簡介

合金鋼

合金鋼 alloy steel 鋼里除鐵、碳外，加入其他的合金元素，就叫合金鋼。 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。根據(jù)添加元素的不同，并采取適當(dāng)?shù)募庸すに?，可獲得高強(qiáng)度、高韌性、耐磨、耐腐蝕、耐低溫、耐高溫、無磁性等特殊性能。

產(chǎn)生發(fā)展

合金鋼已有一百多年的歷史了。工業(yè)上較多地使用合金鋼材大約是在19世紀(jì)后半期。

1868年英國人馬希特(R.F.Mushet)發(fā)明了成分為2.5%Mn-7%W的自硬鋼，將切削速度提高到5米/分。

1870年在美國用鉻鋼(1.5～2.0%Cr)在密西西比河上建造了跨度為 158.5米的大橋；稍后,一些工業(yè)國家改用鎳鋼(3.5%Ni)建造大跨度的橋梁，或用于修造軍艦。

1901年在西歐出現(xiàn)了高碳鉻滾動軸承鋼。

1910年又發(fā)展出了18W-4Cr-1V型的高速工具鋼，進(jìn)一步把切削速度提高到30米/分。

20世紀(jì)20年代以后，不銹鋼和耐熱鋼在這段期間問世了。

1920年德國人毛雷爾 (E.Maurer) 發(fā)明了18-8型不銹耐酸鋼，

1929年在美國出現(xiàn)了Fe-Cr-Al電阻絲。

1939年德國在動力工業(yè)開始使用奧氏體耐熱鋼。

第二次世界大戰(zhàn)以后至60年代，主要是發(fā)展高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼的時(shí)代，由于航空工業(yè)和火箭技術(shù)發(fā)展的需要，出現(xiàn)了許多高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼新鋼種，如沉淀硬化型高強(qiáng)度不銹鋼和各種低合金高強(qiáng)度鋼等是其代表性的鋼種。60年代以后，許多冶金新技術(shù)，特別是爐外精煉技術(shù)被普遍采用，合金鋼開始向高純度、高精度和超低碳的方向發(fā)展，又出現(xiàn)了馬氏體時(shí)效鋼、超純鐵素體不銹鋼等新鋼種。

國際上使用的有上千個合金鋼鋼號，數(shù)萬個規(guī)格，合金鋼的產(chǎn)量約占鋼總產(chǎn)量的10%，是國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防建設(shè)大量使用的重要金屬材料。

20 世紀(jì) 70 年代以來， 世界范圍內(nèi)合金高強(qiáng)度鋼的發(fā)展進(jìn)入了一個全新時(shí)期， 以控制軋制技術(shù)和微合金化的冶金學(xué)為基礎(chǔ)， 形成了現(xiàn)代低合金高強(qiáng)度鋼即微合金化鋼的新概念。

進(jìn)入 80 年代，一個涉及廣泛工業(yè)領(lǐng)域和專用材料門類的品種開發(fā)，借助于冶金工藝技術(shù)方面的成就達(dá)到了頂峰。在鋼的化學(xué)成分-工藝-組織-性能的四位一體的關(guān)系中，第一次突出了鋼的組織和微觀精細(xì)結(jié)構(gòu)的主導(dǎo)地位，也表明低合金鋼的基礎(chǔ)研究已趨于成熟，以前所未有的新的概念進(jìn)行合金設(shè)計(jì)。 [1] 

合金元素

介紹

合金鋼的主要合金元素有硅、錳、鉻、鎳、鉬、鎢、釩、鈦、鈮、鋯、鈷、鋁、銅、硼、稀土等。

其中釩、鈦、鈮、鋯等在鋼中是強(qiáng)碳化物形成元素，只要有足夠的碳，在適當(dāng)條件下，就能形成各自的碳化物，當(dāng)缺碳或在高溫條件下，則以原子狀態(tài)進(jìn)入固溶體中；錳、鉻、鎢、鉬為碳化物形成元素，其中一部分以原子狀態(tài)進(jìn)入固溶體中，另一部分形成置換式合金滲碳體；鋁、銅、鎳、鈷、硅等是不形成碳化物元素，一般以原子狀態(tài)存在于固溶體中。

作用

1、碳（C）：鋼中含碳量增加，屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度升高，但塑性和沖

擊性降低，當(dāng)碳含量超過0.23%時(shí)，鋼的焊接性能變壞，因此用于焊接的低合金結(jié)構(gòu)鋼，含碳量一般不超過0.20%。碳量高還會降低鋼的耐大氣腐蝕能力，在露天料場的高碳鋼就易銹蝕；此外，碳能增加鋼的冷脆性和時(shí)效敏感性。

2、硅（Si）：在煉鋼過程中加硅作為還原劑和脫氧劑，所以鎮(zhèn)靜鋼含有0.15－0.30%的硅。如果鋼中含硅量超過0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能顯著提高鋼的彈性極限，屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度，故廣泛用于作彈簧鋼。在調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼中加入1.0－1.2%的硅，強(qiáng)度可提高15－20%。硅和鉬、鎢、鉻等結(jié)合，有提高抗腐蝕性和抗氧化的作用，可制造耐熱鋼。含硅1－4%的低碳鋼，具有極高的導(dǎo)磁率，用于電器工業(yè)做矽鋼片。硅量增加，會降低鋼的焊接性能。

3、錳（Mn）：在煉鋼過程中，錳是良好的脫氧劑和脫硫劑，一般鋼中含錳0.30－0.50%。在碳素鋼中加入0.70%以上時(shí)就算“錳鋼”，較一般鋼量的鋼不但有足夠的韌性，且有較高的強(qiáng)度和硬度，提高鋼的淬性，改善鋼的熱加工性能，如16Mn鋼比A3屈服點(diǎn)高40%。含錳11－14%的鋼有極高的耐磨性，用于挖土機(jī)鏟斗，球磨機(jī)襯板等。錳量增高，減弱鋼的抗腐蝕能力，降低焊接性能。

4、磷（P）：在一般情況下，磷是鋼中有害元素，增加鋼的冷脆性，使焊接性能變壞，降低塑性，使冷彎性能變壞。因此通常要求鋼中含磷量小于0.045%，優(yōu)質(zhì)鋼要求更低些。

5、硫（S）：硫在通常情況下也是有害元素。使鋼產(chǎn)生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時(shí)造成裂紋。硫?qū)附有阅芤膊焕?，降低耐腐蝕性。所以通常要求硫含量小于0.055%，優(yōu)質(zhì)鋼要求小于0.040%。在鋼中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常稱易切削鋼。

6、鉻（Cr）：在結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼中，鉻能顯著提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但同時(shí)降低塑性和韌性。鉻又能提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性，因而是不銹鋼，耐熱鋼的重要合金元素。

7、鎳(Ni)：鎳能提高鋼的強(qiáng)度，而又保持良好的塑性和韌性。鎳對酸堿有較高的耐腐蝕能力，在高溫下有防銹和耐熱能力。但由于鎳是較稀缺的資源，故應(yīng)盡量采用其他合金元素代用鎳鉻鋼。

8、 鉬(Mo)：鉬能使鋼的晶粒細(xì)化，提高淬透性和熱強(qiáng)性能，在高溫時(shí)保持足夠的強(qiáng)度和抗蠕變能力(長期在高溫下受到應(yīng)力，發(fā)生變形，稱蠕變)。結(jié)構(gòu)鋼中加入鉬，能提高機(jī)械性能。 還可以抑制合金鋼由于淬火而引起的脆性。在工具鋼中可提高紅性。

9、鈦(Ti)：鈦是鋼中強(qiáng)脫氧劑。它能使鋼的內(nèi)部組織致密，細(xì)化晶粒力；降低時(shí)效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在鉻18鎳9奧氏體不銹鋼中加入適當(dāng)?shù)拟?，可避免晶間腐蝕。

10、釩(V)：釩是鋼的優(yōu)良脫氧劑。鋼中加0.5%的釩可細(xì)化組織晶粒，提高強(qiáng)度和韌性。釩與碳形成的碳化物，在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕能力。

11、鎢(W)：鎢熔點(diǎn)高，比重大，是貴生的合金元素。鎢與碳形成碳化鎢有很高的硬度和耐磨性。在工具鋼加鎢，可顯著提高紅硬性和熱強(qiáng)性，作切削工具及鍛模具用。

12、鈮(Nb)：鈮能細(xì)化晶粒和降低鋼的過熱敏感性及回火脆性，提高強(qiáng)度，但塑性和韌性有所下降。在普通低合金鋼中加鈮，可提高抗大氣腐蝕及高溫下抗氫、氮、氨腐蝕能力。鈮可改善焊接性能。在奧氏體不銹鋼中加鈮，可防止晶間腐蝕現(xiàn)象。

13、鈷(Co)：鈷是稀有的貴重金屬，多用于特殊鋼和合金中，如熱強(qiáng)鋼和磁性材料。

14、銅(Cu)：武鋼用大冶礦石所煉的鋼，往往含有銅。銅能提高強(qiáng)度和韌性，特別是大氣腐蝕性能。缺點(diǎn)是在熱加工時(shí)容易產(chǎn)生熱脆，銅含量超過0.5%塑性顯著降低。當(dāng)銅含量小于0.50%對焊接性無影響。

15、鋁(Al)：鋁是鋼中常用的脫氧劑。鋼中加入少量的鋁，可細(xì)化晶粒，提高沖擊韌性，如作深沖薄板的08Al鋼。鋁還具有抗氧化性和抗腐蝕性能，鋁與鉻、硅合用，可顯著提高鋼的高溫不起皮性能和耐高溫腐蝕的能力。鋁的缺點(diǎn)是影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能。

16、硼(B)：鋼中加入微量的硼就可改善鋼的致密性和熱軋性能，提高強(qiáng)度。

17、氮(N):氮能提高鋼的強(qiáng)度，低溫韌性和焊接性，增加時(shí)效敏感性。

18、稀土(Xt)：稀土元素是指元素周期表中原子序數(shù)為57-71的15個鑭系元素。這些元素都是金屬，但他們的氧化物很象“土”，所以習(xí)慣上稱稀土。鋼中加入稀土，可以改變鋼中夾雜物的組成、形態(tài)、分布和性質(zhì)，從而改善了鋼的各種性能，如韌性、焊接性，冷加工性能。在犁鏵鋼中加入稀土，可提高耐磨性。