鋼的成分與合金元素對(duì)鋼材的影響

鋼的分類及合金元素在鋼材中的作用一、鋼的分類二、鋼中的合金元素合金元素的作用制作者：秦雪峰鋼的定義1、什么是鋼？答：以鐵為主要元素，碳含量一般在2.11%以下并含有其他元素的金屬材料。2、什么是鑄鐵？答：含碳量在2%以上的鐵碳合金。工業(yè)用鑄鐵一般含碳量為2%～4%。3、什么是硬質(zhì)合金？答：以高硬度難熔金屬的碳化物（WC、TiC)微米級(jí)粉末為主要成分，以鈷（Co）或鎳（Ni）、鉬（Mo）為粘結(jié)劑，在真空爐或氫氣還原爐中燒結(jié)而成的粉末冶金制品。一、鋼的分類1、按用途分為：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊鋼、專業(yè)用鋼。

①結(jié)構(gòu)鋼分為建筑及工程用結(jié)構(gòu)鋼和機(jī)械制造用結(jié)構(gòu)鋼；建造用鋼多為低碳鋼；機(jī)械制造用結(jié)構(gòu)鋼主要有：優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、易切結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼、滾動(dòng)軸承鋼。

②工具鋼分為碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼。

碳素工具鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，在0.65-1.35%之間，按其組織屬于亞共析、共析或過(guò)共析鋼。碳素工具鋼熱處理后表面可得到較高的硬度和耐磨性，心部有較好的韌性；退火硬度低（不大于HB207），加工性能良好。但其紅硬性差，當(dāng)工作溫度達(dá)250℃時(shí)，鋼的硬度和耐磨性急劇下降，硬度下降到HRC60以下、這類鋼的淬透性低。例如T7、T7A亞共析鋼；T8、T8A共析鋼；T9、T9A過(guò)共析鋼。

合金工具鋼：在碳素工具鋼中加入Si、Mn、Ni、Cr、W、Mo、V等合金元素的鋼。合金工具鋼的淬硬性、淬透性、耐磨性和韌性均比碳素工具鋼高，按用途大致可分為刃具、模具和量具用鋼3類。其中碳含量高的鋼（碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.80%）多用于制造刃具、量具和冷作模具，這類鋼淬火后的硬度在HRC60以上，且具有足夠的耐磨性；碳含量中等的鋼（碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.35%~0.70%）多用于制造熱作模具，這類鋼淬火后的硬度稍低，為HRC50~55,但韌性良好。

高速工具鋼：鎢系高速鋼的典型牌號(hào)是W18Cr4V，鎢鉬系高速鋼M2（W6Mo5Cr4V2）、W9Mo3Cr4V、鉬系高速鋼M1（

W2Mo9Cr4V）、M7（W2Mo9Cr4V2）主要用于制造高效率的切削刀具。由于其具有紅硬性高、耐磨性好、強(qiáng)度高等特性，也用于制造性能要求高的模具、軋輥、高溫軸承和高溫彈簧等。高速工具鋼經(jīng)熱處理后的使用硬度可達(dá)HRC63以上，在600℃左右的工作溫度下仍能保持高的硬度，而且其韌性、耐磨性和耐熱性均較好。退火狀態(tài)的高速工具鋼的主要合金元素有多、鉬、鉻、釩，還有一些高速工具鋼中加入了鈷、鋁等元素。這類鋼屬于高碳高合金萊氏體鋼，其主要的組織特征之一是含有大量的碳化物。2、按其化學(xué)成分分為：碳素鋼和合金鋼。碳素鋼：含碳量小于2%，除鐵、碳和限量以內(nèi)的硅、錳、磷、硫等雜質(zhì)外，不含其他合金元素的鋼。碳素鋼的性能主要取決于含碳量。含碳量增加，鋼的強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性和可焊性降低。工業(yè)純鐵Wc≤0.04%的鐵碳合金低碳鋼Wc≤0.25%的鋼中碳鋼Wc在0.25%~0.60%的鋼高碳鋼Wc＞0.60%的鋼合金鋼：在普通碳素鋼基礎(chǔ)上添加適量的一種或多種合金元素而構(gòu)成的鐵碳合金。按合金元素的含量分

1）低合金鋼：合金元素總含量小于等于5%；

2）中合金鋼：合金元素總含量在5%~10%之間；

3）高合金鋼：合金元素總含量大于等于10%；

不銹鋼合金元素對(duì)鋼的影響

1、碳是決定鋼的力學(xué)性能的主要元素，一般來(lái)說(shuō)，含碳量越高，鋼的強(qiáng)度、硬度越高，抗拉強(qiáng)度增大，而塑性韌性降低，延伸率和斷面收縮率下降。在不銹鋼中碳一方面碳是穩(wěn)定奧氏體的元素，并且作用的程度很大（約為鎳的30倍），另一方面由于碳和鉻的親和力很大，與鉻形成—系列復(fù)雜的碳化物。

2、硅可以提高退火、正火和淬火溫度，在亞共析鋼中提高淬透性；改善耐磨性，提高鋼的彈性極限、屈服強(qiáng)度和屈強(qiáng)比，并提高疲勞強(qiáng)度和疲勞比，也能提高耐磨性，但其含量過(guò)高時(shí)，會(huì)降低鋼的塑形韌性。另外還有提高高溫時(shí)鋼的抗氧化性能，但硅含量高時(shí)，表面脫碳加劇。在不銹鋼和耐蝕鋼中，與Mo、W、Cr、Al、Ti等配合，提高抗蝕和抗高溫氧化能力3、錳：錳是良好的脫氧劑和脫硫劑，工業(yè)用鋼中一般均含有一定量。使鋼的調(diào)質(zhì)組織均勻、細(xì)化，避免了滲碳層中碳化物的聚集成塊，但增大了鋼的過(guò)熱敏感性和回火脆性傾向；錳是弱碳化物形成元素；可以提高鋼的強(qiáng)度；通過(guò)提高淬透性而提高了調(diào)質(zhì)處理索氏體鋼的力學(xué)性能；隨錳含量的增加，鋼的熱導(dǎo)率急劇下降，線脹系數(shù)上升，使快速加熱或冷卻時(shí)形成較大內(nèi)應(yīng)力，工件開裂傾向增大。在不銹鋼中增加奧氏體的穩(wěn)定性，抑制奧氏體的分解，使高溫下形成的奧氏體得以保持到常溫。4、磷、硫：硫在鋼中易形成非金屬介在物。適當(dāng)?shù)牧蚩梢愿纳其摰牡募庸ば阅?。如FDAC中含硫量0.10~0.15。5、鉻：減緩?qiáng)W氏體的分解速度，顯著提高鋼的淬透性，但亦增加鋼的回火脆性傾向；提高鋼的強(qiáng)度和硬度，同時(shí)加入其他合金元素時(shí)，效果較顯著；提高鋼的耐磨性，經(jīng)研磨，易獲得較高的表面光潔度；在不銹鋼中鉻含量越多，則其耐點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕的能力就越強(qiáng)。6、鉬：鉬提高鋼的淬透性，其作用較鉻強(qiáng)，而稍遜于錳；鉬提高鋼的回火穩(wěn)性；鉬對(duì)改善鋼的延展性和韌性以及耐磨性起到有利作用；在不銹鋼中鉬可提高鈍化膜的強(qiáng)度，增強(qiáng)耐點(diǎn)蝕和耐縫隙腐蝕等局部腐蝕的抵抗能力，特別是在鹵鹽或海水中有氯離子存在的情況下，鉬也可提高對(duì)氯化物應(yīng)力腐蝕裂紋的抵抗能力。利用固溶強(qiáng)化的方法鉬可提高奧氏體牌號(hào)的高溫強(qiáng)度和馬氏體牌號(hào)的抗回火能力。

7、釩：減低鋼的過(guò)熱敏感性，細(xì)化晶粒，提高工具鋼的耐磨性和硬度；釩量較高導(dǎo)致聚集的碳化物出現(xiàn)時(shí)，會(huì)降低強(qiáng)度；碳化物在晶內(nèi)析出會(huì)降低室溫韌性；含釩鋼在加工溫度較低時(shí)顯著增加變形抗力；釩改善鋼的焊接性能。不銹耐酸鋼中，釩可改善抗晶間腐蝕的性能，但作用不及Ti、Nb顯著。8、鎢：鎢的特殊碳化物阻止鋼晶粒的長(zhǎng)大，降低鋼的過(guò)熱敏感性；鎢顯著提高鋼的回火穩(wěn)定性；可以提高鋼的耐磨性和紅硬性。9、鈷：增強(qiáng)二次硬化能力、紅硬性、熱硬性、