18种金属元素对钢性能的影响

mwmwmw · 发表于 2010-3-19 10:00:38

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1、Al
（1）Al当钢中其含量小于3～5%时，是一有益的元素。其作用是：高的抗氧化性和电阻。
①作为强烈脱氧剂加进的Al，可生成高度细碎的、超显微的氧化物，分散于钢体积中。因而可阻止钢加热时的晶粒长大（含Al＜10%，在加热＜1200℃才有细化作用，否则其作用甚小）和改善钢的淬透性。所以这些氧化物成为结晶的中心，而在钢冷却时又对A体分解起促进作用。
作为合金元素，有助于钢的氮化，因而可提高钢的热稳定性。所以AlN本身在加热时具有高稳定性，①与②都有利于减弱钢的过热倾向。
③可改善钢的抗氧化性，考虑②和③，
④能提高钢的电阻，与Cr共同用于制造高电阻铬铝合金：如Cr13Al4、1Cr17Al5、1Cr25Al5。Al使电阻增高的程度比Cr还高的多。在Cr钢中加Al，会粗晶易脆，所以其量一般不超过5%，个别才有8～9%。
⑤对硅钢而言，Al可减少α铁心损失，降低磁感强度，与氧结合可减弱磁时效现象，但Al的氧化物会使磁性变坏。Al（＞0.5%）也会使硅钢变脆。
（2）Al的不良影响
①促进钢的石墨化，减少合金相中的碳溶浓度，所以硬度、强度降低。
②加速脱碳
当Al含量增加至3～5%时，8～9%将会大大地促进钢锭的柱状结晶过程。因此而大大增加钢的机械热加工的困难，也使钢极易脱碳。（其热加工之所以困难是因为该合金钢锭具有粗晶结构，且其晶体的解理极弱，所以导热性低，加热时容易出现大的温度差而锻裂，甚至钢锭的去皮加工都会使其晶界氧化而破坏。此外，它在800℃以上的高温长时间停置也极易变脆。
一般合金钢中含Al量：
  合金结构钢：  Al=0.4～1.1% (38CrAlA、38CrMoAlA、38CrWVAlA等)
  耐热不起皮钢：Al=1.1～4.5% (Cr13SiAl、Cr24Al2Si、Cr17Al4Si等)
电热合金： Al=3.5～6.5% (Cr13Al4、1Cr17Al5、Cr8Al5、0Cr17Al5等)
            甚至Al=8% Cr7Al7：考虑电热合金受荷不大，虽有脆性，仍可使用。

2、Si
  （1）一般合金钢中的Si含量不会高于3.5%，更多时（4.8～6.5%）将使钢具有很高的脆性。
Si的有益作用：高的热强性和弹性极限，高的导磁率，涡流损失少。
①象Al、Cr一样，其氧化物均是尖晶石类型的组织。其晶格常数与α-Fe、γ-Fe区别小。因为其氧化物与金属分界处的晶胞之间就紧密而强固地结合在一起，氧化皮紧密地被贴在金属上，甚至在高温下也不剥落。所以它具有很强的抗氧化性和耐热性能，而被加入耐热钢。
②有利于提高钢的弹性极限，在中碳钢中加入1～2%的Si，调质中σb将增15～20%，而Aku也提高了，还提高了σs和δ。
③利于促进钢中石墨化而用于炼制石墨钢。此钢可制轴承，甚至作为工具钢代替，制冲头，拉模、弯曲模等。
④脱氧能力较强，是炼钢常用的脱氧剂，故一般钢中均含Si，其量≤0.5%。
⑤硅可减小晶体的各向异性，使磁化容易，使磁阻减小，它还可减轻钢中其他杂质对磁场磁感的危害（使%C石墨化，脱氧，与N形成氢化硅等）。所以可大大减少涡流损失。由于硅的脆性，目前高硅钢片硅含量规定为低于4.5%，最多只为4.8%，正在研究提高至6.5%。
⑥硅可显著地减慢回火马氏体在低温（200℃）时的分解速度。（在较高温度即400～500℃则作用并不显著）Si是铁素体形成元素，多加Si会使A-α转化。
（2）Si的不良影响
①促使石墨化，促进脱碳（它是阻止碳化物形成的一种元素），含Si钢一般不作渗碳。
②促进回火脆性的发展，使塑性降低。
Si对冲击韧性和韧性的温度储量的影响不是等值的。
当Si=1～1.5%时作用尚良好。Si=2.5～3%时则影响不良，含Si=2～2.5%，则难以锻造。
当Si≤2.3%时,矽铬钢对回火脆性的敏感性还很低,但对当Si=2.5～3.5%时，对回火脆性和敏感性就高。用这种钢必须采取韧性处理（回火后在水中浸渍，锻时用少韧处理），而当Si＞3.5％时，甚至持用韧性处理也已不能消除矽铬钢的脆性。（不过，Mo的加入可使其脆性稍许改善），SI=4%时，室温下即可能脆裂。
③对碳素工具钢，Si含量上升时，将降低其淬透性等级。一般结构钢中均不宜加Si，对于高速钢，不大于0.4%。
④由于硅的存在，使钢中增碳困难，并使渗碳速度降低，所以此类钢多不作渗碳处理。
⑤硅锰结合，Mn可下降，因为Si引起的脱碳，Si有微弱的抑制晶粒长大的作用，可稍下降，Mn引起的调质粗晶，有相互改善作用，但易生白点，应注意冶炼时原材料的干燥烘烤。
⑥硅在钢中还常以Fe、Mn的硅酸盐类夹杂物而存在，均会降低钢的各种性能，塑性比硫化物低。这类夹杂物透光度很高，而反光度则低，故显微镜下常呈灰黑色。
（3）一般合金钢中Si含量：
一般碳钢：Si＜0.5%
合金结构钢： Si =0.9～1.6% (27SiMn、40CrSi、20CrMnSi、35CrMnSiA等)
弹簧钢：    Si =1.5～2% (55Si2Mn、60Cr2Mn等)
轴承钢：    Si =0.4～0.7% (GCr9SiMn、GCr15SiMn、GCr6SiMn等)
工具钢：    Si =0.65～1.8% (SiMn、9SiCr、5SiMnMoV、6SiMoV等)
耐热钢：    Si =1～4.3% (Cr17Al4Si、Cr20Si3、4Cr9Si2、4Cr3Si4等)
电机硅钢片： Si =0.8～1.8% 、1.8～2.8%、2.8～3.8%、3.8～4.8%为低、中、较高、高级硅钢片

3、Mn
（1）锰的有益作用是高的强度和耐磨性),淬透、渗碳、冷工硬化。
14%（高耐磨钢），17～19%（护环钢）
① 作为炼钢的脱氧剂用，因为一般钢中均含Mn，其量≤0.7%。
② Mn和S作用抵消S对铁的红脆影响。
③ Mn对各类钢的作用是：

珠光体Mn钢：可提高其强度和耐磨性，塑性亦不错。所以它能细化珠光体组织。（对含碳量较高的钢，Mn↑，塑性稍有降低。对低碳钢则含Mn↑，而韧性↑。
奥氏体Mn钢：有足够高的塑性和很高的耐磨性。所以Mn能增加奥氏体的稳定性，扩大γ相区得奥氏体。降低淬火时的临界冷却速度。降低钢的临界点（A1和A3）同碳量碳素钢低25～30℃，所以可提高钢的淬透性，淬火时的变形也比较小，因此适于制大截面和复杂的零件。Mn=5%时，Mn降至0℃。
马氏体Mn钢：易使之发脆、淬裂。Mn易溶于铁素体内，形成弱碳化物其稳定性不强。所以加热过程中极易完全溶入奥氏休中，加之其临界点又低，所以晶粒极易粗化、极易淬裂，为此应严格控制淬火加热温度和保温时间，一般均以油淬或流动空气中冷却为宜，只有形状简单件才好用水淬。
调质钢：将降低其塑性（回火脆性影响）。
渗碳钢：Mn的存在能促进渗碳作用，所以能大大提高钢的表面硬度与耐磨性，尤其可贵的是在渗碳时表面软点较少，也不改变过分增碳的倾向。（渗碳后的锰钢，在最后淬火前，应进行一次正火或退火处理，以消除因长时间渗碳造成的心部过热）。
结构钢：将促使其回火脆性增强。
工具钢：加入约1%Mn，可减少淬火时的体积变形，这对于精密工具和长形工具来说有重要的意义。（如CrMn、CrWMn钢等）。
④ Mn可改善钢的焊接性和低温性能，还可减慢钢的脱碳作用。
⑤ Mn量中还可适当改善钢的切削性能。
⑥ 对某些钢，Mn的作用可代Ni，能扩大γ相区得奥氏体，如模具钢（增强淬透性）、奥氏体钢等。
⑦ 高锰钢对冷工硬化敏感，可提高钢的强度和耐磨性。（Mn=10～14%，而C=1～1.4%）
⑧ 铬锰奥氏体钢的热强性很好，甚至可超过Cr、Ni钢，加4%Cr、Ni红热耐磨性更好。Mn价廉。
（2）锰的不良影响是：

①增加钢的过热敏感性（粗晶）：这是由于含Mn渗碳体的稳定性不强，在加热过程中很容易完全溶于奥氏体中。加之，Mn钢的临界点亦较低，所以就易粗晶了。为此锻造和热处理加热都要严格控制加热温度和保温时间。所有合金元素中，Mn是不能减低奥氏体晶粒长大倾向的元素，相反引起粗晶。

② 增强钢对白点的敏感性，故要缓冷。（含C＞0.3%时影响即较大）
  ③增强回火脆性，且易形成带状和纤维组织。故纵、横向性能差较大（Mn＞2.4% 延伸率↓↓）
  ④ 高锰钢熔点低（Mn13～14%，T熔1350～1400℃）平均线膨胀系数大（相当于钢类矽钢的1.9倍），导热系数小（约为同类矽钢的1/3～1/4），热加工稍难。

⑤ 高锰钢在冷速不够时，易生成块状碳化物沿晶界析出，使钢变脆，采用水淬速冷时，可使碳化物来不及析出，得到均匀奥氏体组织，性能改善。但因为含Mn量高，导热性差，速冷则温差应力大而易淬裂，所以淬火次数不宜多。
（3）含Mn钢的分类

① 碳钢：a、正常含Mn量碳钢
Mn=0.25～0.8%

B、较高含Mn量碳钢
Mn=0.7～1.0%

及0.9～1.2%

② 锰钢：
Mn=1.1～1.8%

少数～2.4%

③ 高锰钢：
Mn=13～14%
（C=1.0～1.3%）

注：Mn＜1.2%为炼钢脱氧及稍许改变钢性能，作一般矽钢。Mn=1.1～1.8%或2.4%为具高塑性、耐磨性，强度而被采用。Mn=2.4～13%为粗晶极脆而不可用。Mn=13～14%为冷工硬化而成为高耐磨钢。

mwmwmw · 发表于 2010-3-19 10:02:59

4、Ni
（1）镍的有益作用是：高的强度、高的韧性和良好的淬透性、高电阻、高的耐腐蚀性。① 一方面既强烈提高钢的强度，另方面又始终使铁的韧性保持极高的水平。其变脆温度则极低。（当镍＜0.3%时，其变脆温度即达-100℃以下，当Ni量增高时，约4～5%，其变脆温度竞可降至-180℃。所以能同时提高淬火结构钢的强度和塑性。含Ni=3.5%，无Cr钢可空淬，含Ni=8%的Cr钢在很小冷速下也可转变为M体。② Ni的晶格常数与γ-铁相近，所以可成连续固溶体。这就有利于提高钢的淬硬性，Ni可降低临界点并增加奥氏体的稳定性，所以其淬火温度可降低，淬透性好。一般大断面的厚重伯都用加Ni钢。当它同Cr、W或Cr、Mo结合的时候，淬透性尤可增高。镍钼钢还具有很高的疲劳极限。（Ni钢有良好的耐热疲劳性，工作在冷热反复。σ、αk高）③ 在不锈钢中用Ni，是为了使钢具有均匀的A体组织，以改善耐蚀性。④ 有Ni钢一般不易过热，所以它可阻止高温时晶粒的增长，仍可保持细晶粒组织。⑤ 含Ni量相当高的钢，其热膨胀系数很小而用作不变钢（Ni36%）和代用白金（Ni42%）。⑥ 含Ni更高时，与Cr结合作高电阻合金（Cr15Ni60、Cr20Ni80）。⑦ Ni和V一样，对脱碳过程没有影响。Ni本身不是有效的抗氧化学元素，所以很少单独用作不锈钢的合金元素，但对浓苛性碱有好的作用。⑨ Ni可提高A体钢的蠕变抗力，但还一定值作用则减弱，须加入别的合金元素，通过固溶强化或沉淀硬化的途径来解决。⑩ Cr、Ni钢的焊接性能和低温性能也不错。（2）Ni的不良作用：① Ni不能提高铁素体的蠕变抗力，相反会使珠光体M体钢热脆性增大。所以珠光体、马氏体钢不加镍。② 含硫气氛中的Ni钢耐蚀性也不及无Ni钢，因硫化镍会引起钢的赤热脆性。③ 铬镍钢容易感受回火脆性和易形成白点（前者可在回火后采用速冷防止，后者应采用正确的熔炼规范和锻造、冷却规范防止。）④ 对高速钢，因为它降低了它的硬度而被视为有害杂质，当Ni≈2%时或更高时，由于其抗600～660℃回火稳定性降低而热硬性变坏（使A体稳定不分解），所以硬度降低。⑤ 同样，因为Ni降低钢之淬火层的硬度，在轴承钢中也不希望有它，Ni不大于0.30%，且Ni+Cu不大于0.50%（Cu不大于0.25%）。⑥ Ni虽可提高电阻，促使矽石墨化，但会降低磁感和最大磁导率。所以硅钢片也不希望有Ni。⑦ Ni在我国早，价钱高。⑧ Ni钢氧化容易起鳞，所镍钢的氧化铁皮粘在钢表面上不易脱落。（3）一般合金钢中的Ni含量：渗碳钢：含C=0.15～0.25%Ni=1～4.5%调质钢：含C=0.35～0.55%Ni=1～1.75%不锈钢：含Ni≤2% M体不锈钢，含Ni=8～18% A体不锈钢。含Ni=2～8% M-P体类不锈钢。耐热不起皮钢：含Ni达9～36%，属A 体钢。磁钢：含Ni＜25%的（Ni25、Ni9Mn9等）为弱磁性钢，用930～1000℃淬火能很好不被磁化，可用于制机器，仪表等不应被磁化零件（电机环、指南针盒、电阻等）。含Ni=25～30%的是陈化磁性钢，它具有非常高的磁性，当残余磁感应为5000～7500高斯时，矫顽磁力可达500～700奥斯特甚至1000，但它具有高的脆性（和硬度），所以多做铸造磁铁。含Ni=35～37%的是恒范合金（不变合金）Ni=42～44%的是类铂合金。含Ni=50～80%的是高导磁率的合金，（但要很纯，才能发挥作用）
5、Cr
（1）铬的有益作用：具有许多有价值的性能：高硬度、高强度、屈服点、高的耐磨性而对塑性、韧性影响又不大，高的抗氧化性，耐蚀性，还能提高电阻和导磁率等等。1）Cr是中等碳化物形成元素，在所有各种碳化物中，铬碳化物是最细小的一种，它可均匀地分布在钢体积中，所以具有高的强度、硬度、屈服点和高的耐磨性。由于它能使组织细化而又均分布，所以塑性、韧性也好，这对工具钢尤有价值。2）Cr的碳化物也较难溶解，在短时间加热下有阻碍晶粒长大作用，长时间渗碳还会粗晶。所以可减小过热敏感效应。3）Cr可使A 体分解速度减缓，降低淬火时的临界冷却速度，因而有助于M体形成和提高M体的稳定性，所以Cr钢均有优良的淬透性，且淬火变形较小。注意：Cr是铁素体形成元素，缩小γ区，所以在没A体化元素存在时，高Cr钢将呈铁素体组织。4）Cr与W或Mo结合，能使淬火钢中残余奥氏体增加，而有助于获得需要粉碎程度的碳化物相。5）Cr能大大提高结构钢的强度和塑性，这种影响在Cr与Ni结合的钢中尤其显著。如12CrNi3N等。6）Cr≥12%时，有好的耐蚀性，再加8～9%的Ni，耐蚀性更会大大提高。Cr提高耐蚀能力的作用随含碳量增加而会有所降低，因为Cr与C结合后不起作用。7) Cr≥25～30%时,有好抗氧化性。如Cr=27～28%即可作1300℃的热电偶温度计的防护罩，当Cr与Si、Al结合时，甚至Cr相当少而抗氧化性也很高。如Cr 6～10%+Si 2～3%就有高的耐热性和抗氧性。8）Cr、Al结合（1Cr17AL5、Cr13AL4等）及Cr、Ni结合（如Cr15Ni60、Cr20Ni80等）均有很高的电阻。9）Cr能提高钢的矫顽力和阻止钢的组织时效，所以Cr钢用于制造永久磁铁。10）Cr价较低。11）因为Cr可形成稳定的碳化物，减缓碳的扩散和生成紧固的氧化皮膜，所以可降低脱碳作用。12）含Cr＞2.5%的多元素合金钢。（18Cr3MoWVA、20Cr3MoWVA等）是良好的抗氢蚀钢。含Cr＜0.08% 这是石墨钢的要求，所以Cr是阻止石墨化的一种元素。含Cr≯1.2%低合金高强度钢（一般Mn钢和SiMn钢）含Cr=0.5～1.65% 作轴承钢（C≈1%）——其合金含量低，价廉，而又具有高强度、高耐磨性、良好的耐疲劳性和淬透性，且热处理也简便。含Cr=3～10%的钢——Cr对钢强度和韧性的影响是Cr＜2%时逐渐增强到2%时，强化作用最为显著。但超过此限则会损害其热强性。3～10%时最为明显，当含Cr＞12%时，则强度又复升高。但是当含Cr量增至3%时，由于其马氏体回火稳定性显著增高。所以有较高的硬度和耐磨性而用于模具。当含Cr 量增至3%时，其与含C1%的磁性配合也最好。所以又用作磁钢。含Cr4%而与18%W及1%V结合可得到很好的红硬性（620℃ HRC=60），所以广泛用于高速工具钢中，含Cr5%的钢（含C1%）即可空气中淬火。含Cr5～6%及含Cr6～10%且含Si2～3%的矽铬钢，尽管强度不是很高，但亦具有足够的耐热性和抗氧化性而用于气阀中及石油、化学工业（氨合成设备等）。含Cr=12～14%的钢是最典型的不锈钢（1Cr13～4Cr13）它们都有较高的抗蚀力，强度也不错，面Cr12、Cr12Mo等则是典型的具有高淬透性和高耐磨性的模具钢。（此类多属马氏体钢）含Cr=16～18%的钢有的只具单相（铁素体），有的双相（M体—铁素体），此类具单相的Cr钢耐蚀力比含Cr=12～14%的钢还高。如Cr17、 9Cr18等，如再加8～9%的Ni其耐蚀力又将大大增高。如1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti等都是典型的不锈钢、耐酸性较好，CrNi钢的缺点是有晶间腐蚀，加Ti、Nb可改善。含Cr=23～32%的钢具有很好的抗蚀稳定性，极高的抗氧化性，甚至在普通温度下能抵抗浓硝酸、浓磷酸、浓硫酸的浸蚀。含Cr 27～28%的钢可作1300℃的热电偶温度计的防护罩。这类钢是纯铁素体钢，所以不能通过热处理改变其组织及性能。且再结晶温度较低，粗晶作用较强，有高的脆性，所以不能作受振及打击零件。加入Mo、W、V可适当改变性能。减少Cr含量，加Si量可提高其热强度如Cr9Si2、Cr10Si2Mo等。加 Ni也成，如Cr20Ni14Si、Cr25Ni20、Cr18Ni25Si、Cr14Mn14W、Cr18Ni6Mn5等等。Cr不同于Mn、Ni，它是缩小γ区的合金元素。（它同α-Fe都具有体心立方晶格,且自熔点1849℃至绝对0ºK,纯铬均为这一晶格不变）,所以随含 Cr量增加Ac3虽也从910℃开始降低,但其速很慢,而Ac4却从1400℃迅速降低,至含铬达8%时Ac3为850℃已为最低。含Cr再增加，Ac3 即迅速上升。当含Cr量达13%时，Ac3与Ac4会合为一点，γ区被封闭，所以含Cr＞13%时变为纯铁素体相，不再发生转变，用热处理也不能再改变其晶粒尺寸。——即为铁素体钢。当Cr量继续增加，约在25～60%特别是45～48%区域，当温度低于950℃时（多在820℃）慢冷，将会析出一种无磁性脆性组分——σ相。这些在进行二次加热后将会游离析出，致使得在固溶体中产生巨大体积改变造成颇大应力，故极脆。但在950℃以下急冷时，σ相可由于固溶体内不析出，影响则较小。δ相问题：有人指出，当Cr和C含量搭配时，特别在含左右时，将极易生成游离态的铁素体即δ相，它将使钢的工艺性能和耐热性降低，所以要很好注意在含Cr=0.11%时，含Cr=10.9%可使δ相量减至最少。Cr对抗腐性的改善上很有利的，但对抗蠕变的影响则较复杂。因为作耐热钢应注意，当含Cr=1%抗蠕变强度最高。含Cr↑则出现，Cr＞C3三方晶格，至 Cr=7%抗蠕强降至最低点，当含Cr增至12%时，Cr23C6将取代Cr7C3，抗蠕强（耐热性）可有少许提高，添加V、Nb、Ti可得极细弥散相，对抗蠕强（耐热性）改善极为有利。
6、W
（1）W的良好作用是：1）细化晶粒，（其作用比Cr还强，所以可降低钢的过热倾向性，提高强度、韧性和热稳定性。2）提高M体稳定性，大大提高淬透性，18CrNiWN任何冷却速度都能完全淬透，得M体，用W18%与Cr4%配合，M体稳定性可达600℃，保持红硬性。3）阻止回火脆性发展，所以可提高强度同时不降低塑性，提高韧性。4）提高淬火钢的矫顽磁力，阻止钢的组织时效。5）其碳化物极其稳定，高温也难溶进固溶体，所以可作高速工具钢。6）W钢一般硬度、耐磨性较好，热处理变形小，不易淬裂，回火稳定性也较好。7）W因能提高A体的稳定性，而用于阀门钢中，缩小γ区，同Cr。8）可提高珠光体耐热钢的热强性，提高再结晶温度。9）在高合金Cr、Ni钢中加入2～4%W便可提高钢的屈服点，疲劳强度和热稳定性，并因为形成碳化物而减小晶向腐蚀倾向（Fe3W2和Fe2W都是极稳定的化合物，高度弥散，所以可提高强度、热稳定性。）（2）W的不良影响：1）增加脱碳（碳化物稳定）阻止石墨化。2）W是强碳化物元素，应防止碳化物不均影响性能而成废品（可增加镦拔数及正火处理纠正）。3）含W＞9%时硬度显著提高，而δ、ψ显著降低。4）W使钢导热率降低，含W＞10%其导热率只有纯铁的0.7倍。5）含W增加，可锻温度范围降低。（3）一般合金钢中的W的含量：合金结构钢：W=0.3～1.0% （例20Cr3MoWVA、18Cr3MoWVA等）耐热不起皮钢：W=0.3～3.2% （上二种为抗氢钢亦属此类，又如Cr15Ni36W3Ti等）合金工具钢：W=1～18%（CrWMn、W、W2、3Cr2W8V、P9、P18等）向钢中加入多于20～22%的W，是不合适的。所以超过此值W对钢的性能的改善并没更好的作用，所以多加是不经济的。一般提到的降低回火脆性的方法有如下几种：1）在钢中加入0.3～1.0%的Mo或1～1.5%的W。2）回火时采用快速冷却，用水冷或油冷。3）提高回火温度，此法因为使性能（强度）下降，得不到充分发挥，所以少用。4）延长回火时间，或增加重复高温回火的次数。5）降低淬火温度，或采用二次淬火①AC3以上正常淬火②AC1～AC3之间不完全淬火以消除回火脆性。6）在钢中加入V（约是钼含量%+0.1%可等效），以提高钢的回火稳定性，抑制回火脆性，不过此作用甚微。7）采用形变热处理，即加热至AC3以上进行形变（变形度15～20%最佳）后立即淬火回火，韧性提高3倍。8）高速度（1000℃/秒）加热和冷却，最后二种方法因为生产上很难实现而未被采用。注：常说的回火脆性是第二类回火脆性（即450～570℃可650～700℃出现的），而第一类回火脆性（250～400℃），所有钢都不可避免的存在，而可用重复回火即能消除，故多不再讨论。

mwmwmw · 发表于 2010-3-19 10:05:45

7、Mo
（1）钼的良好作用是：
1）细化晶粒的作用比W更强，所以可降低钢的过热倾向性，提高强度、硬度、热稳定性。
2）Mo在钢中会使锻件σb、σs、HB↑，而使δ、ψ、αk↓。提高M体回火稳定性，与Cr、Ni结合可大大提高淬透性，可细化晶粒，提高韧性，使锻造加工容易。
3）降低回火脆性，对某些结构钢可消灭回火脆性（如24CrMoV5），所以可提高强度而塑性并不降低，钼可提高钢的冲击韧性。①又一说是合金元素（包括Mo在内）均只有抑制回火脆性的作用而不能达到消除回火脆性。Mo的影响是：含量达0.2%即有良好作用。所以普通合金结构钢含Mo0.25～0.4%对放置回火脆性温度范围550～600℃长期工作的钢才规定含Mo为0.5～0.6%，当含Mo量超过一定值时（对低碳钢此限为1.0%），则反而会使高温回火水冷钢变脆。Mo钢长时间回火易变脆。②当含P和Mo较高时，即使有Mo或W等也仍不能避免回火脆性产生。③附带说说降低回火脆性的方法（见上段）。
4）提高钢的的矫顽力，改善磁性。
5）其碳化物也很稳定，它并阻止其它碳化物析出。高温也很难向固溶体转移。
6）钼可代钨（因为原子量成半关系，所以可用1%Mo代替2%W）。
7）同样Mo亦可提高奥氏体稳定性而用于阀门钢。
8）可提高Cr、Ni不锈钢的抗晶间腐蚀能力。
9）在某些还原性介质中易使耐酸不锈钢钝化，从而提高耐腐蚀能力。（如亚硫酸、沸磷酸及醋酸、草酸、蚁酸等）。
10）可提高珠光体耐热钢的热强性，并可单一加进耐热钢，其量约0.5～1%（并独作合金元素时会使钢有石墨化倾向）。
（2）钼的不良影响：
1）有挥发性，在加热时，会生成褐色烟气（氧化钼）发生蒸发。
2）促进脱碳，所以为防止脱碳其淬火温度应较一般降低10～20℃，阻碍石墨化。
3）Mo是铁素体形成元素，所以为了得到奥氏体，应相应多加Ni、Mn等奥氏体形成元素。否则当Mo含量较多时就易出现铁素体δ相或其它脆性相而使韧性降低。
4）Mo降低钢导热率的作用同W，但Mo可防止过热。
5）Mo钢比碳钢变形抗力高。
（3）一般合金钢中的钼含量：
合金结构钢和工具钢：Mo=0.15～0.30% （例5CrNiMo、35CrMo、40CrMnMo、38CrMoAlA等）
不锈耐酸钢：Mo =1～2.6% （如Cr17Mo2Ti、Cr25MoTi、Cr18Ni18Mo2Cu2Ti等）
耐热不起皮钢：Mo =0.4～1%（16Mo、20CrMo、Cr5Mo、25Cr2Mo1VA、15Cr11MoV等）
航空用高温合金：Mo =0.35～7% （如901合金=Cr12Ni43Mo6Ti3BMo2Ti）

8、V
（1）钒的良好作用是：
1）细化晶粒作用强，可提高钢的强度和韧性，减小过热敏感性，提高热稳定性。
2）提高M体的回火稳定性。它对淬火钢硬度的影响，与温度有关：在正常淬火温度下（稍高于AC3点时）。因为V与C化合成VC而降低了固溶体的合金度，所以硬度降低，当淬火温度提高至超过AC3点很多时（且有较长保温时间），则VC都转进固溶体，所以硬度可提高。一般地说V对淬透性有不利的影响，但韧性较好，加了V不易淬裂。中碳钢加V强度↑，韧性不变低。
3）V与O、N都有很大的亲和力，亦是强碳化物元素。一般VC的弥散度很高，且极稳定。所以它既利脱氧、脱气得到致密细晶组织，提高塑性、韧性及高强度，其冲击性能和疲劳强度都较无V钢高，在高温及低温（＜0℃）均有高强度、韧性。由于碳化钒的高度分散阻止焊缝晶粒粗大，所以可改善钢的可焊性能，但加热到VC溶解温度后即会引起钢晶强烈长大。
4）由于V可提高钢的高温蠕变能，所以是热强钢合金元素之一。
5）由于V钢表面内部均有细晶组织，所以对渗碳有利，可延长渗碳进行时间，无须进行二次淬火，一次即可直接淬至要求性能。
6）V对结构钢机械性能的影响尚无定论。
（2）钒的不良影响：
1）V无减低回火脆性的作用，因为V可提高回火稳定性，可细化晶粒，所以当V量不高时，也可适当提高韧性，而降低回火脆性。
2）有阻碍钢的脱碳及石墨化的作用。
3）含量达0.05%时将使硅钢矫顽力降低，这可能由于脱氧的作用。
4）含碳一定时，V↑会使HB↓，所以一般含V≯1%（因为不溶入固溶体）。
（3）一般钢中的含V量：
合金结构钢：V=0.07～0.35
（例20MnV、10CrV、45CrV、12CrMoV、25Cr2Mo1VA等）
在合金结构钢中，由于含V＞0.3%时将使回火脆性倾向急，则增大而少用。
耐热钢：V=0.1～1 （例20Cr3MoVA等）V可提高高温蠕变性能，有脱氧能力。氮化钒的弥散硬化作用可使其有耐蚀和高的热强性，但V的时效脆性使含其量不宜过高。
高速钢：V=0.1～2.6 最近在研究增至5%，主要因为它能提高工具的热强度，特别是可提高它的切削性能（对切削高硬度材料亦很有利）所以加得多，但其量达一定值后，性能再增就不显著了。

9、Co
（1）Co良好作用是：
1）能细化晶粒，可降低钢的过热倾向性，向高速钢中加Co，可提高其耐用度。
2）能提高钢的热强性（热硬性），它给高速钢增加了合金化的强度和促进回火碳化物形成。
3）能提高磁钢的矫顽力又同时提高它对磁碱留感应值，所以对磁钢有良好的影响（它本身即为磁性物质）。
4）含碳量很高时会促进钢中碳石墨化。
（2）Co的不良影响：
1）含量过高，难以锻造。因为易析出硬而脆的金属化合物。
2）有相当高的脱碳倾向性。
3）价格昂贵，所以下列各种钴钢都很少使用。
4）钴的一个特性是：降低奥氏体的稳定性，促使钢中奥氏体等温转变曲线（C-曲线）左移。
5）因为易析出硬而脆的金属间化合物使机性变坏。
（3）一般合金钢的钴含量：
1）热强钢：含Co=2～4%
（主要是铬钴钼钢组）
2）高速钢：含Co=4.5～10.5%
(BCo5、BCo10等超过10%作用已无显著增加)。
3）磁钢：含Co=2.5～16.5%
(Cr6Co3、Cr6Co5、Cr7Co10Mo、Cr9Co15Mo等)。

10、Ti
（1）钛的有益作用是：
1）能形成很强固的TiC，可稳定到1300℃，有此稳定到高温的高度分散的TiC质点，所以可细化晶粒，降低钢的过热倾向性。
2）能防止产生晶间腐蚀现象，实践知：当Ti：C=5（一般C=0.03）时，效果最佳。当Ti：C=3，抗蠕变强度最高。满足上条件时的钢，因为所有的游离碳都被结合成了强固TiC，所以在加热过程中就不会再沿奥氏体晶界析出碳化铬。否则，晶界碳化铬的生成就将出现晶界固溶体的贫铬区，其电位就相对地降低了，而与固溶体基体和碳化物形成微温差电偶，晶间固溶体本身即为阳极而被腐蚀。晶间腐蚀的程度将随含碳量增加而加强。（粗晶亦易蚀）
3）钛钢易产生时效硬化，含钛量超过2%的低碳合金，其时效硬化就尤其明显。
4）钛可改善不锈钢的焊接性能。
5）Ti是强烈的铁素体形成元素。0.65%Ti就能使γ区完全封闭。它又是强碳化物形成元素。
6）Ti能与S作用，降低硫的热脆作用，这与Mn相似。
（2）钛的不良影响：
1）含Ti钢，特别是低碳之Ti钢，往往因其钢液粘度较大，而使其中非金属加杂，不易分离浮出应一致，在防止造成缺陷应注意。可在冶炼时注意高温操作和钢液的脱氧。
2）淬火钛钢硬度随含Ti量增加而降低。因为TiC非常稳定，甚至加热到1300℃都不能溶入到固溶体而减少了合金固溶体中的碳浓度的缘故。
3）钛与N、O有很大的亲和力而极易成形TiN和TiO2，钢锭在较低温度时，就形成了较多的非金属夹杂和皮下多孔等缺陷。
4）Ti也是铁素体形成元素，所以其含量较多（>2%）就易生成铁素体δ相或其它脆性相而使韧性降低。
5）铜V一样，含Ti达0.05%时就将使硅钢矫顽力降低，这可能是脱氧的作用，它对硅钢还会促进其二次再结晶，这倒可得粗晶而改善磁性。
（3）一般钢中的Ti含量：
1）通常钢中含Ti量取决于它的含碳量，一般约为Ti%=4～8倍*C%。
2）合金结构钢中有铬锰钛钢、不锈钢和耐热钢中也含Ti，一般为0.06%～2%。
11、Nb
（1）铌的有益作用是：
1）能生成高度分散的强固的碳化物NbC（熔点3500℃），所以可细化晶粒，直加热至于1100～1200℃，仍可阻止晶粒长大。
2）同Ti能防止产生晶间腐蚀，实践知，以含Ni=8*C%为佳。
3）能与Fe生成金属间化合物Fe2Nb2，这种化合物在α铁中听溶解度随温度↑而↓，所以含Nb低碳钢能促进时效硬化。
4）加铌可提高低碳钢的抗强度和屈服点（25%），可提高不锈钢的高温抗蚀性和强度，可提高抗酸能力。
（2）铌的不良影响是：
1）同Ti钢，铌钢的硬度亦将随含Nb量↑而↓。
2）Nb虽可细化晶粒而提高钢的韧性，但含量过高时，亦将生成铁素体δ相或其它脆性相，而使其韧性降低，热加工性能变坏。
一般合金钢中的含Nb量：仅不锈钢中含Nb，其量为8～12*C%≤1.5%。

mwmwmw · 发表于 2010-3-19 10:09:24

12、Cu
（1）铜的有益作用：
1）能提高钢中奥氏体的稳定性，所以可提高可淬性和淬透性，在A体钢中加2
～4%Cu，可提高抗酸力。
2）有强化铁素体的作用，在铁素体中加Cu，可提高它在某些还原性介质中的耐蚀性和改善钢的韧性。
3）在低合金钢中加入0.20%左右的Cu，特别当和P联合使用时，可提高钢对大气的抗蚀力，当含Cu量超过0.75%时，可以经过沉淀硬化处理提高钢强度。
4）Cu是一种强烈的石墨化元素，用于炼制石墨钢。（Cu钢的时效硬化是因为Cu在α铁中的溶解度变化很大，在830℃时达3.5%，到20℃则降至0.35%，所以含Cu>0.35%者可促进时效硬化。）
（2）铜的不良影响是：
1）含Cu量较高时将导致钢具热脆性，而使热锻轧加工困难。
2）含Cu过多会使矫顽力和磁滞损失增加，于磁钢不利。
3）“铜脆”——在钢的缺陷一文中指出当Cu>0.2%时，加热过程由于表面发生选择性氧化，使Fe先Cu而发生氧化，而表层Cu含量即相对增加形成一层薄膜，然后向扩散形成含Cu网络，在1030℃即容易锻裂。适量加Ni可生成熔点较高的Cu-Ni固溶体，可降低“铜脆”。
综合来说，含Cu＜0.7%会溶于α-Fe中，促使碳不氧化，对磁性无大影响。含Cu=0.5%时，防锈能力可提高15倍；含Cu＞0.7%时将出现不均匀混合物，而使矫顽力和磁滞损失增加，并使铜变脆。
（3）一般合金钢中含铜量：
1）硅钢：含Cu=0.2～0.3%
2）轴承钢：含Cu≤0.25%,且Cu+Ni≤0.50%，因为Cu会引起时效硬化而影响轴承精度，Ni会降低淬火层硬度。
3）低合金钢：Cu≤0.2%（对低合金高强度钢，合金元素含量一般地都限制在≯0.2%范畴）。
4）不锈钢：含Cu=2～4%（Cr18Ni9Cu3Ti等）。
5）石墨钢：含Cu=0.6%

13、S
（1）硫的有益作用是：
1）由于其切屑发脆而可得到非常光泽的表面，所以可用于制要求负荷不大而具高表面光洁度的钢制件（名为快削钢）。
2）某此高速钢工具钢进行硫化表面以达到如下目的。
（2）硫的不良影响是：
1）引起热脆：主要是因易生成（Fe+FeS）易熔共晶体分布于奥氏体晶界所致。
2）硫能使结构钢的塑性银屏剧降低，使工具钢的淬裂敏感性增高。
（3）、一般合金钢中的含S量：
1）一般地说，硫对各种钢均为有害的杂质元素，所以均限制它的含量。
普通碳钢S≤0.05%，酸性转炉冶炼，18MnSi及25MnSi钢允许含S≯0.05%).
轴承钢S≤0.02%
优质碳钢S≤0.04%
高级优质钢S≤0.03%
仅有极个别要求表面很光洁的钢（如Cr14）有意加进少量的硫（=0.2～0.4%）（Cr14可做螺钉、螺母、磁轮及其它螺纹零件，其表面光滑，耐磨性好）

14、P
（1）磷的有益作用：
1）由于其切屑发脆得到光洁的表面而加进快削钢，制受荷不大的零件。
2）某些高速钢，工具钢进行磷化表面处理以达到如下目的……
3）磷可提高比电阻，且由于容易粗晶而可使矫顽力和涡流损失降低，于磁感而言，则在弱中磁场下磷含量高的钢磁感会提高。而在磁场下则磷含量增高而磁感略有减弱。含P硅钢的热加工也并不困难。所以硅钢中有时加磷，但由于它会使硅钢具冷脆性。所以其量甚微≯0.15%（如冷轧电机用硅钢含P=0.07～0.10%）。
4）磷是强化铁素体作用最强的元素。（P对硅钢再结晶温度和晶粒长大的影响将超过同等硅含量作用的4～5倍。）
（2）磷的不良影响：
1）磷溶于铁素体中，会使其晶格歪曲，晶粒长大，而且有冷脆性。P＞0.13%时脆性特甚，P使钢破断能转变温度增高的作用比碳强约20倍。
2）和Mn一样使钢晶粒粗化。
（3）一般合金钢的磷含量：
普通碳钢P≯0.055%
轴承钢
P≯0.027%
P+S≯0.045%
优质碳钢
P≯0.045%

合金钢
P≯0.15%
P+C≯0.025%
高级优质钢
P≯0.035%

15、B
（1）硼的有益作用：
1）钢中加入微量的硼（0.0005～0.005%）即可显著提高钢的淬透性，此时对其它性能等无影响或影响甚小。——这在一定程度上可代替Ni（Cr、Mo）
2）硼对钢的淬裂敏感性影响很小。
3）结构钢中的硼会降低钢材在正火后的冲击值，但在淬火+低温回火后，却能得到良好的冲击值。
4）低碳硼钢渗碳性能良好，表面碳浓度不易过度增大。所以可得到高强度和疲劳强度，渗碳后可直接淬火，对缺口敏感性也很小。渗碳硼钢以含C≯1%为宜。
5）中碳硼钢在调质后有良好的综合机械性能。（其回火稳定性，回火脆性、疲劳极限与强度、硬度的关系等基本上同无硼钢）。
6）硼钢的热加工性能良好，同一般合金结构钢。
7）硼溶于固溶体，晶格变大，使强度提高，晶界中硼有阻止再结晶扩散作用，所以可增加钢的热强性。

（2）硼的不良影响：
1）含B量超过0.007%时，容易引起脆性（有说珠光体为此值，其它类钢可多些）。
2）会降低A体晶粒粗化的温度，易粗晶，但加铝可改善。
3）在尺寸硼钢热处理时心部易生针状铁素体而影响机械性能。
4）硼与O、N亲和力很强，易生非金属夹杂，且因此应多加硼量。为克服此缺陷可于冶炼时加0.1～0.12%Al和0.06～0.04%Ti以脱氧，去氮（Al、Ti未考虑烧损值）。
一般合金钢中含B量：0.001～0.005%
（目前仅合金结构钢中有硼钢含值如前，而其它含硼钢还少见到，国外硼钢品种较多，但其含量均不超过0.005%，否则淬透性反而变劣）。

16、N
（1）氮的有益作用：
1）N亦是强烈的A体形成元素，在这点上它与Ni相似，比Ni作用强27倍，特别在不锈钢中得到广泛注意。它有可能是代替Ni的重要元素之一，特别与Ni其同作用，稳定A体效果更好，尤利代Ni。
2）N还可在复杂的A体钢中借氮化物的析出而产生弥散硬化。因此，可在无显著成绩脆性的情况下提高它的热强性。
3）N能提高高铬钢，特别是含V的的高铬工具钢的热硬性。N能使这些钢的二次硬度的回火温度的间段增大，并使此间段向更高温方面移动，所以可得到较好的综合性能，在高铬钢中N还能改善其热加工性能。
4）N在铁素体中可促使A体形成，由于γ相的出现，可减小晶粒粗化倾向，所以可改善钢的韧性和焊接性能。
5）N对磁钢的影响较大：如当N溶解在钢中的固溶体状态存在时会使矫顽力稍增而磁导率降低，当形成AlN、FeN等非金属夹杂影响就加剧。N还是引起硅钢片磁时效的主要因素之一。一般说一定数量的夹杂对得到取向组织是有益的。所以它可阻碍位向不适合的晶粒生长。从而使取向合适的晶粒加速成长。N对取向冷轧变压的质量也有很大影响，过多或过少的含N量都不易使N量使冷轧硅钢片获得大晶粒和高磁性。适宜的含量是N=0.01～0.1%或更低至0.001%，但要获得更好磁性，最好能在热处理后将冷轧硅钢片中残留N除去。
6）钢的表面渗N，可使它得到高的表面硬度（RC70）500～600℃中进行和耐磨性，高的疲劳极限和抗蚀性（600～700℃中进行）。
7）铬锰钢中加入0.35～0.45%以上的N即可得单一的A体组织。
（2）氮的不良影响：
1）它与合金元素生成氮化物是非金属夹杂，更重要的是降低了合金元素的作用。
2）含N钢在退火过程中因氮化物析出而会显著降低它的塑性。
3）含N钢在锻造过程中N会产生挥发，所以工业用钢中含N成分标准是很难拟订的。
4）由实际表明，在一定含量的Cr，N钢中，必有一与其相适应的最小Mn含量，如低于这一Mn含量，钢在凝固时N就会逸出，而成气孔。例含Cr 15%，N 0.45%，Mn的最小含量为14.5～15%。
（3）一般合金钢中含N量：
1）硅钢（冷轧）：N=0.01～0.1%或更低至0.001%
2）不锈铬钢：N=（1/75～1/100）Cr%
3）氮化钢：38CrMoAlA、25CrMo2VA等
Cr18Mn10Ni5Mo3N钢其含N≤0.3%（用于尿素工业），有铬锰氮钢及铬锰氮镍钢等。如Cr17Mn8Ni5N，目前铬锰氮钢因为具有良好的耐氧化可抗腐蚀的性能，其它性能需求也不坏，故它用来代替铬镍A体钢而取得相当成效，但无镍之铬锰氮钢，因为锭中容易产生严重气泡而未能多用。
注：TiN常呈规则晶状，颜色金黄。

17、H
氢的作用：
1）H 能提高钢的磁导率，但也会使矫顽力和铁损增加（加H后矫顽力可增大0.5～2倍）。
2）H与C作用能生成甲烷（CH4），所以H 的存在会促进脱碳。
3）H是一般钢中最有害的元素。因为它是产生钢中白点的罪魁祸首，实验知钢中形成白点的危险含H量为5～6cm3/100gFe，主要是因为A体可溶H量大，而冷至低温珠光体则溶解度大大减小，所以当冷却过快，高压氢气来不及析出钢外，高压氢的张力与其它诸种应力作用，即可能超过材料的σb，因此产生许多微裂，此即谓之白点。实践知640～650℃最易使A体转变为珠光体，200℃则最关于钢中的危险含H量，不同的资料有不同的数据。

18、O
氧的作用：
1）残存于钢锭中的氧，或扩散到金属表层的氧，均易使晶界氧化而形成脆性的氧化物夹层，把（A体晶粒隔绝开来。以至在随后的变形加工中引起晶间裂纹（后者也即常说的过烧）。实践知，只要钢中含O量超过0.03～0.04%，其强度和塑性就明显下降。
2）氧与碳的作用，可能将钢中碳烧损以至造成脱碳，但是当有过量氧的情况下，则表面脱碳层将被完全烧成氧化皮而反而成了一层保护膜，而使脱碳过程减慢。（此时烧损金属较多，其作用还要看氧化皮的组织改善性。
3）氧会使硅钢中铁损增大，磁导率及磁感强度减弱，磁时效作用加剧。
4）FeO在高温时稳定，但当温度降低至560℃以下时则易分解成Fe3O4及α-Fe，钢加热后在空气中慢冷则可能出现Fe2O3。（钢中氧化物塑性差，氧化后则几乎无塑性）

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