。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,就是贵生的合金元素。钨与碳形成碳化钨有很高的硬度与耐磨性。在工具钢加钨,可显著提高红硬性与热强性,作切削工具及锻模具用。 12、铌(Nb):铌能细化晶粒与降低钢的过热敏感性及回火脆性,提高强度,但塑性与韧性有所下降。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):钴就是稀有的贵重金属,多用于特殊钢与合金中,如热强钢与磁性材料。 14、铜(Cu):武钢用大冶矿石所炼的钢,往往含有铜。铜能提高强度与韧性,特别就是大气腐蚀性能。缺点就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):铝就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。铝还具有抗氧化性与抗腐蚀性能,铝与铬、硅合用,可显著提高钢的高温不起皮性能与耐高温腐蚀的能力。铝的缺点就是影响钢的热加工性能、焊接性能与切削加

合金元素在钢中的主要作用

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）

合金元素在钢中的作用

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。

常用合金元素在钢中的作用

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

合金元素在钢中的主要作用

§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。

各种元素对钢材性能的影响

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

合金元素在钢中的作用

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

各种元素对钢材性能的影响

各种元素对钢材性能的影响

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

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