各种合金元素对钢性能的影响(共18种元素)

碳（C）

炼钢的重要任务之一就是要把熔池中的碳氧化脱除至所炼钢钟的要求。从钢的性质可看出碳也是重要的合金元素，它可以增加钢的强度和硬度，但对韧性产生不利影响。

钢中的碳决定了冶炼、轧制和热处理的温度制度。

碳能显著改变钢的液态和凝固性质，在1600℃，[C]≤0.8%时，每增0.1%的碳

◆钢的熔点降低6.50℃

◆密度减少4kg/m3

◆黏度降低0.7%

◆[N]的溶解度降低0.001%

◆[H]的溶解度降低0.4cm3/100g

◆增大凝固区间17.79℃。

1、Al 

（1）Al当钢中其含量小于3～5%时，是一有益的元素。其作用是：高的抗氧化性和电阻。

①作为强烈脱氧剂加进的Al，可生成高度细碎的、超显微的氧化物，分散于钢体积中。因而可阻止钢加热时的晶粒长大（含Al＜10%，在加热＜1200℃才有细化作用，否则其作用甚小）和改善钢的淬透性。所以这些氧化物成为结晶的中心，而在钢冷却时又对A体分解起促进作用。

②作为合金元素，有助于钢的氮化，因而可提高钢的热稳定性，AlN本身在加热时具有高稳定性，①与②都有利于减弱钢的过热倾向。

③可改善钢的抗氧化性，铝是终脱氧剂，生产镇静钢时，[Al]多在0.005%-0.05%，通常为0.01%-0.03%。钢中铝的加入量因氧量而异，对高碳钢应少加些，而低碳钢则应多加，加入量一般为:0.3-1.0kg/t钢。

④能提高钢的电阻，与Cr共同用于制造高电阻铬铝合金：如Cr13Al4、1Cr17Al5、1Cr25Al5。Al使电阻增高的程度比Cr还高的多。在Cr钢中加Al，会粗晶易脆，所以其量一般不超过5%，个别才有8～9%。

⑤对硅钢而言，Al可减少α铁心损失，降低磁感强度，与氧结合可减弱磁时效现象，但Al的氧化物会使磁性变坏。Al（＞0.5%）也会使硅钢变脆。

（2）Al的不良影响

   ①促进钢的石墨化，减少合金相中的碳溶浓度，所以硬度、强度降低。

   ②加速脱碳

当Al含量增加至3～5%时，8～9%将会大大地促进钢锭的柱状结晶过程。因此而大大增加钢的机械热加工的困难，也使钢极易脱碳。（其热加工之所以困难是因为该合金钢锭具有粗晶结构，且其晶体的解理极弱，所以导热性低，加热时容易出现大的温度差而锻裂，甚至钢锭的去皮加工都会使其晶界氧化而破坏。此外，它在800℃以上的高温长时间停置也极易变脆。

一般合金钢中含Al量：

合金结构钢： Al=0.4～1.1% (38CrAlA、38CrMoAlA、38CrWVAlA)

耐热不起皮钢：Al=1.1～4.5% (Cr13SiAl、Cr24Al2Si、Cr17Al4Si)

电热合金： Al=3.5～6.5% (Cr13Al4、1Cr17Al5、Cr8Al5、0Cr17Al5)

甚至Al8% Cr7Al7，考虑电热合金受荷不大，虽有脆性，仍可使用

2、Si

（1）Si的有益作用

一般合金钢中的Si含量不会高于3.5%，更多时（4.8～6.5%）将使钢具有很高的脆性。Si的有益作用：高的热强性和弹性极限，高的导磁率，涡流损失少。硅能提高钢的机械性能，增加了钢的电阻和导磁性

①象Al、Cr一样，其氧化物均是尖晶石类型的组织。其晶格常数与α-Fe、γ-Fe区别小。因为其氧化物与金属分界处的晶胞之间就紧密而强固地结合在一起，氧化皮紧密地被贴在金属上，甚至在高温下也不剥落。所以它具有很强的抗氧化性和耐热性能，而被加入耐热钢。

②有利于提高钢的弹性极限，在中碳钢中加入1～2%的Si，调质中σb将增15～20%，而Aku也提高了，还提高了σs和δ。

③利于促进钢中石墨化而用于炼制石墨钢。此钢可制轴承，甚至作为工具钢代替，制冲头，拉模、弯曲模等。

④硅是钢中最基本的脱氧剂。普通钢中含硅在0.17%-0.37%，1450℃钢凝固时，能保证钢中与其平衡的氧小于与碳平衡的量，抑制凝固过程中CO气泡的产生。生产沸腾钢时，[Si]为0.03%-0.07%，[Mn]为0.25%-0.70%，它只能微弱控制C-O反应。

⑤硅可减小晶体的各向异性，使磁化容易，使磁阻减小，它还可减轻钢中其他杂质对磁场磁感的危害（使%C石墨化，脱氧，与N形成氢化硅等）。所以可大大减少涡流损失。由于硅的脆性，目前高硅钢片硅含量规定为低于4.5%，最多只为4.8%，正在研究提高至6.5%。

⑥硅可显著地减慢回火马氏体在低温（200℃）时的分解速度。（在较高温度即400～500℃则作用并不显著）Si是铁素体形成元素，多加Si会使A-α转化。

（2）Si的不良影响

①促使石墨化，促进脱碳（它是阻止碳化物形成的一种元素），含Si钢一般不作渗碳。

②促进回火脆性的发展，使塑性降低。Si对冲击韧性和韧性的温度储量的影响不是等值的。

当Si=1～1.5%时作用尚良好。Si=2.5～3%时则影响不良，含Si=2～2.5%，则难以锻造。

当Si≤2.3%时,矽铬钢对回火脆性的敏感性还很低,但对当Si=2.5～3.5%时，对回火脆性和敏感性就高。用这种钢必须采取韧性处理（回火后在水中浸渍，锻时用少韧处理），而当Si＞3.5％时，甚至持用韧性处理也已不能消除矽铬钢的脆性。（不过，Mo的加入可使其脆性稍许改善），SI=4%时，室温下即可能脆裂。

③对碳素工具钢，Si含量上升时，将降低其淬透性等级。一般结构钢中均不宜加Si，对于高速钢，不大于0.4%。

④由于硅的存在，使钢中增碳困难，并使渗碳速度降低，所以此类钢多不作渗碳处理。

⑤硅锰结合，Mn可下降，因为Si引起的脱碳，Si有微弱的抑制晶粒长大的作用，可稍下降，Mn引起的调质粗晶，有相互改善作用，但易生白点，应注意冶炼时原材料的干燥烘烤。

⑥硅在钢中还常以Fe、Mn的硅酸盐类夹杂物而存在，均会降低钢的各种性能，塑性比硫化物低。这类夹杂物透光度很高，而反光度则低，故显微镜下常呈灰黑色。

（3）一般合金钢中Si含量：

一般碳钢：Si＜0.5%

合金结构钢： Si =0.9～1.6% (27SiMn、40CrSi、20CrMnSi、35CrMnSiA等)

弹簧钢：     Si =1.5～2% (55Si2Mn、60Cr2Mn等)

轴承钢：     Si =0.4～0.7% (GCr9SiMn、GCr15SiMn、GCr6SiMn等)

工具钢：     Si =0.65～1.8% (SiMn、9SiCr、5SiMnMoV、6SiMoV等)

耐热钢：     Si =1～4.3% (Cr17Al4Si、Cr20Si3、4Cr9Si2、4Cr3Si4)

电机硅钢片： Si =0.8～1.8% 、1.8～2.8%、2.8～3.8%、3.8～4.8%为低、中、较高、高级硅钢片

（4）硅对钢液性质的影响

1600℃纯铁中每增加1%的硅：

◆碳的饱和溶解度降低0.294%

◆铁的熔点降低8℃

◆密度降低80kg/m3

◆[N]的饱和溶解度降低0.003%

◆[H]降低1.4cm3/100g

◆钢的凝固区间增加10℃，钢液的收缩率提高2.05%。

3、Mn

（1）锰的有益作用

高的强度和耐磨性、淬透、渗碳、冷工硬化。14%（高耐磨钢），17～19%（护环钢）

①锰是一种非常弱的脱氧剂，在碳含量非常低、氧含量很高时，可以显示出脱氧作用，协助脱氧，提高他们的脱氧能力

②锰的作用是消除钢中硫的热脆倾向，改变硫化物的形态和分布以提高钢质。锰可以略微提高钢的强度，并可提高钢的淬透性能，稳定并扩大奥氏体区，常作为合金元素生成奥氏体不锈钢、耐热钢等。

③ Mn对各类钢的作用是： 

珠光体Mn钢：可提高其强度和耐磨性，塑性亦不错。所以它能细化珠光体组织。（对含碳量较高的钢，Mn↑，塑性稍有降低。对低碳钢则含Mn↑，而韧性↑。

奥氏体Mn钢：有足够高的塑性和很高的耐磨性。所以Mn能增加奥氏体的稳定性，扩大γ相区得奥氏体。降低淬火时的临界冷却速度。降低钢的临界点（A1和A3）同碳量碳素钢低25～30℃，所以可提高钢的淬透性，淬火时的变形也比较小，因此适于制大截面和复杂的零件。Mn=5%时，Mn降至0℃。

马氏体Mn钢：易使之发脆、淬裂。Mn易溶于铁素体内，形成弱碳化物其稳定性不强。所以加热过程中极易完全溶入奥氏休中，加之其临界点又低，所以晶粒极易粗化、极易淬裂，为此应严格控制淬火加热温度和保温时间，一般均以油淬或流动空气中冷却为宜，只有形状简单件才好用水淬。

调质钢：将降低其塑性（回火脆性影响）。

渗碳钢：Mn的存在能促进渗碳作用，所以能大大提高钢的表面硬度与耐磨性，尤其可贵的是在渗碳时表面软点较少，也不改变过分增碳的倾向。（渗碳后的锰钢，在最后淬火前，应进行一次正火或退火处理，以消除因长时间渗碳造成的心部过热）。

结构钢：将促使其回火脆性增强。

工具钢：加入约1%Mn，可减少淬火时的体积变形，这对于精密工具和长形工具来说有重要的意义。（如CrMn、CrWMn钢等）。

④ Mn可改善钢的焊接性和低温性能，还可减慢钢的脱碳作用。

⑤ Mn量中还可适当改善钢的切削性能。

⑥ 对某些钢，Mn的作用可代Ni，能扩大γ相区得奥氏体，如模具钢（增强淬透性）、奥氏体钢等。

⑦ 高锰钢对冷工硬化敏感，可提高钢的强度和耐磨性。（Mn=10～14%，而C=1～1.4%）

⑧ 铬锰奥氏体钢的热强性很好，甚至可超过Cr、Ni钢，加4%Cr、Ni红热耐磨性更好。Mn价廉。

（2）锰的不良影响是：

① 增加钢的过热敏感性（粗晶）：这是由于含Mn渗碳体的稳定性不强，在加热过程中很容易完全溶于奥氏体中。加之，Mn钢的临界点亦较低，所以就易粗晶了。为此锻造和热处理加热都要严格控制加热温度和保温时间。所有合金元素中，Mn是不能减低奥氏体晶粒长大倾向的元素，相反引起粗晶。

② 增强钢对白点的敏感性，故要缓冷。（含C＞0.3%时影响即较大）

  ③增强回火脆性，且易形成带状和纤维组织。故纵、横向性能差较大（Mn＞2.4% 延伸率↓↓）

  ④ 高锰钢熔点低（Mn13～14%，T熔1350～1400℃）平均线膨胀系数大（相当于钢类矽钢的1.9倍），导热系数小（约为同类矽钢的1/3～1/4），热加工稍难。

⑤ 高锰钢在冷速不够时，易生成块状碳化物沿晶界析出，使钢变脆，采用水淬速冷时，可使碳化物来不及析出，得到均匀奥氏体组织，性能改善。但因为含Mn量高，导热性差，速冷则温差应力大而易淬裂，所以淬火次数不宜多。

（3）含Mn钢的分类

① 碳钢：a、正常含Mn量碳钢Mn=0.25～0.8%；b、较高含Mn量碳钢Mn=0.7～1.0% 及0.9～1.2%

② 锰钢：Mn=1.1～1.8% 少数 ～2.4%

③ 高锰钢：Mn=13～14%（C=1.0～1.3%）

注：Mn＜1.2%为炼钢脱氧及稍许改变钢性能，作一般矽钢。Mn=1.1～1.8%或2.4%为具高塑性、耐磨性，强度而被采用。Mn=2.4～13%为粗晶极脆而不可用。Mn=13～14%为冷工硬化而成为高耐磨钢。

4、Ni

（1）镍的有益作用

高的强度、高的韧性和良好的淬透性、高电阻、高的耐腐蚀性。

① 一方面既强烈提高钢的强度，另方面又始终使铁的韧性保持极高的水平。其变脆温度则极低。（当镍＜0.3%时，其变脆温度即达-100℃以下，当Ni量增高时，约4～5%，其变脆温度竞可降至-180℃。所以能同时提高淬火结构钢的强度和塑性。含Ni=3.5%，无Cr钢可空淬，含Ni=8%的Cr钢在很小冷速下也可转变为M体。

② Ni的晶格常数与γ-铁相近，所以可成连续固溶体。这就有利于提高钢的淬硬性，Ni可降低临界点并增加奥氏体的稳定性，所以其淬火温度可降低，淬透性好。一般大断面的厚重伯都用加Ni钢。当它同Cr、W或Cr、Mo结合的时候，淬透性尤可增高。镍钼钢还具有很高的疲劳极限。（Ni钢有良好的耐热疲劳性，工作在冷热反复。σ、αk高）

③ 在不锈钢中用Ni，是为了使钢具有均匀的A体组织，以改善耐蚀性。

④ 有Ni钢一般不易过热，所以它可阻止高温时晶粒的增长，仍可保持细晶粒组织。

⑤ 含Ni量相当高的钢，其热膨胀系数很小而用作不变钢（Ni36%）和代用白金（Ni42%）。

⑥ 含Ni更高时，与Cr结合作高电阻合金（Cr15Ni60、Cr20Ni80）。

⑦ Ni和V一样，对脱碳过程没有影响。Ni本身不是有效的抗氧化学元素，所以很少单独用作不锈钢的合金元素，但对浓苛性碱有好的作用。

⑨ Ni可提高A体钢的蠕变抗力，但还一定值作用则减弱，须加入别的合金元素，通过固溶强化或沉淀硬化的途径来解决。

⑩ Cr、Ni钢的焊接性能和低温性能也不错。

（2）Ni的不良作用：

① Ni不能提高铁素体的蠕变抗力，相反会使珠光体M体钢热脆性增大。所以珠光体、马氏体钢不加镍。

② 含硫气氛中的Ni钢耐蚀性也不及无Ni钢，因硫化镍会引起钢的赤热脆性。

③ 铬镍钢容易感受回火脆性和易形成白点（前者可在回火后采用速冷防止，后者应采用正确的熔炼规范和锻造、冷却规范防止。）

④ 对高速钢，因为它降低了它的硬度而被视为有害杂质，当Ni≈2%时或更高时，由于其抗600～660℃回火稳定性降低而热硬性变坏（使A体稳定不分解），所以硬度降低。

⑤ 同样，因为Ni降低钢之淬火层的硬度，在轴承钢中也不希望有它，Ni不大于0.30%，且Ni+Cu不大于0.50%（Cu不大于0.25%）。

⑥ Ni虽可提高电阻，促使矽石墨化，但会降低磁感和最大磁导率。所以硅钢片也不希望有Ni。

⑦ Ni在我国早，价钱高。

⑧ Ni钢氧化容易起鳞，所镍钢的氧化铁皮粘在钢表面上不易脱落。

（3）一般合金钢中的Ni含量：

渗碳钢：含C=0.15～0.25%Ni=1～4.5%

调质钢：含C=0.35～0.55%Ni=1～1.75%

不锈钢：含Ni≤2% M体不锈钢，含Ni=8～18% A体不锈钢。含Ni=2～8% M-P体类不锈钢。

耐热不起皮钢：含Ni达9～36%，属A 体钢。

磁钢：含Ni＜25%的（Ni25、Ni9Mn9等）为弱磁性钢，用930～1000℃淬火能很好不被磁化，可用于制机器，仪表等不应被磁化零件（电机环、指南针盒、电阻等）。

含Ni=25～30%的是陈化磁性钢，它具有非常高的磁性，当残余磁感应为5000～7500高斯时，矫顽磁力可达500～700奥斯特甚至1000，但它具有高的脆性（和硬度），所以多做铸造磁铁。

含Ni=35～37%的是恒范合金（不变合金）

Ni=42～44%的是类铂合金。

含Ni=50～80%的是高导磁率的合金，（但要很纯，才能发挥作用）

5、Cr

（1）铬的有益作用

具有许多有价值的性能：高硬度、高强度、屈服点、高的耐磨性而对塑性、韧性影响又不大，高的抗氧化性，耐蚀性，还能提高电阻和导磁率等等。

1）Cr是中等碳化物形成元素，在所有各种碳化物中，铬碳化物是最细小的一种，它可均匀地分布在钢体积中，所以具有高的强度、硬度、屈服点和高的耐磨性。由于它能使组织细化而又均分布，所以塑性、韧性也好，这对工具钢尤有价值。

2）Cr的碳化物也较难溶解，在短时间加热下有阻碍晶粒长大作用，长时间渗碳还会粗晶。所以可减小过热敏感效应。

3）Cr可使A 体分解速度减缓，降低淬火时的临界冷却速度，因而有助于M体形成和提高M体的稳定性，所以Cr钢均有优良的淬透性，且淬火变形较小。注意：Cr是铁素体形成元素，缩小γ区，所以在没A体化元素存在时，高Cr钢将呈铁素体组织。

4）Cr与W或Mo结合，能使淬火钢中残余奥氏体增加，而有助于获得需要粉碎程度的碳化物相。

5）Cr能大大提高结构钢的强度和塑性，这种影响在Cr与Ni结合的钢中尤其显著。如12CrNi3N等。

6）Cr≥12%时，有好的耐蚀性，再加8～9%的Ni，耐蚀性更会大大提高。Cr提高耐蚀能力的作用随含碳量增加而会有所降低，因为Cr与C结合后不起作用。

7) Cr≥25～30%时,有好抗氧化性。如Cr=27～28%即可作1300℃的热电偶温度计的防护罩，当Cr与Si、Al结合时，甚至Cr相当少而抗氧化性也很高。如Cr 6～10%+Si 2～3%就有高的耐热性和抗氧性。

8）Cr、Al结合（1Cr17AL5、Cr13AL4等）及Cr、Ni结合（如Cr15Ni60、Cr20Ni80等）均有很高的电阻。

9）Cr能提高钢的矫顽力和阻止钢的组织时效，所以Cr钢用于制造永久磁铁。

10）Cr价较低。

11）因为Cr可形成稳定的碳化物，减缓碳的扩散和生成紧固的氧化皮膜，所以可降低脱碳作用。

12）含Cr＞2.5%的多元素合金钢。（18Cr3MoWVA、20Cr3MoWVA等）是良好的抗氢蚀钢。

含Cr＜0.08% 这是石墨钢的要求，所以Cr是阻止石墨化的一种元素。

含Cr≯1.2%  低合金高强度钢（一般Mn钢和SiMn钢）

含Cr=0.5～1.65% 作轴承钢（C≈1%）——其合金含量低，价廉，而又具有高强度、高耐磨性、良好的耐疲劳性和淬透性，且热处理也简便。

含Cr=3～10%的钢——Cr对钢强度和韧性的影响是Cr＜2%时逐渐增强到2%时，强化作用最为显著。但超过此限则会损害其热强性。3～10%时最为明显，当含Cr＞12%时，则强度又复升高。但是当含Cr量增至3%时，由于其马氏体回火稳定性显著增高。所以有较高的硬度和耐磨性而用于模具。当含Cr量增至3%时，其与含C1%的磁性配合也最好。所以又用作磁钢。含Cr4%而与18%W及1%V结合可得到很好的红硬性（620℃ HRC=60），所以广泛用于高速工具钢中，含Cr5%的钢（含C1%）即可空气中淬火。含Cr5～6%及含Cr6～10%且含Si2～3%的矽铬钢，尽管强度不是很高，但亦具有足够的耐热性和抗氧化性而用于气阀中及石油、化学工业（氨合成设备等）。

含Cr=12～14%的钢是最典型的不锈钢（1Cr13～4Cr13）它们都有较高的抗蚀力，强度也不错，面Cr12、Cr12Mo等则是典型的具有高淬透性和高耐磨性的模具钢。（此类多属马氏体钢）

含Cr=16～18%的钢有的只具单相（铁素体），有的双相（M体—铁素体），此类具单相的Cr钢耐蚀力比含Cr=12～14%的钢还高。如Cr17、9Cr18等，如再加8～9%的Ni其耐蚀力又将大大增高。如1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti等都是典型的不锈钢、耐酸性较好，CrNi钢的缺点是有晶间腐蚀，加Ti、Nb可改善。

含Cr=23～32%的钢具有很好的抗蚀稳定性，极高的抗氧化性，甚至在普通温度下能抵抗浓、浓磷酸、浓硫酸的浸蚀。含Cr 27～28%的钢可作1300℃的热电偶温度计的防护罩。这类钢是纯铁素体钢，所以不能通过热处理改变其组织及性能。且再结晶温度较低，粗晶作用较强，有高的脆性，所以不能作受振及打击零件。加入Mo、W、V可适当改变性能。减少Cr含量，加Si量可提高其热强度如Cr9Si2、Cr10Si2Mo等。加Ni也成，如Cr20Ni14Si、Cr25Ni20、Cr18Ni25Si、Cr14Mn14W、Cr18Ni6Mn5等等。

Cr不同于Mn、Ni，它是缩小γ区的合金元素。（它同α-Fe都具有体心立方晶格,且自熔点1849℃至绝对0ºK,纯铬均为这一晶格不变）,所以随含Cr量增加Ac3虽也从910℃开始降低,但其速很慢,而Ac4却从1400℃迅速降低,至含铬达8%时Ac3为850℃已为最低。含Cr再增加，Ac3即迅速上升。当含Cr量达13%时，Ac3与Ac4会合为一点，γ区被封闭，所以含Cr＞13%时变为纯铁素体相，不再发生转变，用热处理也不能再改变其晶粒尺寸。——即为铁素体钢。当Cr量继续增加，约在25～60%特别是45～48%区域，当温度低于950℃时（多在820℃）慢冷，将会析出一种无磁性脆性组分——σ相。这些在进行二次加热后将会游离析出，致使得在固溶体中产生巨大体积改变造成颇大应力，故极脆。但在950℃以下急冷时，σ相可由于固溶体内不析出，影响则较小。δ相问题：有人指出，当Cr和C含量搭配时，特别在含左右时，将极易生成游离态的铁素体即δ相，它将使钢的工艺性能和耐热性降低，所以要很好注意在含Cr=0.11%时，含Cr=10.9%可使δ相量减至最少。

Cr对抗腐性的改善上很有利的，但对抗蠕变的影响则较复杂。因为作耐热钢应注意，当含Cr=1%抗蠕变强度最高。含Cr↑则出现，Cr＞C3三方晶格，至Cr=7%抗蠕强降至最低点，当含Cr增至12%时，Cr23C6将取代Cr7C3，抗蠕强（耐热性）可有少许提高，添加V、Nb、Ti可得极细弥散相，对抗蠕强（耐热性）改善极为有利。

6、W

（1）W的良好作用是：

1）细化晶粒，（其作用比Cr还强，所以可降低钢的过热倾向性，提高强度、韧性和热稳定性。

2）提高M体稳定性，大大提高淬透性，18CrNiWN任何冷却速度都能完全淬透，得M体，用W18%与Cr4%配合，M体稳定性可达600℃，保持红硬性。

3）阻止回火脆性发展，所以可提高强度同时不降低塑性，提高韧性。

4）提高淬火钢的矫顽磁力，阻止钢的组织时效。

5）其碳化物极其稳定，高温也难溶进固溶体，所以可作高速工具钢。

6）W钢一般硬度、耐磨性较好，热处理变形小，不易淬裂，回火稳定性也较好。

7）W因能提高A体的稳定性，而用于阀门钢中，缩小γ区，同Cr。

8）可提高珠光体耐热钢的热强性，提高再结晶温度。

9）在高合金Cr、Ni钢中加入2～4%W便可提高钢的屈服点，疲劳强度和热稳定性，并因为形成碳化物而减小晶向腐蚀倾向（Fe3W2和Fe2W都是极稳定的化合物，高度弥散，所以可提高强度、热稳定性。）

（2）W的不良影响：

1）增加脱碳（碳化物稳定）阻止石墨化。

2）W是强碳化物元素，应防止碳化物不均影响性能而成废品（可增加镦拔数及正火处理纠正）。

3）含W＞9%时硬度显著提高，而δ、ψ显著降低。

4）W使钢导热率降低，含W＞10%其导热率只有纯铁的0.7倍。

5）含W增加，可锻温度范围降低。

（3）一般合金钢中的W的含量：

合金结构钢：W=0.3～1.0% （例20Cr3MoWVA、18Cr3MoWVA等）

耐热不起皮钢：W=0.3～3.2% （上二种为抗氢钢亦属此类，又如Cr15Ni36W3Ti等）

合金工具钢：W=1～18%（CrWMn、W、W2、3Cr2W8V、P9、P18等）

向钢中加入多于20～22%的W，是不合适的。所以超过此值W对钢的性能的改善并没更好的作用，所以多加是不经济的。

一般提到的降低回火脆性的方法有如下几种：

1）在钢中加入0.3～1.0%的Mo或1～1.5%的W。

2）回火时采用快速冷却，用水冷或油冷。

3）提高回火温度，此法因为使性能（强度）下降，得不到充分发挥，所以少用。

4）延长回火时间，或增加重复高温回火的次数。

5）降低淬火温度，或采用二次淬火①AC3以上正常淬火②AC1～AC3之间不完全淬火以消除回火脆性。

6）在钢中加入V（约是钼含量%+0.1%可等效），以提高钢的回火稳定性，抑制回火脆性，不过此作用甚微。

7）采用形变热处理，即加热至AC3以上进行形变（变形度15～20%最佳）后立即淬火回火，韧性提高3倍。

8）高速度（1000℃/秒）加热和冷却，最后二种方法因为生产上很难实现而未被采用。

注：常说的回火脆性是第二类回火脆性（即450～570℃可650～700℃出现的），而第一类回火脆性（250～400℃），所有钢都不可避免的存在，而可用重复回火即能消除，故多不再讨论。

7、Mo

（1）钼的良好作用是

1）细化晶粒的作用比W更强，所以可降低钢的过热倾向性，提高强度、硬度、热稳定性。

2）Mo在钢中会使锻件σb、σs、HB↑，而使δ、ψ、αk↓。提高M体回火稳定性，与Cr、Ni结合可大大提高淬透性，可细化晶粒，提高韧性，使锻造加工容易。

3）降低回火脆性，对某些结构钢可消灭回火脆性（如24CrMoV5），所以可提高强度而塑性并不降低，钼可提高钢的冲击韧性。①又一说是合金元素（包括Mo在内）均只有抑制回火脆性的作用而不能达到消除回火脆性。Mo的影响是：含量达0.2%即有良好作用。所以普通合金结构钢含Mo0.25～0.4%对放置回火脆性温度范围550～600℃长期工作的钢才规定含Mo为0.5～0.6%，当含Mo量超过一定值时（对低碳钢此限为1.0%），则反而会使高温回火水冷钢变脆。Mo钢长时间回火易变脆。②当含P和Mo较高时，即使有Mo或W等也仍不能避免回火脆性产生。③附带说说降低回火脆性的方法（见上段）。

4）提高钢的的矫顽力，改善磁性。

5）其碳化物也很稳定，它并阻止其它碳化物析出。高温也很难向固溶体转移。

6）钼可代钨（因为原子量成半关系，所以可用1%Mo代替2%W）。

7）同样Mo亦可提高奥氏体稳定性而用于阀门钢。

8）可提高Cr、Ni不锈钢的抗晶间腐蚀能力。

9）在某些还原性介质中易使耐酸不锈钢钝化，从而提高耐腐蚀能力。（如亚硫酸、沸磷酸及醋酸、草酸、蚁酸等）。

10）可提高珠光体耐热钢的热强性，并可单一加进耐热钢，其量约0.5～1%（并独作合金元素时会使钢有石墨化倾向）。

（2）钼的不良影响：

1）有挥发性，在加热时，会生成褐色烟气（氧化钼）发生蒸发。

2）促进脱碳，所以为防止脱碳其淬火温度应较一般降低10～20℃，阻碍石墨化。

3）Mo是铁素体形成元素，所以为了得到奥氏体，应相应多加Ni、Mn等奥氏体形成元素。否则当Mo含量较多时就易出现铁素体δ相或其它脆性相而使韧性降低。

4）Mo降低钢导热率的作用同W，但Mo可防止过热。

5）Mo钢比碳钢变形抗力高。

（3）一般合金钢中的钼含量：

合金结构钢和工具钢：Mo=0.15～0.30% （例5CrNiMo、35CrMo、40CrMnMo、38CrMoAlA等）

不锈耐酸钢：Mo =1～2.6% （如Cr17Mo2Ti、Cr25MoTi、Cr18Ni18Mo2Cu2Ti等）

耐热不起皮钢：Mo =0.4～1%（16Mo、20CrMo、Cr5Mo、25Cr2Mo1VA、15Cr11MoV等）

航空用高温合金：Mo =0.35～7% （如901合金=Cr12Ni43Mo6Ti3BMo2Ti）

8、V

（1）钒的良好作用是：

1）细化晶粒作用强，可提高钢的强度和韧性，减小过热敏感性，提高热稳定性。

2）提高M体的回火稳定性。它对淬火钢硬度的影响，与温度有关：在正常淬火温度下（稍高于AC3点时）。因为V与C化合成VC而降低了固溶体的合金度，所以硬度降低，当淬火温度提高至超过AC3点很多时（且有较长保温时间），则VC都转进固溶体，所以硬度可提高。一般地说V对淬透性有不利的影响，但韧性较好，加了V不易淬裂。中碳钢加V强度↑，韧性不变低。

3）V与O、N都有很大的亲和力，亦是强碳化物元素。一般VC的弥散度很高，且极稳定。所以它既利脱氧、脱气得到致密细晶组织，提高塑性、韧性及高强度，其冲击性能和疲劳强度都较无V钢高，在高温及低温（＜0℃）均有高强度、韧性。由于碳化钒的高度分散阻止焊缝晶粒粗大，所以可改善钢的可焊性能，但加热到VC溶解温度后即会引起钢晶强烈长大。

4）由于V可提高钢的高温蠕变能，所以是热强钢合金元素之一。

5）由于V钢表面内部均有细晶组织，所以对渗碳有利，可延长渗碳进行时间，无须进行二次淬火，一次即可直接淬至要求性能。

6）V对结构钢机械性能的影响尚无定论。

（2）钒的不良影响：

1）V无减低回火脆性的作用，因为V可提高回火稳定性，可细化晶粒，所以当V量不高时，也可适当提高韧性，而降低回火脆性。

2）有阻碍钢的脱碳及石墨化的作用。

3）含量达0.05%时将使硅钢矫顽力降低，这可能由于脱氧的作用。

4）含碳一定时，V↑会使HB↓，所以一般含V≯1%（因为不溶入固溶体）。

（3）一般钢中的含V量：

合金结构钢：V=0.07～0.35

（例20MnV、10CrV、45CrV、12CrMoV、25Cr2Mo1VA等）

在合金结构钢中，由于含V＞0.3%时将使回火脆性倾向急，则增大而少用。

  耐热钢：V=0.1～1 （例20Cr3MoVA等）V可提高高温蠕变性能，有脱氧能力。氮化钒的弥散硬化作用可使其有耐蚀和高的热强性，但V的时效脆性使含其量不宜过高。

高速钢：V=0.1～2.6 最近在研究增至5%，主要因为它能提高工具的热强度，特别是可提高它的切削性能（对切削高硬度材料亦很有利）所以加得多，但其量达一定值后，性能再增就不显著了。

9、Co

（1）Co良好作用是：

 1）能细化晶粒，可降低钢的过热倾向性，向高速钢中加Co，可提高其耐用度。

2）能提高钢的热强性（热硬性），它给高速钢增加了合金化的强度和促进回火碳化物形成。

3）能提高磁钢的矫顽力又同时提高它对磁碱留感应值，所以对磁钢有良好的影响（它本身即为磁性物质）。

4）含碳量很高时会促进钢中碳石墨化。

（2）Co的不良影响：

1）含量过高，难以锻造。因为易析出硬而脆的金属化合物。

2）有相当高的脱碳倾向性。

3）价格昂贵，所以下列各种钴钢都很少使用。

4）钴的一个特性是：降低奥氏体的稳定性，促使钢中奥氏体等温转变曲线（C-曲线）左移。

5）因为易析出硬而脆的金属间化合物使机性变坏。

（3）一般合金钢的钴含量：

1）热强钢：含Co=2～4%（主要是铬钴钼钢组）

2）高速钢：含Co=4.5～10.5% (BCo5、BCo10等超过10%作用已无显著增加)。

3）磁钢：含Co=2.5～16.5% (Cr6Co3、Cr6Co5、Cr7Co10Mo、Cr9Co15Mo等)。

10、Ti

（1）钛的有益作用是：

1）能形成很强固的TiC，可稳定到1300℃，有此稳定到高温的高度分散的TiC质点，所以可细化晶粒，降低钢的过热倾向性。

2）能防止产生晶间腐蚀现象，实践知：当Ti：C=5（一般C=0.03）时，效果最佳。当Ti：C=3，抗蠕变强度最高。满足上条件时的钢，因为所有的游离碳都被结合成了强固TiC，所以在加热过程中就不会再沿奥氏体晶界析出碳化铬。否则，晶界碳化铬的生成就将出现晶界固溶体的贫铬区，其电位就相对地降低了，而与固溶体基体和碳化物形成微温差电偶，晶间固溶体本身即为阳极而被腐蚀。晶间腐蚀的程度将随含碳量增加而加强。（粗晶亦易蚀）

3）钛钢易产生时效硬化，含钛量超过2%的低碳合金，其时效硬化就尤其明显。

4）钛可改善不锈钢的焊接性能。

5）Ti是强烈的铁素体形成元素。0.65%Ti就能使γ区完全封闭。它又是强碳化物形成元素。

6）Ti能与S作用，降低硫的热脆作用，这与Mn相似。

（2）钛的不良影响：

1）含Ti钢，特别是低碳之Ti钢，往往因其钢液粘度较大，而使其中非金属加杂，不易分离浮出应一致，在防止造成缺陷应注意。可在冶炼时注意高温操作和钢液的脱氧。

2）淬火钛钢硬度随含Ti量增加而降低。因为TiC非常稳定，甚至加热到1300℃都不能溶入到固溶体而减少了合金固溶体中的碳浓度的缘故。

3）钛与N、O有很大的亲和力而极易成形TiN和TiO2，钢锭在较低温度时，就形成了较多的非金属夹杂和皮下多孔等缺陷。

4）Ti也是铁素体形成元素，所以其含量较多（>2%）就易生成铁素体δ相或其它脆性相而使韧性降低。

5）铜V一样，含Ti达0.05%时就将使硅钢矫顽力降低，这可能是脱氧的作用，它对硅钢还会促进其二次再结晶，这倒可得粗晶而改善磁性。

（3）一般钢中的Ti含量：

1）通常钢中含Ti量取决于它的含碳量，一般约为Ti%=4～8倍*C%。

2）合金结构钢中有铬锰钛钢、不锈钢和耐热钢中也含Ti，一般为0.06%～2%。

11、Nb

（1）铌的有益作用是：

1）能生成高度分散的强固的碳化物NbC（熔点3500℃），所以可细化晶粒，直加热至于1100～1200℃，仍可阻止晶粒长大。

2）同Ti能防止产生晶间腐蚀，实践知，以含Ni=8*C%为佳。

3）能与Fe生成金属间化合物Fe2Nb2，这种化合物在α铁中听溶解度随温度↑而↓，所以含Nb低碳钢能促进时效硬化。

4）加铌可提高低碳钢的抗强度和屈服点（25%），可提高不锈钢的高温抗蚀性和强度，可提高抗酸能力。

（2）铌的不良影响是：

1）同Ti钢，铌钢的硬度亦将随含Nb量↑而↓。

2）Nb虽可细化晶粒而提高钢的韧性，但含量过高时，亦将生成铁素体δ相或其它脆性相，而使其韧性降低，热加工性能变坏。

一般合金钢中的含Nb量：仅不锈钢中含Nb，其量为8～12*C%≤1.5%。

12、Cu

（1）铜的有益作用：

1）能提高钢中奥氏体的稳定性，所以可提高可淬性和淬透性，在A体钢中加2～4%Cu，可提高抗酸力。

2）有强化铁素体的作用，在铁素体中加Cu，可提高它在某些还原性介质中的耐蚀性和改善钢的韧性。

3）在低合金钢中加入0.20%左右的Cu，特别当和P联合使用时，可提高钢对大气的抗蚀力，当含Cu量超过0.75%时，可以经过沉淀硬化处理提高钢强度。

4）Cu是一种强烈的石墨化元素，用于炼制石墨钢。（Cu钢的时效硬化是因为Cu在α铁中的溶解度变化很大，在830℃时达3.5%，到20℃则降至0.35%，所以含Cu>0.35%者可促进时效硬化。）

（2）铜的不良影响是：

1）含Cu量较高时将导致钢具热脆性，而使热锻轧加工困难。

2）含Cu过多会使矫顽力和磁滞损失增加，于磁钢不利。

3）“铜脆”——在钢的缺陷一文中指出当Cu>0.2%时，加热过程由于表面发生选择性氧化，使Fe先Cu而发生氧化，而表层Cu含量即相对增加形成一层薄膜，然后向扩散形成含Cu网络，在1030℃即容易锻裂。适量加Ni可生成熔点较高的Cu-Ni固溶体，可降低“铜脆”。

综合来说，含Cu＜0.7%会溶于α-Fe中，促使碳不氧化，对磁性无大影响。含Cu=0.5%时，防锈能力可提高15倍；含Cu＞0.7%时将出现不均匀混合物，而使矫顽力和磁滞损失增加，并使铜变脆。

（3）一般合金钢中含铜量：

1）硅钢：含Cu=0.2～0.3%

2）轴承钢：含Cu≤0.25%,且Cu+Ni≤0.50%，因为Cu会引起时效硬化而影响轴承精度，Ni会降低淬火层硬度。

3）低合金钢：Cu≤0.2%（对低合金高强度钢，合金元素含量一般地都在≯0.2%范畴）。

4）不锈钢：含Cu=2～4%（Cr18Ni9Cu3Ti等）。

5）石墨钢：含Cu=0.6%

13、S

（1）硫的有益作用是：

1）由于其切屑发脆而可得到非常光泽的表面，所以可用于制要求负荷不大而具高表面光洁度的钢制件（名为快削钢）。

2）某此高速钢工具钢进行硫化表面以达到如下目的。

（2）硫的不良影响是：

1）硫对钢的性能会造成不良影响，钢中硫含量高，会使钢的热加工性能变坏，即造成钢的“热脆”性。

硫在钢中以FeS的形式存在，FeS的熔点为1193℃，Fe与FeS组成的共晶体的熔点只有985℃。液态Fe与FeS虽可以无限互溶，但在固熔体中的溶解度很小，仅为0.015%-0.020%。

当钢中的[S]＞0.020%时，由于凝固偏析，Fe-FeS共晶体分布于晶界处，在1150-1200℃的热加工过程中，晶界处的共晶体熔化，钢受压时造成晶界破裂，即发生“热脆”现象。

如果钢中的氧含量较高，FeS与FeO形成的共晶体熔点更低（940℃），更加剧了钢的“热脆”现象的发生。

锰可在钢凝固范围内生成MnS和少量的FeS，纯MnS的熔点为1610℃，共晶体FeS-MnS（占93.5%）的熔点为11℃，它们能有效地防止钢热加工过程的“热脆”。

冶炼一般钢种时要求将[Mn]控制在0.4%-0.8%。在实际生产中还将[Mn]/[S]比作为一个指标进行控制，[Mn]/[S]对钢的热塑性影响很大。从低碳钢高温下的拉伸实验发现提高[Mn]/[S]比可以提高钢的热延展性。一般[Mn]/[S]≥7时不产生热脆。

2）硫还会明显降低钢的焊接性能，引起高温龟裂，并在焊缝中产生气孔和疏松，从而降低焊缝的强度。硫含量超过0.06%时，会显著恶化钢的耐蚀性。硫还是连铸坯中偏析最为严重的元素。

（3）、一般合金钢中的含S量：

1）一般地说，硫对各种钢均为有害的杂质元素，所以均它的含量。

普通碳钢S≤0.05%，酸性转炉冶炼，18MnSi及25MnSi钢允许含S≯0.05%)、轴承钢S≤0.02%、优质碳钢S≤0.04%、高级优质钢S≤0.03%、仅有极个别要求表面很光洁的钢（如Cr14）有意加进少量的硫（=0.2～0.4%）（Cr14可做螺钉、螺母、磁轮及其它螺纹零件，其表面光滑，耐磨性好）

14、P

（1）磷的有益作用：

1）由于其切屑发脆得到光洁的表面而加进快削钢，制受荷不大的零件。

2）某些高速钢，工具钢进行磷化表面处理以达到如下目的……

3）磷可提高比电阻，且由于容易粗晶而可使矫顽力和涡流损失降低，于磁感而言，则在弱中磁场下磷含量高的钢磁感会提高。而在磁场下则磷含量增高而磁感略有减弱。含P硅钢的热加工也并不困难。所以硅钢中有时加磷，但由于它会使硅钢具冷脆性。所以其量甚微≯0.15%（如冷轧电机用硅钢含P=0.07～0.10%）。

4）磷是强化铁素体作用最强的元素。（P对硅钢再结晶温度和晶粒长大的影响将超过同等硅含量作用的4～5倍。）

（2）磷的不良影响：

1）磷溶于铁素体中，会使其晶格歪曲，晶粒长大，对于绝大多数钢种来说磷是有害元素。钢中磷的含量高会引起钢的“冷脆”，即从高温降到0℃以下，钢的塑性和冲击韧性降低，并使钢的焊接性能与冷弯性能变差。

磷是降低钢的表面张力的元素，随着磷含量的增加，钢液的表面张力降低显著，从而降低了钢的抗裂性能。

磷是仅次于硫在钢的连铸坯中偏析度高的元素，而且在铁固熔体中扩散速率很小，因而磷的偏析很难消除，从而严重影响钢的性能，所以脱磷是炼钢过程的重要任务之一。磷在钢中是以[Fe3P]或[Fe2P]形式存在，但通常是以[P]来表达。P＞0.13%时脆性特甚，P使钢破断能转变温度增高的作用比碳强约20倍。

2）和Mn一样使钢晶粒粗化。

（3）一般合金钢的磷含量：

普通碳钢P≯0.055%、轴承钢P≯0.027%、P+S≯0.045%、优质碳钢P≯0.045%、合金钢P≯0.15%P+C≯0.025%、高级优质钢P≯.035%。

15、B

（1）硼的有益作用：

1）钢中加入微量的硼（0.0005～0.005%）即可显著提高钢的淬透性，此时对其它性能等无影响或影响甚小。——这在一定程度上可代替Ni（Cr、Mo）

2）硼对钢的淬裂敏感性影响很小。

3）结构钢中的硼会降低钢材在正火后的冲击值，但在淬火+低温回火后，却能得到良好的冲击值。

4）低碳硼钢渗碳性能良好，表面碳浓度不易过度增大。所以可得到高强度和疲劳强度，渗碳后可直接淬火，对缺口敏感性也很小。渗碳硼钢以含C≯1%为宜。

5）中碳硼钢在调质后有良好的综合机械性能。（其回火稳定性，回火脆性、疲劳极限与强度、硬度的关系等基本上同无硼钢）。

6）硼钢的热加工性能良好，同一般合金结构钢。

7）硼溶于固溶体，晶格变大，使强度提高，晶界中硼有阻止再结晶扩散作用，所以可增加钢的热强性。

（2）硼的不良影响：

1）含B量超过0.007%时，容易引起脆性（有说珠光体为此值，其它类钢可多些）。

2）会降低A体晶粒粗化的温度，易粗晶，但加铝可改善。

3）在尺寸硼钢热处理时心部易生针状铁素体而影响机械性能。

4）硼与O、N亲和力很强，易生非金属夹杂，且因此应多加硼量。为克服此缺陷可于冶炼时加0.1～0.12%Al和0.06～0.04%Ti以脱氧，去氮（Al、Ti未考虑烧损值）。

一般合金钢中含B量：

0.001～0.005%，目前仅合金结构钢中有硼，国外硼钢品种较多，但其含量均不超过0.005%，否则淬透性反而变劣。

16、N

（1）氮的有益作用：

1）N亦是强烈的A体形成元素，在这点上它与Ni相似，比Ni作用强27倍，特别在不锈钢中得到广泛注意。它有可能是代替Ni的重要元素之一，特别与Ni其同作用，稳定A体效果更好，尤利代Ni。

2）N还可在复杂的A体钢中借氮化物的析出而产生弥散硬化。因此，可在无显著成绩脆性的情况下提高它的热强性。

3）N能提高高铬钢，特别是含V的的高铬工具钢的热硬性。N能使这些钢的二次硬度的回火温度的间段增大，并使此间段向更高温方面移动，所以可得到较好的综合性能，在高铬钢中N还能改善其热加工性能。

4）N在铁素体中可促使A体形成，由于γ相的出现，可减小晶粒粗化倾向，所以可改善钢的韧性和焊接性能。

5）N对磁钢的影响较大：如当N溶解在钢中的固溶体状态存在时会使矫顽力稍增而磁导率降低，当形成AlN、FeN等非金属夹杂影响就加剧。N还是引起硅钢片磁时效的主要因素之一。一般说一定数量的夹杂对得到取向组织是有益的。所以它可阻碍位向不适合的晶粒生长。从而使取向合适的晶粒加速成长。N对取向冷轧变压的质量也有很大影响，过多或过少的含N量都不易使N量使冷轧硅钢片获得大晶粒和高磁性。适宜的含量是N =0.01～0.1%或更低至0.001%，但要获得更好磁性，最好能在热处理后将冷轧硅钢片中残留N除去。

6）钢的表面渗N，可使它得到高的表面硬度（RC70）500～600℃中进行和耐磨性，高的疲劳极限和抗蚀性（600～700℃中进行）。

7）铬锰钢中加入0.35～0.45%以上的N即可得单一的A体组织。

（2）氮的不良影响：

1）它与合金元素生成氮化物是非金属夹杂，更重要的是降低了合金元素的作用。钢中氮含量高时，在250-450℃温度范围，其表面发蓝，钢的强度升高，冲击韧性降低，称之为“蓝脆”。氮含量增加，钢的焊接性能变坏。

2）含N钢在退火过程中因氮化物析出而会显著降低它的塑性。钢中加入适量的铝，可生成稳定的AlN，能够压抑Fe4N生成和析出，不仅改善钢的时效性，还可以阻止奥氏体晶粒的长大。氮可以作为合金元素起到细化晶粒的作用。在冶炼铬钢，镍铬系钢或铬锰系等高合金钢时，加入适量的氮，能够改善塑性和高温加工性能。

3）含N钢在锻造过程中N会产生挥发，所以工业用钢中含N成分标准是很难拟订的。

4）由实际表明，在一定含量的Cr，N钢中，必有一与其相适应的最小Mn含量，如低于这一Mn含量，钢在凝固时N就会逸出，而成气孔。例含Cr 15%，N 0.45%，Mn的最小含量为14.5～15%。

（3）一般合金钢中含N量：

1）硅钢（冷轧）：N=0.01～0.1%或更低至0.001%

2）不锈铬钢：N=（1/75～1/100）Cr%

3）氮化钢：38CrMoAlA、25CrMo2VA等

Cr18Mn10Ni5Mo3N钢其含N≤0.3%（用于尿素工业），有铬锰氮钢及铬锰氮镍钢等。如Cr17Mn8Ni5N，目前铬锰氮钢因为具有良好的耐氧化可抗腐蚀的性能，其它性能需求也不坏，故它用来代替铬镍A体钢而取得相当成效，但无镍之铬锰氮钢，因为锭中容易产生严重气泡而未能多用。

注：TiN常呈规则晶状，颜色金黄。

17、H

氢的作用：

 1）H 能提高钢的磁导率，但也会使矫顽力和铁损增加（加H后矫顽力可增大0.5～2倍）。

2）H与C作用能生成甲烷（CH4），所以H 的存在会促进脱碳。氢在固态钢中溶解度很小，在钢水凝固和冷却过程中，氢会和CO、N2等气体一起析出，形成皮下气泡中心缩孔、疏松、造成白点和发纹。

3）H是一般钢中最有害的元素。因为它是产生钢中白点的罪魁祸首，实验知钢中形成白点的危险含H量为5～6cm3/100g Fe，主要是因为A体可溶H量大，而冷至低温珠光体则溶解度大大减小，所以当冷却过快，高压氢气来不及析出钢外，高压氢的张力与其它诸种应力作用，即可能超过材料的σb，因此产生许多微裂，在钢材的纵向断面上，呈现出圆形或椭圆形的银白色斑点称之为“白点”，实为交错的细小裂纹。实践知0～650℃最易使A体转变为珠光体，200℃则最关于钢中的危险含H量，不同的资料有不同的数据。一般白点产生的温度低于200℃。

18、O

氧的作用

1）残存于钢锭中的氧，或扩散到金属表层的氧，均易使晶界氧化而形成脆性的氧化物夹层，把（A体晶粒隔绝开来。以至在随后的变形加工中引起晶间裂纹（后者也即常说的过烧）。实践知，只要钢中含O量超过0.03～0.04%，其强度和塑性就明显下降。

2）氧与碳的作用，可能将钢中碳烧损以至造成脱碳，但是当有过量氧的情况下，则表面脱碳层将被完全烧成氧化皮而反而成了一层保护膜，而使脱碳过程减慢。（此时烧损金属较多，其作用还要看氧化皮的组织改善性。

3）氧会使硅钢中铁损增大，磁导率及磁感强度减弱，磁时效作用加剧。

4）FeO在高温时稳定，但当温度降低至560℃以下时则易分解成Fe3O4及α-Fe，钢加热后在空气中慢冷则可能出现Fe2O3。（钢中氧化物塑性差，氧化后则几乎无塑性）

脱氧的任务：

根据具体的钢种，将钢中的氧含量降低到所需的水平，以保证钢水在凝固时得到合理的凝固组织结构；

使成品钢中非金属夹杂物含量最少，分布合适，形态适宜，以保证钢的各项性能指标，得到细晶结构组织。

常用的脱氧剂有Fe-Mn，Fe-Si，Mn-Si，Ca-Si等合金。

19、钢中的夹杂

钢中非金属夹杂按来源分可以分成外来夹杂和内生夹杂。外来夹杂是指冶炼和浇铸过程中，带入钢液中的炉渣和耐火材料以及钢液被大气氧化所形成的氧化物。内生夹杂包括：脱氧时的脱氧产物；钢液温度下降时，硫、氧、氮等杂质元素溶解度下降而以非金属夹杂形式出现的生成物；凝固过程中因溶解度降低、偏析而发生反应的产物；固态钢相变溶解度变化生成的产物。

钢中大部分内生夹杂是在脱氧和凝固过程中产生的。根据成分不同，夹杂物可分为：

氧化物夹杂，即FeO、MnO、SiO2、Al2O3、Cr2O3等简单的氧化物；

FeO-Fe2O3、FeO-Al2O3、MgO-Al2O3等尖晶石类和各种钙铝的复杂氧化物；

2FeO-SiO2、2MnO-SiO2、3MnO-Al2O3-2SiO2等硅酸盐；

硫化物夹杂，如FeS、MnS、CaS等；

氮化物夹杂，如AlN、TiN、ZrN、VN、BN等。

按加工性能，夹杂物可分为：塑性夹杂，它是在热加工时，沿加工方向延伸成条带状；脆性夹杂，它是完全不具有塑性的夹杂物，如尖晶石类型夹杂物，熔点高的氮化物；点状不变性夹杂，如SiO2超过70%的硅酸盐，CaS、钙的铝硅酸盐等。

由于非金属夹杂对钢的性能产生严重的影响，因此在炼钢、精炼和连铸过程应最大限度地降低钢液中夹杂物的含量，控制其形状、尺寸。

20、钢的分类

按化学成分分类：按是否加入合金元素可钢分为把碳素钢和合金钢两大类。

碳素钢是指钢中除含有一定量为了脱氧而加入硅（一般≤0.40%）和锰（一般≤0.80%）等合金元素外，不含其他合金元素的钢。根据碳含量的高低又可分成低碳钢（[C]≤0.25%），中碳钢(0.25%≤[C]≤0.60%)和高碳钢([C]>0.60%)。

合金钢是指钢中除含有硅和锰作为合金元素或脱氧元素外，还含有其他合金元素如铬、镍、钼、钛、钒、铜、钨、铝、钴、铌、锆和稀土元素等，有的还含有某些非金属元素如硼、氮等的钢。

根据钢中合金元素含量的多少，又可分为低合金钢，中合金钢和高合金钢。一般合金元素总含量小于3%的为普通低合金钢，总含量为3%～5%的为低合金钢，大于10%的叫高合金钢，总含量介于5%～10%之间为中合金钢。

按钢中所含有的主要合金元素不同可分为锰钢、硅钢、硼钢、铬镍钨钢、铬锰硅钢等。

按冶炼方法和质量水平分类：

按炼钢炉设备不同可分为转炉钢、电炉钢、平炉钢。其中电炉钢包括电弧炉钢、感应炉钢、电渣钢、电子束熔炼及有关的真空熔炼钢等。

按脱氧程度不同可分为沸腾钢（不经脱氧或微弱脱氧）、镇静钢（脱氧充分）和半镇静钢（脱氧不完全，介于镇静钢和沸腾钢之间）。

按质量水平不同可分为普通钢、优质钢和高级优质钢。

按用途分类，分为三大类：结构钢，工具钢，特殊性能钢。

结构钢是目前生产最多、使用最广的钢种，它包括碳素结构钢和合金结构钢，主要用于制造机器和结构的零件及建筑工程用的金属结构等。

碳素结构钢是指用来制造工程结构件和机械零件用的钢，其硫、磷等杂质含量比优质钢高些，一般[S]≤0.055%，[P]≤0.045%，优质碳素钢[S]和[P]均≤0.040%。碳素结构钢的价格最低，工艺性能良好，产量最大，用途最广。

合金结构钢是在优质碳素结构钢的基础上，适当地加入一种或数种合金元素，用来提高钢的强度、韧性和淬透性。合金结构钢根据化学成分（主要指含碳量）热处理工艺和用途的不同，又可分为渗碳钢、调质钢和氮化钢。

渗碳钢指用低碳结构钢制成零部件，经表面化学处理，淬火并低温回火后，使零件表面硬度高而心部韧性好，既耐磨又能承受高的交变负荷或冲击负荷。

调质钢的含碳量大于0.25%，所制成的零件经淬火和高温回火调质处理后，可得到适当的高强度与良好的韧性。

氮化钢一般是指以中碳合金结构钢制成零件，先经过调质或表面火焰淬火、高频淬火处理，获得所需要的力学性能，最后再进行氮化处理，以进一步改善钢的表面耐磨性能。

工具钢，包括碳素工具钢和合金工具钢及高速钢。

碳素工具钢的硬度主要以含碳量的高低来调整（0.65%≤[C]≤1.30%），为了提高钢的综合性能，有的钢中加入0.35%～0.60%的锰。

合金工具钢不仅含有很高碳，有的高达2.30%，而且含有较高的铬（达13%）、钨（达9%）、钼、钒等合金元素，这类钢主要用于各式模具。

高速工具钢除含有较高的碳（1%左右）外，还含有很高的钨（有的高达19%）和铬、钒、钼等合金元素，具有较好的赤热硬性。

特殊性能钢，指的是具有特殊化学性能或力学性能的钢，如轴承钢、不锈钢、弹簧钢、高温合金钢等。

轴承钢是指用于制造各种环境中工作的各类轴承圈和滚动体的钢，这类钢含碳1%左右，含铬最高不超过1.65%，要求具有高而均匀的硬度和耐磨性，内部组织和化学成分均匀，夹杂物和碳化物的数量及分布要求高。

不锈钢是指在大气、水、酸、碱和盐等溶液，或其他腐蚀介质中具有一定化学稳定性的钢的总称。耐大气、蒸汽和水等弱介质腐蚀的称为不锈钢，耐酸、碱和盐等强介质腐蚀的钢称为耐腐蚀钢。不锈钢具有不锈性，但不一定耐腐蚀，而耐腐蚀钢则一般都具有较好的不锈性。

根据化学成分不同，可分为马氏体不锈钢(13%Cr钢为代表)，铁素体不锈钢(18%Cr钢为代表)，奥氏体不锈钢(18%Cr-8%Ni钢代表)和双相不锈钢。

弹簧钢主要含有硅、锰、铬合金元素，具有高的弹性极限、高的疲劳强度以及高的冲击韧性和塑性，专门用于制造螺旋簧及其他形状弹簧，对钢的表面性能及脱碳性能的要求比一般钢更为严格。

高温合金指的是在应力及高温同时作用下，具有长时间抗蠕变能力与高的持久强度和高的抗蚀性的金属材料，常用的有铁基合金、镍基合金、钴基合金，还有铬基合金、钼基合金及其他合金等。高温合金主要用于制造燃汽轮机、喷气式发动机等高温下工作零部件。

奥氏体不锈钢

在奥氏体不锈钢18%Cr-9%Ni中，加Mo及提高Ni含量，可提高钢的屈服强度。抗腐蚀性能要求应减少C的含量，却导致屈服强度的降低，而加入N及提高Mo含量可弥补这一不足。N是最有效的固溶强化元素，Mn、Cr可提高N的钢中的溶解度。说明了固溶N对奥氏体钢抗拉强度的影响大于对屈服的影响。

加N奥氏体不锈钢在强度提高的同时，对塑性、韧性影响却不大，通常奥氏体钢的S值大于40%，即加N后钢仍具有良好的塑性。在温室下因溶N对奥氏体不锈钢屈服强度及断裂性能的影响，固溶N提高钢的强度同时，并不降低断裂韧性。

N对抗蠕变性能的作用远高于C（22），C减少断裂韧性，而N对其无显著影响。原因是在蠕变过程中，C的加入使粗大的碳化物Cr23C6分布于晶粒边界，而N的存在使细小的Fe2Mo颗粒弥散于晶粒边界。奥氏体的抗蠕性能随氮含量的增加而提高，其原因是由于弥散强化作用增加，特别是当钢中含Nb时，生成Nb（CN）弥散强化相。

M.O,Speidel和P.J.Uggowiter（24）研究含N奥氏体铸造不锈钢和高压加N工艺，在Fe-18Cr-8Ni-N铸钢中和不同N的压力下，含N量可到达0.365-0.584%，其os=330～390MPa。它提高抗拒部腐蚀和磨损能力，且不降低抗应力腐蚀开裂的能力，因而加N改进了奥氏体的抗腐性。