C、Mn、Si、S、P、Cr、Mo元素在钢中的作用和热处理时的影响

1、1、(cr) ge 一种金属元素，符号cr,质硬而脆，抗腐蚀性强。用于电镀和制造特种钢。珞能增加钢的淬cui透性并有二次硬化作用。可提高高碳钢的硬度和耐磨性 而不使钢变脆；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。还增加钢的热强性，銘为不锈耐酸钢及耐热钢的主要合金元素。锯能提高碳素钢轧制状态的强度和硬度。降低伸长率和断面收缩率。当辂含量 超过15%时，强度和硬度将下降，伸长率和断面收缩率则相应地有所提高。含 珞钢的零件经研磨容易获得较高的表面加工质量。珞在调质结构钢屮的主要作用是提高淬透性。使钢经淬火回火后具有较好的 综合力学性能，在渗碳钢中还可以形成含钮的碳化物，

2、从而提高材料表面的耐磨 性。含锯的弹簧钢在热处理时不易脱碳。锯能提高t具钢的耐磨性、硬度和红硕性。 有良好的凹火稳定性。在电热合金中，锯能提高合金的抗氧化性、电阻和强度。(1) 对钢的显做组织及热处理的作用a、铭与铁形成连续固溶体，缩小奥氏体相区城。珞与碳形成多种碳化物，与碳 的亲和力大于铁和毎而低于钩、釦等馅与铁可形成金属间化合物o相(fecr)b、銘使珠光体中碳的浓度及奥氏体中碳的极限溶解度减少c、减缓奥氏体的分解速度，显著提高钢的淬透性.但亦增加钢的回火脆性倾向(2) 对钢的力学性能的作用a、提高钢的强度和硬度时加入其他合金元素时，效果较显著b、显著提高钢的脆性转变温度c、在含钮量高的f

3、e-cr合金中，若有。相析出，冲击韧性急剧卜降(3) 对钢的物理、化学及工艺性能的作用a、提高钢的耐磨性，经研磨，易获得较高的表而光洁度b、降低钢的电导率，降低电阻温度系数c、提高钢的矫顽力和剩余磁感.广泛用于制造永磁钢d、珞促使钢的表面形成钝化膜，当有一定含量的铭时，显著提高钢的耐腐蚀 性能(特别是硝酸)。若有馅的碳化物析出时，使钢的耐腐蚀性能下降e、提髙钢的抗氧化性能f、铅钢中易形成树枝状偏析，降低钢的塑性g、由于珞使钢的热导率下降，热加工时要缓慢升温，锻、轧后要缓冷(4) 在钢中的应用a、合金结构钢中主要利用钻提高淬透性，并可在渗碳表血形成含钮碳化物以 提高耐磨性b、弹簧钢中利用銘和共他

4、合金元素一起提供的综合性能c、轴承钢屮主要利用珞的特殊碳化物对耐磨性的贡献及研磨后表面光沽度高 的优点d、工具钢和高速钢中主要利用銘提高耐磨性的作用，并具有一定的冋火稳定 性和韧性e、不锈钢、耐热钢中偌常与镭、氮、镰等联合便用，当需形成奥氏体钢时， 稳主铁素体的锯与稳定奥氏体的猛、镰z间须有一定比例，如cr18ni9等f、我国珞资源较少.应尽量节省珞的使用2> g(mo) mu-种金屈元索。可用来生产特种钢，是电子工业的重要材料。钳在钢中能提高淬透性和热强性。防止回火脆性，增加剩磁和矫顽力以及在 某些介质中的抗蚀性。在调质钢中，钮能使较大断面的零件淬深、淬透，提高钢的抗冋火性或冋火 稳定

5、性，使零件可以在较高温度下回火，从而更有效地消除(或降低)残余应力, 提高塑性。在渗碳钢中釦除具有上述作用外，还能在渗碳层中降低碳化物在晶界上形成 连续网状的倾向，减少渗碳层中残留奥氏体，相对地增加了表面层的耐磨性。在锻模钢中，钳还能保持钢有比较稳定的硬度，增加对变形、开裂和磨损等 的抗力。在不锈耐酸钢中，钥能进一步提高对有抗酸(如蚁酸、醋酸、草酸等)以及 过氧化氢、硫酸，亚硫酸、硫酸盐、酸性染料、漂门粉液等的抗蚀性。特别是由 于釦的加入，防止了氯离了存在所产生的点腐蚀倾向。含1%左右钳的w12cr4v4mo高速钢具有高的耐磨性、回火破度和红硬性 等。(1) 对钢的显做组织及热处理的作用a、钿

6、在钢屮可固溶于铁索体、奥氏体和碳化物屮，它是缩小奥氏体相区的元索b、当钢含量较低时，与铁、碳形成复合的渗碳体；含量较高时可形成钢的特殊 碳化物c、钳提高钢的淬透性，其作用较珞强.而稍逊于猛d、钳捉高钢的冋火稳定性，作为单一合金元素存在时，增加钢的冋火脆性；与 锯、镒等并存时，钥乂降低或抑止因其他元素所导致的回火脆性(2) 对钢的力学性能的作用a、釦对铁素体有固溶强化作用.同时也提高碳化物的稳定性.从而提高钢的 强度b、钳对改善钢的延展性和韧性以及耐磨性起到有利作用c、由于铝使形变强化后的软化和恢复温度以及再结晶温度提高，并强烈提高 铁索体的蠕变抗力，有效抑制渗碳体在450-600°c

7、下的聚集促进特姝碳化物的 析出，因而成为提高钢的热强性的最有效的合金元素对钢的物理、化学及工艺性能的作用a、在含碳1.5%的磁钢中，2%-3%的钢提高剩余磁感和矫顽力b、在还原性酸及强氧化性盐溶液中都能使钢表面钝化.因此钳可以普遍提高 钢的抗蚀性能，防止钢在氯化物溶液中的点蚀c、钥含量较高(>3%)时使钢的抗氧化性恶化d、含钳不超过8%的钢仍可以锻、轧，但含量较高时，钢对热加工的变形抗力 増高(4)在钢中的应用a、在调质和渗碳结构钢、弹簧钢、轴承钢、工具钢、不锈耐酸钢、耐热钢、 磁钢中都得到了广泛应用b、珞钥钢在许多情况下可代替珞银钢来制造垂耍的部件c、我国富产钳，但在世界范围内的储量并

8、不丰富。含钳钢在我国应适当发展, 但钳是重要战略物资，应注意合理和节约使用3、硅(si) gut-种非金属元素，是一种半导体材料，可用于制作半导体器件和集成电路。ih称“矽硅能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度，其作用仅次于磷，较镒、 傑、铭、磚、钿和饥等元索强。但含硅超过3%时，将显著降低钢的塑性和韧性。 硅能提高钢的弹性极限、屈服强度和屈服比(os/ob),以及疲劳强度和疲劳比 (o-1/ob)等,这是硅或硅鎰钢可作为弹簧钢种的缘故。硅能降低钢的密度、热导率和电导率。能促使铁素体晶粒粗化。降低矫顽力。 有减小晶体的各向异性倾向，使磁化容易，磁阻减小，可用來生产电工用钢，所 以硅钢片的磁

9、滞损耗较低，硅能提高铁素体的磁导率，使硅钢片在较弱磁场下有 较高的磁感强度。但在强磁场下，硅降低钢的磁感强度。硅因有强的脱氧力，从 而减小了铁的磁时效作用。含硅的钢在氧化气氛中加热时，表面将形成一层si02薄膜，从而提高钢在 高温时的抗氧化性。硅能促使铸钢中的柱状晶成长，降低塑性。硅钢若加热或冷却较快，由于热 导率低，钢的内部和外部温差较大，因而易裂。硅能降低钢的焊接性能。因为与氧的亲合力硅比铁强，在焊接时容易生成低 熔点的硅酸盐，增加熔渣和熔化金属的流动性，引起喷溅现象，影响焊缝质量。 硅是良好的脱氧剂。用铝脱氧时酌加一定量的硅，能显著提高铝的脱氧能力。硅 在钢中本来就有一定的残存，这是由于

10、炼铁炼钢作为原料带入的。在沸腾钢中， 硅限制在0.07% ,有意加入时，则在炼钢时加入硅铁合金。(1) 对钢的显做组织及热处理的作用a、作为钢中的合金元素，具含量一般不低t 0.4 %。以固溶体形态存在丁铁素 体或奥氏体中，缩小奥氏体相区b、提髙退火、正火和淬火温度，在亚共析钢屮提高淬透性c、硅不形成碳化物，有强烈的促进碳的石墨化的作用，在硅含量较高的中碳和 高碳钢中，如不含有强碳化物形成元素，易在一定温度条件下发生石墨化d、在渗碳钢中，硅减小渗碳层厚度和碳的浓度e、硅对钢水有良好脱氧作用(2) 对钢的力学性能的作用a、提高铁素体和奥氏体的硬度和强度，其作用较mn、ni、cr.w、mo、v 等

11、更强；显著提高钢的弹性极限、屈服强度和屈强比(os/ob)并提高应劳强度 和疲劳比(a-1/ab)b、硅含量超过3 %时显箸降低钢的塑性和韧性；硅提高塑/脆转变温度c、硅易使钢屮形成带状组织，使横向性能低于纵向性能d、改善钢的耐磨性能(3) 对钢的物理、化学及工艺性能的作用a、降低钢的密度、热导率、电导率和电阻温度系数b、硅钢片的涡流损耗量显著低于纯铁，矫顽力、磁阻和磁滞损耗较低.磁导 率和磁感强度较高。但在强磁场中，硅降低磁感强度c、提高高温时钢的抗氧化性能，但硅含量高时，表面脱碳加剧d、硅含量超过2.5 %的钢，其变形加工较为怵难e、硅降低钢的可焊性(4) 在钢中的应用a、在普通低合金钢中

12、提高强度，改善局部腐蚀抗力，在调质钢屮提高淬透性和 抗凹火性，是多元合金结构钢屮的主要合金组元zb、硅含量为0.5 %-2.8 %的5)1/1门或simnb钢(碳含量0.5 %0.7%)广泛用 于高载荷弹黄材料，同时加人w、v、mo、nb、cr等强碳化物形成元素c、硅钢片为含硅1.0 %-4.5 %的低碳和超低碳钢，用于电机和变压器d、在不锈钢和耐蚀钢中，与mo、w、cr、al、ti、n等配合，提高抗蚀和 抗高温氧化能力e、硅含量较高的石墨钢用于冷作模具材料4猛(mri) meng 一种金属元索，质硬而脆，在湿空气中氧化。工业上称镒、钻为黑色金 属。镒是良好的脱氧剂和脱硫剂。钢中一般都含有一定

13、量的镒，它能消除或减 弱由于硫所引起的钢的热脆性，从而改善钢的热加工性能。镒和铁形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度；同时乂是碳化 物形成元素，进入渗碳体中取代一部分铁原子。猛在钢中由于降低临界转变温度。 起到细化珠光体的作用。也间接地起到提高珠光体钢强度的作用；镭稳定奥氏体 组织的能力仅次于辣，也强烈增加钢的淬透性。己用含量不超过2%的猛与其他 元素配合制成多种合金钢。镒具有资源丰富、效能多样的特点，获得了广泛的应用，如含镒较高的碳素 结构钢、弹簧钢。在高碳高猛耐磨钢中。猛含量可达10%- 14% ,经固溶处理后有良好的韧 性，当受到冲击而变形时，表面层将因变形而强化，具有高的耐磨

14、性。猛与硫形成熔点较高的mns o可防止因fes而导致的热脆现象。猛有增 加钢品粒粗化的倾向和冋火脆性敏感性。若冶炼浇铸和锻轧后冷却不当，容易使 钢产生白点。(1) 对钢的显做组织及热处理的作用a、猛是良好的脱氧剂和脱硫剂，工业用钢中一般均含有一定量的猛b、猛固溶于铁素体和奥氏体中.扩大奥氏体区，使临界温度a4点升高，a3点 降低，(a+y)区下移.当猛含量超过12%时，上临界点降至室温以下，使钢在室 温时形成单一奥氏体组织。在降低共析温度同时，使共析体中的碳含量减少c、镒强烈降低钢的ar1和马氏体转变温度(其作用仅次于碳)和钢中相变的速 度，提高钢的淬透性，增加残余奥氏体含量d、使钢的调质组

15、织均匀、细化，避免了渗碳层中碳化物的聚集成块，但増大了 钢的过热敏感性和冋火脆性倾向e、猛是弱碳化物形成元素(2) 对钢的力学性能的作用a、猛强化铁素体或奥氏体的作用不及碳，磷、硅，在增加强度的同时，对延 展性无影响b、由于细化了珠光体，显著提高低碳和中碳珠光体钢的强度，使延展性有所 降低c、通过提高淬透性而提高了调质处理索氏体钢的力学性能d、在严格控制热处理工艺、避免过热时的晶粒长大以及凹火脆性的前提下， 猛不会降低钢的韧性对钢的物理、化学及工艺性能的作用a、随镒含虽的增加，钢的热导率急剧下降，线胀系数上升，使快速加热或冷 却时形成较大内应力，工件开裂倾向增犬b、使钢的电导率急剧降低，电阻率

16、相应增大，电阻温度系数下降c、使矫顽力增大，饱和磁感、剩余磁感和磁导率均下降，因而猛对永磁合金 有利，对软磁合金有害d、镒含量很高时，钢的抗氧化性能下降e、使钢中的硫形成较高熔点的mns ,避免了晶界上的fes薄膜，消除钢的 热脆性，改善热加工性能f、高猛奥氏体钢的变形阻力较大，且钢锭屮柱状结晶明显，锻轧时较易开裂g、由于提高了淬透性和降低了马氏体转变温度，对焊接性能有不利影响。在 适当范围内应降低碳含量(4)在钢中的应用a、易切削钢中常有适量的镒和磷，mns夹杂使切屑易于碎断b、普通低合金钢屮利用镒來强化铁索体和珠光体，提高钢的强度，猛含量一 般为1%2%c、渗碳和调质合金结构钢的许多系列屮

17、含有不超过2%的猛d、弹簧钢、轴承钢和工具钢中利用镒强烈提高淬透性的作用，可采用油淬和 空冷的淬火工艺，减少开裂、扭曲和变形e、耐磨钢、无磁钢、不锈钢、耐热钢，包括高碳高镒耐磨铸钢(c:1.0 %-1.4%, mn:10%-14%),中碳高猛无磁钢(c:0.3 %-0.6% , mn:18%-19%),低碳高镒不 锈钢(有cr ,无ni或少ni),高镭耐热钢(以mn代ni的耐热不起皮钢，或含 有 al、mo、v 等)5硫(s) liu 一种非金屈元索，普通称“硫磺”或“硫黄”，可用以制火药、火柴、杀虫剂等，亦可用来治皮肤病。提高硫和镒的含量，可改善钢的被切削性能，在易切削钢中硫作为有益元素 加

18、入。硫在钢中偏析严重，恶化钢的质量。在高温下，降低钢的塑性，是一种有 害元索，它以熔点较低的fes的形式存在；单独存在的fes的熔点只有1190°c , 而在钢中与铁形成共晶体的共晶温度更低，只有988°c ,当钢凝固时，硫化铁 析集在原生晶界处。钢在1100-1200°c进行轧制时，晶界上的fes就将熔化， 人大地削弱了晶粒之间的结合力，导致钢的热脆现象。因此对硫应严加控制，一 般控制在0.020%-0.050%o为了防止因硫导致的脆性，应加入足够的镒，使其 形成熔点较高的mns。若钢屮含硫量偏高，焊接时由于s02的产生，将在焊接 金属内形成气孔和疏松，(1)

19、对钢的显做组织及热处理的作用a、氮和碳一样可固溶于铁，形成间隙式的固溶体b、氮扩大钢的奥氏体相区，是一种很强的形成和稳定奥氏体的元素，具效力约 20倍于篠，在定限度内可代替一部分鎳用于钢屮c、渗入钢表面的氮与珞、铝、锐、钛等元素可化合成极稳定的氮化物，成为表 而硬化和强化元素d、氮使高銘和高銘鎌钢的组织致密坚实e、钢中残留氮量过高会导致宏观组织疏松或气孔(2) 对钢的力学性能的作用a、氮有固溶强化作用b、含氮铁素体钢屮，在快冷后的回火或在室温长时间停留时，由于析出超显 微氮化物，可发生沉淀硬化过程氮也使低碳钢发生应变时效现象。在强度和硬 度提高的同时，钢的韧性下降，缺口敏感性增加，氮导致钢的脆

20、性的特件近似磷, 其作用远大于磷、氮也是导致钢产生蓝脆的主要原因c、提高高铅和高锯鎳钢的强度，而塑性并不降低，冲击韧性述有显著提高d、氮还能提高钢的蠕变和高温持久强度(3) 对钢的物理、化学及工艺性能的作用a、氮对不锈钢的抗蚀性能无显著影响b、对钢的高温抗氧化性也无显著影响，氮含量过高(如0.16%)可使抗氧化 性恶化c、含氮钢冷作变形硬化率较高，采用冷变形t艺时.应予注意d、氮可降低高珞铁素体钢的晶粒长大倾向，从而改善其焊接性能(4) 在钢中的应用a、氮作为合金元家，在钢的含量一般小于0.3% ,特殊情况下可高达0.6%b、主耍应用于渗氮调质结构钢、普通低合金钢、不锈耐酸钢及耐热不起皮钢。

21、氮在钢中作为合金元素的应用还在扩大磷(p)mn 种非金属元素，常见的冇“白磷”和“红磷”磷在钢中固溶强化和冷作硬化作用强，作为合金元素加入低合金结构钢中， 能提高其强度和钢的耐人气腐蚀性能，但降低其冷冲压性能。磷与硫和猛联合使 用，能增加钢的被切削性能，增加加工件的表面质量，用于易切钢，所以易切钢 含磷也较高。磷溶于铁素体，虽然能提高钢的强度和硬度，最大的害处是偏析严 垂，增加冋火脆性，显著降低钢的塑性和韧性，致使钢在冷加工时容易脆裂，也 即所谓”冷脆'现象。磷对焊接性也有不良影响。磷是有害元素，应严加控制，一 般含量不人于0.030%-0.040%o7、碳（c） 一种非金属元素，无臭

22、无味的固体。无定形碳有焦炭，木炭等，晶体碳有金刚 石和石墨。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，含碳星一般 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，碳能増加钢的冷脆性和时效敏感性。典型的例子是低碳钢、高碳 钢、高碳钢力学性能变化。几种常用合金元素在钢中的作用一、硅（si）在钢屮的作用：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% 20%的

23、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si02薄膜，从而提高钢在高 温时的抗氧化性。4、磁钢中的主耍合金元素（含量在0. 40%范i韦i内时，改善热裂倾向，含量高时, 易形成柱状晶，增加热裂倾向）。5、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性 缺点：使钢的焊接性能恶化。二、镒（mn）在钢中的作用：1、在低含量范围内，对钢具有很人的强化作用，提高强度、破度和耐磨性。2、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性。3、稍稍改善钢的低温韧性。4、在高含量范围内，作为主耍的奥氏体化元素。5、镒对提高低碳和中碳珠光体钢的强度有显著的作用6、镒对钢的高温瞬时强度有所提高。猛钢的

24、主要缺点是，含猛较高时，有较明显的回火脆性现象；猛有促进 晶粒长大的作用，因此镭钢对过热较敏感t在热处理丁艺上必须注意。这种缺点 可用加入细化晶粒元素如钳、机、钛等来克服；当猛的质量分数超过1%时， 会使钢的焊接性能变坏；猛会使钢的耐锈蚀性能降低。三、钻（cr）在钢屮的作用：1、丰各可捉咼钢的强度和硬度。2、銘可提咼钢的咼温机械性能。3、使钢具有良好的抗腐蚀性和抗氧化性。4、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性。5、阻止石墨化缺点：偌是显著提高钢的脆性转变温度；馅能促进钢的冋火脆性。四、鎳(nd在钢中的作用：1、可提高钢的强度而不显著降低其韧性。2、磔可降低钢的脆性转变温度，即可捉高钢的低温韧

25、性。3、改善钢的加工性和可焊性。4、银可以提高钢的抗腐蚀能力，不仅能耐酸，而且能抗碱和人气的腐蚀。五、钳(mo)在钢屮的作用：1、钥对铁索体有固溶强化作用，提高钢的强度和硬度。2、提高钢的耐热性和高温强度。3、抗氢侵蚀的作用。4、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性。缺点：钳的主耍不良作用是它能使低合金钳钢发生石墨化的倾向。六、鹄(w)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。因此钙是高速工具钢中的主要合金元素。七、锐(v)在钢中的作用：1、改善热强性。2、饥蓄金著地改善普通低碳低合金钢的焊接性能。八、钛(ti)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温持久强度。2、能捉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高达 600°c以上，在珠光体低合金钢屮，钛可阻止钳钢在高温下的石墨化现象。因此, 饮是锅炉高温元件所用的热强钢中的重耍合金元素z-o九、锐(nb)在钢中的作用:1、锐和碳、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、辄能提高钢的热强性。十、硼(b)在钢屮的作用：1、提高钢的淬透性。2、提高钢的高温强度。强