合金元素在合金鋼中的作用

1、合金元素在合金鋼中的作用合金元素在合金鋼中的作用1、碳（C）：鋼中含碳量增加，屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度升高，但塑性和沖擊性降低，當(dāng)碳量0.23%超過(guò)時(shí)，鋼的焊接性能變壞，因此用于焊接的低合金結(jié)構(gòu)鋼，含碳量一般不超過(guò)0.20%。碳量高還會(huì)降低鋼的耐大氣腐蝕能力，在露天料場(chǎng)的高碳鋼就易銹蝕；此外，碳能增加鋼的冷脆性和時(shí)效敏感性。2、硅（Si）：在煉鋼過(guò)程中加硅作為還原劑和脫氧劑，所以鎮(zhèn)靜鋼含有0.15－0.30%的硅。如果鋼中含硅量超過(guò)0.500.

2、60%硅就算合金元素。硅能顯著提高鋼的彈性極限，屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度，故廣泛用于作彈簧鋼。在調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼中加入1.0－1.2%的硅，強(qiáng)度可提高15－20%。硅和鉬、鎢、鉻等結(jié)合，有提高抗腐蝕性和抗氧化的作用，可制造耐熱鋼。含硅1－4%的低碳鋼，具有極高的導(dǎo)磁率，用于電器工業(yè)做矽鋼片。硅量增加，會(huì)降低鋼的焊接性能。3、錳（Mn）：在煉鋼過(guò)程中，錳是良好的脫氧劑和脫硫劑，一般鋼中含錳0.30－0.50%。在碳素鋼中加入0.70%以上時(shí)就算“錳鋼”

3、，較一般鋼量的鋼不但有足夠的韌性，且有較高的強(qiáng)度和硬度，提高鋼的淬性，改善鋼的熱加工性能，如16Mn鋼比A3屈服點(diǎn)高40%。含錳11－14%的鋼有極高的耐磨性，用于挖土機(jī)鏟斗，球磨機(jī)襯板等。錳量增高，減弱鋼的抗腐蝕能力，降低焊接性能。4、磷（P）：在一般情況下，磷是鋼中有害元素，增加鋼的冷脆性，使焊接性能變壞，降低塑性，使冷彎性能變壞。因此通常要求鋼中含磷量小于0.045%，優(yōu)質(zhì)鋼要求更低些。5、硫（S）：硫在通常情況下也是有害元素。使

4、鋼產(chǎn)生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時(shí)造成裂紋。硫?qū)附有阅芤膊焕档湍透g性。所以通常要求硫含量小于0.055%，優(yōu)質(zhì)鋼要求小于0.040%。在鋼中加入0.080.20%的硫，可以改善切削加工性，通常稱(chēng)易切削鋼。6、鉻（Cr）：在結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼中，鉻能顯著提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但同時(shí)降低塑性和韌性。鉻又能提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性，因而是不銹鋼，耐熱鋼的重要合金元素。7、鎳(Ni)：鎳能提高鋼的強(qiáng)度，而又保持良好的塑性

5、和韌性。鎳對(duì)酸堿有較高的耐腐蝕能力，在高溫下有防銹和耐熱能力。但由于鎳是較稀缺的資源，故應(yīng)盡量采用其他合金元素代用鎳鉻鋼。8、鉬(Mo)：鉬能使鋼的晶粒細(xì)化，提高淬透性和熱強(qiáng)性能，在高溫時(shí)保持足夠的強(qiáng)度和抗蠕變能力(長(zhǎng)期在高溫下受到應(yīng)力，發(fā)生變形，稱(chēng)蠕變)。結(jié)構(gòu)鋼中加入鉬，能提高機(jī)械性能。還可以抑制合金鋼由于火而引起的脆性。在工具鋼中可提高紅性。9、鈦(Ti)：鈦是鋼中強(qiáng)脫氧劑。它能使鋼的內(nèi)部組織致密，細(xì)化晶粒力；降低時(shí)效敏感性和冷脆性

6、。改善焊接性能。在鉻18鎳9奧氏體不銹鋼中加入適當(dāng)?shù)拟?，可避免晶間腐蝕。10、釩(V)：釩是鋼的優(yōu)良脫氧劑。鋼中加0.5%的釩可細(xì)化組織晶粒，提高強(qiáng)度和韌性。釩與碳形成的碳化物，在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕能力。11、鎢(W)：鎢熔點(diǎn)高，比重大，是貴生的合金元素。鎢與碳形成碳化鎢有很高的硬度和耐磨性。在工具鋼加鎢，可顯著提高紅硬性和熱強(qiáng)性，作切削工具及鍛模具用。12、鈮(Nb)：鈮能細(xì)化晶粒和降低鋼的過(guò)熱敏感性及回火脆性，提高強(qiáng)度，但塑性

7、和韌性有所下降。在普通低合金鋼中加鈮，可提高抗大氣腐蝕及高溫下抗氫、氮、氨腐蝕能力。鈮可改善焊接性能。在奧氏體不銹鋼中加鈮，可防止晶間腐蝕現(xiàn)象。13、鈷(Co)：鈷是稀有的貴重金屬，多用于特殊鋼和合金中，如熱強(qiáng)鋼和磁性材料。14、銅(Cu)：武鋼用大冶礦石所煉的鋼，往往含有銅。銅能提高強(qiáng)度和韌性，特別是大氣腐蝕性能。缺點(diǎn)是在熱加工時(shí)容易產(chǎn)生熱脆，銅含量超過(guò)0.5%塑性顯著降低。當(dāng)銅含量小于0.50%對(duì)焊接性無(wú)影響。15、鋁(Al)：鋁是

8、鋼中常用的脫氧劑。鋼中加入少量的鋁，可細(xì)化晶粒，提高沖擊韌性，如作深沖薄板的08Al鋼。鋁還具有抗氧化性和抗腐蝕性能，鋁與鉻、硅合用，可顯著提高鋼的高溫不起皮性能和耐高溫腐蝕的能力。鋁的缺點(diǎn)是影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能。16、硼(B)：鋼中加入微量的硼就可改善鋼的致密性和熱軋性能，提高強(qiáng)度。成元素阻抑奧氏體到珠光體轉(zhuǎn)變的能力最強(qiáng)，從而提高鋼的淬透性，并為貝氏體高強(qiáng)度鋼的重要合金化元素之一。含量約0.5%時(shí)，能降低或抑止其

9、他合金元素導(dǎo)致的回火脆性。在較高回火溫度下，形成彌漫分布的特殊碳化物，有二次硬化作用。提高鋼的熱強(qiáng)性和蠕變強(qiáng)度，含Mo2%～3%能增加耐蝕鋼抗有機(jī)酸及還原性介質(zhì)腐蝕的能力N擴(kuò)大γ相區(qū)，但由于形成氮化鐵而不能無(wú)限固溶；在α鐵及γ鐵中的最大溶解度分別約0.1%及2.8%。不形成碳化物，氮與鋼中其他合金元素形成氮化物，如TiN，VN，AlN等有固溶強(qiáng)化和提高淬透性的作用，但均不太顯著。由于氮化物在晶界上析出，提高晶界高溫強(qiáng)度，從而增加鋼的蠕變

10、強(qiáng)度。在奧氏體鋼中，可以取代一部分鎳。與鋼中其他元素化合，有沉淀硬化作用；對(duì)鋼抗腐蝕性能的影響不顯著，但鋼表面滲氮后，不僅增加其硬度和耐磨性能，也顯著改善其抗蝕性。在低碳鋼中，殘余氮會(huì)導(dǎo)致時(shí)效脆性Nb縮小γ相區(qū)，但由于拉氏相NbFe2的形成而不形成γ相圈；在α鐵及γ鐵中的最大溶解度分別約為1.8%及2.0%。強(qiáng)碳化物及氮化物形成元素部分元素進(jìn)入固溶體，固溶強(qiáng)化作用很強(qiáng)。固溶于奧氏體時(shí)，顯著提高鋼的淬透性；但以碳化物及氧化物微細(xì)顆粒形態(tài)存

11、在時(shí)，卻細(xì)化晶粒并降低鋼的淬透性。增加鋼的回火穩(wěn)定性，有二次硬化作用。微量鈮可以在不影響鋼的塑性或韌性的情況下，提高鋼的強(qiáng)度。由于細(xì)化晶粒的作用，提高鋼的沖擊韌性并降低其脆性轉(zhuǎn)折溫度。當(dāng)含量大于碳含量的8倍時(shí)，幾乎可以固定鋼中所有的碳，使鋼具有很好的抗氫性能；在奧氏體鋼中，可以防止氧化介質(zhì)對(duì)鋼的晶間腐蝕。由于固定鋼中的碳和沉淀硬化作用，可以提高熱強(qiáng)鋼的高溫性能，如蠕變強(qiáng)度等Ni擴(kuò)大γ相區(qū)，形成無(wú)限固溶體，在α鐵中的最大溶解度約10%。不

12、形成碳化物固溶強(qiáng)化及提高淬透性的作用中等。細(xì)化鐵素體晶粒，在強(qiáng)度相同的條件下，提高鋼的塑性和韌性，特別是低溫韌性。為主要奧氏體形成元素并改善鋼的耐蝕性能。與鉻、鉬等聯(lián)合使用，提高鋼的熱強(qiáng)性和耐蝕性，為熱強(qiáng)鋼及奧氏體不銹耐酸鋼的主要合金元素之一O縮小γ相區(qū)，但由于氧化鐵的形成，不形成γ相圈；在α鐵及γ鐵中的最大溶解度分別約為0.03%及0.003%固溶于鋼中的數(shù)量極少，所以對(duì)鋼性能的影響并不顯著。超過(guò)溶解度部分的氧以各種夾雜的形式存在，對(duì)

13、鋼塑性及韌性不利P縮小γ相區(qū)，形成γ相圈；在α鐵及γ鐵中的最大溶解度分別為2.8%及0.25%。不形成碳化物，但含量高時(shí)易形成Fe3P固溶強(qiáng)化及冷作硬化作用極強(qiáng)；與銅聯(lián)合使用，提高低合金高強(qiáng)度鋼的耐大氣腐蝕性能，但降低其冷沖壓性能。與硫錳聯(lián)合使用，增加鋼的被切削性。在鋼中偏析嚴(yán)重。增加鋼的回火脆性及冷脆敏感性Pb基本上不溶于鋼中含量在0.2%左右并以極微小的顆粒存在時(shí)，能在不顯著影響其他性能的前提下，改善鋼的被切削性RE包括元素周期表Ⅲ

14、B族中鑭系元素及釔和鈧，共17個(gè)元素。它們都縮小γ相區(qū)，除鑭外，都由于中間化合物的形成而不形成γ相圈；它們?cè)阼F中的溶解度都很低，如鈰和釹的溶解度都不超過(guò)0.5%。它們?cè)阡撝?，半?shù)以上進(jìn)入碳化物中，小部分進(jìn)入夾雜物中，其余部分存在于固溶體中。它們和氧、硫、磷、氮、氫的親和力很強(qiáng)，和砷、銻、鉛、鉍、錫等也都能形成熔點(diǎn)較高的化合物有脫氣、脫硫和消除其他有害雜質(zhì)的作用。還改善夾雜物的形態(tài)和分布，改善鋼的鑄態(tài)組織，從而提高鋼的質(zhì)量。0.2%的稀土

15、加入量可以提高鋼的抗氧化性、高溫強(qiáng)度及蠕變強(qiáng)度；也可以較大幅度地提高不銹耐酸鋼的耐蝕性S縮小γ相區(qū)，因有FeS的形成，未能形成γ相圈。在鐵中溶解度很小，主要以硫化物的形式存在提高硫和錳的含量，可以改善鋼的被切削性。在鋼中偏析嚴(yán)重，惡化鋼的質(zhì)量。如以熔點(diǎn)較低的FeS的形式存在時(shí)，將導(dǎo)致鋼的熱脆現(xiàn)象。為了防止因硫?qū)е碌臒岽鄳?yīng)有足夠的錳，使形成熔點(diǎn)較高的MnS。硫含量偏高，焊接時(shí)由于SO2的產(chǎn)生，將在焊縫金屬內(nèi)形成氣孔和疏松Si縮小γ相區(qū)，形