元素對(duì)鋼材的影響

1、元素對(duì)鋼材的影響 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）：在煉鋼過程中加硅作為還原劑和脫氧劑，所以鎮(zhèn)靜鋼含有0.150.30%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1.01.2%的硅，強(qiáng)度可提高1520%。硅和鉬、鎢、鉻等結(jié)合，有提高抗腐蝕性和抗

2、氧化的作用，可制造耐熱鋼。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。硅量增加，會(huì)降低鋼的焊接性能。 3、錳（Mn）：在煉鋼過程中，錳是良好的脫氧劑和脫硫劑，一般鋼中含錳0.300.50%。在碳素鋼中加入0.70%以上時(shí)就算“錳鋼”，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1114%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

3、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?，降低耐腐蝕性。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，可以改善切削加工性，通常稱易切削鋼。 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

4、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。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

5、、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熱敏感性及回火脆性，提高強(qiáng)度，但塑性和韌性有所下降。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0.5%塑

6、性顯著降低。當(dāng)銅含量小于0.50%對(duì)焊接性無影響。 15、鋁(Al)：鋁是鋼中常用的脫氧劑。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。 17、氮(N):氮能提高鋼的強(qiáng)度，低溫韌性和焊接性，增加時(shí)效敏感性。 18、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)慣上稱稀土。

7、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。 1.Al （1）Al當(dāng)鋼中其含量小于35%時(shí)，是一有益的元素。其作用是：高的抗氧化性和電阻。 作為強(qiáng)烈脫氧劑加進(jìn)的Al，可生成高度細(xì)碎的、超顯微的氧化物，分散于鋼體積中。因而可阻止鋼加熱時(shí)的晶粒長(zhǎng)大（含Al10%，在加熱1200才有細(xì)化作用，否則其作用甚?。┖透纳其摰拇阃感?。所以這些氧化物成為結(jié)晶的中心，而在鋼冷卻時(shí)又對(duì)A體分解起促進(jìn)作用。 作為合金元素，有助于鋼的氮化，因而可提高鋼的熱穩(wěn)定性。所以AlN本身在加熱時(shí)具有高穩(wěn)定性，與都有利于減弱鋼的過

8、熱傾向。 可改善鋼的抗氧化性，考慮和， 能提高鋼的電阻，與Cr共同用于 制造高電阻鉻鋁合金：如Cr13Al4、1Cr17Al5、1Cr25Al5。Al使電阻增高的程度比Cr還高的多。在Cr鋼中加Al，會(huì)粗晶易脆，所以其量一般不超過5%，個(gè)別才有89%。 對(duì)硅鋼而言，Al可減少鐵心損失，降低磁感強(qiáng)度，與氧結(jié)合可減弱磁時(shí)效現(xiàn)象，但Al的氧化物會(huì)使磁性變壞。Al（0.5%）也會(huì)使硅鋼變脆。 （2）Al的不良影響 促進(jìn)鋼的石墨化，減少合金相中的碳溶濃度，所以硬度、強(qiáng)度降低。 加速脫碳 當(dāng)Al含量增加至35%時(shí)，89%將會(huì)大大地促進(jìn)鋼錠的柱狀結(jié)晶過程。因此而大大增加鋼的機(jī)械熱加工的困難，也使鋼極易脫碳。

9、（其熱加工之所以困難是因?yàn)樵摵辖痄撳V具有粗晶結(jié)構(gòu)，且其晶體的解理極弱，所以導(dǎo)熱性低，加熱時(shí)容易出現(xiàn)大的溫度差而鍛裂，甚至鋼錠的去皮加工都會(huì)使其晶界氧化而破壞。此外，它在800以上的高溫長(zhǎng)時(shí)間停置也極易變脆。 一般合金鋼中含Al量： 合金結(jié)構(gòu)鋼： Al=0.41.1% (38CrAlA、38CrMoAlA、38CrWVAlA等) 耐熱不起皮鋼：Al=1.14.5% (Cr13SiAl、Cr24Al2Si、Cr17Al4Si等) 電熱合金： Al=3.56.5% (Cr13Al4、1Cr17Al5、Cr8Al5、0Cr17Al5等) 甚至Al=8% Cr7Al7：考慮電熱合金受荷不大，雖有脆性，仍

10、可使用. 2. Si （1）一般合金鋼中的Si含量不會(huì)高于3.5%，更多時(shí)（4.86.5%）將使鋼具有很高的脆性。 Si的有益作用：高的熱強(qiáng)性和彈性極限，高的導(dǎo)磁率，渦流損失少。 象Al、Cr一樣，其氧化物均是尖晶石類型的組織。其晶格常數(shù)與-Fe、-Fe區(qū)別小。因?yàn)槠溲趸锱c金屬分界處的晶胞之間就緊密而強(qiáng)固地結(jié)合在一起，氧化皮緊密地被貼在金屬上，甚至在高溫下也不剝落。所以它具有很強(qiáng)的抗氧化性和耐熱性能，而被加入耐熱鋼。 有利于提高鋼的彈性極限，在中碳鋼中加入12%的Si，調(diào)質(zhì)中b將增1520%，而Aku也提高了，還提高了s和。 利于促進(jìn)鋼中石墨化而用于煉制石墨鋼。此鋼可制軸承，甚至作為工具鋼代

11、替，制沖頭，拉模、彎曲模等。 脫氧能力較強(qiáng)，是煉鋼常用的脫氧劑，故一般鋼中均含Si，其量0.5%。 硅可減小晶體的各向異性，使磁化容易，使磁阻減小，它還可減輕鋼中其他雜質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)磁感的危害（使%C石墨化，脫氧，與N形成氫化硅等）。所以可大大減少渦流損失。由于硅的脆性，目前高硅鋼片硅含量規(guī)定為低于4.5%，最多只為4.8%，正在研究提高至6.5%。 硅可顯著地減慢回火馬氏體在低溫（200）時(shí)的分解速度。（在較高溫度即400500則作用并不顯著）Si是鐵素體形成元素，多加Si會(huì)使A-轉(zhuǎn)化。 （2）Si的不良影響 促使石墨化，促進(jìn)脫碳（它是阻止碳化物形成的一種元素），含Si鋼一般不作滲碳。 促進(jìn)回火脆

12、性的發(fā)展，使塑性降低。 Si對(duì)沖擊韌性和韌性的溫度儲(chǔ)量的影響不是等值的。 當(dāng)Si=11.5%時(shí)作用尚良好。Si=2.53%時(shí)則影響不良，含Si=22.5%，則難以鍛造。 當(dāng)Si2.3%時(shí),矽鉻鋼對(duì)回火脆性的敏感性還很低,但對(duì)當(dāng)Si=2.53.5%時(shí)，對(duì)回火脆性和敏感性就高。用這種鋼必須采取韌性處理（回火后在水中浸漬，鍛時(shí)用少韌處理），而當(dāng)Si3.5時(shí)，甚至持用韌性處理也已不能消除矽鉻鋼的脆性。（不過，Mo的加入可使其脆性稍許改善），SI=4%時(shí)，室溫下即可能脆裂。 對(duì)碳素工具鋼，Si含量上升時(shí)，將降低其淬透性等級(jí)。一般結(jié)構(gòu)鋼中均不宜加Si，對(duì)于高速鋼，不大于0.4%。 由于硅的存在，使鋼中增碳

13、困難，并使?jié)B碳速度降低，所以此類鋼多不作滲碳處理。 硅錳結(jié)合，Mn可下降，因?yàn)镾i引起的脫碳，Si有微弱的抑制晶粒長(zhǎng)大的作用，可稍下降，Mn引起的調(diào)質(zhì)粗晶，有相互改善作用，但易生白點(diǎn)，應(yīng)注意冶煉時(shí)原材料的干燥烘烤。 硅在鋼中還常以Fe、Mn的硅酸鹽類夾雜物而存在，均會(huì)降低鋼的各種性能，塑性比硫化物低。這類夾雜物透光度很高，而反光度則低，故顯微鏡下常呈灰黑色。 （3）一般合金鋼中Si含量： 一般碳鋼：Si0.5% 合金結(jié)構(gòu)鋼： Si =0.91.6% (27SiMn、40CrSi、20CrMnSi、35CrMnSiA等) 彈簧鋼： Si =1.52% (55Si2Mn、60Cr2Mn等) 軸承鋼

14、： Si =0.40.7% (GCr9SiMn、GCr15SiMn、GCr6SiMn等) 工具鋼： Si =0.651.8% (SiMn、9SiCr、5SiMnMoV、6SiMoV等) 耐熱鋼： Si =14.3% (Cr17Al4Si、Cr20Si3、4Cr9Si2、4Cr3Si4等) 電機(jī)硅鋼片： Si =0.81.8% 、1.82.8%、2.83.8%、3.84.8%為低、中、較高、高級(jí)硅鋼片 3、Mn （1）錳的有益作用是高的強(qiáng)度和耐磨性),淬透、滲碳、冷工硬化。 14%（高耐磨鋼），1719%（護(hù)環(huán)鋼） 作為煉鋼的脫氧劑用，因?yàn)橐话沅撝芯琈n，其量0.7%。 Mn和S作用抵消S對(duì)鐵

15、的紅脆影響。 Mn對(duì)各類鋼的作用是： 珠光體Mn鋼：可提高其強(qiáng)度和耐磨性，塑性亦不錯(cuò)。所以它能細(xì)化珠光體組織。（對(duì)含碳量較高的鋼，Mn，塑性稍有降低。對(duì)低碳鋼則含Mn，而韌性。 奧氏體Mn鋼：有足夠高的塑性和很高的耐磨性。所以Mn能增加奧氏體的穩(wěn)定性，擴(kuò)大相區(qū)得奧氏體。降低淬火時(shí)的臨界冷卻速度。降低鋼的臨界點(diǎn)（A1和A3）同碳量碳素鋼低2530，所以可提高鋼的淬透性，淬火時(shí)的變形也比較小，因此適于制大截面和復(fù)雜的零件。Mn=5%時(shí)，Mn降至0。 馬氏體Mn鋼：易使之發(fā)脆、淬裂。Mn易溶于鐵素體內(nèi)，形成弱碳化物其穩(wěn)定性不強(qiáng)。所以加熱過程中極易完全溶入奧氏休中，加之其臨界點(diǎn)又低，所以晶粒極易粗化、

16、極易淬裂，為此應(yīng) 嚴(yán)格控制淬火加熱溫度和保溫時(shí)間，一般均以油淬或流動(dòng)空氣中冷卻為宜，只有形狀簡(jiǎn)單件才好用水淬。 調(diào)質(zhì)鋼：將降低其塑性（回火脆性影響）。 滲碳鋼：Mn的存在能促進(jìn)滲碳作用，所以能大大提高鋼的表面硬度與耐磨性，尤其可貴的是在滲碳時(shí)表面軟點(diǎn)較少，也不改變過分增碳的傾向。（滲碳后的錳鋼，在最后淬火前，應(yīng)進(jìn)行一次正火或退火處理，以消除因長(zhǎng)時(shí)間滲碳造成的心部過熱）。 結(jié)構(gòu)鋼：將促使其回火脆性增強(qiáng)。 工具鋼：加入約1%Mn，可減少淬火時(shí)的體積變形，這對(duì)于精密工具和長(zhǎng)形工具來說有重要的意義。（如CrMn、CrWMn鋼等）。 Mn可改善鋼的焊接性和低溫性能，還可減慢鋼的脫碳作用。 Mn量中還可適

17、當(dāng)改善鋼的切削性能。 對(duì)某些鋼，Mn的作用可代Ni，能擴(kuò)大相區(qū)得奧氏體，如模具鋼（增強(qiáng)淬透性）、奧氏體鋼等。 高錳鋼對(duì)冷工硬化敏感，可提高鋼的強(qiáng)度和耐磨性。（Mn=1014%，而C=11.4%） 鉻錳奧氏體鋼的熱強(qiáng)性很好，甚至可超過Cr、Ni鋼，加4%Cr、Ni紅熱耐磨性更好。Mn價(jià)廉。 （2）錳的不良影響是： 增加鋼的過熱敏感性（粗晶）：這是由于含Mn滲碳體的穩(wěn)定性不強(qiáng)，在加熱過程中很容易完全溶于奧氏體中。加之，Mn鋼的臨界點(diǎn)亦較低，所以就易粗晶了。為此鍛造和熱處理加熱都要嚴(yán)格控制加熱溫度和保溫時(shí)間。所有合金元素中，Mn是不能減低奧氏體晶粒長(zhǎng)大傾向的元素，相反引起粗晶。 增強(qiáng)鋼對(duì)白點(diǎn)的敏感性

18、，故要緩冷。（含C0.3%時(shí)影響即較大） 增強(qiáng)回火脆性，且易形成帶狀和纖維組織。故縱、橫向性能差較大（Mn2.4% 延伸率） 高錳鋼熔點(diǎn)低（Mn1314%，T熔13501400）平均線膨脹系數(shù)大（相當(dāng)于鋼類矽鋼的1.9倍），導(dǎo)熱系數(shù)小（約為同類矽鋼的1/31/4），熱加工稍難。 高錳鋼在冷速不夠時(shí)，易生成塊狀碳化物沿晶界析出，使鋼變脆，采用水淬速冷時(shí)，可使碳化物來不及析出，得到均勻奧氏體組織，性能改善。但因?yàn)楹琈n量高，導(dǎo)熱性差，速冷則溫差應(yīng)力大而易淬裂，所以淬火次數(shù)不宜多。 （3）含Mn鋼的分類 碳鋼：a、正常含Mn量碳鋼 Mn=0.250.8% B、較高含Mn量碳鋼 Mn=0.71.0%

19、及0.91.2% 錳鋼： Mn=1.11.8% 少數(shù) 2.4% 高錳鋼： Mn=1314% （C=1.01.3%） 注：Mn1.2%為煉鋼脫氧及稍許改變鋼性能，作一般矽鋼。Mn=1.11.8%或2.4%為具高塑性、耐磨性，強(qiáng)度而被采用。Mn=2.413%為粗晶極脆而不可用。Mn=1314%為冷工硬化而成為高耐磨鋼。 4、Ni （1）鎳的有益作用是：高的強(qiáng)度、高的韌性和良好的淬透性、高電阻、高的耐腐蝕性。 一方面既強(qiáng)烈提高鋼的強(qiáng)度 ，另方面又始終使鐵的韌性保持極高的水平。其變脆溫度則極低。（當(dāng)鎳0.3%時(shí)，其變脆溫度即達(dá)-100以下，當(dāng)Ni量增高時(shí)，約45%，其變脆溫度競(jìng)可降至-180。所以能同

20、時(shí)提高淬火結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度和塑性。含Ni=3.5%，無Cr鋼可空淬，含Ni=8%的Cr鋼在很小冷速下也可轉(zhuǎn)變?yōu)镸體。 Ni的晶格常數(shù)與-鐵相近，所以可成連續(xù)固溶體。這就有利于提高鋼的淬硬性，Ni可降低臨界點(diǎn)并增加奧氏體的穩(wěn)定性，所以其淬火溫度可降低，淬透性好。一般大斷面的厚重伯都用加Ni鋼。當(dāng)它同Cr、W或Cr、Mo結(jié)合的時(shí)候，淬透性尤可增高。鎳鉬鋼還具有很高的疲勞極限。（Ni鋼有良好的耐熱疲勞性，工作在冷熱反復(fù)。、k高） 在不銹鋼中用Ni，是為了使鋼具有均勻的A體組織，以改善耐蝕性。 有Ni鋼一般不易過熱，所以它可阻止高溫時(shí)晶粒的增長(zhǎng)，仍可保持細(xì)晶粒組織。 含Ni量相當(dāng)高的鋼，其熱膨脹系數(shù)很小而

21、用作不變鋼（Ni36%）和代用白金（Ni42%）。 含Ni更高時(shí)，與Cr結(jié)合作高電阻合金（Cr15Ni60、Cr20Ni80）。 Ni和V一樣，對(duì)脫碳過程沒有影響。 Ni本身不是有效的抗氧化學(xué)元素，所以很少單獨(dú)用作不銹鋼的合金元素，但對(duì)濃苛性堿有好的作用。 Ni可提高A體鋼的蠕變抗力，但還一定值作用則減弱，須加入別的合金元素，通過固溶強(qiáng)化或沉淀硬化的途徑來解決。 Cr、Ni鋼的焊接性能和低溫性能也不錯(cuò)。 （2）Ni的不良作用： Ni不能提高鐵素體的蠕變抗力，相反會(huì)使珠光體M體鋼熱脆性增大。所以珠光體、馬氏體鋼不加鎳。 含硫氣氛中的Ni鋼耐蝕性也不及無Ni鋼，因硫化鎳會(huì)引起鋼的赤熱脆性。 鉻鎳鋼

22、容易感受回火脆性和易形成白點(diǎn)（前者可在回火后采用速冷防止，后者應(yīng)采用正確的熔煉規(guī)范和鍛造、冷卻規(guī)范防止。） 對(duì)高速鋼，因?yàn)樗档土怂挠捕榷灰暈橛泻﹄s質(zhì)，當(dāng)Ni2%時(shí)或更高時(shí)，由于其抗600660回火穩(wěn)定性降低而熱硬性變壞（使A體穩(wěn)定不分解），所以硬度降低。 同樣，因?yàn)镹i降低鋼之淬火層的硬度，在軸承鋼中也不希望有它，Ni不大于0.30%，且Ni+Cu不大于0.50%（Cu不大于0.25%）。 Ni雖可提高電阻，促使矽石墨化，但會(huì)降低磁感和最大磁導(dǎo)率。所以硅鋼片也不希望有Ni。 Ni在我國早，價(jià)錢高。 Ni鋼氧化容易起鱗，所鎳鋼的氧化鐵皮粘在鋼表面上不易脫落。 （3）一般合金鋼中的Ni含量：

23、 滲碳鋼：含C=0.150.25% Ni=14.5% 調(diào)質(zhì)鋼：含C=0.350.55% Ni=11.75% 不銹鋼：含Ni2% M體不銹鋼，含Ni=818% A體不銹鋼。含Ni=28% M-P體類不銹鋼。 耐熱不起皮鋼：含Ni達(dá)936%，屬A 體鋼。 磁鋼：含Ni25%的（Ni25、Ni9Mn9等） 為弱磁性鋼，用9301000淬火能很好不被磁化，可用于制機(jī)器，儀表等不應(yīng)被磁化零件（電機(jī)環(huán)、指南針盒、電阻等）。 含Ni=2530%的是陳化磁性鋼，它具有非常高的磁性，當(dāng)殘余磁感應(yīng)為50007500高斯時(shí)，矯頑磁力可達(dá)500700奧斯特甚至1000，但它具有高的脆性（和硬度），所以多做鑄造磁鐵。

24、含Ni=3537%的是恒范合金（不變合金） Ni=4244%的是類鉑合金。 含Ni=5080%的是高導(dǎo)磁率的合金，（但要很純，才能發(fā)揮作用） 5、Cr （1）鉻的有益作用：具有許多有價(jià)值的性能：高硬度、高強(qiáng)度、屈服點(diǎn)、高的耐磨性而對(duì)塑性、韌性影響又不大，高的抗氧化性，耐蝕性，還能提高電阻和導(dǎo)磁率等等。 1）Cr是中等碳化物形成元素，在所有各種碳化物中，鉻碳化物是最細(xì)小的一種，它可均勻地分布在鋼體積中，所以具有高的強(qiáng)度、硬度、屈服點(diǎn)和高的耐磨性。由于它能使組織細(xì)化而又均分布，所以塑性、韌性也好，這對(duì)工具鋼尤有價(jià)值。 2）Cr的碳化物也較難溶解，在短時(shí)間加熱下有阻礙晶粒長(zhǎng)大作用，長(zhǎng)時(shí)間滲碳還會(huì)粗晶

25、。所以可減小過熱敏感效應(yīng)。 3）Cr可使A 體分解速度減緩，降低淬火時(shí)的臨界冷卻速度，因而有助于M體形成和提高M(jìn)體的穩(wěn)定性，所以Cr鋼均有優(yōu)良的淬透性，且淬火變形較小。注意：Cr是鐵素體形成元素，縮小區(qū)，所以在沒A體化元素存在時(shí)，高Cr鋼將呈鐵素體組織。 4）Cr與W或Mo結(jié)合，能使淬火鋼中殘余奧氏體增加，而有助于獲得需要粉碎程度的碳化物相。 5）Cr能大大提高結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度和塑性，這種影響在Cr與Ni結(jié)合的鋼中尤其顯著。如12CrNi3N等。 6）Cr12%時(shí)，有好的耐蝕性，再加89%的Ni，耐蝕性更會(huì)大大提高。Cr提高耐蝕能力的作用隨含碳量增加而會(huì)有所降低，因?yàn)镃r與C結(jié)合后不起作用。 7)

26、 Cr2530%時(shí),有好抗氧化性。如Cr=2728%即可作1300的熱電偶溫度計(jì)的防護(hù)罩，當(dāng)Cr與Si、Al結(jié)合時(shí)，甚至Cr相當(dāng)少而抗氧化性也很高。如Cr 610%+Si 23%就有高的耐熱性和抗氧性。 8）Cr、Al結(jié)合（1Cr17AL5、Cr13AL4等）及Cr、Ni結(jié)合（如Cr15Ni60、Cr20Ni80等）均有很高的電阻。 9）Cr能提高鋼的矯頑力和阻止鋼的組織時(shí)效，所以Cr鋼用于制造永久磁鐵。 10）Cr價(jià)較低。 11）因?yàn)镃r可形成穩(wěn)定的碳化物，減緩碳的擴(kuò)散和生成緊固的氧化皮膜，所以可降低脫碳作用。 12）含Cr2.5%的多元素合金鋼。（18Cr3MoWVA、20Cr3MoWVA

27、等）是良好的抗氫蝕鋼。 含Cr0.08% 這是石墨鋼的要求，所以Cr是阻止石墨化的一種元素。 含Cr1.2% 低合金高強(qiáng)度鋼（一般Mn鋼和SiMn鋼） 含Cr=0.51.65% 作軸承鋼（C1%）其合金含量低，價(jià)廉，而又具有高強(qiáng)度、高耐磨性、良 好的耐疲勞性和淬透性，且熱處理也簡(jiǎn)便。 含Cr=310%的鋼Cr對(duì)鋼強(qiáng)度和韌性的影響是Cr2%時(shí)逐漸增強(qiáng)到2%時(shí)，強(qiáng)化作用最為顯著。但超過此限則會(huì)損害其熱強(qiáng)性。310%時(shí)最為明顯，當(dāng)含Cr12%時(shí)，則強(qiáng)度又復(fù)升高。但是當(dāng)含Cr量增至3%時(shí)，由于其馬氏體回火穩(wěn)定性顯著增高。所以有較高的硬度和耐磨性而用于模具。當(dāng)含Cr量增至3%時(shí)，其與含C1%的磁性配合也

28、最好。所以又用作磁鋼。含Cr4%而與18%W及1%V結(jié)合可得到很好的紅硬性（620 HRC=60），所以廣泛用于高速工具鋼中，含Cr5%的鋼（含C1%）即可空氣中淬火。含Cr56%及含Cr610%且含Si23%的矽鉻鋼，盡管強(qiáng)度不是很高，但亦具有足夠的耐熱性和抗氧化性而用于氣閥中及石油、化學(xué)工業(yè)（氨合成設(shè)備等）。 含Cr=1214%的鋼是最典型的不銹鋼（1Cr134Cr13）它們都有較高的抗蝕力，強(qiáng)度也不錯(cuò)，面Cr12、Cr12Mo等則是典型的具有高淬透性和高耐磨性的模具鋼。（此類多屬馬氏體鋼） 含Cr=1618%的鋼有的只具單相（鐵素體），有的雙相（M體鐵素體），此類具單相的Cr鋼耐蝕力比含

29、Cr=1214%的鋼還高。如Cr17、9Cr18等，如再加89%的Ni其耐蝕力又將大大增高。如1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti等都是典型的不銹鋼、耐酸性較好，CrNi鋼的缺點(diǎn)是有晶間腐蝕，加Ti、Nb可改善。 含Cr=2332%的鋼具有很好的抗蝕穩(wěn)定性，極高的抗氧化性，甚至在普通溫度下能抵抗?jié)庀跛帷饬姿?、濃硫酸的浸蝕。含Cr 2728%的鋼可作1300的熱電偶溫度計(jì)的防護(hù)罩。這類鋼是純鐵素體鋼，所以不能通過熱處理改變其組織及性能。且再結(jié)晶溫度較低，粗晶作用較強(qiáng)，有高的脆性，所以不能作受振及打擊零件。加入Mo、W、V可適當(dāng)改變性能。減少Cr含量，加Si量可提高其熱強(qiáng)度如Cr9Si2、Cr

30、10Si2Mo等。加Ni也成，如Cr20Ni14Si、Cr25Ni20、Cr18Ni25Si、Cr14Mn14W、Cr18Ni6Mn5等等。 Cr不同于Mn、Ni，它是縮小區(qū)的合金元素。（它同-Fe都具有體心立方晶格,且自熔點(diǎn)1849至絕對(duì)0oK,純鉻均為這一晶格不變）,所以隨含Cr量增加Ac3雖也從910開始降低,但其速很慢,而Ac4卻從1400迅速降低,至含鉻達(dá)8%時(shí)Ac3為850已為最低。含Cr再增加，Ac3即迅速上升。當(dāng)含Cr量達(dá)13%時(shí)，Ac3與Ac4會(huì)合為一點(diǎn)，區(qū)被封閉，所以含Cr13%時(shí)變?yōu)榧冭F素體相，不再發(fā)生轉(zhuǎn)變，用熱處理也不能再改變其晶粒尺寸。即為鐵素體鋼。當(dāng)Cr量繼續(xù)增加，

31、約在2560%特別是4548%區(qū)域，當(dāng)溫度低于950時(shí)（多在820）慢冷，將會(huì)析出一種無磁性脆性組分相。這些在進(jìn)行二次加熱后將會(huì)游離析出，致使得在固溶體中產(chǎn)生巨大體積改變?cè)斐深H大應(yīng)力，故極脆。但在950以下急冷時(shí)，相可由于固溶體內(nèi)不析出 ，影響則較小。相問題：有人指出，當(dāng)Cr和C含量搭配時(shí)，特別在含左右時(shí)，將極易生成游離態(tài)的鐵素體即相，它將使鋼的工藝性能和耐熱性降低，所以要很好注意在含Cr=0.11%時(shí)，含Cr=10.9%可使相量減至最少。 Cr對(duì)抗腐性的改善上很有利的，但對(duì)抗蠕變的影響則較復(fù)雜。因?yàn)樽髂蜔徜搼?yīng)注意，當(dāng)含Cr=1%抗蠕變強(qiáng)度最高。含Cr則出現(xiàn)，CrC3三方晶格，至Cr=7%抗蠕

32、強(qiáng)降至最低點(diǎn)，當(dāng)含Cr增至12%時(shí)，Cr23C6將取代Cr7C3，抗蠕強(qiáng)（耐熱性）可有少許提高，添加V、Nb、Ti可得極細(xì)彌散相，對(duì)抗蠕強(qiáng)（耐熱性）改善極為有利。 6、W （1）W的良好作用是： 1）細(xì)化晶粒，（其作用比Cr還強(qiáng)，所以可降低鋼的過熱傾向性，提高強(qiáng)度、韌性和熱穩(wěn)定性。 2）提高M(jìn)體穩(wěn)定性，大大提高淬透性，18CrNiWN任何冷卻速度都能完全淬透，得M體，用W18%與Cr4%配合，M體穩(wěn)定性可達(dá)600，保持紅硬性。 3）阻止回火脆性發(fā)展，所以可提高強(qiáng)度同時(shí)不降低塑性，提高韌性。 4）提高淬火鋼的矯頑磁力，阻止鋼的組織時(shí)效。 5）其碳化物極其穩(wěn)定，高溫也難溶進(jìn)固溶體，所以可作高速工具

33、鋼。 6）W鋼一般硬度、耐磨性較好，熱處理變形小，不易淬裂，回火穩(wěn)定性也較好。 7）W因能提高A體的穩(wěn)定性，而用于閥門鋼中，縮小區(qū)，同Cr。 8）可提高珠光體耐熱鋼的熱強(qiáng)性，提高再結(jié)晶溫度。 9）在高合金Cr、Ni鋼中加入24%W便可提高鋼的屈服點(diǎn)，疲勞強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性，并因?yàn)樾纬商蓟锒鴾p小晶向腐蝕傾向（Fe3W2和Fe2W都是極穩(wěn)定的化合物，高度彌散，所以可提高強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性。） （2）W的不良影響： 1）增加脫碳（碳化物穩(wěn)定）阻止石墨化。 2）W是強(qiáng)碳化物元素，應(yīng)防止碳化物不均影響性能而成廢品（可增加鐓拔數(shù)及正火處理糾正）。 3）含W9%時(shí)硬度顯著提高，而、顯著降低。 4）W使鋼導(dǎo)熱率降低

34、，含W10%其導(dǎo)熱率只有純鐵的0.7倍。 5）含W增加，可鍛溫度范圍降低。 （3）一般合金鋼中的W的含量： 合金結(jié)構(gòu)鋼：W=0.31.0% （例20Cr3MoWVA、18Cr3MoWVA等） 耐熱不起皮鋼：W=0.33.2% （上二種為抗氫鋼亦屬此類，又如Cr15Ni36W3Ti等） 合金工具鋼：W=118%（CrWMn、W、W2、3Cr2W8V、P9、P18等） 向鋼中加入多于2022%的W，是不合適的。所以超過此值W對(duì)鋼的性能的改善并沒更好的作用，所以多加是不經(jīng)濟(jì)的。 一般提到的降低回火脆性的方法有如下幾種： 1）在鋼中加入0.31.0%的Mo或11.5%的W。 2）回火時(shí)采用快速冷卻，用

35、水冷或油冷。 3）提高回火溫度，此法因?yàn)槭剐阅埽◤?qiáng)度）下降，得不到充分發(fā)揮，所以少用。 4）延長(zhǎng)回火時(shí)間，或增加重復(fù)高溫回火的次數(shù)。 5）降低淬火溫度， 或采用二次淬火AC3以上正常淬火AC1AC3之間不完全淬火以消除回火脆性。 6）在鋼中加入V（約是鉬含量%+0.1%可等效），以提高鋼的回火穩(wěn)定性，抑制回火脆性，不過此作用甚微。 7）采用形變熱處理，即加熱至AC3以上進(jìn)行形變（變形度1520%最佳）后立即淬火回火，韌性提高3倍。 8）高速度（1000/秒）加熱和冷卻，最后二種方法因?yàn)樯a(chǎn)上很難實(shí)現(xiàn)而未被采用。 注：常說的回火脆性是第二類回火脆性（即450570可650700出現(xiàn)的），而第一類

36、回火脆性（250400），所有鋼都不可避免的存在，而可用重復(fù)回火即能消除，故多不再討論。 9、Co （1）Co良好作用是： 1）能細(xì)化晶粒，可降低鋼的過熱傾向性，向高速鋼中加Co，可提高其耐用度。 2）能提高鋼的熱強(qiáng)性（熱硬性），它給高速鋼增加了合金化的強(qiáng)度和促進(jìn)回火碳化物形成。 3）能提高磁鋼的矯頑力又同時(shí)提高它對(duì)磁堿留感應(yīng)值，所以對(duì)磁鋼有良好的影響（它本身即為磁性物質(zhì)）。 4）含碳量很高時(shí)會(huì)促進(jìn)鋼中碳石墨化。 （2）Co的不良影響： 1）含量過高，難以鍛造。因?yàn)橐孜龀鲇捕嗟慕饘倩衔铩?2）有相當(dāng)高的脫碳傾向性。 3）價(jià)格昂貴，所以下列各種鈷鋼都很少使用。 4）鈷的一個(gè)特性是：降低奧氏體

37、的穩(wěn)定性，促使鋼中奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線（C-曲線）左移。 5）因?yàn)橐孜龀鲇捕嗟慕饘匍g化合物使機(jī)性變壞。 （3）一般合金鋼的鈷含量： 1）熱強(qiáng)鋼：含Co=24% （主要是鉻鈷鉬鋼組） 2）高速鋼：含Co=4.510.5% (BCo5、BCo10等超過10%作用已無顯著增加)。 3）磁鋼：含Co=2.516.5% (Cr6Co3、Cr6Co5、Cr7Co10Mo、Cr9Co15Mo等)。 10、Ti （1）鈦的有益作用是： 1）能形成很強(qiáng)固的TiC，可穩(wěn)定到1300，有此穩(wěn)定到高溫的高度分散的TiC質(zhì)點(diǎn)，所以可細(xì)化晶粒，降低鋼的過熱傾向性。 2）能防止產(chǎn)生晶間腐蝕現(xiàn)象，實(shí)踐知：當(dāng)Ti：C=5（一般

38、C=0.03）時(shí)，效果最佳。當(dāng)Ti：C=3，抗蠕變強(qiáng)度最高。滿足上條件時(shí)的鋼，因?yàn)樗械挠坞x碳都被結(jié)合成了強(qiáng)固TiC，所以在加熱過程中就不會(huì)再沿奧氏體晶界析出碳化鉻。否則，晶界碳化鉻的生成就將出現(xiàn)晶界固溶體的貧鉻區(qū)，其電位就相對(duì)地降低了，而與固溶體基體和碳化物形成微溫差電偶，晶間固溶體本身即為陽極而被腐蝕。晶間腐蝕的程度將隨含碳量增加而加強(qiáng)。（粗晶亦易蝕） 3）鈦鋼易產(chǎn)生時(shí)效硬化，含鈦量超過2%的低碳合金，其時(shí)效硬化就尤其明顯。 4）鈦可改善不銹鋼的焊接性能。 5）Ti是強(qiáng)烈的鐵素體形成元素。0.65%Ti就能使區(qū)完全封閉。它又是強(qiáng)碳化物形成元素。 6）Ti能與S作用，降低硫的熱脆作用，這與M

39、n相似。 （2）鈦的 不良影響： 1）含Ti鋼，特別是低碳之Ti鋼，往往因其鋼液粘度較大，而使其中非金屬加雜，不易分離浮出應(yīng)一致，在防止造成缺陷應(yīng)注意?？稍谝睙挄r(shí)注意高溫操作和鋼液的脫氧。 2）淬火鈦鋼硬度隨含Ti量增加而降低。因?yàn)門iC非常穩(wěn)定，甚至加熱到1300都不能溶入到固溶體而減少了合金固溶體中的碳濃度的緣故。 3）鈦與N、O有很大的親和力而極易成形TiN和TiO2，鋼錠在較低溫度時(shí)，就形成了較多的非金屬夾雜和皮下多孔等缺陷。 4）Ti也是鐵素體形成元素，所以其含量較多（2%）就易生成鐵素體相或其它脆性相而使韌性降低。 5）銅V一樣，含Ti達(dá)0.05%時(shí)就將使硅鋼矯頑力降低，這可能是脫氧的作用，它對(duì)硅鋼還會(huì)促進(jìn)其二次再結(jié)晶，這倒可得粗晶而改善磁性。 （3）一般鋼中的Ti含量： 1）通常鋼中含Ti量取決于它的含碳量，一般約為Ti%=48倍*C%。 2）合金結(jié)構(gòu)鋼中有鉻錳鈦鋼、不銹鋼和耐熱鋼中也含Ti，一般為0.06%2%。 11、Nb （1）鈮的有益作用是： 1）能生成高度分散的強(qiáng)固的碳化物NbC（熔點(diǎn)3500），所以可細(xì)化晶粒，直加熱至于11001200，仍可阻止晶粒長(zhǎng)大。 2）同Ti能防止產(chǎn)生晶間腐蝕，實(shí)踐知，以含Ni=8*C%為佳。 3）能與Fe生成金屬間化合物Fe2Nb2，這種化合物在鐵中聽溶