合金钢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

合金结构钢

击性降低，当碳量0.23%超过期，钢的焊接机能变坏，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侵蚀能力，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，所以镇定钢含有0.15－0.30%的硅。假如钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能明显进步钢的弹性极限，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，强度可进步15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有进步抗侵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，用于电器产业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接机能。

　　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，进步钢的淬性，改善钢的热加工机能，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，减弱钢的抗侵蚀能力，降低焊接机能。

　　4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接机能变坏，降低塑性，使冷弯机能变坏。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，在铸造和轧制时造成裂纹。硫对焊接机能也不利，降低耐侵蚀性。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，铬能明显进步强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能进步钢的抗氧化性和耐侵蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。

　　7、镍(Ni)：镍能进步钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐侵蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但因为镍是较稀缺的资源，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，进步淬透性和热强机能，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，能进步机械机能。 还可以按捺合金钢因为火而引起的脆性。在工具钢中可进步红性。

　　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。改善焊接机能。在铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间侵蚀。

　　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，进步强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可进步抗氢侵蚀能力。

　　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，可明显进步红硬性和热强性，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，进步强度，但塑性和韧性有所下降。在普通低合金钢中加铌，可进步抗大气侵蚀及高温下抗氢、氮、氨侵蚀能力。铌可改善焊接机能。在奥氏体不锈钢中加铌，可防止晶间侵蚀现象。

　　13、钴(Co)：钴是稀有的珍贵金属，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。铜能进步强度和韧性，特别是大气侵蚀机能。缺点是在热加工时轻易产生热脆，铜含量超过0.5%塑性明显降低。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，进步冲击韧性，如作深冲薄板的08Al钢。铝还具有抗氧化性和抗侵蚀机能，铝与铬、硅适用，可明显进步钢的高温不起皮机能和耐高温侵蚀的能力。铝的缺点是影响钢的热加工机能、焊接机能和切削加工机能。

　　16、硼(B)：钢中加入微量的硼就可改善钢的致密性和热轧机能，进步强度。

　　17、氮(N):氮能进步钢的强度，低温韧性和焊接性，增加时效敏感性。

　　18、稀土(Xt)：稀土元素是指元素周期表中原子序数为57-71的15个镧系元素。这些元素都是金属，但他们的氧化物很象“土”，所以习惯上称稀土。钢中加入稀土，可以改变钢中夹杂物的组成、形态、分布和性质，从而改善了钢的各种机能，如韧性、焊接性，冷加工机能。在犁铧钢中加入稀土，可进步耐磨性。

　　对钢加热和冷却时相变的影响 钢加热时的主要固态相变长短奥氏体相向奥氏体相的转变，即奥氏体化的过程。整个过程都和碳的扩散有关。合金元素中，非碳化物形成元素如镍、钴等，降低碳在奥氏体中的激活能，增加奥氏形成的速度；而强碳化物形成元素如钒、钛、钨等，强烈妨碍碳在钢中的扩散，明显减慢奥氏体化的过程。钢冷却时的相变是指过冷奥氏体的分解，包括珠光体转变（共析分解）、贝氏体相变及马氏体相变。因为钢中大都存在几种合金元素的相互作用，致使对钢冷却时相变的影响也复杂得多。仅举合金元素对过冷奥氏体等温转变曲线的影响为例，大多数合金元素，除钴和铝外，均起减缓奥氏体等温分解的作用，但各类元素所起的作用有所不同。不形成碳化物的（如硅、磷、镍、铜）和少量的碳化物形成元素（如钒、钛、钼、钨），对奥氏体到向珠光体的转变和向贝氏体的转变的影响差异不大，因而使转变曲线向右推移。

　　碳化物形成元素（如钒、钛、铬、钼、钨）假如含量较多，将使奥氏体向珠光体的转变明显推迟，但对奥氏体向贝氏体的转变的推迟并不明显，因而使这两种转变的等温转变曲线从“鼻子”处分离，而形成两个 C形。当这类元素增加到一定程度时，在这两个转变区域的中间还将泛起过冷奥氏体的亚不乱区。合金元素对马氏体转变温度Ms (起始转变温度)和Mn (终了转变温度)的影响也很明显，大部门元素均使Ms和Mn点降低，其中以碳的影响最大,其次为锰、钒、铬等；但钴和铝则使Ms和Mn点升高。

　　对钢的晶粒度和淬透性的影响 影响奥氏体晶粒度的因素良多。钢的脱氧和合金化情况均与“奥氏体本质晶粒度”有关。一般来说,一些不形成碳化物的元素,如镍、硅、铜、钴等,阻止奥氏体晶粒长大的作用较弱,而锰、磷则有促进晶粒长大的倾向。碳化物形成元素如钨、钼、铬等，对阻止奥氏体晶粒长大起中等作用。强碳化物形成元素如钒、钛、铌、锆等，强烈地阻止奥氏体晶粒长大，起细化晶粒作用。铝固然属于不形成碳化物元素，但却是细化晶粒和控制晶粒开始粗化温度的最常用的元素。

　　钢的淬透性（见淬火）高低主要取决于化学成分和晶粒度。除钴和铝等元素外，大部门合金元素溶入固溶体后都不同程度地按捺过冷奥氏体向珠光体和贝氏体的相变，增加获得马氏体组织的数目，即进步钢的淬透性。一些碳化物形成元素，如钒、钛、锆、钨等，假如形成碳化物而固定了钢中的碳，反而会降低淬透性，易使晶粒粗化的元素如锰，能进步淬透性；使晶粒细化的元素如铝，则降低淬透性。硼是明显影响淬透性的元素，合金钢中即使只含十万分之一的硼，也能明显进步钢的淬透性。但硼的这种影响仅对低、中碳钢有效，对高碳钢完全无效。

　　对钢的力学机能和回火机能的影响 钢的机能取决于铁的固溶体和碳化物各自机能以及它们相对分布的状态。合金元素对钢的力学机能的影响也与此有关。固溶于铁素体中的合金元素，起固溶强化作用，使强度和硬度进步，但同时使韧性和塑性相对地降低。其中以磷和硅的固溶强化作用最明显，而硅对韧性的影响也最严峻。少量的锰、铬或镍，反而对铁素体的韧性有一定进步。

　　调质钢的韧性－脆性转变温度是评价力学机能的一项重要指标。①进步转变温度的元素有 B、P、C、Si、Cu、Mo、Cr；②降低转变温度的元素有Ni、Mn；③少量时进步、多量时降低转变温度的元素有Ti、V;④少量时降低、多量时进步转变温度的元素有Al。

　　合金钢的回火不乱性比碳素钢好，这是因为合金元素在回火时阻碍了钢中原子的扩散，因而在同样温度下，起到延迟马氏体分解和抗回火软化的作用。对合金钢的回火不乱性影响比较明显的为：钒、钨、钛、铬、钼、钴、硅等元素；影响不显著的为：铝、锰、镍等元素。可以看到，碳化物形成元素，对回火软化的延迟作用特别明显。钴和硅虽属不形成碳化物元素，但它们对渗碳体晶核的形成和长大，有强烈的延迟作用，因此，也有延迟回火软化的作用。各种合金元素对回火脆性影响的程度是不同的。定性地说，锰、铬、氮、磷、钒、铜、镍等均有促进回火脆性的倾向。钼的作用较特殊，它加入已有回火脆性的合金钢（例如含锰、铬等）中，能明显地降低回火脆性倾向；若单独加入普通碳素钢中，则成为促进回火脆性倾向的元素。钨的作用与钼相似，但对回火脆性的影响尚未十分确定。

　　对钢的焊接性和被切削性的影响 焊接性和被切削性是衡量钢的工艺机能好坏的主要方面。凡能进步淬透性的合金元素均对钢的焊接性不利。由于在焊缝热影响区靠近熔合线一侧冷却时易形成马氏体等硬脆组织，有导致开裂的危险。另一方面，热影响区靠近熔合线处的晶粒因受高热轻易粗化，因此，合金钢中含有可使晶粒细化的元素如钛、钒等是有益的。硅含量高，焊接时会发生严峻喷溅。硫含量高轻易产生热裂，同时会逸出二氧化硫气体，在焊接金属内形成气孔和松散。磷含量高轻易导致冷裂。

　　钢中加入适量的硫、铅等元素可改善钢的被切削性（见易切削钢）。合金钢中的合金元素一般会使钢的硬度增加，因而增高切削抗力，加剧刀具磨损。通过改变钢的基体组织、夹杂物的种类、数目和外形可以影响钢的被切削性。对钢的耐蚀机能的影响 铬是不锈耐酸钢和耐热钢的主要合金元素。合金钢中含铬量若达到12％左右，在钢的表面便形成致密的铬的氧化物，使钢在氧化性介质中的耐蚀性发生突变而大大进步。铬、铝、硅等元素，能进步钢的抗氧化性和抗高温气体的侵蚀机能，但过量的铝和硅则会使钢的热塑性变坏。镍主要用来形成和不乱奥氏体组织，使钢获得良好的力学机能、耐蚀机能和工艺机能。钼能使不锈耐酸钢很快钝化，进步对含有氯离子的溶液及其他非氧化性介质的耐蚀能力。钛、铌通常用来固定合金钢中的碳，使它天生不乱的碳化物，以减轻碳对合金钢耐蚀机能的有害作用。铜和磷配合使用时，可进步钢的耐大气侵蚀机能

合金钢和碳钢的区别