合金钢的主要合金元素

1、合金钢的主 钻、铝、铜、 元素，只要有 或在咼温条件 形成元素，其 金渗碳体；铝 存在于固溶体要合金元素有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、钛、铌、锆、 硼、稀土等。其中钒、钛、铌、锆等在钢中是强碳化物形成足够的碳，在适当条件下，就能 形成各自的碳化物，当缺碳 下，则以原子状态进入 固溶体中；锰、铬、钨、钼为碳化物 中一部分以原子状态进入固溶体 中，另一部分形成置换式合 、铜、镍、钻、硅等是不形成碳 化物元素，一般以原子状态 中。编辑本段合金钢的分类般分类合金钢种 类很多，通常按合金元素含量多少分为低合金钢（含量V5%），中合金钢（含 量5%10%），高合金钢（含量10%）;按质量 分为优质合金钢、

2、特质合金钢；按特性和用途又分为合金 结构钢、不锈钢、 耐酸钢、耐磨钢、耐热钢、合金工具钢、滚动轴承钢、合金弹簧钢和特殊锰、磷、硫元素以外，还含 锰、钼、镍、硌、矶、钛、 钢叫合金钢。各国的合金钢 同而不同，国外以往曾发展、铌、硼、铅、稀土为主的之十几，一般是在电炉中冶炼合金结构钢、弹簧钢、轴承性能钢（如软 磁钢、永磁钢、无磁钢）等。在钢中除 含铁、碳和少量不可避免的硅、 有一定量的合 金元素，钢中的合金元素有硅、 铌、硼、铅、 稀土等其中的一种或几种，这种 系统，随各自 的资源情况、生产和使用条件不 镍、硌钢系统，我国则发现以硅、锰、钒、钛 合金钢系统 合金钢在钢的总产量中约占百分 的按用途可

3、以 把合金钢分为8大类，它们是:钢、合金工具钢、高速工具钢、不锈钢、耐热不起皮钢，电工用硅钢调质钢1 中碳型合金 钢，合金元素含量较低； 2强度较高；3用 于高温螺栓、 螺母材料等。 弹簧钢1含碳量比调质钢高；2经调质处理， 强度较高 抗疲劳强度较高；3用于弹簧材料。滚动轴承 钢1高碳型合金钢，合金含量较高；2具有高 而均匀的硬度和耐磨性；3用于滚动轴承。合金工具 钢 量具钢1高碳型合金钢，合金元 素含量较低；2具有高的 硬度和耐磨性，机加工性能好，稳定性好；3用于量 具材料。特殊性能 钢 不锈钢1低碳高合金钢；2抗腐蚀性好；3用于抗腐蚀、 部分可做耐热材料耐热钢1低碳高合金钢；2耐热性能好；

4、3用于耐热材料、部分可做抗 腐蚀材料。低温钢1低碳合金钢，根据耐低温程度合金元 素有高有低；2抗低温 性好；3用于低温材料 （专用钢为镍钢）。根据碳化物的倾向分类合金钢根 据各种元素在钢中形成碳化物的倾向，可分为三类：强碳化物形成元素，如钒、钛、铌、锆 等。这类元素 只要有足够的碳，在适当的条件下，就形成各自的碳化物；仅在缺碳或高不锈钢金元素中一些比较活泼的元 氧和氮化合，形成稳定的氧 中。锰、锆等元素也和硫形 铝、钼等元素时能形成不同 等，如果含量超过它在钢中结构，各种相在钢中所占的 通过影响上述因素而起作用温的条件下，才以原子状态进 入固溶体中。碳化物形成元素，如锰、铬、钨、钼等。这类元素

5、一部分以原子状态进入固溶体 中，另一部分形成置换式合金渗碳体，如（Fe, Mn）3C、（Fe，Cr）3C等,如果含量超过一定限度（除锰以外），又将形成各自的碳化物,如（Fe，Cr）7C3、（Fe，W）6C等。不形 成碳化物元素，如硅、铝、铜、镍、钻等。这类元素一般以原 子状态存在于 奥氏体、铁素体等固溶体中。合 素，如铝、锰、硅、钛、锆等，极易和钢中的 化物和氮化物，一般以夹杂物的形态存在于钢 成硫化物夹杂。钢中含有足够数量的镍、钛、 类型的金属间 化合物。有的合金元素如铜、铅 的溶解度，则 以较纯的金属相存在。钢的性能 取决于钢的相组成，相的成分和 体积组分和彼此相对的分布状态。合金元素是

6、的。对钢的相变点的影响 主要是改 变钢中相变点的位置，大致可以归纳为 以下三个方面：改变相变点温度。一般来说，扩大丫相（奥氏体）区的元素，如锰、 镍、碳、氮、 铜、锌等,使A3点温度降低，A4点温度 升高；相反,缩小丫相 区的元素，如锆、硼、硅、磷、钛、钒、钼、钨、铌等,则使A3点温度升高，A4点温度降低。惟有钻使 A3和A4点温度均升 高。铬的作用比较特殊, 含铬量小 于7%时使A3点温度降低,大于7%时则使A3点温度提高。改变共 析点S的位置。缩小丫相区的元素，均使共析点S温度升高； 扩大丫相区的元素，则相反。此外几乎所有合 金元素均降低共析点 S的含 碳量，使S点向左移。不过碳化物形成元

7、素如 钒、钛、铌等（也包括钨、 钼），在含量 高至一定限度以后，则使S点向右移。改变丫相区的形状、大小和位置。这种影响较为复杂，一般在合金元素含量较高 时，能使之发生显著改变。例如镍或锰含量高时，可使丫相区扩展至室温 以下，使钢成为单相的奥氏体组 织；而硅或铬含量高时，则 可使丫相区缩得很小甚至完 全消失，使钢在任何温度下都是 铁素体组织。编辑本段合金钢合金元素在钢中的作用1、碳（C）:钢中含碳量增加，屈服点和 抗拉强度升高，但塑性和冲合金结构钢击性降低，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

8、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0.150.30%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1.0 1.2%的硅，强度可提高 15 20%硅和钼、钨、铬等结 合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热 钢。含硅1 4%勺低碳钢，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（Mn :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%

9、。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,如16Mn钢比A3屈服点高40%含锰11 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。害元素，增加钢的冷脆性， 。因此通常要求钢中含磷量素。使钢产生热脆性，降低 。硫对焊接性能也不利，降4、磷（P）:在一般情况下，磷是钢中有 使焊接性能变 坏，降低塑性，使冷弯性能变坏 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 钢的延展性和 韧性，在锻造和轧制时造成裂纹 低耐腐蚀

10、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，

11、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。钨与碳形成碳化显著提高红硬性和热强性，热敏感性及回火脆性，提高 钢中加铌，可提高抗大气腐 焊接性能。在

12、奥氏体不锈钢于特殊钢和合金中，如热强往往含有铜。铜能提高强度 工时容易产生热脆，铜含量钨有很高的硬 度和耐磨性。在工具钢加钨，可 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 强度，但塑性 和韧性有所下降。在普通低合金 蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力。铌可改善 中加铌，可防 止晶间腐蚀现象。13、钻（Co）:钻是稀有的贵重金属，多用 钢和磁性材料。14、铜（Cu）:武钢用大冶矿石所炼的钢， 和韧性，特别是大气腐蚀性能。缺点是在热加超过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，

13、如作深冲薄板的08AI钢。铝还具有抗 氧化性和抗腐蚀5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，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 入稀土，可提对钢加热 相向奥氏体相的各种性能，如

14、韧性、焊接性， 高耐磨性。和冷却时相变的影响 钢加热时 的转变，即奥氏体化的过程。整5冷加工性能。在犁铧钢中加合金元素中，非碳化物 形成元素如镍、钻等， 增加奥氏形成 在钢中的扩散 体的分解，包 于钢中大都存 复杂得多。仅 合金元素，除 起的作用有所 物形成元素（ 体的转变的影碳化物形 体向珠光体的 因而使这两种 当这类元素增 氏体的亚稳定的速度；而强碳化物形成元素如 ，显著减慢奥氏体化的过程。钢 括珠光体转变（共析分解）、贝 在几种合金元素的相互作用，致 举合金元素对过冷奥氏体等温转 钻和铝外，均起减缓奥氏体等温 不同。不形成碳化物的（如硅、 如钒、钛、钼、钨），对奥氏体 响差异不大，因而使

15、转变曲线向 成元素（如钒、钛、铬、钼、钨 转变显著推迟，但对奥氏体向 转变的等温转变曲线从“鼻子” 加到一定程度时，在这两个转变 区。合金元素对马氏体转变温了转变温度）的影响也很显著，大部分元素均 的影响最大,其次为锰、钒、铬等；但钻和铝则使对钢的晶 粒度和淬透性的影响氧和合金化情况均与“奥氏体本质晶粒度”有 化物的元素，如镍、硅、铜、 磷则有促进晶 氏体晶粒长大 地阻止奥氏体 但却是细化晶钢的淬透 等元素外，大的主要固态相变是非奥氏体个过程都和碳的扩散有关。降低碳在奥氏体中的激活能，钒、钛、钨等，强烈妨碍碳 冷却时的相变是指过冷奥氏 氏体相变及马氏体相变。由 使对钢冷却时相变的影响也 变曲线

16、的影响为例，大多数 分解的作用，但各类元素所 磷、镍、铜）和少量的碳化 至恫珠光体的转变和向贝氏 右推移。）如果含量较多，将使奥氏 贝氏体的转变的推迟并不显著，处分离，而形成两个C形区域的中间还将出现过冷奥度Ms （起始转变温度）和Mn（终使Ms和Mn点降低，其中以碳Ms和Mn点升高。影响奥氏体晶粒度的因素很多。钢的脱 关。一般来说，一些不形成碳 钻等,阻止奥氏体 晶粒长大的作用较弱,而锰、 粒长大的倾向。碳化物形成元素如钨、钼、铬等，对阻止奥起中等作用。强碳化物形成元素如钒、钛、铌、锆等，强烈晶粒长大，起细化晶粒作用。铝虽然属于不形成碳化物元素 粒和控制晶粒开始粗化温度的最 性（见淬火）高低

17、主要取决于化 部分合金元素溶入固溶体后都不常用的元素。学成分和晶粒度。除钻和铝 同程度地抑制过冷奥氏体向珠光体和贝氏 一些碳化物形 中的碳，反而 使晶粒细化的 金钢中即使只 影响仅对低、对钢的力 化物各自性能 也与此有关。 度提高，但同 最显著，而硅 的韧性有一定体的相变，增加获得马氏体组织的数量，即提高钢的淬透性 成元素，如钒、钛、锆、钨等， 会降低淬透性，易使晶粒粗化的 元素如铝，则降低淬透性。硼是 含十万分之一的硼，也能显著提 中碳钢有效，对高碳钢完全无效如果形成碳化物而固定了钢 元素如锰，能提高淬透性； 显著影响淬透性的元素，合 高钢的淬透性。但硼的这种学性能和回火性能的影响钢的性能取

18、决于铁的固溶体和碳以及它们相对分布的状态。合金 固溶于铁素体中的合金元素，起 时使韧性和塑性相对地降低。其 对韧性的影响也最严重。少量的 提高。元素对钢的力学性能的影响 固溶强化作用，使强度和硬 中以磷和硅的固溶强化作用 锰、铬或镍，反而对铁素体性能的一项重要指标。提Cr :降低转 变温度的元素有Ti、V;少量时等元素。可以看到，碳化物 钻和硅虽属不形成碳化物元 烈的延迟作用，因此，也有 性影响的程度是不同的。定促进回火脆性的倾向。钼的 例如含锰、铬等）中，能显 钢中，则成为促进回火脆性 性的影响尚未十分确定。元素均对钢的焊接性不利。 形成马氏体等硬脆组织，有 合线处的晶粒因受咼热容易 素如钛

19、、钒等是有益的。硅 易产生热裂，同时会逸出二 磷含量高容易导致冷裂。 被切削性（见易切削钢） 因而增高切削抗力，加剧刀 类、数量和形状可以影响钢调质钢的韧性-脆性转变温度是评价力学 高转变温度的元素有B、P、C、Si、Cu Mo 有Ni、Mn少量时 提高、多量时降低转变温度的元素 降低、多量时提高转变温度的元素有 Al。合金钢的回火稳定性比碳素钢好，这是由 于合金元素在回火时阻碍了 钢中原子的扩 散，因而在同样温度下，起到延 迟马氏体分解和抗回火软化 的作用。对合金钢 的回火稳定性影响比较显著的为：钒、钨、钛、铬、钼 钻、硅等元素；影响不明显的为：铝、锰、镍 形成元素，对回火软化的延迟作用特别

20、显著。素，但它们对渗碳体晶核的形成和长大，有强 延迟回火软化 的作用。各种合金元素对回火脆 性地说，锰、 铬、氮、磷、钒、铜、镍等均有 作用较特殊，它加入已有回火脆性的合金钢（ 著地降低回火 脆性倾向；若单独加入普通碳素 倾向的元素。 钨的作用与钼相似，但对回火脆对钢的焊接性和被切削性的影响焊接性和被切削性是衡量钢的工艺 性能好坏的主 要方面。凡能提高淬透性的合金 因为在焊缝热 影响区靠近熔合线一侧冷却时易 导致开裂的危 险。另一方面，热影响区靠近熔 粗化，因此， 合金钢中含有可使晶粒细化的元 含量高，焊接时会发生严重喷溅。硫含量高容 氧化硫气体，在焊接金属内形成气孔和疏松。钢中加入适量的硫、铅等元素可改善钢的 合金钢中的合 金元素一般会使钢的硬度增加， 具磨损。通过 改变钢的基体组织、夹杂物的种 的被切削性。对钢的耐蚀性 能的影响铬是不锈耐酸钢和耐热钢的主要合金元素。合金钢