机械工程材料与热加工工艺第五章工业用钢
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作用: Ø使A1线温度上升, A3 线温度上升——E、S点 左上移 Ø若含量足够高时，可 使钢在高温与常温保持 F组织。—可获得铁素 体钢1Cr17
Cr 元素对奥氏体区的影响
(3) 改变共晶点和共析点参数的元素
v几乎所有的合金元素。
作用: v使S点和E点的成分向左移,即使钢的共析含碳 量和A对C的最大固溶度降低。 v若含量足够高时，可以在WC＝0.4％的钢中产 生共析组织，在WC＝1.0％的钢中产生Ld组织。 v由于S点左移，在退火状态合金钢中珠光体的 相对量较相同含碳量的碳钢为多，因此钢的强 度也较高。
二、合金元素在钢中的作用
常用合金元素：
Ø非碳化物形成元素——Co Ni Cu Si Al
Ø碳化物形成元素——Zr Nb V Ti W Mo Cr Mn Fe
Ø
强
中强
弱
分析: •合金元素对钢中基本相的影响; •合金元素对Fe—Fe3C相图的影响; •合金元素对相变过程的影响。
1、合金元素对钢基本相的影响
2.有害元素: 硫 ——形成低熔点的FeS，使钢产生热脆。 热脆： FeS与Fe形成的熔点（989℃ ）共晶体分布在
奥氏体晶界上；当钢加热到1000-1200℃进行锻压或 轧制时，由于晶界上的共晶体已经熔化，使钢在晶 界开裂。这种现象称热脆。
磷——部分溶于F形成固溶体，部分在结晶时形成脆性 很大的Fe3P，使钢在室温下的塑、韧性急剧下降。
1、有益元素
锰——能溶于F，使F强化，也能溶于渗碳体，提高其 硬度；
能增加并细化P，从而提高钢的强度和硬度； 可与S形成MnS，以消除硫的有害作用。 Ø 一般钢中WMn<0.8%,对钢的性能影响不显著。
硅——能溶于F使之强化，从而使钢的强度、硬度、 弹性都得到提高。
Ø 一般钢中Wsi<0.4%,对钢的性能影响不显著。
(1) 扩大奥氏体区的合金元素
Mn、Ni、Co等元素。
作用: Ø使A1线温度下降, A3
线温度下降——E、S
点左下移 。
Ø若含量足够高，可使单 相A扩大到常温，即常温 下保持稳定的A组织—可 获得奥氏体钢:1Cr18Ni9
Mn 元素对奥氏体区的影响
(2) 缩小奥氏体区的合金元素
Cr、Mo、W、V、Ti、Si 等元素。
v提高钢的淬透性, 常用的元素有:Cr、Mn、 Mo、Si、Ni、B等。 由于合金钢具有较高的淬透性，所以合金钢 淬火通常是油淬。
(3) 合金元素对回火转变的影响
1)提高回火稳定性
有V、Si 、 Mo、W、Ni、Mn、Co等合金元素
•回火稳定性是指淬火钢在回火时抵抗软化的能力。
•合金元素可使回火各阶段的转变速度大大减慢， 转变温度明显提高，从而提高了钢的回火稳定性。
冷脆：低温时由磷导致钢严重变形的现象称钢的冷脆
通常钢材的质量等级以硫磷含量
的控制来划分
3.气体元素（钢中有害元素）:
O、H、N三种气体元素在高温时融入钢液，而在固态钢中 溶解度极小，冷却时来不及溢出而积聚在组织中形成高压 细微气孔，使钢的塑性、韧性和疲劳强度急剧降低，严重 时会造成裂纹、脆断，是必须严格控制的有害元素。
因此，对于含有强碳化物形成元素的合金钢，即使采 用较高淬火温度和较长的保温时间，钢的晶粒也不会 粗大。但对于锰钢来说，由于其奥氏体晶粒易于长大 在淬火时应严格控制加热规范。
(2) 合金元素对过冷奥氏体转变的影响
v 除 Co 元素外, 所有的合金元素均使 钢的C曲线向右移。
v 除 Co、Al 元素外, 所有的合金元素 都使马氏体转变温度下降。
熔点、硬度和稳定性： 特殊碳化物 > 合金碳化物 > 合金渗碳体
> Fe3C
2、合金元素对Fe—Fe3C相图的影响
当合金元素溶入γ-Fe之后，γ相（合金元素溶于γFe中形成的固溶体）所在的温度范围会改变。
在纯铁中， γ-Fe的存在温度范围是1394～9120C之间 。而溶入合金元素以后，γ相区的温度范围就会扩大 (A3下降，A4上升）或缩小(A3上升，A4下降）,故相应 地使Fe—Fe3C相图中的γ相区也就扩大或缩小。
3、合金元素对钢相变过程的影响
(1)、合金元素对加热时奥氏体形成的影响 ➢ 除Mn 、Ｐ元素外,所有合金元素的加入,均使奥
氏体的形成速度减慢。
Ø 强碳化物形成元素能强烈的阻止奥氏体晶粒长 大(Ti、V、Zr、Nb 等)。
Ø 非碳化物形成元素能轻微的阻止奥氏体晶粒长 大(Si、Ni、Cu、Co 等)。
•因此，在含碳量相同的条件下，要得到同一硬度 和强度时，则合金钢的回火温度要高，保温时间 要长，这对消除残余应力、提高韧性、稳定组织 都是非常有利的。
2) 产生二次硬化
二次硬化是指钢在二次或多次回火后硬度提高的现象
➢W、Mo、V 等碳化 物在550℃～ 600℃ 时,使钢达到最高硬 度, 产生二次硬化。
第五章 工业用钢
以铁为主要元素，碳的质量分数一般在2% 以下，并含有其他元素的材料称为钢. 按照化学成分分为：碳钢和合金钢两大类。 碳钢：指碳含量wc<2.11%的铁碳合金。 合金钢：指为改善钢的组织、性能，在冶炼
时特意加入合金元素的钢。
钢材及其生产过程
一、钢铁材料的生产过程
铁矿石 生铁
钢锭
型材
（钢板、型 钢、钢管）
铸铁
轧制、挤压、拉
拔、锻造等压力
1、生铁的冶炼
2、钢的冶炼 加工方法
源自文库
原料：铁矿石
原料：生铁、废钢
燃料：焦炭
燃料：焦炭
熔剂：石灰石
熔剂：石灰石；氧化剂，脱氧剂
设备：高炉
设备：电弧炉
高炉
电弧炉
第一节 概 述
一、碳钢中的长存杂质元素及其作用
碳钢中除铁以外的主要元素是碳，其它 长存的杂质元素有硅、锰、硫、磷等， 还有熔炼中夹杂进入的氧、氢、氮等气 体元素。
(1)、强化铁素体 合金元素溶于F →形成合金铁素体 → 固溶强化（Ni强韧化效果最好）
(2)、形成碳化物 （Fe）Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr
弱
强
弱碳化物形成元素 中强碳化物形成元素 强碳化物形成元素
形成合金渗碳体 (FeMn)3C 形成合金碳化物 (Cr7C3) 形成特殊碳化物（VC，TiC）
Ø这种二次硬化现 象在工具钢中是很 有意义的。
3) 引起回火脆性 第二类回火脆性是指含有Cr、Mn、Cr-Ni等元素的 合金钢淬火后，在脆化温度区（400～5000C）回火， 或经更高温度回火后缓慢冷却，通过脆化温度区所 产生的脆性。
Cr 元素对奥氏体区的影响
(3) 改变共晶点和共析点参数的元素
v几乎所有的合金元素。
作用: v使S点和E点的成分向左移,即使钢的共析含碳 量和A对C的最大固溶度降低。 v若含量足够高时，可以在WC＝0.4％的钢中产 生共析组织，在WC＝1.0％的钢中产生Ld组织。 v由于S点左移，在退火状态合金钢中珠光体的 相对量较相同含碳量的碳钢为多，因此钢的强 度也较高。
二、合金元素在钢中的作用
常用合金元素：
Ø非碳化物形成元素——Co Ni Cu Si Al
Ø碳化物形成元素——Zr Nb V Ti W Mo Cr Mn Fe
Ø
强
中强
弱
分析: •合金元素对钢中基本相的影响; •合金元素对Fe—Fe3C相图的影响; •合金元素对相变过程的影响。
1、合金元素对钢基本相的影响
2.有害元素: 硫 ——形成低熔点的FeS，使钢产生热脆。 热脆： FeS与Fe形成的熔点（989℃ ）共晶体分布在
奥氏体晶界上；当钢加热到1000-1200℃进行锻压或 轧制时，由于晶界上的共晶体已经熔化，使钢在晶 界开裂。这种现象称热脆。
磷——部分溶于F形成固溶体，部分在结晶时形成脆性 很大的Fe3P，使钢在室温下的塑、韧性急剧下降。
1、有益元素
锰——能溶于F，使F强化，也能溶于渗碳体，提高其 硬度；
能增加并细化P，从而提高钢的强度和硬度； 可与S形成MnS，以消除硫的有害作用。 Ø 一般钢中WMn<0.8%,对钢的性能影响不显著。
硅——能溶于F使之强化，从而使钢的强度、硬度、 弹性都得到提高。
Ø 一般钢中Wsi<0.4%,对钢的性能影响不显著。
(1) 扩大奥氏体区的合金元素
Mn、Ni、Co等元素。
作用: Ø使A1线温度下降, A3
线温度下降——E、S
点左下移 。
Ø若含量足够高，可使单 相A扩大到常温，即常温 下保持稳定的A组织—可 获得奥氏体钢:1Cr18Ni9
Mn 元素对奥氏体区的影响
(2) 缩小奥氏体区的合金元素
Cr、Mo、W、V、Ti、Si 等元素。
v提高钢的淬透性, 常用的元素有:Cr、Mn、 Mo、Si、Ni、B等。 由于合金钢具有较高的淬透性，所以合金钢 淬火通常是油淬。
(3) 合金元素对回火转变的影响
1)提高回火稳定性
有V、Si 、 Mo、W、Ni、Mn、Co等合金元素
•回火稳定性是指淬火钢在回火时抵抗软化的能力。
•合金元素可使回火各阶段的转变速度大大减慢， 转变温度明显提高，从而提高了钢的回火稳定性。
冷脆：低温时由磷导致钢严重变形的现象称钢的冷脆
通常钢材的质量等级以硫磷含量
的控制来划分
3.气体元素（钢中有害元素）:
O、H、N三种气体元素在高温时融入钢液，而在固态钢中 溶解度极小，冷却时来不及溢出而积聚在组织中形成高压 细微气孔，使钢的塑性、韧性和疲劳强度急剧降低，严重 时会造成裂纹、脆断，是必须严格控制的有害元素。
因此，对于含有强碳化物形成元素的合金钢，即使采 用较高淬火温度和较长的保温时间，钢的晶粒也不会 粗大。但对于锰钢来说，由于其奥氏体晶粒易于长大 在淬火时应严格控制加热规范。
(2) 合金元素对过冷奥氏体转变的影响
v 除 Co 元素外, 所有的合金元素均使 钢的C曲线向右移。
v 除 Co、Al 元素外, 所有的合金元素 都使马氏体转变温度下降。
熔点、硬度和稳定性： 特殊碳化物 > 合金碳化物 > 合金渗碳体
> Fe3C
2、合金元素对Fe—Fe3C相图的影响
当合金元素溶入γ-Fe之后，γ相（合金元素溶于γFe中形成的固溶体）所在的温度范围会改变。
在纯铁中， γ-Fe的存在温度范围是1394～9120C之间 。而溶入合金元素以后，γ相区的温度范围就会扩大 (A3下降，A4上升）或缩小(A3上升，A4下降）,故相应 地使Fe—Fe3C相图中的γ相区也就扩大或缩小。
3、合金元素对钢相变过程的影响
(1)、合金元素对加热时奥氏体形成的影响 ➢ 除Mn 、Ｐ元素外,所有合金元素的加入,均使奥
氏体的形成速度减慢。
Ø 强碳化物形成元素能强烈的阻止奥氏体晶粒长 大(Ti、V、Zr、Nb 等)。
Ø 非碳化物形成元素能轻微的阻止奥氏体晶粒长 大(Si、Ni、Cu、Co 等)。
•因此，在含碳量相同的条件下，要得到同一硬度 和强度时，则合金钢的回火温度要高，保温时间 要长，这对消除残余应力、提高韧性、稳定组织 都是非常有利的。
2) 产生二次硬化
二次硬化是指钢在二次或多次回火后硬度提高的现象
➢W、Mo、V 等碳化 物在550℃～ 600℃ 时,使钢达到最高硬 度, 产生二次硬化。
第五章 工业用钢
以铁为主要元素，碳的质量分数一般在2% 以下，并含有其他元素的材料称为钢. 按照化学成分分为：碳钢和合金钢两大类。 碳钢：指碳含量wc<2.11%的铁碳合金。 合金钢：指为改善钢的组织、性能，在冶炼
时特意加入合金元素的钢。
钢材及其生产过程
一、钢铁材料的生产过程
铁矿石 生铁
钢锭
型材
（钢板、型 钢、钢管）
铸铁
轧制、挤压、拉
拔、锻造等压力
1、生铁的冶炼
2、钢的冶炼 加工方法
源自文库
原料：铁矿石
原料：生铁、废钢
燃料：焦炭
燃料：焦炭
熔剂：石灰石
熔剂：石灰石；氧化剂，脱氧剂
设备：高炉
设备：电弧炉
高炉
电弧炉
第一节 概 述
一、碳钢中的长存杂质元素及其作用
碳钢中除铁以外的主要元素是碳，其它 长存的杂质元素有硅、锰、硫、磷等， 还有熔炼中夹杂进入的氧、氢、氮等气 体元素。
(1)、强化铁素体 合金元素溶于F →形成合金铁素体 → 固溶强化（Ni强韧化效果最好）
(2)、形成碳化物 （Fe）Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr
弱
强
弱碳化物形成元素 中强碳化物形成元素 强碳化物形成元素
形成合金渗碳体 (FeMn)3C 形成合金碳化物 (Cr7C3) 形成特殊碳化物（VC，TiC）
Ø这种二次硬化现 象在工具钢中是很 有意义的。
3) 引起回火脆性 第二类回火脆性是指含有Cr、Mn、Cr-Ni等元素的 合金钢淬火后，在脆化温度区（400～5000C）回火， 或经更高温度回火后缓慢冷却，通过脆化温度区所 产生的脆性。