合金鋼合金元素在鋼中的作用

1、碳（C）：鋼中含碳量增加，屈服點和抗拉強度升高，但塑性和沖

合金結構鋼

擊性降低，當碳量0.23%超過期，鋼的焊接機能變壞，因此用于焊接的低合金結構鋼，含碳量一般不超過0.20%。碳量高還會降低鋼的耐大氣侵蝕能力，在露天料場的高碳鋼就易銹蝕；此外，碳能增加鋼的冷脆性和時效敏感性。 2、硅（Si）：在煉鋼過程中加硅作為還原劑和脫氧劑，所以鎮定鋼含有0.15－0.30%的硅。假如鋼中含硅量超過0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能明顯進步鋼的彈性極限，屈服點和抗拉強度，故廣泛用于作彈簧鋼。在調質結構鋼中加入1.0－1.2%的硅，強度可進步15－20%。硅和鉬、鎢、鉻等結合，有進步抗侵蝕性和抗氧化的作用，可制造耐熱鋼。含硅1－4%的低碳鋼，具有極高的導磁率，用于電器產業做矽鋼片。硅量增加，會降低鋼的焊接機能。

　　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0.30－0.50%。在碳素鋼中加入0.70%以上時就算“錳鋼”，較一般鋼量的鋼不但有足夠的韌性，且有較高的強度和硬度，進步鋼的淬性，改善鋼的熱加工機能，如16Mn鋼比A3屈服點高40%。含錳11－14%的鋼有極高的耐磨性，用于挖土機鏟斗，球磨機襯板等。錳量增高，減弱鋼的抗侵蝕能力，降低焊接機能。

　　4、磷（P）：在一般情況下，磷是鋼中有害元素，增加鋼的冷脆性，使焊接機能變壞，降低塑性，使冷彎機能變壞。因此通常要求鋼中含磷量小于0.045%，優質鋼要求更低些。

　　5、硫（S）：硫在通常情況下也是有害元素。使鋼產生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，在鑄造和軋制時造成裂紋。硫對焊接機能也不利，降低耐侵蝕性。所以通常要求硫含量小于0.055%，優質鋼要求小于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）：在結構鋼和工具鋼中，鉻能明顯進步強度、硬度和耐磨性，但同時降低塑性和韌性。鉻又能進步鋼的抗氧化性和耐侵蝕性，因而是不銹鋼，耐熱鋼的重要合金元素。

　　7、鎳(Ni)：鎳能進步鋼的強度，而又保持良好的塑性和韌性。鎳對酸堿有較高的耐侵蝕能力，在高溫下有防銹和耐熱能力。但因為鎳是較稀缺的資源，故應盡量采用其他合金元素代用鎳鉻鋼。

　　8、 鉬(Mo)：鉬能使鋼的晶粒細化，進步淬透性和熱強機能，在高溫時保持足夠的強度和抗蠕變能力(長期在高溫下受到應力，發生變形，稱蠕變)。結構鋼中加入鉬，能進步機械機能。 還可以按捺合金鋼因為火而引起的脆性。在工具鋼中可進步紅性。

　　9、鈦(Ti)：鈦是鋼中強脫氧劑。它能使鋼的內部組織致密，細化晶粒力；降低時效敏感性和冷脆性。改善焊接機能。在鉻18鎳9奧氏體不銹鋼中加入適當的鈦，可避免晶間侵蝕。

　　10、釩(V)：釩是鋼的優良脫氧劑。鋼中加0.5%的釩可細化組織晶粒，進步強度和韌性。釩與碳形成的碳化物，在高溫高壓下可進步抗氫侵蝕能力。

　　11、鎢(W)：鎢熔點高，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，可明顯進步紅硬性和熱強性，作切削工具及鍛模具用。

　　12、鈮(Nb)：鈮能細化晶粒和降低鋼的過熱敏感性及回火脆性，進步強度，但塑性和韌性有所下降。在普通低合金鋼中加鈮，可進步抗大氣侵蝕及高溫下抗氫、氮、氨侵蝕能力。鈮可改善焊接機能。在奧氏體不銹鋼中加鈮，可防止晶間侵蝕現象。

　　13、鈷(Co)：鈷是稀有的珍貴金屬，多用于特殊鋼和合金中，如熱強鋼和磁性材料。

　　14、銅(Cu)：武鋼用大冶礦石所煉的鋼，往往含有銅。銅能進步強度和韌性，特別是大氣侵蝕機能。缺點是在熱加工時輕易產生熱脆，銅含量超過0.5%塑性明顯降低。當銅含量小于0.50%對焊接性無影響。

　　15、鋁(Al)：鋁是鋼中常用的脫氧劑。鋼中加入少量的鋁，可細化晶粒，進步沖擊韌性，如作深沖薄板的08Al鋼。鋁還具有抗氧化性和抗侵蝕機能，鋁與鉻、硅適用，可明顯進步鋼的高溫不起皮機能和耐高溫侵蝕的能力。鋁的缺點是影響鋼的熱加工機能、焊接機能和切削加工機能。

　　16、硼(B)：鋼中加入微量的硼就可改善鋼的致密性和熱軋機能，進步強度。

　　17、氮(N):氮能進步鋼的強度，低溫韌性和焊接性，增加時效敏感性。

　　18、稀土(Xt)：稀土元素是指元素周期表中原子序數為57-71的15個鑭系元素。這些元素都是金屬，但他們的氧化物很象“土”，所以習慣上稱稀土。鋼中加入稀土，可以改變鋼中夾雜物的組成、形態、分布和性質，從而改善了鋼的各種機能，如韌性、焊接性，冷加工機能。在犁鏵鋼中加入稀土，可進步耐磨性。

　　對鋼加熱和冷卻時相變的影響 鋼加熱時的主要固態相變長短奧氏體相向奧氏體相的轉變，即奧氏體化的過程。整個過程都和碳的擴散有關。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；而強碳化物形成元素如釩、鈦、鎢等，強烈妨礙碳在鋼中的擴散，明顯減慢奧氏體化的過程。鋼冷卻時的相變是指過冷奧氏體的分解，包括珠光體轉變（共析分解）、貝氏體相變及馬氏體相變。因為鋼中大都存在幾種合金元素的相互作用，致使對鋼冷卻時相變的影響也復雜得多。僅舉合金元素對過冷奧氏體等溫轉變曲線的影響為例，大多數合金元素，除鈷和鋁外，均起減緩奧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（如硅、磷、鎳、銅）和少量的碳化物形成元素（如釩、鈦、鉬、鎢），對奧氏體到向珠光體的轉變和向貝氏體的轉變的影響差異不大，因而使轉變曲線向右推移。

　　碳化物形成元素（如釩、鈦、鉻、鉬、鎢）假如含量較多，將使奧氏體向珠光體的轉變明顯推遲，但對奧氏體向貝氏體的轉變的推遲并不明顯，因而使這兩種轉變的等溫轉變曲線從“鼻子”處分離，而形成兩個 C形。當這類元素增加到一定程度時，在這兩個轉變區域的中間還將泛起過冷奧氏體的亞不亂區。合金元素對馬氏體轉變溫度Ms (起始轉變溫度)和Mn (終了轉變溫度)的影響也很明顯，大部門元素均使Ms和Mn點降低，其中以碳的影響最大,其次為錳、釩、鉻等；但鈷和鋁則使Ms和Mn點升高。

　　對鋼的晶粒度和淬透性的影響 影響奧氏體晶粒度的因素良多。鋼的脫氧和合金化情況均與“奧氏體本質晶粒度”有關。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、磷則有促進晶粒長大的傾向。碳化物形成元素如鎢、鉬、鉻等，對阻止奧氏體晶粒長大起中等作用。強碳化物形成元素如釩、鈦、鈮、鋯等，強烈地阻止奧氏體晶粒長大，起細化晶粒作用。鋁固然屬于不形成碳化物元素，但卻是細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成分和晶粒度。除鈷和鋁等元素外，大部門合金元素溶入固溶體后都不同程度地按捺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目，即進步鋼的淬透性。一些碳化物形成元素，如釩、鈦、鋯、鎢等，假如形成碳化物而固定了鋼中的碳，反而會降低淬透性，易使晶粒粗化的元素如錳，能進步淬透性；使晶粒細化的元素如鋁，則降低淬透性。硼是明顯影響淬透性的元素，合金鋼中即使只含十萬分之一的硼，也能明顯進步鋼的淬透性。但硼的這種影響僅對低、中碳鋼有效，對高碳鋼完全無效。

　　對鋼的力學機能和回火機能的影響 鋼的機能取決于鐵的固溶體和碳化物各自機能以及它們相對分布的狀態。合金元素對鋼的力學機能的影響也與此有關。固溶于鐵素體中的合金元素，起固溶強化作用，使強度和硬度進步，但同時使韌性和塑性相對地降低。其中以磷和硅的固溶強化作用最明顯，而硅對韌性的影響也最嚴峻。少量的錳、鉻或鎳，反而對鐵素體的韌性有一定進步。

　　調質鋼的韌性－脆性轉變溫度是評價力學機能的一項重要指標。①進步轉變溫度的元素有 B、P、C、Si、Cu、Mo、Cr；②降低轉變溫度的元素有Ni、Mn；③少量時進步、多量時降低轉變溫度的元素有Ti、V;④少量時降低、多量時進步轉變溫度的元素有Al。

　　合金鋼的回火不亂性比碳素鋼好，這是因為合金元素在回火時阻礙了鋼中原子的擴散，因而在同樣溫度下，起到延遲馬氏體分解和抗回火軟化的作用。對合金鋼的回火不亂性影響比較明顯的為：釩、鎢、鈦、鉻、鉬、鈷、硅等元素；影響不顯著的為：鋁、錳、鎳等元素�？梢钥吹�，碳化物形成元素，對回火軟化的延遲作用特別明顯。鈷和硅雖屬不形成碳化物元素，但它們對滲碳體晶核的形成和長大，有強烈的延遲作用，因此，也有延遲回火軟化的作用。各種合金元素對回火脆性影響的程度是不同的。定性地說，錳、鉻、氮、磷、釩、銅、鎳等均有促進回火脆性的傾向。鉬的作用較特殊，它加入已有回火脆性的合金鋼（例如含錳、鉻等）中，能明顯地降低回火脆性傾向；若單獨加入普通碳素鋼中，則成為促進回火脆性傾向的元素。鎢的作用與鉬相似，但對回火脆性的影響尚未十分確定。

　　對鋼的焊接性和被切削性的影響 焊接性和被切削性是衡量鋼的工藝機能好壞的主要方面。凡能進步淬透性的合金元素均對鋼的焊接性不利。由于在焊縫熱影響區靠近熔合線一側冷卻時易形成馬氏體等硬脆組織，有導致開裂的危險。另一方面，熱影響區靠近熔合線處的晶粒因受高熱輕易粗化，因此，合金鋼中含有可使晶粒細化的元素如鈦、釩等是有益的。硅含量高，焊接時會發生嚴峻噴濺。硫含量高輕易產生熱裂，同時會逸出二氧化硫氣體，在焊接金屬內形成氣孔和松散。磷含量高輕易導致冷裂。

　　鋼中加入適量的硫、鉛等元素可改善鋼的被切削性（見易切削鋼）。合金鋼中的合金元素一般會使鋼的硬度增加，因而增高切削抗力，加劇刀具磨損。通過改變鋼的基體組織、夾雜物的種類、數目和外形可以影響鋼的被切削性。對鋼的耐蝕機能的影響 鉻是不銹耐酸鋼和耐熱鋼的主要合金元素。合金鋼中含鉻量若達到12％左右，在鋼的表面便形成致密的鉻的氧化物，使鋼在氧化性介質中的耐蝕性發生突變而大大進步。鉻、鋁、硅等元素，能進步鋼的抗氧化性和抗高溫氣體的侵蝕機能，但過量的鋁和硅則會使鋼的熱塑性變壞。鎳主要用來形成和不亂奧氏體組織，使鋼獲得良好的力學機能、耐蝕機能和工藝機能。鉬能使不銹耐酸鋼很快鈍化，進步對含有氯離子的溶液及其他非氧化性介質的耐蝕能力。鈦、鈮通常用來固定合金鋼中的碳，使它天生不亂的碳化物，以減輕碳對合金鋼耐蝕機能的有害作用。銅和磷配合使用時，可進步鋼的耐大氣侵蝕機能

合金鋼和碳鋼的區別