合金钢合金元素在钢中的作用行业资料冶金工业_行业资料-冶金工业.pdf

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1、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、

2、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，女口 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

3、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。For pers onal use only in study and research;not for commercial use 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。

4、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）:钛是钢中强脱氧齐叽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

5、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，但塑性和韧 性有所下降。在普通低合金钢中加铌，可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力。铌可改善焊接性能。在奥氏体不锈钢中加铌，可防止晶间腐蚀现象。13、钴（Co）:钴是稀有的贵重金属，

6、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。铜能提高强度和韧性，特别是大 气腐蚀性能。缺点是在热加工时容易产生热脆，铜含量超过 0.5%塑性显著降低。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，提高冲击韧性，如作深冲薄板的08AI钢。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝与铬、硅合用，可显著提高 钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切 削加工性能。16、硼(B):钢中加入微量的硼就可改善钢的致密性和热轧性能，提高强度。17、氮(N):氮能提高

7、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性能，如韧性、焊接性，冷加工性 能。在犁铧钢中加入稀土，可提高耐磨性。钼：Mo在白口铸铁中，质量分数的 50%消耗于形成 Mo2C,质量分数25%进入碳化物，质 量分数25%的Mo溶入金属集体。进入基体的 Mo提高铸铁的淬透性，随 Mo量提高，淬透 性改善。Mo提高高铬白口铸铁淬透性的能力与铬碳比有紧密关系。当 Mo与Cu、Ni、

8、Cr 任一元素或与 Cr+Ni二元素同时添加时，提高淬透性的作用更加明显。另外，Mo在Ni-Cr 型马氏体白口铸铁中有替代 Ni的能力。镍：Ni不溶于碳化物而全部进入奥氏体，因此，它提高淬透性的作用得以充分发挥。在 低铬白口铸铁中加入质量分数约 2.5%的镍，可促使组织中得到硬而细的珠光体。当 w(Ni)4.5%可阻止珠光体形成。更高的镍量(w(Ni)6.5%)可使奥氏体稳定，在低温或 在铸态下发生马氏体转变。如镍硬白口铸铁在铸态条件下就可得到马氏体基体+M7C3共晶 碳化物的组织。对于大截面高铬白口铸铁，添加 w(Ni)=0.2%1.5%能抑制珠光体形成，若 Ni与Mo同时添加，抑制作用更明

9、显。铜：在低铬与高铬马氏体白口铸铁中，铜能抑制珠光体形成的作用。由于铜在奥氏体中的 溶解度有限，所以不能添加太多，以 w(Cu)2.5%为宜，故Cu在镍硬铸铁中不能取代 Ni。当Cu、Mo联合添加时，可显著提高淬透性。但是过量的铜会引起残余奥氏体增多，影响 材料耐磨性。减少铸铁中的碳、铬量可降低奥氏体稳定性，但同时将使马氏体量减少，引起 硬度降低。钒：V是强烈的碳化物形成元素，铸态下形成初生碳化物，或二次碳化物，增加激冷程度。钒在薄壁铸件中产生的强烈激冷作用可借助 Ni、Cu或增加C、Si含量给与平衡。此外，少 量的钒，如w(V)=0.1%0.5%可使粗大的柱状晶细化。由于钒与溶液中的碳结合，

10、导致基体 碳量降低，从而提高马氏体转化温度，促使在铸造条件下完全转成马氏体。硅：Si在白口铸铁中是被限制的元素，因为 Si增加碳的活性，容易促使石墨形成，阻止 白口产生。另外，硅降低淬透性，容易促使形成珠光体，影响材料耐磨性。低合金白口铸铁 中w(Si)=1%左右，高铬白口铸铁含硅量常控制在 w(Si)=0.4%0.7%。Si量过低(如 w(Si)0.4%)对脱氧不利。与一般结论不同，有文献报道，Si在中铬白口铸铁中，有使(Fe、Cr)7C3碳化物量增加的趋势 钢铁材料中主要元素及其对组织和性能的影响 元素符号 对组织的影响 对 性 能 的 影 响 Al 缩小丫相区，形成丫相圈；在 a铁及丫铁

11、中的最大溶解度分别为 36%及0.6%，不 形成碳化物，但与氮及氧亲和力极强 主要用来脱氧和细化晶粒。在渗碳钢中促使形成 坚硬耐蚀的渗碳层。含量高时，赋予钢高温抗氧化及耐氧化性介质、H2S 气体的腐蚀作用。固溶强化作用大。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硅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中加入的硅强度可提高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锰在炼钢过程中锰良好的脱氧

12、剂和脱硫剂一般钢中含锰在碳工性能女口钢比屈服点高含锰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磷在一般情况下磷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在耐热合金中，与镍形成 丫相（Ni3AI）,从而提高其热强性。有促使石墨 化倾向，对淬透性影响不显著 As 缩小丫相区，形成丫相圈，作用与磷相似，在钢中偏析严重 含量不超过0.2%时，对钢的一般力学性能影响不大，但增加回火脆性敏感性 B 缩小丫相区，但因形成Fe2B,不形成丫相圈。在 a 铁及丫铁中的最大溶解度分别为 0.008%及 0.02%微量硼在晶界上阻抑铁素体晶

13、核的形成，从而延长奥氏体的孕育 期，提高钢的淬透性。但随钢中碳含量的增加，此种作用逐渐减弱以至完全消失 C 扩大丫相区，但因渗碳体的形成，不能无限固溶。在 a 铁及丫铁中的最大溶解度分 别为 0.02%及2.1%随含量的增加，提高钢的硬度和强度，但降低其塑性和韧性 Co 无限固溶于 丫铁，在 a 铁中的溶解度为76%。非碳化物形成元素 有固溶强 化作用，赋予钢红硬性，改善钢的高温性能和抗氧化及耐蚀的能力，为超硬高速钢及高温合 金的重要合金化元素。提高钢的 MS 点，降低钢的淬透性 Cr 缩小丫相区，形成丫相圈，在 a 铁中无限固溶，在 丫铁中的最大溶解度为12.5%,中等碳化物形成元素，随铬含

14、量的增加，可形成（Fe，Cr）3C，（Cr，Fe）7C3，（Cr，Fe）23C6 等碳化物 增加钢的淬透性并有二次硬化作用，提高高碳钢的耐磨性。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，并增加钢的热强性。为不锈耐酸钢及耐热钢的主要合金化元素。含量高时，易发生 b 和475C 脆性 Cu 扩大丫相区，但不无限固溶；在 a 铁及丫铁中的最大溶解度分别约 2%或 8.5%。在724C 及700C 时，在 a 铁中的溶解度剧降至 0.68%及0.52%当含量超过 0.75%时，经固溶处理和时效后可产生时效强化作用。含量低时，其作用与镍相似，但较弱。含量 较高时，对热变形加

15、工不利，如超过 0.30%，在氧化气氛中加热，由于选择性氧化作用，在 表面将形成一富铜层，在高温熔化并侵蚀钢表面层的晶粒边界，在热变形加工时导致高温铜 脆现象。如钢中同时含有超过铜含量 1/3 的镍，则可避免此种铜脆的发生，如用于铸钢件则 无上述弊病。在低碳低合金钢中，特别与磷同时存在时，可提高钢的抗大气腐蚀性能。Cu2%3%在奥氏体不锈钢中可提高其对硫酸、磷酸及盐酸等的抗腐蚀性及对应力腐蚀的稳定性 H 扩大丫相区，在奥氏体中的溶解度远大于在铁素体中的溶解度；而在铁素体中的溶 解度也随温度的下降而剧减 氢易使钢产生白点等不允许有的缺陷，也是导致焊缝热 影响区中发生冷裂的重要因素。因此，应采取一

16、切可能的措施降低钢中的氢含量 Mn 扩大丫相区，形成无限固溶体。对铁素体及奥氏体均有较强的固溶强化作用。为弱碳化物形成元素，进入渗碳体替代部分铁原子，形成合金渗碳体 与硫形成熔点较 高的MnS,可防止因FeS而导致的热脆现象。降低钢的下临界点，增加奥氏体冷却时的过 冷度，细化珠光体组织以改善其机械性能，为低合金钢的重要合金化元素之一，并为无镍及 少镍奥氏体钢的主要奥氏体化元素。提高钢的淬透性的作用强，但有增加晶粒粗化和回火脆 性的不利倾向 Mo 缩小丫相区，形成丫相圈，在 a铁及丫铁中的最大溶解度分别约 4%及37.5%。强 碳化物形成元素 阻抑奥氏体到珠光体转变的能力最强，从而提高钢的淬透性

17、，并为贝 氏体高强度钢的重要合金化元素之一。含量约 0.5%时，能降低或抑止其他合金元素导致的 回火脆性。在较高回火温度下，形成弥漫分布的特殊碳化物，有二次硬化作用。提高钢的热 强性和蠕变强度，含 Mo2%3%能增加耐蚀钢抗有机酸及还原性介质腐蚀的能力 o（u#D R&%A;N 扩大丫相区，但由于形成氮化铁而不能无限固溶；在 a铁及丫铁中的最大溶解度分 别约 0.1%及 2.8%。不形成碳化物，氮与钢中其他合金元素形成氮化物，如 TiN，VN，AIN 等 有固溶强化和提高淬透性的作用，但均不太显著。由于氮化物在晶界上析出，提 高晶界高温强度，从而增加钢的蠕变强度。在奥氏体钢中，可以取代一部分镍

18、。与钢中其他 元素化合，有沉淀硬化作用；对钢抗腐蚀性能的影响不显著，但钢表面渗氮后，不仅增加其 硬度和耐磨性能，也显著改善其抗蚀性。在低碳钢中，残余氮会导致时效脆性 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硅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中加入的硅强度可提高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锰在炼钢过程中锰良好的脱氧剂和脱硫剂一般钢中含锰在碳工性能女口钢比屈服点高含锰的钢

19、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磷在一般情况下磷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Nb 缩小丫相区，但由于拉氏相 NbFe2的形成而不形成 丫相圈；在 a 铁及丫铁中的 最大溶解度分别约为 1.8%及 2.0%。强碳化物及氮化物形成元素 部分元素进入固溶 体，固溶强化作用很强。固溶于奥氏体时，显著提高钢的淬透性；但以碳化物及氧化物微细 颗粒形态存在时，却细化晶粒并降低钢的淬透性。增加钢的回火稳定性，有二次硬化作用。微量铌可以在不影响钢的塑性或韧性的情况下，提高钢的强度。由于细化晶粒的作用，提高 钢的冲击韧

20、性并降低其脆性转折温度。当含量大于碳含量的 8 倍时，几乎可以固定钢中所有 的碳，使钢具有很好的抗氢性能；在奥氏体钢中，可以防止氧化介质对钢的晶间腐蚀。由于 固定钢中的碳和沉淀硬化作用，可以提高热强钢的高温性能，如蠕变强度等 Ni 扩大丫相区，形成无限固溶体，在 a 铁中的最大溶解度约 10%。不形成碳化 物 固溶强化及提高淬透性的作用中等。细化铁素体晶粒，在强度相同的条件下，提 高钢的塑性和韧性，特别是低温韧性。为主要奥氏体形成元素并改善钢的耐蚀性能。与铬、钼等联合使用，提高钢的热强性和耐蚀性，为热强钢及奥氏体不锈耐酸钢的主要合金元素之 一三维网技术论坛 3 3 N5$_:g*N9 s O

21、缩小丫相区，但由于氧化铁的形成，不形成 丫相圈；在 a铁及丫铁中的最大溶解度 分别约为 0.03%及 0.003%固溶于钢中的数量极少，所以对钢性能的影响并不显著。超过溶解度部分的氧以各种夹杂的形式存在，对钢塑性及韧性不利 P 缩小丫相区，形成丫相圈；在 a 铁及丫铁中的最大溶解度分别为 2.8%及0.25%。不 形成碳化物，但含量高时易形成 Fe3P 固溶强化及冷作硬化作用极强；与铜联合使 用，提高低合金高强度钢的耐大气腐蚀性能，但降低其冷冲压性能。与硫锰联合使用，增加 钢的被切削性。在钢中偏析严重。增加钢的回火脆性及冷脆敏感性 Pb 基本上不溶于钢中 含量在 0.2%左右并以极微小的颗粒存

22、在时，能在不显 著影响其他性能的前提下，改善钢的被切削性 RE 包括元素周期表川B族中镧系元素及钇和钪，共17个元素。它们都缩小丫相区，除镧外，都由于中间化合物的形成而不形成 丫相圈；它们在铁中的溶解度都很低，如铈和钕 的溶解度都不超过 0.5%。它们在钢中，半数以上进入碳化物中，小部分进入夹杂物中，其 余部分存在于固溶体中。它们和氧、硫、磷、氮、氢的亲和力很强，和砷、锑、铅、铋、锡 等也都能形成熔点较高的化合物 有脱气、脱硫和消除其他有害杂质的作用。还改善 夹杂物的形态和分布，改善钢的铸态组织，从而提高钢的质量。0.2%的稀土加入量可以提 高钢的抗氧化性、高温强度及蠕变强度；也可以较大幅度地

23、提高不锈耐酸钢的耐蚀性 S 缩小丫相区，因有FeS的形成，未能形成 丫相圈。在铁中溶解度很小，主要以硫 化物的形式存在 提高硫和锰的含量，可以改善钢的被切削性。在钢中偏析严重，恶化 钢的质量。如以熔点较低的 FeS 的形式存在时，将导致钢的热脆现象。为了防止因硫导致 的热脆应有足够的锰，使形成熔点较高的 MnS。硫含量偏高，焊接时由于 SO2的产生，将 在焊缝金属内形成气孔和疏松 Si 缩小丫相区，形成丫相圈；在 a铁及丫铁中的溶解度分别为 18.5%及2.15%。不形 成碳化物 为常用的脱氧剂。对铁素体的固溶强化作用仅次于磷，提高钢的电阻率，降 低磁滞损耗，对磁导率也有所改善，为硅钢片的主要

24、合金化元素。提高钢的淬透性和抗回火 性，对钢的综合力学性能，特别是弹性极限有利。还可增强钢在自然条件下的耐蚀性。为弹 簧钢和低合金高强度钢中常用的合金元素。含量较高时，对钢的焊接性不利，因焊接时飞溅 较严重，有损焊缝质量，并易导致冷脆；对中高碳钢回火时易产生石墨化 Ti 缩小丫相区，形成丫相圈；在 a铁及丫铁中的最大溶解度分别约为 7%及0.75%,系最强的碳化物形成元素，与氮的亲和力也极强 固溶状态时，固溶强化作用极强，但 同时降低固溶体的韧性。固溶于奥氏体中提高钢淬透性的作用很强，但化合钛，由于其细微 颗粒形成新相的晶核从而促进奥氏体分解，降低钢的淬透性。提高钢的回火稳定性，并有二 次硬化

25、作用。含量高时析出弥散分布的拉氏相 TiFe2，而产生时效强化作用。提高耐热钢的 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硅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中加入的硅强度可提高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锰在炼钢过程中锰良好的脱氧剂和脱硫剂一般钢中含锰在碳工性能女口钢比屈服点高含锰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磷在一

26、般情况下磷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抗氧化性和热强性，如蠕变和持久强度。在高镍含铝合金中形成 丫相Ni3(Al,Ti)，弥 散析出，提高合金的热强性，有防止和减轻不锈耐酸钢晶间和应力腐蚀的作用。由于细化晶 粒和固定碳，对钢的焊接性有利 V 缩小丫相区，形成丫相圈；在 a铁中无限固溶，在Y铁中的最大溶解度约 1.35%。强碳化物及氮化物形成元素 固溶于奥氏体中可提高钢的淬透性；但以化合物状态存 在的钒，由于这类化合物的细小颗粒形成新相的晶核，将降低钢的淬透性。增加钢的回火稳 定性并有强烈的二次硬化作用。有细化晶粒作用，所以对低温冲击韧度有利。碳

27、化钒是金属 碳化物中最硬最耐磨的，可提高工具钢的使用寿命。钒通过细小碳化物颗粒的弥散分布可以 提高钢的蠕变和持久强度。钒、碳含量比大于 5.7时可防止或减轻介质对不锈耐酸钢的晶间 腐蚀，并大大提高钢抗高温高压氢腐蚀的能力，但对钢高温抗氧化不利。合金模具钢中加入合金元素的目的及作用 Mn 1、在低含量范围内，对钢具有很大的强化作用，提高强度、硬度和耐磨性 2、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性 3、稍稍改善钢的低温韧性 4、在高含量范围内，作为主要的奥氏体化元素。Si 1、强化铁素体，提高钢的强度和硬度 2、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性 3、提高钢的氧化性腐蚀介质中的耐蚀性，提高钢的耐

28、热性 4、磁钢中的主要合金元素(含量在 0.40%范围内时，改善热裂倾向，含量高时，易形成柱 状晶，增加热裂倾向。)Cr 1、在低合金范围内，对钢具有很大的强化作用，提高强度、硬度和耐磨性 2、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性 3、提高钢的耐热性 4、在高合金范围内，使钢具有对强氧化性酸类等腐蚀介质的耐腐蚀能力 Mo 1、强化铁素体，提高钢的强度和硬度 2、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性 3、提高钢的耐热性和高温强度 Ni 1、提高钢的强度，而不降低其塑性，改善钢的低温韧性 2、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性 3、扩大奥氏体区，是奥氏体化的有效元素 接性能变坏因此用于焊接的低合

29、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硅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中加入的硅强度可提高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锰在炼钢过程中锰良好的脱氧剂和脱硫剂一般钢中含锰在碳工性能女口钢比屈服点高含锰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磷在一般情况下磷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4、本身具有一定耐蚀性

30、，对一些还原性酸类有良好的耐蚀能力 Al 1炼钢中起良好的脱氧作用 2、细化钢的晶粒，提高钢的强度 3、提高钢的抗氧化性能，提高不锈钢对强氧化性酸类的耐蚀能力 Si 1硫在钢中以FeS-Fe共晶体存在于钢的晶粒周界，降低钢的力学性能，优制钢含硫量一般 应限制在0.04%以下。2、在机械制造中，有时为了改善某些钢的切削加工性能，人为将含硫量提高，以形成硫化 物，起中断基体连续性的作用。3、硫含量的提高，增加铸件热裂倾向。H:炼钢过程中钢液从炉气中吸收氢 钢液中氢的溶解度随温度升高而提高，在缓慢凝固条件下，氢以针孔形态析出。快速凝固时，析出氢在铁的晶格内造成高应力状态，导致脆性。Ni 炼钢过程中钢

31、液从炉气中吸收氮 1钢液中溶解的氮在凝固过程中因溶解度降低而析出，并与钢中的Si、Al、Zr等元素化合，生成SiN、AlN、ZrN等氮化物。少量氮化物能细化钢的晶粒。氮休物多时，会使钢的塑性 和韧性降低。2、氮属于扩大奥氏体区元素，在钢中可部分代替镍的作用，是铬锰氮不锈钢中的合金元素，在超低碳不锈钢中，可代替碳的作用，提高钢的强度。O:1钢液中溶解的FeO在凝固前温度降低过程中与钢液中的碳起反应，生成一氧化碳气泡，在铸件中造成气孔。2、钢液凝固过程中，FeO因溶解度下降而析出在钢的晶粒周界处，降低钢的性能。合金模具钢中为什么加入大量的合金元素？都加入哪些合金元素？加入大量的合金元素可以改善模具

32、钢原有的性能譬如改善强韧性、增加淬透性、增加耐 磨与耐蚀性、提高热稳定性、改善切削加工工艺性等，使模具钢更能满足模具的使用要求。合金模具钢中所加的合金元素有：第二周期 B、C、N;第三周期Si、Al、P、S;第 四周期V、Cr、Ti、Mn、Co、Ni、Cu;第五周期 Y、Zr、Nb、Mo;第六周期 La族、Ta、W。依据合金元素与 C的亲和力的大小，合金模具钢中加入的合金元素可分为四类：强碳化 物形成元素，如 Ti、Zr、Nb、V:中强碳化物形成元素，如 W、Mo、Cr;弱碳化物形 成元素，如 Mn;非碳化物形成元素，如 Ni、Si、Al、Co、Cu、P、S、N.合金模具钢中加入合金元素的目的

33、是什么？合金模具钢实质上是在优质或高级优质碳钢的基础上加入合金元素形成的。加入合金元 素的目的有这些：1提高模具钢的淬透性，增加模具钢的硬化层深度；2形成大量的合金碳化物，作为模具钢中的强化相，增加模具钢的强度、硬度与耐磨性；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硅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中加入的硅强度可提高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锰在炼钢过程中锰良好的

34、脱氧剂和脱硫剂一般钢中含锰在碳工性能女口钢比屈服点高含锰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磷在一般情况下磷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Ti、Nb、V、W、Mo 等强和中强碳化物形成元素强烈 3细化晶粒，提高模具钢的强度与韧性；4固溶于基体组织中，起固溶强化作用；5脱溶于基体组织，起沉淀强化作用；6消除或降低模具钢的回火脆性；7固溶于基体组织中，提高模具钢的热稳定性和回火稳定性；8.改善模具钢的耐蚀性及抗高温氧化性；9降低模具钢的淬火变形，保持钢件的尺寸稳定；10.改善切削加工工艺性。合金模具钢的合

35、金元素主要起什么作用？合金元素所起的作用有以下几个方面。对临界点的影响 Mn、Co、Ni、C、Cu、N 等元素合 A3 温度下降，A4 温度升高；V、Cr、Ti、Mo、W、Al、P、Sn、Sb、As、B、Zr、Nb、Ta、S、Ce 等元素使 A3 温度升高，A4 温度下降。2对铁-碳合金临界点的影响 Mn、Ni、C、Cu、N等元素使铁碳相图中的 S点和E点向下 并向左移，A3线（GS线）也向下移（Co除外）；V、Cr、Ti、Mo、W、Al、P、Sn、Sb、As、B、Zr、Nb、Ta、S、Ce等元素使 S点和E点上升并向左移。与模具钢中晶体缺陷的相互作用 一些合金元素与晶界结合，形成晶界偏聚；与

36、位错结合 形成柯垂耳气团。对钢的组织及性能产生影响，如产生晶界强化、出现晶界脆性、出现晶间 腐蚀等。5 固溶于基体组织中起固溶强化作用 碳化物形成元素 Ti、Zr、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn 等与非碳化物形成元素 Ni、Si、Al、Co、Cu、P、S、N等，在高温时能固溶于奥氏体中，相变后遗留固溶于室温组织中，对基体组织起固溶强化作用。6对C曲线影响：非碳化物形成元素 Ni、Si、Al、Cu以及弱碳化物形成元素 Mn等使C曲 线右移而不改变曲线形状。Co使C曲线左移。碳化物形成元素 W、Mo、Cr、V等不仅使C 曲线右移而且使其形状改变为具有上、下两面三刀个“C形曲线。提高临界点的元素如

37、Si、Al、Co、Cr、Mo、W、V 等使 C 曲线的“鼻子”向上移动，降低临界点的元素如 Mn、Ni、Cu 等则使 C 曲线的“鼻子”向下移动。7 对奥氏体化的影响 合金元素的加入提高了钢奥氏体化温度和延长了奥氏体化的时间。Al、Ti、Nb、V 元素强烈阻止了奥氏体晶粒长大，W、Mo 中等阻止奥氏体晶粒长大，C、P、Mn（高碳时）促进奥氏体晶粒长大。.合金元素对过冷奥氏体转变影响 推迟珠光体转变，推迟贝氏体转变较少；升高珠光体转变温度范围，降低贝氏体转变温度范 围，明显出现珠光体和贝氏体两条 C 曲线。铬和锰等中、弱碳化物形成元素强烈推迟珠光 体转变，推迟后者更显著，因而出现了另一种两条 C

38、 曲线形式。非碳化物形成元素铝和硅都增加过冷奥氏体的稳定性，而推迟贝氏体转变更强烈。镍强烈推 迟珠光体转变，钴降低过冷奥氏体的稳定性。但镍和钴不改变碳钢 C 曲线的形状。钢中晶界偏聚强烈的元素如硼、磷、稀土等元素使先共析铁素体转变显著推迟，对珠光体和 贝氏体转变推迟较弱，但不改变碳钢 C 曲线的形状。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硅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中加入的硅强度可提高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的低碳钢具有极高

39、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锰在炼钢过程中锰良好的脱氧剂和脱硫剂一般钢中含锰在碳工性能女口钢比屈服点高含锰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磷在一般情况下磷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9对马氏体转变的影响 多数合金元素使马氏体点 MS降低，其中Cr、Mn、Ni元素的作用 最强。只有 Al、Co 元素是提高马氏体点 MS 的，Si 元素则影响不大。10对回火组织转变的影响 多数合金元素推迟马氏体在第二阶段的分解，阻止碳化物的分解 和聚集，升高残余奥氏体的分解温度，改善钢的回

40、火稳定性。同时合金元素也催了二次硬化、二次淬火现象。11对工艺性的影响 加入大量的合金元素促使钢内部产生大量的共晶碳化物，给锻造增加了 难度，经切削加工制造了困难，给热处理带来了棘手的难题，给焊接造成了难以实现的困难。模具钢中加入Pb、Ca、S、Se元素，却能改善模具钢的切削加工工艺性。钢中合金元素的作用 为什么要加入合金元素？1.淬透性低 2.强度和屈强比低 3.高温强度差 4.不能满足特殊性能的要求 合金元素对钢中基本相的影响 1、合金固溶体 a Fe(Me)2、合金渗碳体(Fe,Me)3C 3、合金碳化物 TiC、NbC、WC、VC、4、非金属夹杂 MnS,MnO,SiO2,Al2O3

41、5、Cu,Pb 以游离状态存在 合金元素在钢中的存在形式取决于：1、合金元素本身的性质 2、合金元素的含量以及碳的 含量 3、热处理条件（加热温度、冷却条件）1.形成合金碳化物 Mn：弱碳化物形成元素，Cr、Mo W属于中强碳化物形成元素，V、Ti、Nb Zr:是强 碳化物形成元素。与C的亲和力强的合金元素形成的特殊碳化物，稳定性好，具有高熔点、高硬度、高耐磨 性和不易分解等特点。碳化物的稳定性越高，热处理加热时，碳化物的溶解及奥氏体的均匀化越困难。同样在冷 却及回火过程中碳化物的析出及其聚集长大也越困难。2.形成合金固溶体：凡是溶入铁素体的合金元素均起固溶强化作用，即，使钢的强度和硬度 提高

42、、韧性降低。三、合金元素对铁碳合金相图的影响 1、对奥氏体相区的影响（1）扩大 A 区 Ni、Mn Co C、N Cu等元素的加入会使奥氏体相区扩大，特别是 Ni、Mn的影响更大（2）缩小 A 区 Cr、W、Mo、V、Ti、Al、Si 等元素的加入会使奥氏体相区缩小，特别是 Cr、Si 含量高时 将限制 A 体区，甚至完全消失。2、对铁碳相图中 S点、E点的影响 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硅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中加入的硅强度可提高硅和钼钨铬等

43、结合有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用可制造耐热钢含硅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锰在炼钢过程中锰良好的脱氧剂和脱硫剂一般钢中含锰在碳工性能女口钢比屈服点高含锰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磷在一般情况下磷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所有的合金元素都使 S点左移，而大部分合金元素均使 E点左移，因此，含碳量相同的碳钢 和合金钢具有不同的显微组织。3、对共析转变温度 A1 的影响 扩大A相区的元素使铁碳合金相图中共析转变温度 A1下降；缩小A相区的元素则使其上

44、升，并都使共析反应在一个温度范围内进行。四、合金元素对钢热处理的影响 1、合金元素对加热时相变的影响（1）对奥氏体形成速度的影响 Cr、Mo W V、Ti、Nb Zr等强碳化物形成元素与 C的亲和力强，形成难溶于奥氏体 的合金碳化物，显著阻碍C的扩散，大大减慢奥氏体形成速度。为了加速碳化物的溶解和奥 氏体成分的均匀化，必须提高加热温度并保温更长时间。Co、Ni等部分非碳化物形成元素能增大 C的扩散速 度，使奥氏体形成速度加快。Al、Si、Mn等合金元素对奥氏体形成速度影响不大。（2）对奥氏体晶粒大小的影响 除 Co、Ni 以外，绝大多数合金元素，特别是强碳化物形成元素由于形成合金渗碳体和特殊

45、碳化物，更难溶入奥氏体中，并且阻碍奥氏体晶界的移动和奥氏体晶粒的长大，起到细化晶 粒的作用。V、Ti、Nb Zr强烈阻碍A体晶粒长大 W Cr、Mo中等阻碍A体晶粒长大 Mn B促进A体晶粒长大 2、合金元素对过冷奥氏体转变的影响 合金元素对C曲线的影响 除Co外，几乎所有合金元素溶入奥氏体后都增大过冷奥氏体的稳定性，使 C曲线右移，即 提高钢的淬透性。Mo、Mn、W、Cr、Ni、Si、Al 对淬透性作用依次由强到弱。加入合金元素，只有完全溶入奥氏体才能提高淬透性。两种或多种合金元素同时加入对淬透性的影响，比单一元素的影响强得多。合金元素对马氏体转变的影响 Si 基本不影响 Ms、Mf 点，除

46、 Co、Al 外，多数合金元素使 Ms、Mf 点下降，导致残余奥氏体 增加。五、合金元素对回火转变的影响 1、提高回火稳定性 回火稳定性：淬火钢在回火时硬度下降快慢的性质。原因：（1）推迟马氏体的分解和残余奥氏体的转变（即在较高温度才开始分解和转 变）（2）提高铁素体的再结晶温度 提高回火稳定性作用较强的合金元素有：V Si、Mo W Ni、Co等。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硅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中加入的硅强度可提高硅和钼钨铬等结合有提高抗腐

47、蚀性和抗氧化的作用可制造耐热钢含硅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锰在炼钢过程中锰良好的脱氧剂和脱硫剂一般钢中含锰在碳工性能女口钢比屈服点高含锰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磷在一般情况下磷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2、产生二次硬化 二次硬化：淬火钢在回火时随着回火温度的升高，硬度不下降反而升高的现象。产生二次硬化的原因：1.残余奥氏体的转变：Mn、Mo、W、Cr、Ni、V、Co 2.V、Mo、W、Cr、Ni、Co（Co仅在高含量并有其他合金元素存在时，

48、由于能产生弥散分部的金属间化合 物才有效）3、增大回火脆性 回火脆性：在某些温度区间回火时，钢的硬度显著下降的现象。消除方法：快冷；加入 Mo或W 合金钢的强化机制：1.合金F的固溶强化2.M位错强化3.细晶强化（F、M晶粒度，P片间 距 J）4.弥散强化（也称第二相（沉淀）强化）六、结构钢中常用的合金元素及其作用 主加元素：Cr、Ni、Si、Mn 辅加元素：W、Mo、V、Ti、B 1.提高淬透性：强烈的有 Mo Cr、Mn B,其次是Ni、Si 2.细化晶粒：强烈的有 Ti、V 其次是 W Mo Cr 3.促使晶粒长大 Mn和B 4.消除高温回火脆性 Mo和W 总结：Mo、Cr、Mn B强淬

49、透，Ni、Si二者稍落后。V Ti、Nb Zr强细化 W Cr、Mo 也稍落后Mn B促使它长大 W、Mo消除高回脆 仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途 For personal use only in study and research;not for commercial use.Nur f u r den pers?nlichen f u r Studien,Forschung,zu kommerziellen Zwecken verwendet werden.Pour l e tude et la recherche uniquement a des fins personne

50、lles;pas a des fins commerciales.TO员BKO gA.nrogeHKO TOpMenob3ymoiflCH6yHeHuac egoB u HHuefigoHM ucno 员 B30BaTbCE B KOMMepqeckux qe 员 EX._ 以下无正文 _ 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硅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中加入的硅强度可提高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的低碳钢具有极高的导磁率用