合金元素在钢中的作用及对组织和性能的影响

《合金元素在钢中的作用及对组织和性能的影响》由会员分享，可在线阅读，更多相关《合金元素在钢中的作用及对组织和性能的影响（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、合金元素在合金钢中的作用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1.01.2%的硅，强度可提高15 20%。硅和钼、钨、铬等

2、结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅I 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(Mr):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16Mr钢比A3屈服点高40%含锰II 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，使焊接性能变坏，

3、 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。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。 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

4、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) :钛是钢中强脱氧剂。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

5、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，多用于特殊钢和合金中，如热强钢和磁性材料。14 、铜(Cu)

6、: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 08Al 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): 氮能提高钢的强度，低温韧性和焊接性，

7、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。 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Y相区，形成Y相圈；在a铁及丫铁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

8、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。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 Y 相区， 形成 Y 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 Y 相区， 但因渗碳体的形成， 不

9、能无限固溶。 在 a 铁及 Y 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 Y 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 Y 相区，形成 Y 相圈，在 a 铁中无限固溶，在 Y 铁中的最大溶解度为12.5%，中等碳化物形成元素，随铬含量的增加，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

10、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d和475C脆性Cu扩大 Y 相区，但不无限固溶；在 a 铁及 Y 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

11、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%r 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 Y 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

12、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， 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

13、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%r 3%能增加耐蚀钢抗有机酸及还原性介质腐蚀的能力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，AlN 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。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

14、抗蚀性。在低碳钢中，残余氮会导致时效脆性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

15、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O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