结构钢中碳及合金元素的作用

1. 结构钢中碳及合金元素的作用

（1）碳其主要作用是保证钢的硬度、强度与韧性。例如，普通低碳钢中的低碳就是为了保证钢的良好韧性、优秀的加工工艺性能（焊接与压力加工工艺性），调质钢中的中碳是为了保证经热处理后该钢具有良好的综合力学性能，渗碳钢中的低碳是为保证工件心部具有良好的韧性（而表面层的高硬度则由渗碳+相应的热处理工艺来保证），弹簧钢中的中、高碳是为保证钢的高强度（弹性极限、疲劳强度）。特例：滚动轴承钢中的高碳则是为了保证该钢的高硬度、高耐磨性，这又与工具钢相同。

（2）合金元素其主要作用可概括为：

主加元素（Cr、Mn、Ni、Si）——提高淬透性、强化铁素体；

辅加元素（W、Mo、V、Ti）——细化晶粒、进一步提高淬透性。

例如，在调质钢中主加元素的作用就是提高淬透性、强化铁素体（微量的合金元素B也具有此作用），这样可确保工件在较大截面上均可获得马氏体组织、从而使回火后该钢具有良好的综合力学性能，而辅加元素的作用则起到在淬火加热时可阻止奥氏体晶粒长大（即细化晶粒）、进一步提高钢的淬透性，同时W、Mo又具有防止第二类回火脆性的作用；弹簧钢中主加元素的作用除具有提高淬透性、强化铁素体外，还可提高钢的弹性极限、屈服强度的作用。［特例：滚动轴承钢中Ｃr 的主要作用是增加钢的淬透性、同时又起着细化晶粒、提高耐磨性的作用，而对大型轴承而言，还须在该钢中加入Ｓi 、Ｍn等以使淬透性进一步提高；低合金结构钢中主加元案为Ｍn 、Cr，因为该钢一般不经过淬火处理，故其作用应主要为固溶强化、细化晶粒、降低韧一脆转折温度的作用，而辅加元素Ｖ、Ｔi 、Ｎｂ、Ａl 等元素也起着细化晶粒．沉淀强化的作用。］

2.工具钢中碳及合金元素的作用

（1）碳其主要作用是保证高硬度与高耐磨性。〔特例：热作模具钢中含有中碳（0.3%—0.６％的碳），主要是为了保证较高的韧性及热疲劳抗力〕．

（2）合金元素其主要作用可概括为：

主加元素（Ｃｒ、W、Ｍｏ、V）——使钢具有高硬度和高耐磨性；

辅加元素（Ｃr 、Ｍn、Si 、Ni）——减少工具在热处理时的变形，增加钢的淬透性和回火稳定性。

例如：低合金刃具钢、冷作模具钢中合金元素的作用基本如此；高速钢中合金元素主要作用应分别牢记：W （Ｍo）——提高红硬性，Ｃr ——提高淬透性，Ｖ——提高耐磨性。

〔特例：热作模具钢中合金元素作用除与调质钢相似外，同时还具有：Ｃr 、Ｗ、Ｓi 提高

钢的高温强度和热疲劳抗力，W、Mo 、Ｖ等产生二次硬化，使之在较高温度下保持相当高的

硬度．〕

3.特殊性能钢中碳及合金元素的作用

（1）碳通过降低钢的含碳量，有利于保证钢的耐蚀性与耐热性。一般不锈钢、耐热钢中含碳量大多

≤0.2 %。因为随含碳量的增加，一方面可使钢的强度、硬度增加；另一方面，第二相碳化物的数量亦随之增加，它易产生晶间腐蚀（不锈钢中）或易使碳化物聚集长大、发生石墨化等（耐热钢中），故应使含碳量与合金元素相匹配。［特例：耐磨钢ZGMn13中含碳量为1.1—1.3%］。］

（2）合金元素其主要作用可概括为：

在不锈钢中，Ｃｒ、Ｎi、（Ｍｎ、N 代替部分Ni）提高耐蚀性（通过提高基体电极电位，形成单相组织等），Mo、Cu 提高钢在非氧化性介质中的耐蚀性，Ｔi 、Nb能形成稳定碳化物、防止晶间腐蚀。

在耐热钢中，Ｃr、Si 、Al提高钢的抗氧化性，Ｃｒ提高钢的组织稳定性、固溶强化效果，Ｍo 提高高温强度、固溶强化效果，V 、N ｂ、Ｔｉ等能形成强碳化物而起到弥散强化、提高高温强度作用，Ｂ、Ｒｅ等元素可提高晶界强度作用，而Ni（Ｍｎ）可以扩大奥氏体相区、使之形成单相奥氏体，从而提高钢的高温性能等。

5.4 如何识别钢种类别？

１. 根据碳含量表示法作初步分析

结构钢中的碳含量用两位数字，表示含碳量的万分之几；

工具钢中的碳含量用一位数字，表示含碳量的千分之几；

特殊性能钢中的碳含量亦用一位数字来表示含碳量的千分之几。

２. 依据所含的合金元素进一步细分

低合金结构钢、渗碳钢、珠光体耐热钢的含碳量都是万分之几，要区分它们只有通过合金化特点进一步判断。低合金结构钢中，合金元素的总含量一般均<3%，主要含Mn、V、Ti或 N等；渗碳钢中合金元素的作用：主加元素Cr、Mn、Ni、Si用以提高淬透性、强化铁素体，辅加元素W、Mo、V、Ti用以细化晶粒、进一步提高淬透性；而珠光体耐热钢则主要含Cr、W、V等合金元素，用以提高耐热性、高温强度等。

由于用途与性能要求不同，在结构钢中主加元素所起的主要作用而在工具钢中就变为辅加元素起辅助作用了，而特殊性能钢中合金元素总含量大多>10%即为高合金钢。

根据这些特点，我们就能识别一般钢种类型。常用钢号表示方法说明及举例详见表5－4所示。

表5－4 中国常用钢号表示方法说明及举例

5.5 铸铁的分类与组织特征

铸铁的分类与组织特征见表5-5示。

表5—5 铸铁的分类、组织特征与用途

5.6 常用铸铁的热处理及应用特点

1. 常用铸铁的热处理特点（见表5-6）

表5-6 各类铸铁的热处理特点

注：×表示不能；∨表示可以。

2. 常用铸铁的应用特点（见表5-7）

表5-7 从各类铸铁性能的相对比较看铸铁的应用

注：表中“∨”优，“○”良，“-”一般，“”差。

合金钢

碳钢中特意加入一些合金元素的钢，常用的合金元素铬Cr、锰Mn、硅Si、铝Al、硼B、钨W、钼Mo、钒V、钛Ti、铌Nb锆Zr和稀土元素Re等。

合金钢分三大类：1、合金结构钢；2、合金工具钢；3、特殊性能钢（一）合金结构钢

合金结构钢是在碳钢的基础上适当地加入一种或树种合金元素，如Cr、Mn、Si、Ni、Mo、V、Ti等，使之具有好的强度，足够地韧性和好的淬透性，好地回火稳定性，奥氏体稳定性。

合金结构钢分类：

1、普通低合金结构钢（含碳量低）：含碳量在0.10～0.25％之间的并含有少量多元合金元素（Si、Mn、Cu、Ni、Nb、Re）的低碳结构钢，主要用于焊接铆合结构。如：16Mn、09M

2、16MnCu、15MnTi、15MnV、10MnSiCu等。

2、机械制造结构钢：

a、渗碳钢：含碳量0.15～0.25％之间，主要有15＃、20＃、20Cr、

20 Cr MnTi、20 Cr Mn Mo、20 Mo B、25 MnTiB、12 CrNi3A、20Cr2Ni4A、18 Cr2 Ni4WA。经渗碳淬火及低温回火，用于表面耐

磨的受力件，如齿轮花键轴等。

b、调质钢：含碳量在0.25～0.5％之间，主要用于淬火加高温回火（调质），高强度高韧性零件，也有为到达更高的强度采用淬火加中温或低温回火的。常用材料40＃、45＃、45Mn2、40Cr、35 Cr Mo、40 CrMn Mo、40MnB、40 MnVB、40 Cr Ni Mo A、38 Cr MoAlA。

注意：防止二类回火脆性的回火冷却方法和次数、

c、弹簧钢：含碳量在0.60～0.70％之间，经淬火和中温回火的弹性零件，常用材料65＃、65Mn、60Si2Mn、70Si3MnA、50CrVA、

60Si2CrVA、65 Si2MnWA、55 SiMnMoVNb、55 SiMnMoV。

d、轴承钢：含碳量在0.95～1.10％之间，经淬火加低温回火使用的轴承件，主要有GCr9、GCr15、GCr15SiMn、GMnMoVR

e、GSiMnV、GSiMnMoV。

合金钢编号方法：

合金元素含量小于1.5％时，只标元素，不标明含量（数值），如果平均含量等于或大于1.5％、2.5％、3.5％……则相应也以2、3、4……

等表示。

若含硫、磷量较低（S≤0.02％P≤0.03％）的高级优质钢，在钢号

后加“A”或“高”。

工具钢的编号方法：

1、合金工具含碳量：平均含量C≥1％，不标出，C<1％时以千分之几表示，合金以百分表示，同结构钢如：9Mn2V、CrMn；

2、碳素工具钢前带T，后数为含碳千分之几，含量大小于1％均标出，如：T9、T12；

3、高速钢含碳量不标出，合金百分数标出，如：W18Cr4V、

W6Mo5Cr4V2。

（二）普通低合金结构钢

是一种低碳结构用钢，含碳量小于0.2％，以16Mn应用最广泛，

бs=32～35公斤/㎜2，Q345，较A3的24～26公斤/㎜2高30％，δ>20％。且与普结钢有更低的冷淬临界温度。一般规定要求在-40。C 时的ak不低于室温的50％。

可焊性好，0。C以上时一般不用预热，因加入Mn、Si等元素，主要是起到对铁素体的固溶强化及细化晶粒等作用，为了提高耐蚀性能，还加入了适量的铜（0.2～0.5％）和磷（0.05～0.10％）。

低碳结构钢大多在正火状态下使用，他们在正火状态下的组织应为铁素体+索氏体。

（三）渗碳钢

为得到高的表面硬度和耐磨性，而心部要求有较高的强度和适当的韧性ak值，在结构钢中加入一定量的合金元素，如Cr、Mn、Ni、Mo、W、Ti、B等，其中Cr、Mn、Ni所起的主要作用是增加合金渗碳钢淬透性，

并使淬火和低温回火后表面和心部组织得到强化，其余如Mo、W、Ti、B等合金元素在合金渗碳钢中含量一般是少的，B的含量是极微量的，仅为0.001～0.004％。Mo、W、Ti所起的作用是形成稳定的合金碳化物，阻碍A晶粒长大，并使钢在淬火和低温回火后表层和心部组织强化，特别是增加表层的耐磨性，微量的B能强烈的增加合金渗碳钢的淬透性。心部为低碳淬火组织，保证了高的ak和足够的强度бb，表层含碳0.85～1.05％，经淬火后硬度高达HRC>60，有良好的耐磨性。

如齿轮常用材料：20 Cr MnTi（原18 Cr MnTi），锻造后950～970℃正火，硬度为HB170～210，加工性能良好，930～940℃渗碳6-8小时，预冷870～880℃时油淬后160～200℃低温回火，2-3小时，强度、韧性、塑性都有升高，表面硬度HRC58～60，心部硬度HRC35～45，表面得到回火马氏体，残A和碳化物，心部为铁素体+Pt 低碳回火M，бb≈100公斤/㎜2，ψ≈50，ak≈80公斤?米/㎝2，200℃回火强度最高。

（四）调质钢

调质钢主要用于受力情况复杂的重要零部件，最为良好的机械性能，既强又韧，调质钢的含碳量一般在0.25～0.50％之间，碳素调质钢的含碳量应控制在0.50％以下，而合金调质钢的含碳量0.25％以上。

合金调质钢中主要的合金元素又Cr、Ni、Mn、Si，主要作用是增加淬透性，调质后内部组织为回火索式体（实际上这些元素大多溶入铁素体中，使铁素体得到强化，与渗碳钢心部组织相似），其余Mo、V、B等元素，他们在合金调质钢中很少，B的含量极微（与合金渗碳钢相同），

Mo所起的主要作用是防止二类回火脆性现象（与合金渗碳钢有区别），而V所起的主要做用是阻碍高温A晶粒长大，Al是加速钢的氮化，细化晶粒（为什么？）。微量的B能强烈的使C行曲线向右移动，从而显著增加钢的淬透性。即滞后开始转变时间，对对结束时间影响不大。

注意：

1、调质回火后，要使得回火索氏体不允许有块状铁素体出现，否则会降低强度和韧性；

2、回火保温后要注意二类回火脆性，可以用水冷或油冷，甚至再去应力回火，对于大截面件内部快速冷却越过500～650℃是困难的，普遍加入抑制二类回火脆性的合金元素，最有效的是Mo和W，Mo在钢中的含量0.3～0.4％；W0.8～1.2％。

3、调质钢也可在中低温回火下使用，金相为回火屈式体或回火马氏体，用于高强度的工具耐磨件。

（五）弹簧钢

含碳0.6～0.9％高的бs/бb

Si、Mn作为主合金，强化铁素体，Si、Mn热处理易于石墨化加入少量W、V、Cr碳化物形成元素来防止。

D<10的冷弹簧，只需250～300℃去应力处理。

D>10或热成形弹簧，淬火加中温回火，获回火屈氏体T，中温回火温度350～520℃

淬火温度一般不超过900℃，防止过热（锰）和脱碳（Si有促进脱碳作用），表面喷丸强化，表层增加残余压应力，寿命提高5～6倍。

（六）轴承钢

锻造——球化退火HB<210－加工，淬火850℃以下——160℃回火保温2-3小时，HRC61～65。

（七）工具钢

1、高硬度：只有工具的硬度大于被加工材料的硬度，才能进行切削，硬度一般都在HRC60以上（60～65），含碳量在0.6～1.5％范围；

2、高的耐磨性；

3、高的热硬性，热硬的高低与回火稳定性有关，保证刀刃温度高达600℃硬度不降低，经常加入提高回火稳定性的元素，如V、W、Ti、Cr、Mo、Si。

4、碳素工具钢，热硬性差，做手工工具用，T7—T13，做手锤锉刀，凿子等。

5、低合金工具钢，合金元素总量不超过3～5％，如9SiCr。制作板牙，SiCr的加入特别是Cr能大大的提高淬透性，Cr能显著细化碳化物的晶粒，并使之分布均匀，使刀具不崩刃，硅能提高回火稳定性，使钢在250～300℃回火时保持HRC60以上的硬度，但应注意的是硅使钢的热处理时易脱碳，但淬火温度860～870℃，如果高到880℃以上时，A晶粒变大显著，淬火M针粗大，强度、韧性、塑性变坏，另外又会使残余A量增加，使强度、硬度、耐磨性下降。

6、加热后在170～180℃左右的硝盐中等温淬火，使其发生下贝氏体转变，比用油淬得到更好的韧性，满意的硬度HRC60以上，并可减少变形。

淬火后180～200℃低温回火，消除内应力，改善机械性能，保证硬度。高速钢：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2 工作温度600℃无明显变化。碳：元素

一方面要保证能与W、Cr、V形成足够的碳化物。λ

另一方面要有一定的碳量溶于奥氏体，淬火后形成富碳马氏体，保证高硬度。λ

钨：元素，是提高回火稳定性和热硬性的一个主要元素，W与C形成WC，可阻止A晶粒的长大，并增加钢的耐磨性。

铬：主要使C曲线右移，即提高淬透性，同时提高回火稳定性。

钒：是提高热硬性的主要元素之一，VC颗粒细小，分布均匀，硬度很高，HRC83～85，使高速钢具有优良的耐磨性。

W18Cr4V的热处理工艺见P107，原理及方法略。

硬质合金，将一些难熔的碳化物粉末（WC，TiC）和胶结物质如（钴、镍等）混合再加压成型，再经烧结而成为一种合金。HRA87～91，热硬性好可大于1000℃，切削速比高速钢提高4～7倍，寿命提高5～80倍。

模具钢

冷冲模Cv12、Cv12W、Cr12MoV

C：2％－2.3％ 1.45％－1.70％

Cr Cv高硬度，提高淬透性和回火稳定性，产生二次硬化残，残A析出碳化和转油为M结果。

钼 Mo 增加淬透性和韧性

钒 V 细化晶粒，提高韧性、耐磨性和回火稳定性

热模具钢

5CrMnMo 5CrNiMo 含碳0.5～0.6

①高强度，高韧性，②400～600℃下强韧性，③抗热疲劳龟裂现象，④大规模的淬透性

C．0.5％左右，太高使ak和导热性降低

Cr提高淬透性，并提高回火稳定性，其碳化物提高耐磨性，425℃以下有热硬性，

镍Ni 提高淬透性（C曲线右移），并显著提高强度和韧性

锰Mn 提高淬透性和强度

钼Mo 增加淬透性及回火稳定性，细化晶粒，减少回火脆性，并提高热硬性

钢铁中的元素及作用

各种元素在钢铁中的作用钢铁是铁与C(碳)、Si(硅)、Mn(锰)、P(磷)、S(硫)以及少量的其他元素所组成的合金。其中除Fe(铁)外，C的含量对钢铁的机械性能起着主要作用，故统称为铁碳合金。它是工程技术中最重要、用量最大的金属材料。各种元素在钢铁中有什么作用碳（Carbon) 存在于所有的钢材，是最重要的硬化元素。有助于增加钢材的强度，我们通常希望刀具级别的钢材拥有0.6%以上的碳，也成为高碳钢。铬（Chromium) 增加耐磨损性，硬度，最重要的是耐腐蚀性，拥有13%以上的认为是不锈钢。尽管这么叫，如果保养不当，所有钢材都会生锈锰（Manganese）重要的元素，有助于生成纹理结构，增加坚固性，和强度、及耐磨损性。在热处理和卷压过程中使钢材内部脱氧，出现在大多数的刀剪用钢材中，除了A-2,L-6和CPM 420V。钼（Molybdenum）碳化作用剂，防止钢材变脆，在高温时保持钢材的强度，出现在很多钢材中，空气硬化钢（例如A-2,ATS-34）总是包含1%或者更多的钼,这样它们才能在空气中变硬。镍（Nickle）保持强度、抗腐蚀性、和韧性。出现在L-6\AUS-6和AUS-8中。硅（Silicon）有助于增强强度。和锰一样，硅在钢的生产过程中用于保持钢材的强度。钨（Tungsten）增强抗磨损性。将钨和适当比例的铬或锰混合用于制造高速钢。在高速钢M-2中就含有大量的钨。钒（Vanadium）增强抗磨损能力和延展性。一种钒的碳化物用于制造条纹钢。在许多种钢材中都含有钒，其中M-2，Vascowear，CPM T440V和420V A含有大量的钒。而BG-42与ATS-34最大的不同就是前者含有钒按钢的用途分类一、结构钢（1)建筑及工程用结构钢简称建造用钢，它是指用于建筑、桥梁、船舶、锅炉或其他工程上制作金属结构件的钢。（2)机械制造用结构钢--是指用于制造机械设备上结构零件的钢。这类钢基本上都是优质钢或高级优质钢，主要有优质碳素结构钢、合金结构钢、易切结构钢、弹簧钢、滚动轴承钢等根据含碳量和用途的不同﹐这类钢大致又分为三类﹕ 1. 小于0.25％C为低碳钢﹐其中尤以含碳低于0.10%的08F﹐08Al等﹐由于具有很好的深冲性和焊接性而被广泛地用作深冲件如汽车﹑制罐……等﹐20G则是制造普通锅炉的主要材料﹐此外﹐低碳钢也广泛地作为渗碳钢﹐用于机械制造业﹐ 2. 0.25～0.60％C为中碳钢﹐多在调质状态下使用﹐制作机械制造工业的零件。调质多少22~34HRC,能得到综合机械性能,也便于切削. 3. 大于0.6％C为高碳钢﹐多用于制造弹簧﹑齿轮﹑轧辊等﹐根据含锰量的不同﹐又可

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

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

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

C、Mn、Si、S、P、Cr、Mo元素在钢中的作用和热处理时的影响

1、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 G、由于铬使钢的热导率下降，热加工时要缓慢升温，锻、轧后要缓冷 (4)在钢中的应用 A、合金结构钢中主要利用铬提高淬透性，并可在渗碳表面形成含铬碳化物以提高耐磨性 B、弹簧钢中利用铬和共他合金元素一起提供的综合性能 C、轴承钢中主要利用铬的特殊碳化物对耐磨性的贡献及研磨后表面光沽度高的优点 D、工具钢和高速钢中主要利用铬提高耐磨性的作用，并具有一定的回火稳定性和韧性 E、不锈钢、耐热钢中铬常与锰、氮、镍等联合便用，当需形成奥氏体钢时，稳定铁素体的铬与稳定奥氏体的锰、镍之间须有一定比例，如Cr18Ni9等 F、我国铬资源较少．应尽量节省铬的使用 2、钼(Mo) 钼在钢中能提高淬透性和热强性。防止回火脆性，增加剩磁和矫顽力以及在某些介质中的抗蚀性。在调质钢中，钼能使较大断面的零件淬深、淬透，提高钢的抗回火性或回火稳定性，使零件可以在较高温度下回火，从而更有效地消除（或降低）残余应力，提高塑性。在渗碳钢中钼除具有上述作用外，还能在渗碳层中降低碳化物在晶界上形成连续网状的

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

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

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。

合金元素在钢中的作用

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与冷加工硬化程度使钢的韧性与塑性降低。 (2) 硅能显著地提高钢的弹性极限、屈服极限与屈强比,这就是一般弹簧钢。(3)耐腐蚀性。硅的质量分数为15％一20％的高硅铸铁,就是很好的耐酸材料。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)锰对提高低碳与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。锰钢的主要缺点就是,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)铬可提高钢的强度与硬度。 (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与抗氧化性 (4)阻止石墨化 (5)提高淬透性。缺点:①铬就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)改善钢的加工性与可焊性。 (4)镍可以提高钢的抗腐蚀能力,不仅能耐酸,而且能抗碱与大气的腐蚀。

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:钼的主要不良作用就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)就是使钢具有热硬性。因此钨就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;(金属材料长期在高温条件下受热应力的作用而产生缓慢、连续的塑性变形的现象,叫金属的蠕变) (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℃以上,在珠光体低合金钢中,钛可阻止钼钢在高温下的石墨化现象。因此,钛就是锅炉高温元件所用的热强钢中的重要合金元素之一。 9、铌在钢中的作用 (1)铌与碳、氮、氧都有极强的结合力,并与之形成相应的极为稳定的化合物,因而能细化晶粒,降低钢的过热敏感性与回火脆性。 (2)有极好的抗氢性能。 (3)铌能提高钢的热强性 10、硼在钢中的作用 ; (1)提高钢的淬透性。 (2)提高钢的高温强度。强化晶界的作用。 11、铝在钢中的作用

钢中碳锰元素的用途

含碳量决定金属的硬度，锰则是决定金属的机械性能 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，

各种合金元素对钢性能的影响

三、各种合金元素对钢性能的影响目前在合金钢中常用的合金元素有：铬(Cr)，锰(Mn)，镍(Ni)，硅(Si)，硼(B)，钨(W)，钼(Mo)，钒(V)，钛(Ti)和稀土元素(Re)等。五大元素:硅、锰、碳、磷、硫。五大杂质元素:氧、氮、磷、硫、氢。 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。硅可提高强度、高温疲劳强度、耐热性及耐H2S等介质的腐蚀性。硅含量增高会降低钢的塑性和冲击韧性。 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。锰可提高钢的强度，增加锰含量对提高低温冲击韧性有好处。 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。铬是合金结构钢主加元素之一，在化学性能方面它不仅能提高金属耐腐蚀性能，也能提高抗氧化性能。当其含量达到13％时，能使钢的耐腐蚀能力显著提高，并增加钢的热强性。铬能提高钢的淬透性，显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，但它使钢的塑性和韧性降低。 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

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