常用合金元素的作用

1、1、鋼的分類 1.1 一般分類 碳鋼也叫碳素鋼，含炭量 WC 小于 2%的鐵碳合金。碳鋼除含碳外一般還含有 少量的硅、錳、硫、磷 按用途可以把碳鋼分為碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼和易切 削結(jié)構(gòu)鋼三類。碳素結(jié)構(gòu)鋼又分為建筑結(jié)構(gòu)鋼和機(jī)器制造結(jié)構(gòu)鋼兩種 按含碳量 可以把碳鋼分為低碳鋼（WC 0.25%）,中碳鋼（WC0.25%0.6%）和高碳鋼 （WC>0。6%） 。合金鋼種類很多，通常按合金元素含量多少分為低合金鋼（含量 5） ，中合金鋼（含量 510） ，高合金鋼（含量10） ；按質(zhì)量分為優(yōu) 質(zhì)合金鋼、特質(zhì)合金鋼；按特性和用途又分為合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、耐酸鋼、耐 磨鋼、耐熱鋼、合金工具鋼、滾動(dòng)軸

2、承鋼、合金彈簧鋼和特殊性能鋼（如軟磁鋼、 永磁鋼、無磁鋼）等。 2、鋼中合金元素分類 2.1 根據(jù)各種元素在鋼中形成碳化物的傾向，可分為三類： 強(qiáng)碳化物形成元素，如釩、鈦、鈮、鋯等。 這類元素只要有足夠的碳，在 適當(dāng)?shù)臈l件下， 就形成各自的碳化物;僅在缺碳或高溫的條件下,才以原子狀態(tài)進(jìn) 入固溶體中。 碳化物形成元素，如錳、鉻、鎢、鉬等。這類元素一部分以原子狀態(tài)進(jìn)入固 溶體中，另一部分形成置換式合金滲碳體,如(Fe，Mn)3C、(Fe，Cr)3C 等,如果 含量超過一定限度（除錳以外） ，又將形成各自的碳化物,如(Fe，Cr)7C3、(Fe， W)6C 等。 不形成碳化物元素，如硅、鋁、銅、鎳、

3、鈷等。這類元素一般以原子狀態(tài)存 在于奧氏體、鐵素體等固溶體中。合金元素中一些比較活潑的元素，如鋁、錳、 硅、鈦、鋯等，極易和鋼中的氧和氮化合，形成穩(wěn)定的氧化物和氮化物，一般以 夾雜物的形態(tài)存在于鋼中。錳、鋯等元素也和硫形成硫化物夾雜。鋼中含有足夠 數(shù)量的鎳、鈦、鋁、鉬等元素時(shí)能形成不同類型的金屬間化合物。有的合金元素 如銅、鉛等，如果含量超過它在鋼中的溶解度，則以較純的金屬相存在。 2.2 鋼中主要合金元素 主要合金元素有硅、錳、鉻、鎳、鉬、鎢、釩、鈦、鈮、鋯、鈷、鋁、銅、 硼、稀土等。其中釩、鈦、鈮、鋯等在鋼中是強(qiáng)碳化物形成元素，只要有足夠的 碳，在適當(dāng)條件下，就能形成各自的碳化物，當(dāng)缺碳或

4、在高溫條件下，則以原子 狀態(tài)進(jìn)入固溶體中；錳、鉻、鎢、鉬為碳化物形成元素，其中一部分以原子狀態(tài) 進(jìn)入固溶體中，另一部分形成置換式合金滲碳體；鋁、銅、鎳、鈷、硅等是不形 成碳化物元素， 一般以原子狀態(tài)存在于固溶體中。 現(xiàn)分別說明它們?cè)阡撝械淖饔谩?碳（C） ： 是對(duì)鋼的性能影響最大的基本元素，是決定鋼力學(xué)性能的主要因素。不同的 碳含量依據(jù)鋼中雜質(zhì)元素含量和軋后冷卻條件的不同對(duì)于鋼的性能影響是不同 的。一般說來，隨著鋼中碳含量的增加，屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度升高，碳鋼在熱軋狀 態(tài)下的硬度直線上升，塑性和韌性降低。在亞共析范圍內(nèi)（碳含量小于 0.80 時(shí)） ，碳對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響是，隨著碳含量增加，抗拉強(qiáng)度不

5、斷提高；超過共析 范圍后（當(dāng)碳含量大于 0.80時(shí)） ，抗拉強(qiáng)度隨碳含量的增加減緩，最后發(fā)展到 隨碳含量的增加抗拉強(qiáng)度降低。另外，含碳量增加時(shí)碳鋼的耐蝕性降低，在露天 料場(chǎng)的高碳鋼就易銹蝕； 同時(shí)碳也使碳鋼的焊接性能變壞， 當(dāng)碳量 0.23%超過時(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 0.20%； 碳能增加鋼的冷脆性和時(shí)效敏感性使冷加工（沖壓、垃拔）性能變壞。擴(kuò)大以 相區(qū)， 但因滲碳體的形成， 不能無限互溶。 在以及 鐵中的最大溶解度為 0.02% 和 2.11%。 硅（Si） 在煉鋼過程中加硅作為還原劑和脫氧劑， 所以在沸騰鋼中， 含硅量很低， 鎮(zhèn) 靜鋼含有 0

6、.150.30%的硅， 如果鋼中含硅量超過 0.50-0.60%,硅就算合金元素。 硅能增大鋼液的流動(dòng)性。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。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。硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 15一 20的高硅鑄鐵，是很好的耐酸材料。含 有硅的鋼在氧化氣氛中加熱時(shí)，表面也將形成一層 SiO2 薄膜，從而提高鋼在高 溫時(shí)的抗氧化性。含硅 14%的低碳鋼，具有極高的導(dǎo)磁率，用于電器工業(yè)做矽 鋼片。硅能固溶于鐵素體和奧氏體中，能提高鋼的硬度和強(qiáng)度。在普通碳鋼中硅 含量不超過 0.40，這時(shí)對(duì)力學(xué)性能影響不大。當(dāng)硅含量繼續(xù)增加時(shí)，鋼的強(qiáng)

7、度指標(biāo)，特別是屈服點(diǎn)有明顯提高，在調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼中加入 1.01.2%的硅，強(qiáng)度 可提高 1520%，但塑性及韌性降低，伸長率下降，鋼的面縮率和沖擊韌性顯著 降低。 硅能顯著提高鋼的彈性極限、 屈服強(qiáng)度和屈服比以及疲勞強(qiáng)度和疲勞比等。 此外，硅還能提高鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度，因而在低溫用鋼中應(yīng)控制它的含量。硅量 增加，會(huì)降低鋼的焊接性能。 縮小 相區(qū)， 形成 相圈； 鐵以及 鐵中的最大溶解度分別為 18.5% 在 和 2.15%，不形成碳化物。 為常用脫氧劑，對(duì)鐵素體的固溶強(qiáng)化作用僅次于磷，提高鋼的電阻率，降低 磁滯損耗，對(duì)磁導(dǎo)率也有所改善，為硅鋼片的主要合金化元素。提高鋼的淬透性 和抗回火性，對(duì)鋼的綜

8、合力學(xué)性能，特別是彈性極限有利。還可以增強(qiáng)鋼在自然 條件下的耐腐蝕性。 為彈簧鋼和低合金高強(qiáng)度鋼中常用的合金元素， 含量較高時(shí)， 對(duì)鋼的焊接性不利，因焊接時(shí)飛濺嚴(yán)重，有損焊縫質(zhì)量，并易導(dǎo)致冷脆，對(duì)中高 碳鋼回火時(shí)易產(chǎn)生石墨化。 錳（Mn） 在煉鋼過程中，錳是良好的脫氧劑和脫硫劑，錳作為脫氧除硫的元素加入到 鋼中的。 對(duì)于鎮(zhèn)靜鋼來說， 錳可以提高硅和鋁的脫氧效果， 可以同硫形成硫化錳， 相當(dāng)程度上降低硫在鋼中的危害。錳對(duì)碳鋼的力學(xué)性能有良好的影響，它能提高 鋼熱軋后的硬度和強(qiáng)度，原因是錳溶入鐵素體中引起固溶強(qiáng)化。因此，精煉過程 中要按照技術(shù)要求嚴(yán)格穩(wěn)定控制各爐次的錳含量。在一般碳鋼中，錳含量在

9、0.70以下，對(duì)鋼的性能影響不大，量加入在 0.70%以上時(shí)就算“錳鋼” ，錳含 量增加到 12時(shí)，可使強(qiáng)度提高、塑性降低。在耐熱鋼中錳還可提高鋼的 高溫強(qiáng)度，作用與鎳相似。錳對(duì)鋼的高溫瞬時(shí)強(qiáng)度雖有所提高，但對(duì)持久強(qiáng)度和 蠕變強(qiáng)度沒有什么顯著的作用。提高鋼的淬性，改善鋼的熱加工性能。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。錳對(duì)提高低碳和 中碳珠光體鋼的強(qiáng)度有顯著的作用。 錳鋼的主要缺點(diǎn)是，含錳較高時(shí)，有較明顯的回火脆性現(xiàn)象；錳有促進(jìn) 晶粒長大的作用，因此錳鋼對(duì)過熱較敏感，在熱處理工藝上必須注意。這種缺點(diǎn) 可用加入細(xì)化晶粒元素如鉬、釩、鈦等來克服：當(dāng)錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過

10、1時(shí)， 會(huì)使鋼的焊接性能變壞，錳會(huì)使鋼的耐銹蝕性能降低。 擴(kuò)大 相區(qū)，形成無限固溶體，對(duì)鐵素體及 A 均有較強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用， 為弱碳化物形成元素，進(jìn)入滲碳體代替部分鐵原子，形成合金滲碳體。 與硫形成熔點(diǎn)較高的硫化錳，可防止因硫化亞鐵而導(dǎo)致的熱脆現(xiàn)象。降低鋼 的下臨界點(diǎn)，增加 A 冷卻時(shí)的過冷度，細(xì)化珠光體組織以改善其機(jī)械性能，為低 合金鋼的重要合金化元素之一，并為無鎳及少鎳 A 鋼的主要 A 化元素。提高鋼的 淬透性的作用強(qiáng)，但有增加晶粒粗化和回火脆性的不利傾向。 磷（P） 它來源于礦石和生鐵等煉鋼原料。一般來說，磷是鋼中的有害元素。因此通 常要求鋼中含磷量小于 0.045%，優(yōu)質(zhì)鋼要求更低

11、些。它使焊接性能變壞；特別 是使鋼的脆性轉(zhuǎn)折溫度急劇上升，即提高鋼的冷脆性（低溫變脆） ，使冷彎性能 變壞，磷能提高鋼的強(qiáng)度，但降低塑性和韌性；由于磷的有害影響，同時(shí)考慮到 磷有較大的偏析，因而對(duì)其含量要嚴(yán)格的控制。但是在含碳量比較低的鋼種中， 磷的冷脆危害比較小。在這種情況下，可以用磷來提高鋼的強(qiáng)度，如生產(chǎn)的高強(qiáng) 度 IF 鋼就需要加入磷。另外，在適當(dāng)?shù)那闆r下，還利用磷的其他一些有益作用， 如增加鋼的抗大氣腐蝕能力，如集裝箱用鋼；提高磁性，如電工硅鋼；改善鋼材 的易切削加工性，減少熱軋薄板的粘結(jié)等。 硫（S） 他主要來自于煉鐵、 煉鋼時(shí)加入的原材料和燃燒產(chǎn)物， 二氧化硫。 一般來說， 硫是有

12、害元素，硫最大的為危害是引起鋼在熱加工時(shí)開裂，即產(chǎn)生所謂的熱脆， 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?耐腐蝕性。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 0.08-0.20%的硫，能提高鋼材的切削加工性，通常稱易切削鋼，這是硫的 有益作用。 鋁（Al） 鋁是鋼中常用的脫氧劑。用作煉鋼時(shí)的脫氧定氮?jiǎng)?，?xì)化晶粒，提高沖擊韌 性，如作深沖薄板的 08Al 鋼。抑制低碳鋼的時(shí)效，改善鋼在低溫時(shí)的韌性，特 別是降低了鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度；提高鋼的抗氧化性能。曾對(duì)鐵鋁合金的抗氧化性 進(jìn)行了較多的研究；4AI 即可改變氧化皮的結(jié)構(gòu)，加入

13、 6A1 可使鋼在 980C 以下具有抗氧化性。當(dāng)鋁和鉻配合并用時(shí)，其抗氧化性能有更大的提高。例如， 含鐵 50一 55、鉻 30一 35、鋁 10一 15的合金，在 1 400C 高溫時(shí)， 仍具有相當(dāng)好的抗氧化性。由于鋁的這一作用，常把鋁作為合金元素加入耐熱鋼 中。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。此 外，鋁還能提高對(duì)硫化氫和 V2O5 的抗腐蝕性。 缺點(diǎn)： 脫氧時(shí)如用鋁量過多， 將促進(jìn)鋼的石墨化傾向。 當(dāng)含鋁較高時(shí) 其 高溫強(qiáng)度和韌性較低。是影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能。 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

14、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。在鋼中的作用： （1）鉻可提高鋼的強(qiáng)度和硬度。 （2）鉻可提高鋼的高溫 機(jī)械性能。 （3）使鋼具有良好的抗腐蝕性和抗氧化性 （4）阻止石墨化（5）提 高淬透性。 缺點(diǎn)：鉻是顯著提高鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度鉻能促進(jìn)鋼的回火脆性。 鎳（Ni） 鎳能提高鋼的強(qiáng)度，而又保持良好的塑性和韌性。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。 在鋼中的作用（1）可提高鋼的強(qiáng)度而不顯著降低其韌性。 （2）鎳可降低鋼 的脆性轉(zhuǎn)變溫度，即可提高鋼的低溫韌性。 （3）

15、改善鋼的加工性和可焊性。 （4） 鎳可以提高鋼的抗腐蝕能力，不僅能耐酸，而且能抗堿和大氣的腐蝕。 鉬（Mo） 鉬對(duì)鐵素體有固溶強(qiáng)化的作用，同時(shí)也提高碳化物的穩(wěn)定性，因此對(duì)鋼的強(qiáng) 度產(chǎn)生有利的影響。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 于回火而引起的脆性。在工具鋼中可提高紅性。在冷沖模具鋼中加入鉬能改善韌 性。在熱鍛模具鋼中加入鉬能使鍛模保持比較穩(wěn)定的硬度。在調(diào)質(zhì)鋼中加入 0.2OO.30的鉬，不僅可以提高鋼的淬透性，從而提高鋼的強(qiáng)度和延展性， 而且可以減輕或消除因其他合金元素導(dǎo)致的回火脆性而大大有利于提高鋼的沖 擊韌性。鉬是提高鋼熱強(qiáng)性最有效的合金元素之一，還能強(qiáng)烈地提高鋼中鐵

16、素體 對(duì)蠕變的抗力。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(長期在高溫下受到應(yīng)力，發(fā)生變形，稱蠕變)。 在鋼中的作用（1）鉬對(duì)鐵素體有固溶強(qiáng)化作用。 （2）提高鋼熱強(qiáng)性（3）抗 氫侵蝕的作用。 （4）提高鋼的淬透性。缺點(diǎn)：鉬的主要不良作用是它能使低合金 鉬鋼發(fā)生石墨化的傾向。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。 單一含鎢的結(jié)構(gòu)鋼的性能與碳鋼相比無多大改善，當(dāng)鎢與其他元素合用時(shí)，可細(xì) 化晶粒，降低回火脆性，從而提高鋼的強(qiáng)度。高合金鎢鋼（如高速鋼）

17、由于含有 大量共晶碳化物，塑性低。鎢能增大鐵的自擴(kuò)散活化能，顯著提高鋼的再結(jié)晶溫 度，因此也能提高鋼在高溫時(shí)對(duì)蠕變的抗力。 在鋼中的作用(1) 提高強(qiáng)度（2）提高鋼的高溫強(qiáng)度。 （3）提高鋼的抗氫性 能。 （4）是使鋼具有熱硬性。 釩（V） 釩對(duì)鋼力學(xué)性能的影響主要取決于它在鋼中存在的形態(tài)。對(duì)于退火的低碳 鋼，如含量低、固溶于鐵素體時(shí)，將略增加鋼的強(qiáng)度，并稍降低塑性和韌性；如 以聚集的碳化物存在時(shí)，因固定了一部分碳，反而降低鋼的強(qiáng)度。對(duì)于中碳鋼， 無論在退火、正火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)，釩除提高鋼的強(qiáng)度外，還改善鋼的塑性和韌性。 在彈簧鋼中，與鉻或錳配合使用，增加鋼的彈性極限，并改善冶金質(zhì)量。少量的 釩使

18、鋼晶粒細(xì)化，韌性增加，這對(duì)低溫用鋼是很重要的一項(xiàng)特性。但釩含量不宜 過高，因?yàn)?V C 在晶內(nèi)的彌散析出將導(dǎo)致鋼韌性的降低。與此相反，在高溫時(shí)， 釩雖細(xì)化晶粒，不利于鋼的蠕變性能，但由于 V C 經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚砗罂梢愿叨?彌散地析出，均勻分布在晶粒內(nèi)部的結(jié)晶面上，又不易聚集成較大的顆粒，將增 加鋼的高溫持久強(qiáng)度和對(duì)蠕變的抗力， 降低高溫蠕變速度。 釩與碳形成的碳化物， 在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕能力。 釩能顯著地改善普通低碳低合金鋼的焊接性 能 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。改善焊接性能。在鉻 18 鎳 9 奧氏體不銹鋼中加入適當(dāng)

19、的鈦，可避 免晶間腐蝕。 鈦能改善鋼的熱強(qiáng)性，提高鋼的抗蠕變性能及高溫持久強(qiáng)度； （金 屬材料長期在高溫條件下受熱應(yīng)力的作用而產(chǎn)生緩慢、連續(xù)的塑性變形的現(xiàn)象， 叫金屬的蠕變） 。能提高鋼在高溫高壓氫氣中的穩(wěn)定性。使鋼在高壓下對(duì)氫的穩(wěn) 定性高達(dá) 600以上。在珠光體低合金鋼中，鈦可阻止鉬鋼在高溫下的石墨化現(xiàn) 象。因此，鈦是鍋爐高溫元件所用的熱強(qiáng)鋼中的重要合金元素之一 鈮（Nb） 鈮和碳、氮、氧都有極強(qiáng)的結(jié)合力，并與之形成相應(yīng)的極為穩(wěn)定的化合物， 因而能細(xì)化晶粒，降低鋼的過熱敏感性和回火脆性，提高強(qiáng)度，但塑性和韌性有 所下降。有極好的抗氫性能，在普通低合金鋼中加鈮，可提高抗大氣腐蝕及高溫 下抗氫、

20、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。鈮能提高鋼的熱強(qiáng)性。銅（Cu） 銅是奧氏體形成元素。作用有：改善耐蝕能力，低碳鋼含銅 1，抵抗大氣 腐蝕較不含銅的高出 4 倍；不銹鋼中加銅 34，也有幫助不銹鋼防蝕作用。 可以增加鋼的強(qiáng)度，不宜超過 0.2，借助沉淀硬化來提高合金的抗拉強(qiáng)度；銅 在那些不發(fā)生沉淀硬化的鋼中能夠輕微的提高屈服強(qiáng)度。 在碳鋼中它提高淬透性 并降低延展性。 提高鋼的深沖性能， 0Cr18Ni9Cu3， 如 可以做成各種耐蝕的鉚釘。 作為強(qiáng)化元素加入，如 0Cr17Ni4Cu4Nb（174PH） ，155PH，起到沉淀硬化的 作用。在抗菌不

21、銹鋼中加入，特殊處理后，析出相有較好的殺菌作用。缺點(diǎn)是在 熱加工時(shí)容易產(chǎn)生熱脆，銅含量超過 0.5%塑性顯著降低。當(dāng)銅含量小于 0.50% 對(duì)焊接性無影響。銅有石墨化作用。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。 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，提高鋼的淬 透性。提高鋼的高溫強(qiáng)度。強(qiáng)化晶界的作用。鋯（Zr）抑制奧氏體晶粒長、控制硫化物的形態(tài)、提高橫向沖擊韌性，改善 鋼材的焊接性能 等。稀土(Xt)： 稀土元素是指元素周期表中原子序數(shù)為 57-71 的 15 個(gè)鑭系元素。這些元素 都是金屬，但他們的氧化物很象“土” ，所以習(xí)慣

22、上稱稀土。鋼中加入稀土，可 以改變鋼中夾雜物的組成、形態(tài)、分布和性質(zhì)，從而改善了鋼的各種性能，如韌 性、焊接性，冷加工性能。在犁鏵鋼中加入稀土，可提高耐磨性。 氮（N） ： 鋼中的氮來自爐料、冶煉、澆鑄時(shí)鋼液也會(huì)從爐氣和大氣中吸收氮。氮引起 碳鋼的淬火時(shí)效和形變時(shí)效，從而對(duì)碳鋼的性能發(fā)生顯著的影響。由于氮的時(shí)效 作用，鋼的硬度、強(qiáng)度固然提高，但是塑性和韌性降低，特別是在形變時(shí)效的情 況下，塑性和韌性的降低比較顯著。因此，對(duì)于普通低合金鋼來說，時(shí)效現(xiàn)象是 有害的，因而氮是有害元素。但對(duì)于一些細(xì)晶粒鋼以及含釩、鈮鋼，由于氮化物 的強(qiáng)化細(xì)化晶粒作用，氮成為有益元素。另外，作為合金元素，氮在不銹耐酸鋼

23、 中得到應(yīng)用，此外，氮化處理方法能使機(jī)器零件獲得極好的綜合力學(xué)性能，從而 使零件的使用壽命延長。氮能提高焊接性，增加時(shí)效敏感性。 （時(shí)效硬化就是鋼 材在熱處理后的放置過程中內(nèi)部組織發(fā)生變化， 通常是第二相的析出導(dǎo)致的鋼材 在放置后比放置前變硬的現(xiàn)象，通常有室溫時(shí)效和人工時(shí)效兩種，兩者的區(qū)別是 時(shí)效溫度的不同） 氫（H） ： 鋼中的氫是由銹蝕含水的爐料或從含有水蒸氣的爐氣中吸收的。 氫對(duì)鋼的危 害是很大的。 一是引起氫脆， 即在低于鋼材極限應(yīng)力的作用下， 經(jīng)一定的時(shí)間后， 在無任何預(yù)兆的情況下突然斷裂，往往造成災(zāi)難性的后果。二是導(dǎo)致鋼材內(nèi)部產(chǎn) 生大量細(xì)微裂紋缺陷白點(diǎn)，在鋼材縱端面上呈光滑的銀白的

24、斑點(diǎn)，在酸洗后 的端面上呈較多的發(fā)絲狀裂紋，白點(diǎn)使鋼材的延伸率顯著下降，尤其是端面收縮 率和沖擊韌性降低得更多， 有時(shí)可能接近于零值。 因此具有白點(diǎn)的鋼是不能用的， 這類缺陷主要發(fā)生在合金鋼中。 氧（O）及其他非金屬夾雜物： 氧在鋼中的溶解度很低，幾乎全部以氧化物夾雜形式存在于鋼中，如 FeO、 AL2O3、MnO、CaO、MgO 等。除此之外，鋼中還存在 FeS、MnS、硅酸鹽、氮化物 及磷化物等。這些夾雜物破壞了鋼的基體的連續(xù)性，在靜載荷和動(dòng)載荷的情況下 往往成為裂紋的起點(diǎn)。 這些非金屬夾雜物的各種狀態(tài)不同程度的影響到鋼的各種 性能，尤其是對(duì)于鋼的塑性、韌性、疲勞強(qiáng)度和抗腐蝕性等危害很大。

25、因此，對(duì) 于非金屬夾雜物應(yīng)嚴(yán)格控制。 3、鋼中合金元素作用大量的生產(chǎn)實(shí)踐表明，鋼的組織對(duì)鋼性能的影響起著決定性的作用，而鋼的 組織又主要取決于它的化學(xué)成分和加工的生產(chǎn)工藝過程以及相應(yīng)的熱處理狀態(tài)。 此外，還與鋼中氣體和非金屬夾雜物的含量及其他的冶金缺陷有關(guān)。 按照合金元素對(duì)鋼的相變點(diǎn)影響,大致可以歸納為以下三個(gè)方面： 改變相變點(diǎn)溫度。一般來說，擴(kuò)大相(奧氏體)區(qū)的元素，如錳、鎳、碳、 氮、 銅、 鋅等,使 A3 點(diǎn)溫度降低,A4 點(diǎn)溫度升高;相反,縮小相區(qū)的元素， 如鋯、 硼、硅、磷、鈦、釩、鉬、鎢、鈮等,則使 A3 點(diǎn)溫度升高，A4 點(diǎn)溫度降低。惟 有鈷使 A3 和 A4 點(diǎn)溫度均升高。鉻的

26、作用比較特殊,含鉻量小于 7時(shí)使 A3 點(diǎn)溫 度降低,大于 7時(shí)則使 A3 點(diǎn)溫度提高。 改變共析點(diǎn) S 的位置?？s小相區(qū)的元素，均使共析點(diǎn) S 溫度升高；擴(kuò)大 相區(qū)的元素,則相反。此外幾乎所有合金元素均降低共析點(diǎn) S 的含碳量，使 S 點(diǎn)向左移。不過碳化物形成元素如釩、鈦、鈮等（也包括鎢、鉬） ，在含量高至 一定限度以后,則使 S 點(diǎn)向右移。 改變相區(qū)的形狀、大小和位置。這種影響較為復(fù)雜，一般在合金元素含 量較高時(shí)，能使之發(fā)生顯著改變。例如鎳或錳含量高時(shí)，可使相區(qū)擴(kuò)展至室溫 以下，使鋼成為單相的奧氏體組織；而硅或鉻含量高時(shí)，則可使相區(qū)縮得很小 甚至完全消失，使鋼在任何溫度下都是鐵素體組織。

27、鋼加熱時(shí)的主要固態(tài)相變是非奧氏體相向奧氏體相的轉(zhuǎn)變， 即奧氏體化的過 程。整個(gè)過程都和碳的擴(kuò)散有關(guān)。合金元素中，非碳化物形成元素如鎳、鈷等， 降低碳在奧氏體中的激活能，增加奧氏形成的速度；而強(qiáng)碳化物形成元素如釩、 鈦、鎢等，強(qiáng)烈妨礙碳在鋼中的擴(kuò)散，顯著減慢奧氏體化的過程。鋼冷卻時(shí)的相 變是指過冷奧氏體的分解，包括珠光體轉(zhuǎn)變（共析分解） 、貝氏體相變及馬氏體 相變。由于鋼中大都存在幾種合金元素的相互作用，致使對(duì)鋼冷卻時(shí)相變的影響 也復(fù)雜得多。僅舉合金元素對(duì)過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的影響為例，大多數(shù)合金 元素，除鈷和鋁外，均起減緩?qiáng)W氏體等溫分解的作用，但各類元素所起的作用有 所不同。不形成碳化物的（

28、如硅、磷、鎳、銅）和少量的碳化物形成元素（如釩、 鈦、鉬、鎢） ，對(duì)奧氏體到向珠光體的轉(zhuǎn)變和向貝氏體的轉(zhuǎn)變的影響差異不大， 因而使轉(zhuǎn)變曲線向右推移。 碳化物形成元素（如釩、鈦、鉻、鉬、鎢）如果含量較多，將使奧氏體向珠 光體的轉(zhuǎn)變顯著推遲，但對(duì)奧氏體向貝氏體的轉(zhuǎn)變的推遲并不顯著，因而使這兩 種轉(zhuǎn)變的等溫轉(zhuǎn)變曲線從“鼻子”處分離，而形成兩個(gè) C 形。當(dāng)這類元素增加 到一定程度時(shí)，在這兩個(gè)轉(zhuǎn)變區(qū)域的中間還將出現(xiàn)過冷奧氏體的亞穩(wěn)定區(qū)。合金 元素對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變溫度 Ms (起始轉(zhuǎn)變溫度)和 Mn (終了轉(zhuǎn)變溫度)的影響也很顯 著，大部分元素均使 Ms 和 Mn 點(diǎn)降低，其中以碳的影響最大,其次為錳、釩、鉻

29、 等；但鈷和鋁則使 Ms 和 Mn 點(diǎn)升高。 對(duì)鋼的晶粒度和淬透性的影響 影響奧氏體晶粒度的因素很多。鋼的脫氧和 合金化情況均與“奧氏體本質(zhì)晶粒度”有關(guān)。一般來說,一些不形成碳化物的元 素,如鎳、硅、銅、鈷等,阻止奧氏體晶粒長大的作用較弱,而錳、磷則有促進(jìn)晶 粒長大的傾向。碳化物形成元素如鎢、鉬、鉻等，對(duì)阻止奧氏體晶粒長大起中等 作用。強(qiáng)碳化物形成元素如釩、鈦、鈮、鋯等，強(qiáng)烈地阻止奧氏體晶粒長大，起 細(xì)化晶粒作用。鋁雖然屬于不形成碳化物元素，但卻是細(xì)化晶粒和控制晶粒開始 粗化溫度的最常用的元素。 鋼的淬透性（見淬火）高低主要取決于化學(xué)成分和晶粒度。除鈷和鋁等元素 外， 大部分合金元素溶入固溶體

30、后都不同程度地抑制過冷奧氏體向珠光體和貝氏 體的相變，增加獲得馬氏體組織的數(shù)量，即提高鋼的淬透性。一些碳化物形成元 素，如釩、鈦、鋯、鎢等，如果形成碳化物而固定了鋼中的碳，反而會(huì)降低淬透 性，易使晶粒粗化的元素如錳，能提高淬透性；使晶粒細(xì)化的元素如鋁，則降低 淬透性。硼是顯著影響淬透性的元素，合金鋼中即使只含十萬分之一的硼，也能 顯著提高鋼的淬透性。 但硼的這種影響僅對(duì)低、 中碳鋼有效， 對(duì)高碳鋼完全無效。 對(duì)鋼的力學(xué)性能和回火性能的影響 鋼的性能取決于鐵的固溶體和碳化物各 自性能以及它們相對(duì)分布的狀態(tài)。合金元素對(duì)鋼的力學(xué)性能的影響也與此有關(guān)。 固溶于鐵素體中的合金元素，起固溶強(qiáng)化作用，使強(qiáng)度和硬度提高，但同時(shí)使韌 性和塑性相對(duì)地降低。其中以磷和硅的固溶強(qiáng)化作用最顯著，而硅對(duì)韌性的影響 也最嚴(yán)重。少量的錳、鉻或鎳，反而對(duì)鐵素體的韌性有一定提高。 調(diào)質(zhì)鋼的韌性脆性轉(zhuǎn)變溫度是評(píng)價(jià)力學(xué)性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。 提高轉(zhuǎn)變 溫度的元素有 B、P、C、Si、Cu、Mo、Cr；降低轉(zhuǎn)變溫度的元素有 Ni、Mn； 少量時(shí)提高、多量時(shí)降低