常用合金元素在钢中的作用

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1、几种常用合金元素在钢中的作用为了合金化而加入的合金元素， 最常用的有硅、 锰、铬、镍、钼、钨、 钒，钛，铌、硼、铝等。现分别说明它们在钢中的作用。1 、硅在钢中的作用 :（1）提高钢中固溶体的强度和冷加工硬化程度使钢的韧性和塑性降低。（2）硅能显著地提高钢的弹性极限、屈服极限和屈强比 ,这是一般弹簧 钢。（3）耐腐蚀性。硅的质量分数为 15 一 20 的高硅铸铁，是很好的耐 酸材料。含有硅的钢在氧化气氛中加热时， 表面也将形成一层 SiO2 薄膜， 从 而提高钢在高温时的抗氧化性。缺点：（4）使钢的焊接性能恶化。2、锰在钢中的作用（1）锰提高钢的淬透性。（2）锰对提高低碳和中碳珠光体钢的强度有

2、显著的作用。（3）锰对钢的高温瞬时强度有所提高。锰钢的主要缺点是，含锰较高时，有较明显的回火脆性现象；锰 有促进 晶粒长大的作用， 因此锰钢对过热较敏感 t 在热处理工艺上必须注 意。这种 缺点可用加入细化晶粒元素如钼、钒、钛等来克服：当锰的质 量分数超过 1时， 会使钢的焊接性能变坏， 锰会使钢的耐锈蚀性能降 低。3、铬在钢中的作用（1）铬可提高钢的强度和硬度。（2）铬可提高钢的高温机械性能。（3）使钢具有良好的抗腐蚀性和抗氧化性（4 ）阻止石墨化（5）提高淬透性。缺点：铬是显著提高钢的脆性转变温度铬能促进钢的回火脆性。4、镍在钢中的作用（1）可提高钢的强度而不显著降低其韧性。（2）镍可降低

3、钢的脆性转变温度，即可提高钢的低温韧性。（3）改善钢的加工性和可焊性。（4）镍可以提高钢的抗腐蚀能力，不仅能耐酸，而且能抗碱和大气的 腐 蚀。5、钼在钢中的作用（1）钼对铁素体有固溶强化作用。（2）提高钢热强性（3）抗氢侵蚀的作用。（4）提高钢的淬透性。缺点：钼的主要不良作用是它能使低合金钼钢发生石墨化的倾向。6、钨在钢中的作用（1） 提高强度（2）提高钢的高温强度。（3）提高钢的抗氢性能。（4）是使钢具有热硬性。因此钨是高速工具钢中的主要合金元素。7、钒在钢中的作用（1）热强性。（2）钒能显著地改善普通低碳低合金钢的焊接性能。8、钛在钢中的作用（1）钛能改善钢的热强性，提高钢的抗蠕变性能及高

4、温持久强度；（2）并能提高钢在高温高压氢气中的稳定性。使钢在高压下对氢的稳 定性 咼达 600 C 以上，在珠光体低合金钢中，钛可阻止钼钢在咼温下的石 墨化现 象。因此，钛是锅炉高温元件所用的热强钢中的重要合金元素之一。9、铌在钢中的作用（1） 铌和碳、氮、氧都有极强的结合力，并与之形成相应的极为稳定 的化 合物，因而能细化晶粒，降低钢的过热敏感性和回火脆性。（2） 有极好的抗氢性能。（3） 铌能提咼钢的热强性10 、硼在钢中的作用 ；(1)提高钢的淬透性。(2)提高钢的高温强度。强化晶界的作用11 、铝在钢中的作用(1)用作炼钢时的脱氧定氮剂，细化晶粒，抑制低碳钢的时效，改善钢 在低 温时的

5、韧性，特别是降低了钢的脆性转变温度；(2)提高钢的抗氧化性能。曾对铁铝合金的抗氧化性进行了较多的研究 4% Al即可改变氧化皮的结构，加入6%A1可使钢在980C以下具有抗 氧化 性。当铝和铬配合并用时，其抗氧化性能有更大的提高。例如，含铁 50一 55%、锯30% 35%、铝10% 15%的合金，在1 400C高温时，仍具有 相当好的抗氧化性。由于铝的这一作用，近年来，常把铝作 为合金元素加入耐 热钢中。(3) 此外，铝还能提高对硫化氢和V205的抗腐蚀性。缺点：脱氧时如用铝量过多，将促进钢的石墨化倾向。当含铝较 高时其高温强度和韧性较低元素名称对组织的影响对性能的影响AI缩小Y相区，形成Y

6、相圈；在a铁及Y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及细化晶粒。在滲氮钢中促进形成坚硬耐蚀的滲氮层。含量高时，赋予钢在高 温时抗氧化及耐氧化性介质、H2S气体的腐蚀的性能。固溶强化作用大。在耐 热合金中，与鎳形成丫相(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，对钢的般力学性能影响不大，但增加回火脆性的敏感 性B缩小Y相区，但因形成Fe2B,不形成Y相圈。在a铁及Y铁中的最大 溶解 而延长奥氏体的孕育期，提高钢的淬透性。但随着钢中碳含

7、量的增加，此种 作用逐渐减弱以至完全消失度分别为不大于0.00%0.02%微量硼在晶界上阻抑铁素体晶核的形成，C扩大Y相区，但因渗碳体的形成，不能无限固溶。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 腐蚀的能 力，为超硬高速钢及高温合金的重要合金元素。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

8、成( Fe,Cr)3C, Fe,Cr)7C3 及 Fe,Cr)27C3, 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，易发生彷相和475 C 脆性。溶于渗碳体中的铬， 提高了碳化物的热力稳定性， 阻止了碳化物的分解， 抑制了石 墨 化的产生。CU扩大Y相区，但不无限固溶；在a铁及Y铁中最大溶解度分别约2 % 或8.5 %。在724及700 C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

9、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 0.3%，在氧化 气氛中加热，由于选择性氧化作用，则在表面 将形成一富铜层， 高温时熔化并 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 此钟铜脆的发生，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。2% 3%铜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；在铁素体中的溶解度也随着温度的下降而

10、剧减 氢使钢易产生白点等不允许 有的缺 陷， 也是导致焊缝热影响区中发生冷裂纹的重要因素。 因此， 应采 取一切可 能的措施降低钢中的氢含量Mn扩大Y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。 为弱碳化物形成因素， 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因素之一， 并为无镍及少镍奥氏体 钢的主要奥 氏体化因素。提高钢的淬透性的作用强，能提高钢的耐磨性， 但有增加晶粒粗 化和回火脆性的不利

11、倾向，且对过热敏感Mo缩小Y相区，形成Y相圈；在a铁及Y铁中的最大溶解度分别为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，能降低或阻抑其他合金元素导致的回火脆性。在较高回火温 度下， 形成弥 散分布的特殊碳化物， 有二次硬化作用。 提高钢的热强性和 蠕变强度，含量 为 2% 3%时能增加耐蚀钢抗有机酸及还原性介质发生 的能力。有抑制回火脆性 作用N扩大y相区，但由于形成氮化铁而不能无限固溶；在a铁及y铁中的最大溶 解度分别为 0.4%及 2.8%。不形成碳化物，但与钢中其

12、他元素形 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， 而且 可显著改善其抗蚀性。 在低碳钢中， 残余氮 会导致时效脆性Xt(RE)包括元素周期表山 B 族中镧系元素及钇和钪，共 17 个元素。它们都缩小Y相区，除镧外，都由于中间化合物的形成而不形成Y相圈；它们 在铁中的溶解度都很低，如 鈰和钕的溶解度都不超过 0.5 %。它

13、们在 钢中， 半数以上进入碳化物中， 小部分进入夹杂物中， 其余都分存在于固 溶体中。 它们与氧、磷、硫、氮、氢的亲和力很强，与砷、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， 也可以较大幅度地提高不 锈耐酸钢的耐蚀性S 缩小 Y 相区，因有 FeS 的形成，未能形成 Y 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， 可以改善钢的被切屑性。 在钢中 偏析严重，恶化钢的质量。如以熔点较低的

14、FeS 的形式存在时， 将导致钢的热 脆现象发生。 为了防止硫导致的热脆， 应有足够的锰， 而形 成熔点较高的 MnS 。硫含量偏高，焊接时由于 SO2 的产生，将在焊接金 属内形成气孔和疏松Si 缩小 Y 相区，形成 Y 相圈；在 a 铁及 Y 铁中的最大溶解度分别为 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，较低磁滞损耗，对磁导率也有所改善，为硅 钢片的主 要合金化元素。 提高钢的淬透性和抗回火性， 对钢的综合机械性 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

15、元素。含量较高时，对钢的焊接性不利， 因焊接是喷溅较严 重，有损焊接质量，并易导致冷脆；对中、高碳钢回火 易产生石墨化Ti 缩小 Y 相区，形成 Y 相圈；在 a 铁及 Y 铁中的最大溶解度分别为 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的 淬透性 的作用极强， 但对化合钛， 其细微颗粒形成新相的晶核会促进奥氏 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 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 Y 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 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 约 为 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， 因 此将降低钢的淬透性。 增加钢的回火稳定性并有强烈的二次硬 化作用。 固溶 于铁素体中有极强的固溶强化作用。 有细化晶粒作用， 对低 温冲击韧性有