合金元素在鋼中的作用

1、1. 合金元素對(duì)鋼性能的影響鋼材中合金元素可以提高鋼鐵材料潔凈度、 均勻度、組織細(xì)度等影響材料性 能，提高冶金行業(yè)資源、能源利用效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保，促進(jìn)鋼鐵行業(yè)可持續(xù) 發(fā)展。主要有以下幾個(gè)方面：(1) 結(jié)晶強(qiáng)化。結(jié)晶強(qiáng)化就是通過(guò)控制結(jié)晶條件，在凝固結(jié)晶以后獲得良好的宏 觀組織和顯微組織，從而提高金屬材料的性能。它包括：(2) 形變強(qiáng)化。金屬材料經(jīng)冷加工塑性變形可以提高其強(qiáng)度。這是由于材料在塑 性變形后位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力增加所致。(3) 固溶強(qiáng)化通過(guò)合金化 (加入合金元素 )組成固溶體，使金屬材料得到強(qiáng)化稱為 固溶強(qiáng)化。(4) 相變強(qiáng)化。合金化的金屬材料，通過(guò)熱處理等手段發(fā)生固態(tài)相變，獲得需要 的

2、組織結(jié)構(gòu)，使金屬材料得到強(qiáng)化，稱為相變強(qiáng)化。(5) 晶界強(qiáng)化。晶界部位的自由能較高，而且存在著大量的缺陷和空穴，在低溫 時(shí)，晶界阻礙了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，因而晶界強(qiáng)度高于晶粒本身；但在高溫時(shí)，沿晶界 的擴(kuò)散速度比晶內(nèi)擴(kuò)散速度大得， 晶界強(qiáng)度顯著降低。 因此強(qiáng)化晶界對(duì)提高鋼的 熱強(qiáng)性是很有效的。硼對(duì)晶界的強(qiáng)化作用， 是由于硼偏集于晶界上， 使晶界區(qū)域的晶格缺位和空 穴減少，晶界自由能降低； 硼還減緩了合金元素沿晶界的擴(kuò)散過(guò)程； 硼能使沿晶 界的析出物降低，改善了晶界狀態(tài)，加入微量硼、鋯或硼+鋯能延遲晶界上的裂紋形成過(guò)程；此外，它們還有利于碳化物相的穩(wěn)定。(6) 綜合強(qiáng)化。在實(shí)際生產(chǎn)上，強(qiáng)化金屬材料大都是

3、同時(shí)采用幾種強(qiáng)化方法的綜 合強(qiáng)化，以充分發(fā)揮強(qiáng)化能力。例如：1) 固溶強(qiáng)化十形變強(qiáng)化，常用于固溶體系合金的強(qiáng)化。2) 結(jié)晶強(qiáng)化 +沉淀強(qiáng)化，用于鑄件強(qiáng)化。3) 馬氏體強(qiáng)化 +表面形變強(qiáng)化。 對(duì)一些承受疲勞載荷的構(gòu)件， 常在調(diào)質(zhì)處理 后再進(jìn)行噴丸或滾壓處理。4) 固溶強(qiáng)化 +沉淀強(qiáng)化。對(duì)于高溫承壓元件常采用這種方法， 以提高材料的 高溫性能。有時(shí)還采用硼的強(qiáng)化晶界作用，進(jìn)一步提高材料的高溫強(qiáng)度。2. 合金元素的存在形式 根據(jù)合金元素與碳的作用不同， 可將合金元素分為兩大類： 碳化物形成元素， 它 們比 Fe 具有更強(qiáng)的親碳能力，在鋼中將優(yōu)先形成碳化物，依其強(qiáng)弱順序?yàn)閆r、等，它們大多是過(guò)渡族元素

4、，在周期表上均位 Fe、Mn、Cr、 Mo、W、V、Nb、Ti 于 Fe 的左側(cè)；非碳化物形成元素，主要包括 Ni、Si 、Co、Al 等，他們與碳一般 不生成碳化物而固溶于固溶體中，或生成其它化合物如AIN，般位于周期表的右側(cè)。合金元素在鋼中的存在形式對(duì)鋼的性能有著顯著的影響， 根據(jù)合金元素的 種類、特征、質(zhì)量分?jǐn)?shù)和鋼的冶煉方法、熱處理工藝不同，合金元素的存在形式 主要有三種：固溶態(tài)、化合態(tài)和游離態(tài)。1) 固溶體 合金元素溶入鋼中的鐵素體、 奧氏體和馬氏體中， 形成合金鐵素體、 合金奧氏體 和合金馬氏體。此時(shí)，合金元素的直接作用是固溶強(qiáng)化。 圖4-47 為退火狀態(tài)下，合金元素對(duì)鐵素體性能的影

5、響。 由圖可見(jiàn)， 合金元素溶人鐵素體后， 產(chǎn)生固溶強(qiáng) 化作用，使其強(qiáng)度硬度提高，其中 Si、Mn的強(qiáng)化作用十分顯著。但是，wwww 2%時(shí)，沖擊韌度明顯下降，1.5 %、當(dāng)鐵素體中的0.6 %, 5NiOSiMn因此， 鋼中合金元素的合理質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)是有一定的范圍的。2）化合物 合金元素與鋼中的碳、其它合金元素及常存雜質(zhì)元素之間可以形成各種化合物， 化合物類型有碳化物、金屬間化合物和非金屬夾雜物。碳化物的主要形式有合金滲碳體：如（Fe、Mn）C等和特殊碳化物：女口 VG TiC、 3WC MoG CrC、CrC等。碳化物一般具有硬而脆的特點(diǎn)，合金元素的親碳能62337力越強(qiáng)，則所形成的碳化物就越

6、穩(wěn)定，并具有高硬度、高熔點(diǎn)、高分解溫度；碳 化物穩(wěn)定性由弱到強(qiáng)的順序是：FeC MC MC MC（M弋表碳化物形成元素）。62363 合金元素形成碳化物的直接作用主要是彌散強(qiáng)化，并有可能獲得某些特殊性能 （ 如高溫?zé)釓?qiáng)性 ） 。在某些高合金鋼中， 金屬元素之間還可能形成金屬化合物， 如 FeSi FeCr FeW NiAl NiTi 等，它們?cè)阡撝械淖饔妙愃朴谔蓟衔铩?332合金元素與鋼中常存雜 質(zhì)元素（O、N S P等）所形成的化合物，如AIO、32SiO、TiO等，屬于非金屬夾 雜物；它們?cè)诖蠖鄶?shù)情況下是有害的，主要降低了 22鋼的強(qiáng)度、尤其是韌性與疲 勞性能，故應(yīng)嚴(yán)格控制鋼中夾雜物的級(jí)

7、別。3）游離態(tài)鋼中有些元素如 Pb、Cu 等既難溶于鐵、也不易生成化合物，而是以游離狀態(tài)存 在；在某些條件下鋼中的碳也可能以自由狀態(tài) （石墨）存在。通常情況下，游離態(tài) 元素將對(duì)鋼的性能產(chǎn)生不利影響，但對(duì)改善鋼切削加工性能有利。3. 合金元素對(duì)鐵碳平衡相圖的影響1）對(duì)臨界溫度的影響（1）降低臨界溫度A、A Ni、Mn Co N等元素的加入可使鋼的A、A點(diǎn)降3帀低，使奧氏體相區(qū)擴(kuò)大。當(dāng)這些元素在鋼中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)足夠高時(shí)，將使A溫度3這類鋼具有某些特即為奧氏體鋼；此時(shí)鋼具有單相奧氏體組織，降至室溫以下，殊的性能，女口 ZGMn 1：具有高耐磨性、1Cr18Ni9奧氏體不銹鋼具有高的耐蝕、耐 高溫、耐低

8、溫性，并具有抗磁、無(wú)冷脆等特性。（2）提高臨界溫度 A、 A Si 、 Cr、 W、 Mo、 V、 Ti 等元素的加入可使鋼的 A、 113A點(diǎn)升高，使鐵素體相區(qū)擴(kuò)大。若鋼中這些元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)足夠高時(shí)，鋼的組織在 3高溫及室溫時(shí)均為單相鐵素體。2）對(duì) E、 S 點(diǎn)位置的影響w=2.11%），E點(diǎn)成分為E點(diǎn)是鋼與鑄鐵的分界點(diǎn)，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)此點(diǎn) （碳鋼c 將出現(xiàn)共晶萊氏體組織， 必然對(duì)鋼的性能 （主要是強(qiáng)韌性 ）和其加工工藝 （如鍛造） 產(chǎn)生影響。幾乎所有的合金元素均使E點(diǎn)左移，其中強(qiáng)碳化物形成元素如 WTi、 ww=1.4%Cr12MoV« 0.8%）對(duì)高合金鋼 V、Nb的作用最強(qiáng)烈，

9、W18Cr4V（ =0.7%。 等，鑄態(tài)組織中有萊氏體存在，故稱萊氏體鋼。1.7%）在大多數(shù)情況下，幾乎所有的合金元素也將使S點(diǎn)左移，故像4Cr13、3Cr2W8W雖小于0.77%等鋼的，但 都已屬過(guò)共析鋼。在退火或正火處理時(shí)，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)c相同的合金鋼組織中比碳鋼具有更多的珠光體，故其硬度和強(qiáng)度較高4、合金元素對(duì)調(diào)質(zhì)鋼機(jī)械性能的影響合金元素對(duì)調(diào)質(zhì)鋼機(jī)械性能的影響， 主要是通過(guò)它們對(duì)淬透性和回火性的影 響而起作用的。主要表現(xiàn)于下列幾方面。(1) 由于合金元素增加了鋼的淬透性，使截面較大的零件也可淬透，在調(diào)質(zhì) 狀態(tài)下可獲得綜合機(jī)械性能優(yōu)良的回火索氏體。(2) 許多合金元素可使回火轉(zhuǎn)變過(guò)程緩慢，因而

10、在高溫回火后，碳化物保持 較細(xì)小的冪顆粒，使調(diào)質(zhì)處理的合金鋼能夠得到較好的強(qiáng)度與韌性的配合。(3) 高溫回火后，鋼的組織是由鐵素體和碳化物組成，合金元素對(duì)鐵素體的 固溶強(qiáng)化作用可提高調(diào)質(zhì)鋼的強(qiáng)度。5. 合金元素對(duì)鋼熱處理的影響1) 對(duì)鋼加熱時(shí)奧氏體形成過(guò)程的影響(1) 對(duì)奧氏體化的影響 絕大多數(shù)合金元素 (尤其是碳化物形成元素 ) 對(duì)非奧氏體 組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體時(shí)的形核與長(zhǎng)大、 殘余碳化物的溶解、 奧氏體成分均勻化都有 不同程度的阻礙與延緩作用。 因此大多數(shù)合金鋼熱處理時(shí)一般應(yīng)有較高的加熱溫 度和較長(zhǎng)的保溫時(shí)間， 但對(duì)一些需要較多未溶碳化物的高碳合金工具鋼， 則不應(yīng) 采用過(guò)高加熱溫度和過(guò)長(zhǎng)的保溫

11、時(shí)間。(2) 對(duì)奧氏體晶粒度的影響 合金元素對(duì)奧氏體晶粒長(zhǎng)大傾向的影響各不相同： Ti 、V、Zr 、Nb 等強(qiáng)碳化物形成元素可強(qiáng)烈阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大，起細(xì)化晶粒的 作用；W Mo Cr等元素的阻止作用中等；非碳化物形成元素如Ni、Si、Cu則提高了奧氏體晶粒的長(zhǎng)大傾向，因此含 P、Mn等的作用微弱，可不予考慮；而 Mn鋼(如65Mn 60Si2Mn)加熱時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制加熱溫度和保溫時(shí)間，否則將會(huì)得到粗大的晶粒而降低鋼的強(qiáng)韌性即過(guò)熱缺陷。2) 對(duì)鋼冷卻時(shí)過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變過(guò)程的影響除Co外，固溶于奧氏體中的所有合金元素都將使 C曲線右移，降低了鋼的臨界 冷卻速度， 提高了淬透性。 合金元素對(duì)鋼淬透性

12、的影響取決于該元素的作用強(qiáng)度 和可溶解量。據(jù)此，鋼中用以提高淬透性為主要作用的常用元素有Cr、Ni 、Si、Mn B等五種。Mo W元素雖對(duì)淬透性提高程度明顯，但因其價(jià)格較高而一般不 單純作為淬透性元素使用；V、Ti、Nb等強(qiáng)碳化物形成元素在鋼加熱時(shí)一般不溶 入奧氏體中而以碳化物的形成存在， 此時(shí)不但不能提高、反而降低了鋼的淬透性。除Co Al夕卜，固溶于奧氏體中的合金元素均可使馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)的M M下fs降,增加鋼淬火后的殘留奧氏體量，某些高碳高合金鋼(如W18Cr4V淬火后殘留奧氏 體量高達(dá)30%40%(體積分?jǐn)?shù))，這顯然會(huì)對(duì)鋼的性能產(chǎn)生不利影響，如硬度降 低 疲勞性能下降。 為了將殘留奧氏

13、體量控制在適當(dāng)范圍， 可通過(guò)淬火后冷處理 和回火處理來(lái)實(shí)現(xiàn)之。3) 對(duì)淬火鋼回火過(guò)程的影響(1) 提高鋼的回火穩(wěn)定性 (回火抗力) 回火穩(wěn)定性是指淬火鋼對(duì)回火時(shí)所發(fā)生的 組織轉(zhuǎn)變和硬度下降的抗力， 絕大多數(shù)合金元素均有此作用。 表現(xiàn)較明顯的有強(qiáng) 碳化物形成元素(V、Nb W Mo Cr)和Si元素，當(dāng)鋼中這類元素較多時(shí)，可使 回火馬氏體組織維持到相當(dāng)高的溫度(500600° C)?；鼗鸱€(wěn)定性高表明鋼在較 高溫度下的強(qiáng)度和硬度也較高； 或者在達(dá)到相同硬度 強(qiáng)度的條件下， 可在更高 的溫度下回火， 故鋼的韌性可進(jìn)一步改善。 所以合金鋼與碳鋼相比， 具有更好的 綜合力學(xué)性能。(2) 產(chǎn)生二

14、次硬化 當(dāng)鋼中含有較多量中強(qiáng)或強(qiáng)碳化物形成元素 Cr W Mo V 等,并在450600° C溫度范圍內(nèi)回火時(shí)，因組織中析出了細(xì)小彌散分布的特殊 合金碳化物(如WC MoC VC等)，這些碳化物硬度極高、熱穩(wěn)定性高且不易 22 長(zhǎng)大，此時(shí)，鋼的硬度與強(qiáng)度不但不降低、反而會(huì)明顯升高 （ 甚至比淬火鋼硬度 還高） ，這就是“二次硬化”現(xiàn)象，如圖 4-48 所示。二次硬化使鋼在高溫下能保 持較高的硬度，這對(duì)工具鋼極為重要，如高速鋼 （W18Cr4V W6Mo5Cr4V等）的熱 硬性就與其二次硬化特性有關(guān)。產(chǎn)生高溫回火脆性 含有Cr、Mn Ni等元素的合金鋼，淬火后在450650E 高溫范圍

15、內(nèi)回火并緩慢冷卻后，出現(xiàn)如圖 4-49 所示的沖擊韌度急劇下降現(xiàn)象， 這就是高溫回火脆性 （又稱第二類回火脆性 ）。這種脆性可通過(guò)高于脆化溫度的再 次回火后快冷予以消除， 消除后如再次在脆化溫度區(qū)回火、 或經(jīng)更高溫度回產(chǎn)生 的所以又稱為可逆回火脆性。則重復(fù)出現(xiàn)，火后緩慢冷卻通過(guò)脆化溫度區(qū)， 原因一般為 Sb、Sn、P 等雜質(zhì)元素在原奧氏體晶界上偏聚，鋼中 Ni 、Cr 等合金 元素促進(jìn)雜質(zhì)的這種偏聚， 而且本身也向晶界偏聚， 從而增大了產(chǎn)生回火脆性的 傾向。防止的方法是：盡量減少鋼中雜質(zhì)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、或者加入Mo等能抑制晶界偏聚的元素。對(duì)中、小型工件，可通過(guò)回火后快冷來(lái)抑制回火脆性，但快 冷

16、后應(yīng)再補(bǔ)充一次較低溫度的回火來(lái)消除因快冷造成的內(nèi)應(yīng)力。對(duì)大截面工件， 由于很難實(shí)現(xiàn)真正的快冷或不允許快冷，則應(yīng)選用含Mo或W的鋼來(lái)防止高溫回火脆性（如40CrNiMo鋼）。需引起注意的是， 合金元素在鋼中的作用可能是多樣的， 不同的合金元素在鋼中 的作用既可能不同（如9Mn2V鋼中Mn主要提高淬透性，V則細(xì)化晶粒、提高耐磨 性），也有可能相同（如40CrNiMo鋼中Cr、Ni的主要作用均是提高淬透性）；同 一合金元素在不同的鋼中的作用也可不同， 如Cr元素在40Cr鋼中主要起提高淬 透性作用，而在不銹鋼（如1Cr17、1Cr18Ni9）中則是起提高耐蝕性的作用。6. 鋼中的主要合金元素的作用

17、鋼是以鐵為基本成分的多元素金屬。 純鐵有很好的塑性及韌性， 但強(qiáng)度很低。 所 以，總要根據(jù)不同需要加入不同的元素， 以改善鋼的性能。主要元素的作用如下：（1）碳（C）:擴(kuò)大丫相區(qū)，但因滲碳體的形成，不能無(wú)限固溶。在a鐵及丫鐵中的最大溶解度 分別為 0.02%及 2.1% 隨含量的增加，鋼的常溫強(qiáng)度、硬度提高，但塑性、韌性及焊接能降低。所以， 鍋爐承壓元件用鋼的含碳量一般為 0.1%0.25%。（ 2） 錳（ Mn） :擴(kuò)大丫相區(qū)，形成無(wú)限固溶體。對(duì)鐵素體及奧氏體均有較強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用。 為 弱碳化物形成元素，進(jìn)入滲碳體替代部分鐵原子，形成合金滲碳體 與硫形成熔點(diǎn)較高的MnS,可防止因FeS而導(dǎo)

18、致的熱脆現(xiàn)象。降低鋼的下臨界 點(diǎn)，增加奧氏體冷卻時(shí)的過(guò)冷度， 細(xì)化珠光體組織以改善其機(jī)械性能， 為低合金 鋼的重要合金化元素之一， 并為無(wú)鎳及少鎳奧氏體鋼的主要奧氏體化元素。 提高 鋼的淬透性的作用強(qiáng)，但有增加晶粒粗化和回火脆性的不利傾向。錳可以提高鋼的常溫強(qiáng)度、硬度及耐磨性，含量高時(shí)，焊接應(yīng)力增加。錳可使鋼 的高溫短時(shí)強(qiáng)度提高，但對(duì)持久強(qiáng)度和蠕變極限及沒(méi)有明顯的影響。（ 3） 鉬（ Mo） :縮小丫相區(qū)，形成丫相圈，在a鐵及丫鐵中的最大溶解度分別約4%及37.5%。強(qiáng)碳化物形成元素 。 阻抑奧氏體到珠光體轉(zhuǎn)變的能力最強(qiáng)，從而提高鋼的淬透性，并為貝氏體高時(shí)， 能降低或抑止其他合金元素導(dǎo) 0.5

19、%強(qiáng)度鋼的重要合金化元素之一。含量約 致的回火脆性。 在較高回火溫度下， 形成彌漫分布的特殊碳化物， 有二次硬化作 用。提高鋼的熱強(qiáng)性和蠕變強(qiáng)度，含 Mo2%3%能增加耐蝕鋼抗有機(jī)酸及還原 性介質(zhì)腐蝕的能力。 鉬對(duì)提高鋼的持久強(qiáng)高度有明顯作用。 鉬有石墨化傾向可加 鉻防病止，鉻的脆化可用鉬化可用防止。(4) 釩( V):縮小丫相區(qū)，形成丫相圈；在a鐵中無(wú)限固溶，在丫鐵中的最大溶解度約1.35%。 強(qiáng)碳化物及氮化物形成元素。固溶于奧氏體中可提高鋼的淬透性； 但以化合物狀態(tài)存在的釩， 由于這類化合物 的細(xì)小顆粒形成新相的晶核， 將降低鋼的淬透性。 增加鋼的回火穩(wěn)定性并有強(qiáng)烈 的二次硬化作用。 有細(xì)

20、化晶粒作用， 所以對(duì)低溫沖擊韌度有利。 碳化釩是金屬碳 化物中最硬最耐磨的， 可提高工具鋼的使用壽命。 釩通過(guò)細(xì)小碳化物顆粒的彌散 分布可以提高鋼的蠕變和持久強(qiáng)度。釩、碳含量比大于 5.7 時(shí)可防止或減輕介質(zhì) 對(duì)不銹耐酸鋼的晶間腐蝕， 并大大提高鋼抗高溫高壓氫腐蝕的能力， 但對(duì)鋼高溫 抗氧化不利。 釩在鋼中能提高高溫組織穩(wěn)定性， 還能抵消鉻對(duì)焊接性能的不利影 響。(5) 鈦( Ti):縮小丫相區(qū)，形成丫相圈；在a鐵及丫鐵中的最大溶解度分別約為 7%及0.75%, 系最強(qiáng)的碳化物形成元素，與氮的親和力也極強(qiáng) 。鈦可提高鋼的持久強(qiáng)度，在抵合金鋼中，還可改善鋼的焊接性能。固溶狀態(tài)時(shí)， 固溶強(qiáng)化作用極

21、強(qiáng)， 但同時(shí)降低固溶體的韌性。 固溶于奧氏體中提 高鋼淬透性的作用很強(qiáng)， 但化合鈦， 由于其細(xì)微顆粒形成新相的晶核從而促進(jìn)奧 氏體分解，降低鋼的淬透性。提高鋼的回火穩(wěn)定性，并有二次硬化作用。含量高 時(shí)析出彌散分布的拉氏相TiFe2，而產(chǎn)生時(shí)效強(qiáng)化作用。提高耐熱鋼的抗氧化性 和熱強(qiáng)性，如蠕變和持久強(qiáng)度。在高鎳含鋁合金中形成丫相Ni3 (Al ,Ti)， 彌散析出，提高合金的熱強(qiáng)性， 有防止和減輕不銹耐酸鋼晶間和應(yīng)力腐蝕的作用。 由于細(xì)化晶粒和固定碳，對(duì)鋼的焊接性有利。( 6) 鎢( W ) :鎢可提高鋼的持久強(qiáng)度及高溫硬度。( 7) 硅( Si) :縮小丫相區(qū)，形成丫相圈；在a鐵及丫鐵中的溶解度

22、分別為18.5%及2.15%。不形成碳化物。為常用的脫氧劑。 對(duì)鐵素體的固溶強(qiáng)化作用僅次于磷， 提高鋼的電阻率， 降低磁 滯損耗，對(duì)磁導(dǎo)率也有所改善， 為硅鋼片的主要合金化元素。 提高鋼的淬透性和 抗回火性， 對(duì)鋼的綜合力學(xué)性能， 特別是彈性極限有利。 還可增強(qiáng)鋼在自然條件 下的耐蝕性。為彈簧鋼和低合金高強(qiáng)度鋼中常用的合金元素。含量較高時(shí)， 對(duì)鋼的焊接性不利，因焊接時(shí)飛濺較嚴(yán)重，有損焊縫質(zhì)量，并易導(dǎo)致冷脆；對(duì)中 高碳鋼回火時(shí)易產(chǎn)生石墨化。硅能提高鋼的強(qiáng)度、耐磨性及抗氧化能力。 與鉻共存時(shí)，可提高抗高溫氧化能力， 也可提高在煙氣中的抗腐蝕性能。( 8) 鈮( Nb) :縮小丫相區(qū)，但由于拉氏相

23、NbFe2的形成而不形成丫相圈；在a鐵及丫鐵中的 最大溶解度分別約為 1.8%及2.0%。強(qiáng)碳化物及氮化物形成元素。 部分元素進(jìn)入固溶體， 固溶強(qiáng)化作用很強(qiáng)。 固溶于奧氏體時(shí)， 顯著提高鋼的淬透 性；但以碳化物及氧化物微細(xì)顆粒形態(tài)存在時(shí)，卻細(xì)化晶粒并降低鋼的淬透性。 增加鋼的回火穩(wěn)定性， 有二次硬化作用。 微量鈮可以在不影響鋼的塑性或韌性的 情況下， 提高鋼的強(qiáng)度。 由于細(xì)化晶粒的作用， 提高鋼的沖擊韌性并降低其脆性 轉(zhuǎn)折溫度。 當(dāng)含量大于碳含量的 8 倍時(shí)，幾乎可以固定鋼中所有的碳， 使鋼具有 很好的抗氫性能； 在奧氏體鋼中， 可以防止氧化介質(zhì)對(duì)鋼的晶間腐蝕。 由于固定 鋼中的碳和沉淀硬化作

24、用，可以提高熱強(qiáng)鋼的高溫性能，如蠕變強(qiáng)度等。（9）硼（ B）:縮小丫相區(qū)，但因形成Fe2B,不形成丫相圈。在a鐵及丫鐵中的最大溶解度分 別為 0.008%及 0.02%微量硼在晶界上阻抑鐵素體晶核的形成， 從而延長(zhǎng)奧氏體的孕育期， 提高鋼的淬 透性。但隨鋼中碳含量的增加，此種作用逐漸減弱以至完全消失（10）鎳（ Ni）:擴(kuò)大丫相區(qū)，形成無(wú)限固溶體，在a鐵中的最大溶解度約10%。不形成碳化物。 固溶強(qiáng)化及提高淬透性的作用中等。細(xì)化鐵素體晶粒，在強(qiáng)度相同的條件下， 提高鋼的塑性和韌性， 特別是低溫韌性。 為主要奧氏體形成元素并改善鋼的耐蝕 性能。與鉻、鉬等聯(lián)合使用，提高鋼的熱強(qiáng)性和耐蝕性，為熱強(qiáng)鋼

25、及奧氏體不銹 耐酸鋼的主要合金元素之一。 使鋼獲得奧氏組織， 從而提高鋼的抗蠕變能力。 在 耐熱鋼中可提高鋼的熱強(qiáng)性及持久塑性。（11）鋁（ Al）：縮小丫相區(qū)，形成丫相圈；在a鐵及丫鐵中的最大溶解度分別為36%及0.6%,不形成碳化物，但與氮及氧親和力極強(qiáng)主要用來(lái)脫氧和細(xì)化晶粒。在滲碳鋼中促使形成堅(jiān)硬耐蝕的滲碳層。含量高時(shí)， 賦予鋼高溫抗氧化及耐氧化性介質(zhì)、 H2S 氣體的腐蝕作用。 固溶強(qiáng)化作用大。 在 耐熱合金中，與鎳形成丫相（Ni3AI ），從而提高其熱強(qiáng)性。有促使石墨化傾向， 對(duì)淬透性影響不顯著：As）W（ 12 （.縮小丫相區(qū)，形成丫相圈，作用與磷相似，在鋼中偏析嚴(yán)重含量不超過(guò) 0

26、.2%時(shí)，對(duì)鋼的一般力學(xué)性能影響不大，但增加回火脆性敏感性（ 13）鈷（ Co）：無(wú)限固溶于丫鐵，在a鐵中的溶解度為 76%。非碳化物形成元素 有固溶強(qiáng)化作用， 賦予鋼紅硬性， 改善鋼的高溫性能和抗氧化及耐蝕的能力， 為 超硬高速鋼及高溫合金的重要合金化元素。提高鋼的 MS 點(diǎn)，降低鋼的淬透性（ 14）鉻（ Cr ）：縮小丫相區(qū)，形成丫相圈，在a鐵中無(wú)限固溶，在丫鐵中的最大溶解度為12.5%, 中等碳化物形成元素，隨鉻含量的增加，可形成（ Fe， Cr）3C，（Cr ， Fe）7C3， （ Cr ， Fe）23C6 等碳化物 增加鋼的淬透性并有二次硬化作用，提高高碳鋼的耐磨性。含量超過(guò)12%時(shí)

27、，使鋼有良好的高溫抗氧化性和耐氧化性介質(zhì)腐蝕的作用， 并增加鋼的熱強(qiáng)性。 為 不銹耐酸鋼及耐熱鋼的主要合金化元素。含量高時(shí)，易發(fā)生c和475C脆性。鉻對(duì)提高鋼的高溫組織穩(wěn)定性能抵制珠光體球化、 石墨化、抗高溫氧化有明 顯效果。并能提高抗腐蝕性。 但含鉻高的鋼， 焊接裂紋敏感性強(qiáng)， 溫差應(yīng)力也大。（ 15）銅（ Cu）：擴(kuò)大丫相區(qū)，但不無(wú)限固溶；在a鐵及丫鐵中的最大溶解度分別約2%或8.5%。在724E及700E時(shí)，在a鐵中的溶解度劇降至 0.68%及0.52% 當(dāng)含量超過(guò) 0.75%時(shí)，經(jīng)固溶處理和時(shí)效后可產(chǎn)生時(shí)效強(qiáng)化作用。含量低時(shí)，其 作用與鎳相似，但較弱。含量較高時(shí)，對(duì)熱變形加工不利，如超

28、過(guò) 0.30%，在氧化氣氛中加熱， 由于選擇性氧化作用， 在表面將形成一富銅層， 在高溫熔化并侵 蝕鋼表面層的晶粒邊界， 在熱變形加工時(shí)導(dǎo)致高溫銅脆現(xiàn)象。 如鋼中同時(shí)含有超 過(guò)銅含量 1/3 的鎳，則可避免此種銅脆的發(fā)生，如用于鑄鋼件則無(wú)上述弊病。在 低碳低合金鋼中，特別與磷同時(shí)存在時(shí)，可提高鋼的抗大氣腐蝕性能。Cu2%3%在奧氏體不銹鋼中可提高其對(duì)硫酸、磷酸及鹽酸等的抗腐蝕性及對(duì)應(yīng)力腐蝕 的穩(wěn)定性（16）氫（ H）：擴(kuò)大丫相區(qū)，在奧氏體中的溶解度遠(yuǎn)大于在鐵素體中的溶解度；而在鐵素體中的溶解度也隨溫度的下降而劇減氫易使鋼產(chǎn)生白點(diǎn)等不允許有的缺陷， 也是導(dǎo)致焊縫熱影響區(qū)中發(fā)生冷裂的重要 因素。因此，應(yīng)采取一切可能的措施降低鋼中的氫含量（17）氮（ N）：鐵中的最大溶丫鐵及a在但由于形成氮化鐵而不能無(wú)限固溶；相區(qū)，丫擴(kuò)大.解度分別約 0.1%及 2.8%。不形成碳化物，氮與鋼中其他合金元素形成氮化物， 如 TiN， VN ， AlN 等有固溶強(qiáng)化和提高淬透性的作用， 但均不太顯著。 由于氮化物在晶界上析出， 提 高晶界高溫