钢的成分与合金元素对钢材的影响

钢的分类及合金元素在钢材中的作用一、钢的分类二、钢中的合金元素合金元素的作用制作者：秦雪峰钢的定义1、什么是钢？答：以铁为主要元素，碳含量一般在2.11%以下并含有其他元素的金属材料。2、什么是铸铁？答：含碳量在2%以上的铁碳合金。工业用铸铁一般含碳量为2%～4%。3、什么是硬质合金？答：以高硬度难熔金属的碳化物（WC、TiC)微米级粉末为主要成分，以钴（Co）或镍（Ni）、钼（Mo）为粘结剂，在真空炉或氢气还原炉中烧结而成的粉末冶金制品。一、钢的分类1、按用途分为：结构钢、工具钢、特殊钢、专业用钢。

①结构钢分为建筑及工程用结构钢和机械制造用结构钢；建造用钢多为低碳钢；机械制造用结构钢主要有：优质碳素结构钢、合金结构钢、易切结构钢、弹簧钢、滚动轴承钢。

②工具钢分为碳素工具钢、合金工具钢、高速钢。

碳素工具钢的碳质量分数较高，在0.65-1.35%之间，按其组织属于亚共析、共析或过共析钢。碳素工具钢热处理后表面可得到较高的硬度和耐磨性，心部有较好的韧性；退火硬度低（不大于HB207），加工性能良好。但其红硬性差，当工作温度达250℃时，钢的硬度和耐磨性急剧下降，硬度下降到HRC60以下、这类钢的淬透性低。例如T7、T7A亚共析钢；T8、T8A共析钢；T9、T9A过共析钢。

合金工具钢：在碳素工具钢中加入Si、Mn、Ni、Cr、W、Mo、V等合金元素的钢。合金工具钢的淬硬性、淬透性、耐磨性和韧性均比碳素工具钢高，按用途大致可分为刃具、模具和量具用钢3类。其中碳含量高的钢（碳质量分数大于0.80%）多用于制造刃具、量具和冷作模具，这类钢淬火后的硬度在HRC60以上，且具有足够的耐磨性；碳含量中等的钢（碳质量分数0.35%~0.70%）多用于制造热作模具，这类钢淬火后的硬度稍低，为HRC50~55,但韧性良好。

高速工具钢：钨系高速钢的典型牌号是W18Cr4V，钨钼系高速钢M2（W6Mo5Cr4V2）、W9Mo3Cr4V、钼系高速钢M1（

W2Mo9Cr4V）、M7（W2Mo9Cr4V2）主要用于制造高效率的切削刀具。由于其具有红硬性高、耐磨性好、强度高等特性，也用于制造性能要求高的模具、轧辊、高温轴承和高温弹簧等。高速工具钢经热处理后的使用硬度可达HRC63以上，在600℃左右的工作温度下仍能保持高的硬度，而且其韧性、耐磨性和耐热性均较好。退火状态的高速工具钢的主要合金元素有多、钼、铬、钒，还有一些高速工具钢中加入了钴、铝等元素。这类钢属于高碳高合金莱氏体钢，其主要的组织特征之一是含有大量的碳化物。2、按其化学成分分为：碳素钢和合金钢。碳素钢：含碳量小于2%，除铁、碳和限量以内的硅、锰、磷、硫等杂质外，不含其他合金元素的钢。碳素钢的性能主要取决于含碳量。含碳量增加，钢的强度、硬度升高，塑性、韧性和可焊性降低。工业纯铁Wc≤0.04%的铁碳合金低碳钢Wc≤0.25%的钢中碳钢Wc在0.25%~0.60%的钢高碳钢Wc＞0.60%的钢合金钢：在普通碳素钢基础上添加适量的一种或多种合金元素而构成的铁碳合金。按合金元素的含量分

1）低合金钢：合金元素总含量小于等于5%；

2）中合金钢：合金元素总含量在5%~10%之间；

3）高合金钢：合金元素总含量大于等于10%；

不锈钢合金元素对钢的影响

1、碳是决定钢的力学性能的主要元素，一般来说，含碳量越高，钢的强度、硬度越高，抗拉强度增大，而塑性韧性降低，延伸率和断面收缩率下降。在不锈钢中碳一方面碳是稳定奥氏体的元素，并且作用的程度很大（约为镍的30倍），另一方面由于碳和铬的亲和力很大，与铬形成—系列复杂的碳化物。

2、硅可以提高退火、正火和淬火温度，在亚共析钢中提高淬透性；改善耐磨性，提高钢的弹性极限、屈服强度和屈强比，并提高疲劳强度和疲劳比，也能提高耐磨性，但其含量过高时，会降低钢的塑形韧性。另外还有提高高温时钢的抗氧化性能，但硅含量高时，表面脱碳加剧。在不锈钢和耐蚀钢中，与Mo、W、Cr、Al、Ti等配合，提高抗蚀和抗高温氧化能力3、锰：锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，工业用钢中一般均含有一定量。使钢的调质组织均匀、细化，避免了渗碳层中碳化物的聚集成块，但增大了钢的过热敏感性和回火脆性倾向；锰是弱碳化物形成元素；可以提高钢的强度；通过提高淬透性而提高了调质处理索氏体钢的力学性能；随锰含量的增加，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，工件开裂倾向增大。在不锈钢中增加奥氏体的稳定性，抑制奥氏体的分解，使高温下形成的奥氏体得以保持到常温。4、磷、硫：硫在钢中易形成非金属介在物。适当的硫可以改善钢的的加工性能。如FDAC中含硫量0.10~0.15。5、铬：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；提高钢的强度和硬度，同时加入其他合金元素时，效果较显著；提高钢的耐磨性，经研磨，易获得较高的表面光洁度；在不锈钢中铬含量越多，则其耐点蚀和缝隙腐蚀的能力就越强。6、钼：钼提高钢的淬透性，其作用较铬强，而稍逊于锰；钼提高钢的回火稳性；钼对改善钢的延展性和韧性以及耐磨性起到有利作用；在不锈钢中钼可提高钝化膜的强度，增强耐点蚀和耐缝隙腐蚀等局部腐蚀的抵抗能力，特别是在卤盐或海水中有氯离子存在的情况下，钼也可提高对氯化物应力腐蚀裂纹的抵抗能力。利用固溶强化的方法钼可提高奥氏体牌号的高温强度和马氏体牌号的抗回火能力。

7、钒：减低钢的过热敏感性，细化晶粒，提高工具钢的耐磨性和硬度；钒量较高导致聚集的碳化物出现时，会降低强度；碳化物在晶内析出会降低室温韧性；含钒钢在加工温度较低时显著增加变形抗力；钒改善钢的焊接性能。不锈耐酸钢中，钒可改善抗晶间腐蚀的性能，但作用不及Ti、Nb显著。8、钨：钨的特殊碳化物阻止钢晶粒的长大，降低钢的过热敏感性；钨显著提高钢的回火稳定性；可以提高钢的耐磨性和红硬性。9、钴：增强二次硬化能力、红硬性、热硬性、