各種合金元素對鋼性能的影響

1、三、各種合金元素對鋼性能的影響目前在合金鋼中常用的合金元素有：鉻(Cr)，錳(Mn),鎳(Ni)，硅(Si),硼(B),鎢(W)，鉬(Mo)，釩(V)，鈦仃i)和稀土元素(Re)等。五大元素：硅、錳、碳、磷、 硫。五大雜質元素 :氧、氮、磷、硫、氫。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(zhèn)靜鋼含有0.

2、15-0.30% 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 1.0 - 1.2%的硅，強度可提高 15- 20% 。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 1-4% 的低碳鋼，具有極高的導磁率， 用于電器工業(yè)做矽鋼片。硅量增加，會降低鋼的焊接性能。硅可提高強度、高 溫疲勞強度、耐熱性及耐 H2S 等介質的腐蝕性。硅含量增高會降低鋼的塑性和 沖擊韌性。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

3、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 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，減弱鋼的抗腐蝕能力，降低焊接性能。 錳可提高鋼的強度，增加錳含量對提高低溫沖擊韌性有好處。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(yōu) 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(chǎn)生熱脆性，降低鋼的延展性 和韌性，

4、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(yōu)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。鉻是合金結構鋼主加元素之一，在化學性能方面它不僅 能提高金屬耐腐蝕性能，也能提高抗氧化性能。當其含量達到13時，能使鋼的耐腐蝕能力顯著提高，并增加鋼的熱強性。鉻能提高鋼的淬透性，顯著提高 鋼的強度、硬度和耐磨性，

5、但它使鋼的塑性和韌性降低。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鉻鋼。鎳鋼鐵性能有良好的作用。它能提高淬 透性，使鋼具有很高的強度，而又保持良好的塑性和韌性。鎳能提高耐腐蝕性 和低溫沖擊韌性。鎳基合金具有更高的熱強性能。鎳被廣泛應用于不銹耐酸鋼 和耐熱鋼中。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(fā)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

6、性。在工具鋼 中可提高紅性。鉬能提高鋼的高溫強度、硬度、細化晶粒、防止回火脆性。鉬 能抗氫腐蝕。9 、鈦（ Ti ） ：鈦是鋼中強脫氧劑。它能使鋼的內(nèi)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?shù)?鈦，可避免晶間腐蝕?？商岣邚姸?、細化晶粒，提高韌性，減小鑄錠縮孔和焊 縫裂紋等傾向。在不銹鋼中起穩(wěn)定碳的作用，減少鉻與碳化合的機會，防止晶 間腐蝕，還可提高耐熱性。10 、釩（ V ） ：釩是鋼的優(yōu)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。釩用于 固溶體中可提高鋼的

7、高溫強度，細化晶粒，提高淬透性。鉻鋼中加少量釩，在 保持鋼的強度情況下，能改善鋼的塑性。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(xiàn)象。13、鉆（Co）:鉆是稀有的貴重金屬，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

8、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(chǎn)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。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，降低冷脆性。 鋁還能提高鋼的抗氧化性和耐熱性，對抵抗 H2S 介質腐蝕有良好作用。鋁的價 格比較便宜，所以在耐熱合金鋼中常以它來代替鉻。 。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

9、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(shù)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(tài)、分布和性質，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。稀土元素可提高強度，改善塑性、低溫脆性、耐腐蝕性及焊接性能。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

10、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CO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(chǎn)生脆 性Cu含量低時，作用和鎳相似，含量較高時，對熱

11、變形加工不利，如超過0. 30 %時，在熱變形加工時導致高溫銅脆現(xiàn)象，含量高于 O. 75 %時，經(jīng)固溶處理和時效后可產(chǎn)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，23%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(wěn)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，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

12、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(wěn)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提高塑性及韌性，（提高低溫韌性更明顯），改善耐蝕性能，與鉻、鉬聯(lián)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(lián)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(lián)合使用，

13、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(tài)組織，O. 2%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(chǎn)生熱脆現(xiàn)象，惡化鋼的質量，硫含量高，對焊接性產(chǎn)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(chǎn)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(wěn)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(tài)存在的釩，會降低鋼的淬透性，增加鋼的回火穩(wěn)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