1、合金元素對鋼材機械性能的影響課件1、 合金元素對鋼材機械性能的影響課件2、3、 4、 編輯整理：5、6、7、8、9、 尊敬的讀者朋友們：10、 這里是精品文檔編輯中心，本文檔內容是由我和我的同事精心編輯整理后發布的，發布之前我們對文中內容進行仔細校對，但是難免會有疏漏的地方，但是任然希望（合金元素對鋼材機械性能的影響課件）的內容能夠給您的工作和學習帶來便利。同時也真誠的希望收到您的建議和反饋，這將是我們進步的源泉，前進的動力。11、 本文可編輯可修改，如果覺得對您有幫助請收藏以便隨時查閱，最后祝您生活愉快 業績進步，以下為合金元素對鋼材機械性能的影響課件的全部內容。12、13、 碳（c):鋼中

2、含碳量增加，屈服點和抗拉強度升高,但塑性和沖擊性降低,當碳量0。23超過時，鋼的焊接性能變壞，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腐蝕能力，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，所以鎮靜鋼含有0.150。30%的硅。如果鋼中含硅量超過0.50-0。60，硅就算合金元素。硅能顯著提高鋼的彈性極限,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。01。2%的硅,強度可提高1520。硅和鉬、鎢、鉻等結合，有提高抗腐蝕性和抗氧化的作用，可制造耐熱鋼。含硅14%的低碳鋼

3、,具有極高的導磁率，用于電器工業做矽鋼片。硅量增加，會降低鋼的焊接性能. 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。300.50。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,提高鋼的淬性，改善鋼的熱加工性能，如16mn鋼比a3屈服點高40.含錳1114%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,減弱鋼的抗腐蝕能力，降低焊接性能。 4、磷（p)：在一般情況下，磷是鋼中有害元素，增加鋼的冷脆性，使焊接性能變壞，降低塑性，使冷彎性能變壞.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

4、(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，在鍛造和軋制時造成裂紋。硫對焊接性能也不利，降低耐腐蝕性.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，鉻能顯著提高強度、硬度和耐磨性，但同時降低塑性和韌性.鉻又能提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性,因而是不銹鋼,耐熱鋼的重要合金元素. 7、鎳(ni)：鎳能提高鋼的強度，而又保持良好的塑性和韌性。鎳對酸堿有較高的耐腐蝕能力，在高溫下有防銹和耐熱能力。但由于鎳是較稀缺的資源，故應盡量采用其他合金元素代用鎳

5、鉻鋼。 8、 鉬(mo）：鉬能使鋼的晶粒細化，提高淬透性和熱強性能，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，能提高機械性能。 還可以抑制合金鋼由于火而引起的脆性。在工具鋼中可提高紅性。 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。改善焊接性能。在鉻18鎳9奧氏體不銹鋼中加入適當的鈦，可避免晶間腐蝕。 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，提高強度和韌性。釩與碳形成的碳化物，在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕能力。 11、鎢（w)：鎢熔點高，比重大，是貴生的合金元素.鎢

6、與碳形成碳化鎢有很高的硬度和耐磨性.在工具鋼加鎢，可顯著提高紅硬性和熱強性，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，提高強度，但塑性和韌性有所下降。在普通低合金鋼中加鈮，可提高抗大氣腐蝕及高溫下抗氫、氮、氨腐蝕能力。鈮可改善焊接性能。在奧氏體不銹鋼中加鈮，可防止晶間腐蝕現象。 13、鈷（co）：鈷是稀有的貴重金屬，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。銅能提高強度和韌性，特別是大氣腐蝕性能。缺點是在熱加工時容易產生熱脆,銅含量超過0.5%塑性顯著降低。當銅含量小于0.50對焊接性無影響。

7、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，提高沖擊韌性，如作深沖薄板的08al鋼。鋁還具有抗氧化性和抗腐蝕性能,鋁與鉻、硅合用，可顯著提高鋼的高溫不起皮性能和耐高溫腐蝕的能力。鋁的缺點是影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能。 16、硼(b）:鋼中加入微量的硼就可改善鋼的致密性和熱軋性能,提高強度。 17、氮(n）:氮能提高鋼的強度，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

8、性質，從而改善了鋼的各種性能,如韌性、焊接性，冷加工性能。在犁鏵鋼中加入稀土，可提高耐磨性。六、合金元素對鋼的性能影響2006-0828 13:43:00表137主要合金元素對鋼的性能影響元素 名稱強度彈性沖擊 韌度屈服 點硬度伸長蠱斷面收縮率低溫韌性高溫強度耐磨性被切削性鍛壓性滲碳 性能滲氮 性能抗氧 化性耐 蝕 性冷卻速度mr+0+oo+o-+ooo-mn+-+o+-cr+-+-+-ni+o+oo+-ni+-+-+-si+-+-+-+cu+0+0o+0-o+m0+-+-+-c0+o+v+-+oo+-w+o+-+-+-al+-+-ti+-+s-+-p+-+-+注：“+”表示提高，“一表示降低

9、，“o”表示沒有影響,“”表示影響情況尚不清楚，多個“+”或“一”表示提高或降低的強烈程度。表示在珠光體鋼中；表示在奧氏體鋼中。表1-38主要合金元素對鋼性能影響的有關說明元素名稱對性能主要影響al主要作用為細化晶粒和脫氧，在滲氮鋼中能促成滲氮層，含量高時，能提高高溫抗氧化性，耐h2s氣體的腐蝕作用，固溶強化作用大,提高耐熱合金的熱強性,有促使石墨化傾向b微量硼能提高鋼的淬透性,但隨鋼中碳含量增加，淬透性的提高逐漸減弱以至完全消失c含量增加，鋼的硬度和強度也提高，但塑性和韌性隨之下降c0有固溶強化作用,使鋼具有紅硬性，提高高溫性能、抗氧化和耐腐蝕性，為高溫合金及超硬高速鋼的重要合金元素，提高鋼

10、的ms點，降低鋼的淬透性cr提高鋼的淬透性,并有二次硬化作用,增加高碳鋼的耐磨性,含量超過12時，使鋼具有良好的高溫抗氧化性和耐氧化性介質腐蝕作用,提高鋼的熱強性，是不銹耐酸鋼及耐熱鋼的主要合金元素，但含量高時易產生脆性cu含量低時，作用和鎳相似,含量較高時,對熱變形加工不利，如超過o30時,在熱變形加工時導致高溫銅脆現象，含量高于o75時，經固溶處理和時效后可產生時效強化作用。在低碳合金鋼中，特別是與磷同時存在,可提高鋼的抗大氣腐蝕性，2%一3的銅在不銹鋼中可提高對硫酸、磷酸及鹽酸等的抗腐蝕性及對應力腐蝕的穩定性mn降低鋼的下臨界點，增加奧氏體冷卻時的過冷度，細化珠光體組織以改善其力學性能，

11、為低合金鋼的重要合金元素，能明顯提高鋼的淬透性,但有增加晶粒粗化和回火脆性的不利傾向mo提高鋼的淬透性,含量0.5%時，能降低回火脆性，有二次硬化作用。提高熱強性和蠕變強度，含量2%3時,提高抗有機酸及還原性介質腐蝕能力n有不明顯的固溶強化及提高淬透性的作用，提高蠕變強度,與鋼中其他元素化合,有沉淀硬化作用,表面滲氮，提高硬度及耐磨性,增加抗蝕性，在低碳鋼中,殘余氮會導致時效脆性nb固溶強化作用很明顯，提高鋼的淬透性(溶于奧氏體時），增加回火穩定性，有二次硬化作用，提高鋼的強度、沖擊韌性，當含量高時(大于碳含量的8倍)，使鋼具有良好的抗氫性能,并提高熱強鋼的高溫性能（蠕變強度等)ni提高塑性及

12、韌性，（提高低溫韌性更明顯)，改善耐蝕性能，與鉻、鉬聯合使用，提高熱強性,是熱強鋼及不銹耐酸鋼的主要合金元素之一p固溶強化及冷作硬化作用很好，與銅聯合使用，提高低合金高強度鋼的耐大氣腐蝕性能,但降低其冷沖壓性能，與硫、錳聯合使用,改善切削性，增加回火脆性及冷脆敏感性pb改善切削加工性re包括鑭系元素及釔和鈧等17個元素，有脫氣、脫硫和消除其他有害雜質作用，改善鋼的鑄態組織，o2的含量可提高抗氧化性、高溫強度及蠕變強度,增加耐蝕性s改善切削性。產生熱脆現象，惡化鋼的質量,硫含量高，對焊接性產生不好影響si常用的脫氧劑，有固熔強化作用，提高電阻率，降低磁滯損耗,改善磁導率，提高淬透性，抗回火性，對

13、改善綜合力學性能有利，提高彈性極限,增加自然條件下的耐蝕性。含量較高時，降低焊接性，且易導致冷脆。中碳鋼和高碳鋼易于在回火時產生石墨化ti固溶強化作用強,但降低固溶體的韌性，固溶于奧氏體中提高鋼的淬透性，但化合鈦卻降低鋼的淬透性。改善回火穩定性，并有二次硬化作用，提高耐熱鋼的抗氧化性和熱強性，如蠕變和持久強度，且改善鋼的焊接性v固溶于奧氏體中可提高鋼的淬透性，但化合狀態存在的釩，會降低鋼的淬透性,增加鋼的回火穩定性，并有很強的二次硬化作用，固溶于鐵素體中有極強的固溶強化作用。細化晶粒以提高低溫沖擊韌性,碳化釩是最硬耐磨性最好的金屬碳化物，明顯提高工具鋼的壽命，提高鋼的蠕變和持久強度，釩、碳含量

14、比超過5。7時，可大大提高鋼抗高溫高壓氫腐蝕的能力,但會稍微降低高溫抗氧化性w有二次硬化作用，使鋼具有紅硬性，提高耐磨性,對鋼的淬透性、回火穩定性、力學性能及熱強性的影響均與鉬相似，稍微降低鋼的抗氧化性zr鋯在鋼中作用與鈮、鈦、釩相似，含量小時，有脫氧、凈化和細化晶粒的作用,提高鋼的低溫韌性，消除時效現象,提高鋼的沖壓性能注：各成分的含量皆指質量分數.*鋼材的質量及性能是根據需要而確定的，不同的需要，要有不同的元素含量 （ 1 )碳;含碳量越高，剛的硬度就越高，但是它的可塑性和韌性就越差 （ 2 ）硫;是鋼中的有害雜物，含硫較高的鋼在高溫進行壓力加工時，容易脆裂，通常叫作熱脆性 ( 3 ）磷；

15、能使鋼的可塑性及韌性明顯下降，特別的在低溫下更為嚴重，這種現象叫作冷脆性在優質鋼中，硫和磷要嚴格控制但從另方面看，在低碳鋼中含有較高的硫和磷,能使其切削易斷，對改善鋼的可切削性是有利的 （ 4 ）錳；能提高鋼的強度，能消弱和消除硫的不良影響，并能提高鋼的淬透性，含錳量很高的高合金鋼（高錳鋼)具有良好的耐磨性和其它的物理性能 （ 5 ）硅；它可以提高鋼的硬度,但是可塑性和韌性下降，電工用的鋼中含有一定量的硅，能改善軟磁性能 （ 6 ）鎢；能提高鋼的紅硬性和熱強性,并能提高鋼的耐磨性 ( 7 ）鉻；能提高鋼的淬透性和耐磨性，能改善鋼的抗腐蝕能力和抗氧化作用 （ 8 )釩；能細化鋼的晶粒組織，提高鋼

16、的強度，韌性和耐磨性當它在高溫熔入奧氏體時，可增加鋼的淬透性；反之，當它在碳化物形態存在時，就會降低它的淬透性 （ 9 ）鉬；可明顯的提高鋼的淬透性和熱強性，防止回火脆性，提高剩磁和嬌頑力 （10 ）鈦;能細化鋼的晶粒組織，從而提高鋼的強度和韌性在不銹鋼中，鈦能消除或減輕鋼的晶間腐蝕現象 （11 ）鎳；能提高鋼的強度和韌性，提高淬透性含量高時,可顯著改變鋼和合金的一些物理性能，提高鋼的抗腐蝕能力 （12 ）硼;當鋼中含有微量的（ 0。001 0。005 )硼時，鋼的淬透性可以成倍的提高 (13 ）鋁；能細化鋼的晶粒組織,阻抑低碳鋼的時效提高鋼在低溫下的韌性，還能提高鋼的抗氧化性,提高鋼的耐磨性

17、和疲勞強度等 (14 ）銅；它的突出作用是改善普通低合金鋼的抗大氣腐蝕性能，特別是和磷配合使用時更為明顯/*合金元素對鋼性能的影響1、硅（si）是鋼中常見元素之一，在煉鋼過程中用作還原劑和脫氧劑。所以鋼中常含有0。200.30的硅。如果鋼中硅含量超過0。500.60時，硅就算作特殊的合金元素,這種鋼就稱為“硅鋼。硅能顯著提高鋼的彈性極限、屈服強度和抗拉強度，故可廣泛用于制造重負的彈簧鋼。在凋質結構鋼中，硅不僅能增加鋼的淬透性，還增加鋼淬火后的抗回火性。因此，常被用作調質結構鋼的合金元素，并可用于制造承受重負荷的較大截面零件的無鎳鉻、高強度、高韌性的高級調質鋼。硅和其他合金元素如鉬、鎢、鉻等結合

18、，有提高鋼抗腐蝕和抗高溫氧化的作用,可用于制造無鎳低鉻的不銹耐熱鋼.含硅1.04.5%低碳和超低碳鋼，具有極高的導磁率，可做電氣制造業中的硅鋼片。在熱處理時硅易于促使石墨化、產生脫碳現象，故在彈簧中,常加入鎢、釩、鉻等元素來加以防止。也用于制造耐磨的石墨鋼或模具鋼。但鋼中含硅量較高時，在焊接時噴濺較嚴重，有損焊縫質量，并易導至冷脆，會增加鍍鋅時鋅對鐵的破壞作用.2、錳（mn）是良好的脫氧劑和脫硫劑.因此,鋼中含0.300。50的錳是經常的。在碳素鋼中加入0。71.8%或以上的錳時，就算是特殊鋼“錳鋼”了.這種含錳量較高的碳素鋼的力學性能，要比一般含錳量的好得多，不但有足夠的韌性(在適當的熱處理

19、條件之下)，且有較高的強度和硬度,能提高鋼的淬透性，改善鋼的熱加工性能。故在低合金結構鋼中,含錳鋼種發展十分迅速。利用錳和硫化合所生成的硫化錳（mns）夾雜,有使切屑易于碎斷的作用.所以在鋼中可加適量的錳和硫來生產易切削鋼。此外，錳在合金結構鋼、彈簧鋼、軸承鋼，工具鋼、耐磨鋼、無磁鋼、不銹鋼、耐熱鋼中，也獲得廣泛的應用.但錳能使鋼的抗腐蝕能減弱，對鋼的焊接性能也有不利的影響。3、鎳(ni）能使鋼強化，改善鋼的低溫性能，特別是韌性，還可以提高鋼的淬透性。鎳鋼的抗銹性也很強，具有較高的對酸、堿和海水的耐腐蝕能力,但在高溫高壓下對氧介質的抗腐蝕能力無明顯效果,反會造成脫碳促使鋼腐蝕破裂。一般國產低合

20、金結構鋼中不加入鎳。鎳在高含量時,可顯著改變鋼和合金的一些物理性能。但鎳是一種重要的戰略物資，在全世界范圍內比較稀缺，所以作為鋼的一種合金元素,應該只在不能用其他元素來獲得所需的性能時，才考慮使用鎳。譬如需要在高強度時具有高韌性的重要用途的結構鋼，在低溫工作條件下具有高韌性的鋼，高合金鉻鎳奧氏體不銹耐熱鋼,以及要求具有特殊物理性能的鋼等。4、鉻(cr）加入鋼中能顯著提高鋼的抗氧化作用，增加鋼的抗腐蝕能力。并能提高鋼的強度和耐磨性。由于鉻加入鋼中能改善鋼的力學性能及物理和化學性能,因此在各種用途的合金鋼中,普遍含有不同數量的鉻。由于目前我國鉻資源較少，故因盡量節約使用，特別是在大量生產的結構鋼中

21、，應當少用或不用鉻。5、鉬(mo）是一種貴重的合金元素，在我國是富產，但在整個世界范圍內的儲量卻并不豐富。鉬在鋼中的作用，可歸納為提高淬透性和熱強性，防止回火脆性，提高剩磁和矯頑力，提高在某些介質中(如硫化氫、氨、一氧化碳、水等介質)的抗蝕性與防止點蝕傾向等。故在結構鋼、彈簧鋼、軸承鋼、工具鋼、不銹耐酸鋼、耐熱鋼(也稱熱強鋼)、磁鋼等一系列的鋼種中，得到廣泛的應用。鉻鉬鋼在很多情況下，可以代替較貴重的鉻鎳鋼來制造各種重要的機件，由于鉬增加鋼的熱強性，所以鉬含量較高時，也會增加熱加工的困難。6、鋁(al）是煉鋼時的脫氧定氮劑，并且能細化鋼的晶粒，提高鋼在低溫下的韌性，鋁對氮有極大的親和力,含鋁的

22、鋼滲氮后,在鋼種表面牢固地形成一層薄而硬的彌散分布的氮化鋁層，從而提高其硬度和疲勞強度，并改善其耐磨性。鋁還具有耐腐蝕性和抗氧化性，可作為不銹耐酸鋼的主要合金元素。在鋼的表面鍍鋁或滲鋁,可提高其抗氧化性.鋁和鉻、硅復合應用,可以顯著提高鋼的高溫不起皮性和耐高溫腐蝕能力.鋁還適用于作電熱合金材料和磁性材料。但是,鋁會影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能。7、銅（cu）在鋼中加入0。200.50的銅，特別是和磷配合使用時，可以使低合金結構鋼和鋼軌鋼獲得優良的抗大氣腐蝕性能，并且也有利于提高鋼的強度、耐磨性和屈強比，而對鋼的焊接性并沒有不良的影響，是目前建造橋梁、船舶、汽車、機車車輛、化工石油

23、設備及高壓容器等的主要鋼類.在奧氏體不銹鋼中加入23的鋼，可以提高其在酸性介質中的抗蝕性。但銅是稀缺金屬之一，也是戰略物資，因此一般不應在煉制中有意地加入。不過由于鋼中含銅無法從冶煉過程中去除，而我國又有豐富的含銅鐵礦，所以可以利用含銅鐵礦來發展含銅鋼。8、鉛(pb）不溶于鋼中，它的沸點又很低，因此，為了特殊用途需要而專門加入少量的鉛時,需在冶煉完了,在澆注過程中加入.其作用是在不顯著地影響鋼的其他性能的情況下，能顯著提高鋼的切削加工性。9、鎢（w）具有熔點高、密度大的特點，和鉬相似，也是一種貴重的金屬元素。它在鋼中的用途,主要是增加鋼的回火穩定性，熱硬性和熱強性，以及由于形成的特殊碳化物而增

24、加的耐磨性。如當鎢加入高碳鋼中時，可以顯著提高其耐磨性和切削性.因此，它主要用于工具鋼，如高速鋼、熱鍛模具等，而只在個別特殊情況下，才用于機械制造用的滲碳和調質結構鋼中去。但這時必須和其他元素如硅、錳、鋁、鉬、釩、鉻、鎳等同時加入，單一含鎢的結構鋼，在力學性能上與碳素鋼相比，得不到多少改善，故很少采用.鎢能耐高壓氧氣的侵入，還能提高鋼在高溫下的蠕變抗力,當與鉬復合應用時，效果更加顯著。10、釩（v)是我國富有元素之一，也是目前發展新鋼種最常用的合金元素之一。它和碳、氮、氧都有極強的親和力，與之形成相應的極為穩定的化合物。少量的不到0.5的釩能細化鋼的晶粒，提高鋼的強度、屈強比和低溫韌性,改善鋼

25、的焊接性能，也能增加鋼的熱強性和蠕變的抗力.此外釩對碳的固定作用，還可以提高鋼在高溫下的抗氫侵蝕。但是,釩總是和其他合金元素如錳、鉻、鎢、鉬等配合使用。常用于低溫用鋼、高壓抗氫鋼、高級優質彈簧鋼、新型軸承鋼、合金工具鋼、高速工具鋼、耐熱鋼等。但釩含量不宜過高，過高則降低鋼的韌性，不利于鋼的蠕變性能。11、鈦（ti）是化學上極為活潑的金屬元素之一，它和氮、氧、碳都有極強的親和力。因此，鈦也是一種良好的脫氧去氣劑和固定氮和碳的有效元素。鈦能使鋼的內部組織致密，提高鋼的強度，含鈦量為0.06%0。12%的低合金結構鋼，具有良好的力學性能和工藝性能，但主要缺點是淬透性稍差。在含鉬鍋爐鋼中,鈦可以阻止在

26、高溫(大于500)下長期使用時出現的石墨化現象；在含鉻46的耐熱鋼中，加人大于4倍碳含量的鈦，可以避免鋼的淬硬傾向，還可以顯著提高鋼的焊接性能。鈦還能提高鋼在高溫高壓下抗氫、氮、氨腐蝕的能力。與其他元素配合使用，能提高鋼的抗大氣、海水及抗硫化氫(h2s)腐蝕的能力。此外，一定量的鈦加入cr18ni9型奧氏體不銹鋼中，可完全避免晶間腐蝕,從而被廣泛地應用.目前鈦越來越多地被應用于夾端工業材料,成為重要的戰略物資。12、鈮（nb）和鉭（ta）均是難熔的稀有元素,價格較昂貴,在鋼中的作用和釩、鈦、鋯等類似，和碳、氮、氧都有極強的親和力，與之形成相應的極穩定的化合物。鈮和鉭均能細化鋼的晶粒,降低鋼的過

27、熱敏感性和回火脆性,在一定的存在條件下，也能提高鋼的強度和韌性及對蠕變的抗力等。在低合金結構鋼中加鈮，既能提高鋼的抗大氣、海水腐蝕能力,及在高溫高壓下抗氫、氮、氨腐蝕能力，也能提高鋼的屈服強度和沖擊韌性，降低其脆性轉變溫度，并改善其焊接性能；在高鉻耐熱不銹鋼中加鈮，可以降低鋼的空冷硬化性，提高鋼的熱強性，避免回火脆性，提高其蠕變強度，并改善鋼的高溫不起皮性，在奧氏體鋼如cr18ni8型不銹耐熱鋼中加鈮，可以防止不銹鋼晶間腐蝕現象的發生，但這類鋼冷變形比較困難，焊接性也較差。13、鎬(zr)是稀有金屬,為碳化物形態元素.在煉鋼過程中，鋯是強有力的脫氧和脫氮元素。鈷能細化鋼的奧氏體晶粒，它和硫能化

28、合成硫化鋯,因此能防止鋼的熱脆性.鋯還能改善鋼的藍脆現象，降低鋼的回火脆性，在低合金結構鋼中改善鋼的低溫韌性，作用比釩好。但由于鋯在鋼中的溶解度很小，且價格昂貴，因此很少在一般鋼中應用，而多用于特殊用途。目前，鋯主要用于原子能工業，廣泛用作核反應堆的包套材料和結構材料。此外，在化工方面，鋯和鉿一起用于制造耐腐蝕性很高的設備.14、鈷（co）是世界上稀有的貴重金屬，因此多用于特殊鋼和合金中。如在高速鋼中加入鈷，可以提高它的高溫硬度.鈷加入含鎳(1825）的馬氏體時效鋼中，可以獲得很高的硬度和強度，很好的綜合力學性能.尤其是隨著鈷和鉬含量的增多，時效后硬度和強度的增高就更為顯著.而與此同時，如再加

29、入適量的鈦、鋁、硼和鈷，則對時效后的性能更好。此外，鈷在熱強鋼和磁性材料中,也是重要的合金元素。15、稀土元素（re)是很好的鋼中脫硫去氣劑，可用于清除其他如砷、銻、鉍等有害雜質，可以改變鋼中夾雜物的形態和分布情況,從而改善鋼的質量。在低合金結構鋼中加入適量的稀土，有良好的脫氧、脫硫作用,可以提高沖擊韌性（特別是低溫韌性），耐大氣腐蝕，并有良好的焊接性能和冷加工性能，在高合金的不銹耐熱鋼和電熱合金中加入稀土,既可以提高鋼的抗氧化性和抗蝕性,也可以改善鋼和合金的鑄態組織，從而改善其熱加工性能并提高其使用壽命。但由于稀土加入方法以及分析檢驗方法尚未能很好地掌握,以致使用效果波動頗大，甚至有時反會產

30、生不利的影響，有待今后進一步研究.一般所說的稀土元素，是指鑭、鈰、鐠、釹、鉅、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、釔、鈧共17個元素。16、鈹（be）是稀有輕金屬之一。和氧、硫都有極強的親和力，是一種理想的脫氧去硫劑。鈹是極強的鐵索體固溶強化元素之一，鋼中加鈹,能增加鋼的淬透性，也可以使鋼具有較高的溫度強度和蠕變性能。但由于鈹供給困難，價格昂貴，目前除了特殊用途(如原子能工業、導彈等)外,在一般合金鋼中尚難于普遍使用。17、硫（s）、硒（se）、碲（te）硫在鋼中一般認為它是殘存在鋼中的有害元素之一.它降低鋼的延展性及韌性,損害鋼的抗蝕性，對焊接也有不利影響等。所以在優質鋼中，其含量控制在

31、0.045以下，就是在普通鋼中也不得大于0。055%(在側吹堿性轉爐鋼中，放寬為不大于0。065%）。但在某種條件下,害處可以轉化為益處，如在含硫易切鋼中，就是提高其硫和錳的含量，使形成較多的硫化錳(mns)微粒，以改善鋼的切削加工性，硒和碲在周期表中和硫同族，性能頗相似，在鋼中的作用也相似。18、磷（p)、砷（as)、銻(sb）是屬于元素周期表中同一族的元素。因此這三種元素在鋼中有一些類似的作用。它們加入鋼中都有不同程度的抗腐蝕能力。磷和砷，尤其是磷對提高鋼的抗拉強度有顯著的作用,也能改善鋼的切削加工性，但它們又都增加鋼的脆性，尤其是低溫脆性。此外，磷和砷都是造成鋼較嚴重偏析的有害元素，砷和

32、銻都有抗蝕作用，但如何在鋼中予以應用，尚需研究.19、硼（b）硼和氮及氧都有很強的親和力，它在鋼中突出的作用是微量（0.001)的硼就可以成信地增加鋼的淬透性，從而節約其他較稀缺、貴重的合金元素，如鎳、鉻、鉬等。在珠光體耐熱鋼中，微量硼可以提高鋼的高溫強度，并提高鋼的抗硫化氫(h2s）腐蝕能力；在奧氏體鋼中加入0.025的硼，可以提高其蠕變強度.至于硼含量較高(大于1）的鋼，在原子能方面的應用，則是近十幾年的事。20、氮（n)在鋼中的作用主要為：固溶強化及時效沉淀強化;形成和穩定奧氏體組織;改善高鉻和高鉻鎳鋼的宏觀組織，使之致密堅實，并提高其強度；借滲入方法與鋼表面層中的鉻、鋁等合金元素化合形

33、成氮化物，增加鋼表面層的硬度、強度、耐磨性及抗蝕性等。但氮在鋼中的作用,也有其不利的一面，如對低碳鋼，由于氮化鐵（fe4n）的析出，導致時效和藍脆現象；含量超過一定限度時,易在鋼中形成氣泡和疏松,與鋼中的鈦、鋁等元素形成帶棱角而性脆的夾雜群等.氮的使用，不受資源的跟制,如能用其所長，避其所短，充分發揮其作用，含氮鋼是有其廣泛發展前途的。21、氫（h）以原子或離子形成溶于鋼中，形成間隙固溶體，因而也起到某些合金化的作用，有穩定奧氏體,增加鋼淬透性的好處。但它在鋼中造成很多嚴重的缺陷，如產生白點、點狀偏析、氫脆，以及焊縫熱影響區內的裂縫等.這些缺陷的危害性，遠遠超過它作為合金化元素所帶來的好處，所

34、以一般把它看做是一種有害的元素，而采取種種措施,以降低其在鋼中的含量。22、氧(o)鋼中的氧對鋼的力學性能有不利的影響，是作為有害元素來看待的。但氧在冶煉過程中卻是不可缺少的主要因素之一，特別是在吹氧煉鋼中，它起著主要的作用。其次，在煉制沸騰鋼和半鎮靜鋼時，鋼液中還必須保留適量的氧，以便鋼液在鋼錠模中發生適度的沸騰作用,使鋼錠有一個較純凈堅實的外殼層，使軋成的鋼板和鋼材具有光滑優良的表面層。同時，由于沸騰過程中產生的一氧化碳（co）氣泡，在鋼錠中占有一定體積，壓縮或消除鋼錠中的縮孔,這可以增加鋼的收得率和成材率。這些也可以說是氧在鋼中的有利作用。注:上述所有的元素含量，未加說明的均為質量分數各

35、種合金元素對鋼性能的影響1、al （1）al當鋼中其含量小于35時，是一有益的元素.其作用是：高的抗氧化性和電阻。作為強烈脫氧劑加進的al,可生成高度細碎的、超顯微的氧化物，分散于鋼體積中。因而可阻止鋼加熱時的晶粒長大（含al10，在加熱1200才有細化作用，否則其作用甚小）和改善鋼的淬透性。所以這些氧化物成為結晶的中心,而在鋼冷卻時又對a體分解起促進作用。作為合金元素，有助于鋼的氮化，因而可提高鋼的熱穩定性。所以aln本身在加熱時具有高穩定性,與都有利于減弱鋼的過熱傾向.可改善鋼的抗氧化性,考慮和，能提高鋼的電阻，與cr共同用于制造高電阻鉻鋁合金：如cr13al4、1cr17al5、1cr2

36、5al5。al使電阻增高的程度比cr還高的多.在cr鋼中加al，會粗晶易脆，所以其量一般不超過5%，個別才有89%.對硅鋼而言，al可減少鐵心損失，降低磁感強度，與氧結合可減弱磁時效現象，但al的氧化物會使磁性變壞.al（0.5)也會使硅鋼變脆。（2）al的不良影響 促進鋼的石墨化，減少合金相中的碳溶濃度，所以硬度、強度降低。 加速脫碳 當al含量增加至35%時,89%將會大大地促進鋼錠的柱狀結晶過程。因此而大大增加鋼的機械熱加工的困難，也使鋼極易脫碳。（其熱加工之所以困難是因為該合金鋼錠具有粗晶結構，且其晶體的解理極弱,所以導熱性低,加熱時容易出現大的溫度差而鍛裂，甚至鋼錠的去皮加工都會使其

37、晶界氧化而破壞.此外，它在800以上的高溫長時間停置也極易變脆。一般合金鋼中含al量：合金結構鋼：al=0.41。1% (38crala、38crmoala、38crwvala等）耐熱不起皮鋼：al=1.14.5 (cr13sial、cr24al2si、cr17al4si等)電熱合金: al=3。56.5% (cr13al4、1cr17al5、cr8al5、0cr17al5等) 甚至al=8% cr7al7：考慮電熱合金受荷不大,雖有脆性，仍可使用。2、si（1）一般合金鋼中的si含量不會高于3。5%，更多時(4.86.5)將使鋼具有很高的脆性.si的有益作用：高的熱強性和彈性極限，高的導磁率

38、,渦流損失少。象al、cr一樣，其氧化物均是尖晶石類型的組織。其晶格常數與fe、fe區別小.因為其氧化物與金屬分界處的晶胞之間就緊密而強固地結合在一起，氧化皮緊密地被貼在金屬上，甚至在高溫下也不剝落。所以它具有很強的抗氧化性和耐熱性能，而被加入耐熱鋼。有利于提高鋼的彈性極限，在中碳鋼中加入12%的si,調質中b將增1520%，而aku也提高了，還提高了s和。利于促進鋼中石墨化而用于煉制石墨鋼。此鋼可制軸承，甚至作為工具鋼代替，制沖頭,拉模、彎曲模等。脫氧能力較強，是煉鋼常用的脫氧劑,故一般鋼中均含si，其量0。5%。硅可減小晶體的各向異性，使磁化容易，使磁阻減小，它還可減輕鋼中其他雜質對磁場磁

39、感的危害（使%c石墨化，脫氧，與n形成氫化硅等)。所以可大大減少渦流損失。由于硅的脆性，目前高硅鋼片硅含量規定為低于4.5，最多只為4.8，正在研究提高至6.5。硅可顯著地減慢回火馬氏體在低溫（200)時的分解速度。（在較高溫度即400500則作用并不顯著）si是鐵素體形成元素，多加si會使a轉化。（2）si的不良影響促使石墨化,促進脫碳(它是阻止碳化物形成的一種元素），含si鋼一般不作滲碳。促進回火脆性的發展，使塑性降低。si對沖擊韌性和韌性的溫度儲量的影響不是等值的。當si=11。5時作用尚良好。si=2。53%時則影響不良,含si=22.5,則難以鍛造。當si2.3%時,矽鉻鋼對回火脆性

40、的敏感性還很低,但對當si=2。53。5%時，對回火脆性和敏感性就高。用這種鋼必須采取韌性處理（回火后在水中浸漬，鍛時用少韌處理）,而當si3.5%時，甚至持用韌性處理也已不能消除矽鉻鋼的脆性。（不過，mo的加入可使其脆性稍許改善）,si=4時,室溫下即可能脆裂。對碳素工具鋼,si含量上升時，將降低其淬透性等級。一般結構鋼中均不宜加si，對于高速鋼，不大于0.4%。由于硅的存在，使鋼中增碳困難，并使滲碳速度降低，所以此類鋼多不作滲碳處理。硅錳結合，mn可下降，因為si引起的脫碳，si有微弱的抑制晶粒長大的作用，可稍下降，mn引起的調質粗晶,有相互改善作用，但易生白點，應注意冶煉時原材料的干燥烘

41、烤。硅在鋼中還常以fe、mn的硅酸鹽類夾雜物而存在，均會降低鋼的各種性能,塑性比硫化物低。這類夾雜物透光度很高,而反光度則低,故顯微鏡下常呈灰黑色。（3）一般合金鋼中si含量：一般碳鋼：si0.5%合金結構鋼： si =0。91。6% （27simn、40crsi、20crmnsi、35crmnsia等)彈簧鋼： si =1。52% （55si2mn、60cr2mn等）軸承鋼: si =0.40.7 (gcr9simn、gcr15simn、gcr6simn等)工具鋼： si =0。651。8 （simn、9sicr、5simnmov、6simov等）耐熱鋼: si =14。3 (cr17al4

42、si、cr20si3、4cr9si2、4cr3si4等）電機硅鋼片： si =0.81.8% 、1.82。8%、2。83。8、3。84.8為低、中、較高、高級硅鋼片3、mn（1)錳的有益作用是高的強度和耐磨性),淬透、滲碳、冷工硬化。14（高耐磨鋼），1719%(護環鋼） 作為煉鋼的脫氧劑用,因為一般鋼中均含mn，其量0.7. mn和s作用抵消s對鐵的紅脆影響。 mn對各類鋼的作用是：珠光體mn鋼:可提高其強度和耐磨性，塑性亦不錯。所以它能細化珠光體組織.（對含碳量較高的鋼，mn，塑性稍有降低。對低碳鋼則含mn，而韌性。奧氏體mn鋼:有足夠高的塑性和很高的耐磨性。所以mn能增加奧氏體的穩定性，

43、擴大相區得奧氏體。降低淬火時的臨界冷卻速度。降低鋼的臨界點（a1和a3）同碳量碳素鋼低2530，所以可提高鋼的淬透性，淬火時的變形也比較小，因此適于制大截面和復雜的零件。mn=5時，mn降至0。馬氏體mn鋼:易使之發脆、淬裂。mn易溶于鐵素體內,形成弱碳化物其穩定性不強。所以加熱過程中極易完全溶入奧氏休中，加之其臨界點又低,所以晶粒極易粗化、極易淬裂，為此應嚴格控制淬火加熱溫度和保溫時間，一般均以油淬或流動空氣中冷卻為宜，只有形狀簡單件才好用水淬.調質鋼：將降低其塑性（回火脆性影響）.滲碳鋼：mn的存在能促進滲碳作用,所以能大大提高鋼的表面硬度與耐磨性,尤其可貴的是在滲碳時表面軟點較少,也不改

44、變過分增碳的傾向。（滲碳后的錳鋼，在最后淬火前，應進行一次正火或退火處理，以消除因長時間滲碳造成的心部過熱）.結構鋼：將促使其回火脆性增強。工具鋼：加入約1%mn,可減少淬火時的體積變形，這對于精密工具和長形工具來說有重要的意義。(如crmn、crwmn鋼等）。 mn可改善鋼的焊接性和低溫性能，還可減慢鋼的脫碳作用. mn量中還可適當改善鋼的切削性能. 對某些鋼，mn的作用可代ni，能擴大相區得奧氏體，如模具鋼（增強淬透性）、奧氏體鋼等。 高錳鋼對冷工硬化敏感，可提高鋼的強度和耐磨性。(mn=1014,而c=11。4%） 鉻錳奧氏體鋼的熱強性很好,甚至可超過cr、ni鋼，加4cr、ni紅熱耐磨

45、性更好。mn價廉.（2）錳的不良影響是: 增加鋼的過熱敏感性(粗晶）：這是由于含mn滲碳體的穩定性不強,在加熱過程中很容易完全溶于奧氏體中。加之，mn鋼的臨界點亦較低，所以就易粗晶了.為此鍛造和熱處理加熱都要嚴格控制加熱溫度和保溫時間。所有合金元素中，mn是不能減低奧氏體晶粒長大傾向的元素，相反引起粗晶。 增強鋼對白點的敏感性,故要緩冷。(含c0.3時影響即較大)增強回火脆性,且易形成帶狀和纖維組織。故縱、橫向性能差較大（mn2。4% 延伸率） 高錳鋼熔點低(mn1314，t熔13501400）平均線膨脹系數大（相當于鋼類矽鋼的1。9倍），導熱系數小(約為同類矽鋼的1/31/4)，熱加工稍難.

46、 高錳鋼在冷速不夠時，易生成塊狀碳化物沿晶界析出，使鋼變脆,采用水淬速冷時，可使碳化物來不及析出,得到均勻奧氏體組織，性能改善。但因為含mn量高,導熱性差，速冷則溫差應力大而易淬裂,所以淬火次數不宜多。（3)含mn鋼的分類 碳鋼：a、正常含mn量碳鋼mn=0。250.8b、較高含mn量碳鋼mn=0.71。0% 及0.91。2% 錳鋼:mn=1。11。8% 少數 2。4% 高錳鋼:mn=1314%(c=1.01.3%)注：mn1.2%為煉鋼脫氧及稍許改變鋼性能，作一般矽鋼。mn=1.11。8%或2.4%為具高塑性、耐磨性，強度而被采用。mn=2。413為粗晶極脆而不可用。mn=1314為冷工硬化

47、而成為高耐磨鋼。4、ni（1)鎳的有益作用是：高的強度、高的韌性和良好的淬透性、高電阻、高的耐腐蝕性。 一方面既強烈提高鋼的強度，另方面又始終使鐵的韌性保持極高的水平。其變脆溫度則極低.（當鎳0。3%時,其變脆溫度即達100以下，當ni量增高時，約45%，其變脆溫度競可降至180.所以能同時提高淬火結構鋼的強度和塑性.含ni=3。5，無cr鋼可空淬，含ni=8%的cr鋼在很小冷速下也可轉變為m體。 ni的晶格常數與-鐵相近，所以可成連續固溶體。這就有利于提高鋼的淬硬性，ni可降低臨界點并增加奧氏體的穩定性，所以其淬火溫度可降低，淬透性好。一般大斷面的厚重伯都用加ni鋼。當它同cr、w或cr、m

48、o結合的時候,淬透性尤可增高.鎳鉬鋼還具有很高的疲勞極限。（ni鋼有良好的耐熱疲勞性,工作在冷熱反復.、k高） 在不銹鋼中用ni,是為了使鋼具有均勻的a體組織，以改善耐蝕性。 有ni鋼一般不易過熱,所以它可阻止高溫時晶粒的增長，仍可保持細晶粒組織。 含ni量相當高的鋼，其熱膨脹系數很小而用作不變鋼（ni36）和代用白金(ni42)。 含ni更高時，與cr結合作高電阻合金（cr15ni60、cr20ni80）。 ni和v一樣，對脫碳過程沒有影響。ni本身不是有效的抗氧化學元素，所以很少單獨用作不銹鋼的合金元素，但對濃苛性堿有好的作用. ni可提高a體鋼的蠕變抗力,但還一定值作用則減弱，須加入別的

49、合金元素，通過固溶強化或沉淀硬化的途徑來解決。 cr、ni鋼的焊接性能和低溫性能也不錯.（2）ni的不良作用： ni不能提高鐵素體的蠕變抗力，相反會使珠光體m體鋼熱脆性增大。所以珠光體、馬氏體鋼不加鎳。 含硫氣氛中的ni鋼耐蝕性也不及無ni鋼，因硫化鎳會引起鋼的赤熱脆性。 鉻鎳鋼容易感受回火脆性和易形成白點(前者可在回火后采用速冷防止，后者應采用正確的熔煉規范和鍛造、冷卻規范防止。） 對高速鋼，因為它降低了它的硬度而被視為有害雜質，當ni2%時或更高時,由于其抗600660回火穩定性降低而熱硬性變壞（使a體穩定不分解）,所以硬度降低. 同樣，因為ni降低鋼之淬火層的硬度，在軸承鋼中也不希望有它

50、,ni不大于0.30，且ni+cu不大于0。50%（cu不大于0。25%）。 ni雖可提高電阻,促使矽石墨化，但會降低磁感和最大磁導率。所以硅鋼片也不希望有ni。 ni在我國早，價錢高。 ni鋼氧化容易起鱗，所鎳鋼的氧化鐵皮粘在鋼表面上不易脫落。（3）一般合金鋼中的ni含量:滲碳鋼：含c=0。150.25ni=14.5調質鋼:含c=0.350.55%ni=11。75不銹鋼：含ni2% m體不銹鋼，含ni=818 a體不銹鋼。含ni=28% mp體類不銹鋼。耐熱不起皮鋼：含ni達936%，屬a 體鋼。磁鋼：含ni25%的(ni25、ni9mn9等）為弱磁性鋼，用9301000淬火能很好不被磁化,

51、可用于制機器，儀表等不應被磁化零件（電機環、指南針盒、電阻等）。含ni=2530的是陳化磁性鋼，它具有非常高的磁性,當殘余磁感應為50007500高斯時，矯頑磁力可達500700奧斯特甚至1000，但它具有高的脆性(和硬度）,所以多做鑄造磁鐵。含ni=3537的是恒范合金（不變合金）ni=4244的是類鉑合金.含ni=5080的是高導磁率的合金，（但要很純，才能發揮作用)5、cr（1）鉻的有益作用：具有許多有價值的性能：高硬度、高強度、屈服點、高的耐磨性而對塑性、韌性影響又不大,高的抗氧化性，耐蝕性，還能提高電阻和導磁率等等。1）cr是中等碳化物形成元素，在所有各種碳化物中，鉻碳化物是最細小的

52、一種，它可均勻地分布在鋼體積中，所以具有高的強度、硬度、屈服點和高的耐磨性。由于它能使組織細化而又均分布，所以塑性、韌性也好,這對工具鋼尤有價值.2)cr的碳化物也較難溶解，在短時間加熱下有阻礙晶粒長大作用，長時間滲碳還會粗晶。所以可減小過熱敏感效應。3）cr可使a 體分解速度減緩，降低淬火時的臨界冷卻速度，因而有助于m體形成和提高m體的穩定性，所以cr鋼均有優良的淬透性，且淬火變形較小。注意:cr是鐵素體形成元素，縮小區，所以在沒a體化元素存在時,高cr鋼將呈鐵素體組織。4）cr與w或mo結合,能使淬火鋼中殘余奧氏體增加，而有助于獲得需要粉碎程度的碳化物相。5)cr能大大提高結構鋼的強度和塑

53、性，這種影響在cr與ni結合的鋼中尤其顯著。如12crni3n等.6）cr12時，有好的耐蝕性，再加89%的ni，耐蝕性更會大大提高。cr提高耐蝕能力的作用隨含碳量增加而會有所降低，因為cr與c結合后不起作用。7） cr2530時,有好抗氧化性。如cr=2728即可作1300的熱電偶溫度計的防護罩，當cr與si、al結合時,甚至cr相當少而抗氧化性也很高。如cr 610+si 23%就有高的耐熱性和抗氧性。8)cr、al結合(1cr17al5、cr13al4等)及cr、ni結合（如cr15ni60、cr20ni80等)均有很高的電阻。9）cr能提高鋼的矯頑力和阻止鋼的組織時效，所以cr鋼用于制造永久磁鐵。10）cr價較低。11)因為cr可形成穩定的碳化物，減緩碳的擴散和生成緊固的氧化皮膜，所以可降低脫碳作用.12）含cr2.5的多元素合金鋼.（18cr3mowva、20cr3mowva等）是良好的抗氫蝕鋼.含cr0。08 這是石墨鋼的要求，所以cr是阻止石墨化的一種元素。含cr1。2%低合金高強度鋼（一般mn鋼和simn鋼）含cr=0。51.65% 作軸承鋼（c1）-