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合金鋼是指含有多種適量合金元素的鋼材，這種合金元素可以改變鋼材的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，從而賦予鋼材更高的強度、韌性、耐磨性、耐腐蝕性、耐低溫性、耐高溫性、無(wú)磁性等性能。合金鋼的種類(lèi)很多，可以按照添加的合金元素種類(lèi)和含量進(jìn)行分類(lèi)，如不銹鋼、耐熱鋼、高錳鋼、軸承鋼等。相對于普通碳素鋼，合金鋼具有更高的性能和更廣泛的應用領(lǐng)域。合金鋼
本詞條是多義詞，共3個(gè)義項
含有多種適量合金元素的鋼材
產(chǎn)生發(fā)展
合金鋼
20世紀20年代以后，不銹鋼和耐熱鋼在這段期間問(wèn)世了。
第二次世界大戰以后至60年代，主要是發(fā)展高強度鋼和超高強度鋼的時(shí)代，由于航空工業(yè)和火箭技術(shù)發(fā)展的需要，出現了許多高強度鋼和超高強度鋼新鋼種，如沉淀硬化型高強度不銹鋼和各種低合金高強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(kāi)始向高純度、高精度和超低碳的方向發(fā)展，又出現了馬氏體時(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(gè)合金鋼鋼號，數萬(wàn)個(gè)規格，合金鋼的產(chǎn)量約占鋼總產(chǎn)量的10%，是國民經(jīng)濟建設和國防建設大量使用的重要金屬材料。
20 世紀 70 年代以來(lái)，世界范圍內合金高強度鋼的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)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，形成了現代低合金高強度鋼即微合金化鋼的新概念。
合金元素
作用
1、碳（C）：鋼中含碳量增加，屈服點(diǎn)和抗拉強度升高，但塑性和沖
擊性降低，當碳含量超過(guò)0.23%時(shí)，鋼的焊接性能變壞，因此用于焊接的低合金結構鋼，含碳量一般不超過(guò)0.20%。碳量高還會(huì )降低鋼的耐大氣腐蝕能力，在露天料場(chǎng)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。
合金鋼
2、硅（Si）：在煉鋼過(guò)程中加硅作為還原劑和脫氧劑，所以鎮靜鋼含有0.15－0.30%的硅。如果鋼中含硅量超過(guò)0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能顯著(zhù)提高鋼的彈性極限，屈服點(diǎn)和抗拉強度，故廣泛用于作彈簧鋼。在調質(zhì)結構鋼中加入1.0－1.2%的硅，強度可提高15－20%。硅和鉬、鎢、鉻等結合，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，具有極高的導磁率，用于電器工業(yè)做矽鋼片。硅量增加，會(huì )降低鋼的焊接性能。
3、錳（Mn）：在煉鋼過(guò)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，用于挖土機鏟斗，球磨機襯板等。錳量增高，減弱鋼的抗腐蝕能力，降低焊接性能。
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。硫對焊接性能也不利，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(chēng)易切削鋼。
8、鉬(Mo)：鉬能使鋼的晶粒細化，提高淬透性和熱強性能，在高溫時(shí)保持足夠的強度和抗蠕變能力(長(cháng)期在高溫下受到應力，發(fā)生變形，稱(chēng)蠕變)。結構鋼中加入鉬，能提高機械性能。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。
10、釩(V)：釩是鋼的優(yōu)良脫氧劑。鋼中加0.5%的釩可細化組織晶粒，提高強度和韌性。釩與碳形成的碳化物，在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕能力。
12、鈮(Nb)：鈮能細化晶粒和降低鋼的過(guò)熱敏感性及回火脆性，提高強度，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，可防止晶間腐蝕現象。
14、銅(Cu)：武鋼用大冶礦石所煉的鋼，往往含有銅。銅能提高強度和韌性，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(guò)0.5%塑性顯著(zhù)降低。當銅含量小于0.50%對焊接性無(wú)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(zhù)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，提高強度。
17、氮(N):氮能提高鋼的強度，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為57-71的15個(gè)鑭系元素。這些元素都是金屬，但他們的氧化物很象“土”，所以習慣上稱(chēng)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。
影響
合金元素對鋼熱處理的影響
2、對奧氏體晶粒大小的影響——大多數合金元素有阻礙奧氏體晶粒長(cháng)大的作用。但錳和硼卻相反，可以促進(jìn)奧氏體晶粒長(cháng)大，所以，除錳鋼外，合金鋼在加熱時(shí)不易過(guò)熱。這樣有利于在淬火后獲得細馬氏體；也有利于適當提高加熱溫度，使奧氏體中溶有更多的合金元素增加淬透性和提高鋼的力學(xué)性能。
3、合金元素對過(guò)奧氏體轉變的影響——除鈷外，所有合金元素都使C曲線(xiàn)右移，降低鋼的臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性（如圖7-4）。有些合金元素還使C曲線(xiàn)的形狀發(fā)生改變。另外，大多數合金元素還使Ms點(diǎn)下降。
對鋼加熱和冷卻時(shí)相變的影響
鋼加熱時(shí)的主要固態(tài)相變是非奧氏體相向奧氏體相的轉變，即奧氏體化的過(guò)程。整個(gè)過(guò)程都和碳的擴散有關(guān)。合金元素中，非碳化物形成元素降低碳在奧氏體中的激活能，增加奧氏形成的速度；而強碳化物形成元素強烈妨礙碳在鋼中的擴散，顯著(zhù)減慢奧氏體化的過(guò)程。
鋼冷卻時(shí)的相變是指過(guò)冷奧氏體的分解，包括珠光體轉變（共析分解）、貝氏體相變及馬氏體相變。僅舉合金元素對過(guò)冷奧氏體等溫轉變曲線(xiàn)的影響為例，大多數合金元素，除鈷和鋁外，均起減緩奧氏體等溫分解的作用，但各類(lèi)元素所起的作用有所不同。不形成碳化物的（如硅、磷、鎳、銅）和少量的碳化物形成元素（如釩、鈦、鉬、鎢），對奧氏體到向珠光體的轉變和向貝氏體的轉變的影響差異不大，因而使轉變曲線(xiàn)向右推移。
碳化物形成元素（如釩、鈦、鉻、鉬、鎢）如果含量較多，將使奧氏體向珠光體的轉變顯著(zhù)推遲，但對奧氏體向貝氏體的轉變的推遲并不顯著(zhù)，因而使這兩種轉變的等溫轉變曲線(xiàn)從“鼻子”處分離，而形成兩個(gè) C形。
對鋼的晶粒度和淬透性的影響
影響奧氏體晶粒度的因素很多。鋼的脫氧和合金化情況均與“奧氏體本質(zhì)晶粒度”有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，一些不形成碳化物的元素，如鎳、硅、銅、鈷等，阻止奧氏體晶粒長(cháng)大的作用較弱，而錳、磷則有促進(jìn)晶粒長(cháng)大的傾向。碳化物形成元素如鎢、鉬、鉻等，對阻止奧氏體晶粒長(cháng)大起中等作用。強碳化物形成元素如釩、鈦、鈮、鋯等，強烈地阻止奧氏體晶粒長(cháng)大，起細化晶粒作用。鋁雖然屬于不形成碳化物元素，但卻是細化晶粒和控制晶粒開(kāi)始粗化溫度的最常用的元素。
鋼的淬透性（見(jiàn)淬火）高低主要取決于化學(xué)成分和晶粒度。除鈷和鋁等元素外，大部分合金元素溶入固溶體后都不同程度地抑制過(guò)冷奧氏體向珠光體和貝氏體的相變，增加獲得馬氏體組織的數量，即提高鋼的淬透性。
對鋼的力學(xué)性能和回火性能的影響
鋼的性能取決于鐵的固溶體和碳化物各自性能以及它們相對分布的狀態(tài)。合金元素對鋼的力學(xué)性能的影響也與此有關(guān)。固溶于鐵素體中的合金元素，起固溶強化作用，使強度和硬度提高，但同時(shí)使韌性和塑性相對地降低。
調質(zhì)鋼的韌性－脆性轉變溫度是評價(jià)力學(xué)性能的一項重要指標。①提高轉變溫度的元素有 B、P、C、Si、Cu、Mo、Cr；②降低轉變溫度的元素有Ni、Mn；③少量時(shí)提高、多量時(shí)降低轉變溫度的元素有Ti、V;④少量時(shí)降低、多量時(shí)提高轉變溫度的元素有Al。
合金鋼的回火穩定性比碳素鋼好，這是由于合金元素在回火時(shí)阻礙了鋼中原子的擴散，因而在同樣溫度下，起到延遲馬氏體分解和抗回火軟化的作用。碳化物形成元素，對回火軟化的延遲作用特別顯著(zhù)。鈷和硅雖屬不形成碳化物元素，但它們對滲碳體晶核的形成和長(cháng)大，有強烈的延遲作用，因此，也有延遲回火軟化的作用。
對鋼的焊接性和被切削性的影響
焊接性和被切削性是衡量鋼的工藝性能好壞的主要方面。凡能提高淬透性的合金元素均對鋼的焊接性不利。因為在焊縫熱影響區靠近熔合線(xiàn)一側冷卻時(shí)易形成馬氏體等硬脆組織，有導致開(kāi)裂的危險。另一方面，熱影響區靠近熔合線(xiàn)處的晶粒因受高熱容易粗化，因此，合金鋼中含有可使晶粒細化的元素如鈦、釩等是有益的。
鋼中加入適量的硫、鉛等元素可改善鋼的被切削性（見(jiàn)易切削鋼）。合金鋼中的合金元素一般會(huì )使鋼的硬度增加，因而增高切削抗力，加劇刀具磨損。通過(guò)改變鋼的基體組織、夾雜物的種類(lèi)、數量和形狀可以影響鋼的被切削性。
對鋼的耐蝕性能的影響
鉻是不銹耐酸鋼和耐熱鋼的主要合金元素。合金鋼中含鉻量若達到12%左右，在鋼的表面便形成致密的鉻的氧化物，使鋼在氧化性介質(zhì)中的耐蝕性發(fā)生突變而大大提高。鉻、鋁、硅等元素，能提高鋼的抗氧化性和抗高溫氣體的腐蝕性能，但過(guò)量的鋁和硅則會(huì )使鋼的熱塑性變壞。鎳主要用來(lái)形成和穩定奧氏體組織，使鋼獲得良好的力學(xué)性能、耐蝕性能和工藝性能。鉬能使不銹耐酸鋼很快鈍化，提高對含有氯離子的溶液及其他非氧化性介質(zhì)的耐蝕能力。鈦、鈮通常用來(lái)固定合金鋼中的碳，使它生成穩定的碳化物，以減輕碳對合金鋼耐蝕性能的有害作用。銅和磷配合使用時(shí)，可提高鋼的耐大氣腐蝕性能。
分類(lèi)
1、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；
2、按合金元素的種類(lèi)分
3、按主要用途分
（1）結構鋼
1）建筑及工程用結構鋼
2）機械制造用結構鋼
（2）工具鋼
（3）特殊性能鋼
調質(zhì)鋼
1．中碳型合金鋼，合金元素含量較低；2．強度較高；3．用于高溫螺栓、螺母材料等。
彈簧鋼
1、含碳量比調質(zhì)鋼高；2經(jīng)調質(zhì)處理，強度較高 抗疲勞強度較高；3用于彈簧材料。
滾動(dòng)軸承鋼
1高碳型合金鋼，合金含量較高；2具有高而均勻的硬度和耐磨性；3用于滾動(dòng)軸承。
合金工具鋼
又名量具鋼 1高碳型合金鋼，合金元素含量較低；2具有高的硬度和耐磨性，機加工性能好，穩定性好；3用于量具材料。
特殊性能鋼不銹鋼
1低碳高合金鋼；2抗腐蝕性好；3用于抗腐蝕、部分可做耐熱材料。
耐熱鋼
1低碳高合金鋼；2耐熱性能好；3用于耐熱材料、部分可做抗腐蝕材料。
低溫鋼
1低碳合金鋼，根據耐低溫程度合金元素有高有低；2抗低溫性好；3用于低溫材料（專(zhuān)用鋼為鎳鋼）。
根據碳化物的傾向分類(lèi)
合金鋼根據各種元素在鋼中形成碳化物的傾向，可分為三類(lèi)：
合金鋼
這類(lèi)元素只要有足夠的碳，在適當的條件下，就形成各自的碳化物；僅在缺碳或高溫的條件下，才以原子狀態(tài)進(jìn)入固溶體中。
②碳化物形成元素，如錳、鉻、鎢、鉬等。這類(lèi)元素一部分以原子狀態(tài)進(jìn)入固溶體中，另一部分形成置換式合金滲碳體，如(Fe，Mn)3C、(Fe，Cr)3C等，如果含量超過(guò)一定限度（除錳以外），又將形成各自的碳化物，如(Fe，Cr)7C3、(Fe，W)6C等。
③ 不形成碳化物元素，如硅、鋁、銅、鎳、鈷等。這類(lèi)元素一般以原子狀態(tài)存在于奧氏體、鐵素體等固溶體中。合金元素中一些比較活潑的元素，如鋁、錳、硅、鈦、鋯等，極易和鋼中的氧和氮化合，形成穩定的氧化物和氮化物，一般以?shī)A雜物的形態(tài)存在于鋼中。錳、鋯等元素也和硫形成硫化物夾雜。鋼中含有足夠數量的鎳、鈦、鋁、鉬等元素時(shí)能形成不同類(lèi)型的金屬間化合物。有的合金元素如銅、鉛等，如果含量超過(guò)它在鋼中的溶解度，則以較純的金屬相存在。
根據相變點(diǎn)分類(lèi)
鋼的性能取決于鋼的相組成，相的成分和結構，各種相在鋼中所占的體積組分和彼此相對的分布狀態(tài)。合金元素是通過(guò)影響上述因素而起作用的。對鋼的相變點(diǎn)的影響 主要是改變鋼中相變點(diǎn)的位置，大致可以歸納為以下三個(gè)方面：
①改變相變點(diǎn)溫度。一般來(lái)說(shuō)，擴大γ相(奧氏體)區的元素，如錳、鎳、碳、氮、銅、鋅等，使A3點(diǎn)溫度降低,A4點(diǎn)溫度升高；相反，縮小γ相區的元素，如鋯、硼、硅、磷、鈦、釩、鉬、鎢、鈮等，則使A3點(diǎn)溫度升高，A4點(diǎn)溫度降低。惟有鈷使A3和A4點(diǎn)溫度均升高。鉻的作用比較特殊，含鉻量小于7%時(shí)使A3點(diǎn)溫度降低，大于7%時(shí)則使A3點(diǎn)溫度提高。
②改變共析點(diǎn)S的位置。縮小γ相區的元素，均使共析點(diǎn)S溫度升高；擴大γ相區的元素，則相反。此外幾乎所有合金元素均降低共析點(diǎn)S的含碳量，使S點(diǎn)向左移。不過(guò)碳化物形成元素如釩、鈦、鈮等（也包括鎢、鉬），在含量高至一定限度以后，則使S點(diǎn)向右移。
③改變γ相區的形狀、大小和位置。這種影響較為復雜，一般在合金元素含量較高時(shí)，能使之發(fā)生顯著(zhù)改變。例如鎳或錳含量高時(shí)，可使γ相區擴展至室溫以下，使鋼成為單相的奧氏體組織；而硅或鉻含量高時(shí)，則可使γ相區縮得很小甚至完全消失，使鋼在任何溫度下都是鐵素體組織。
牌號
結構鋼
低合金結構鋼
1、性能特點(diǎn) 較高的強度，足夠的塑性和韌性、
良好的焊接性能。廣泛應用建筑、橋梁等。
2、化學(xué)成分特點(diǎn) 低碳鋼（含碳量<0.2%)；主
要合金元素為Mn(含量為1.25~1.5%)。
3、熱處理特點(diǎn) 一般不進(jìn)行熱處理。
4、常用鋼種 16Mn、15MnTi等。
合金滲碳鋼
1、性能特點(diǎn) 用于制造表面硬而耐磨，心部韌性
好而耐沖擊的零件，如齒輪、凸輪等。（具有
良好的滲碳能力和淬透性）
2、化學(xué)成分特點(diǎn) 低碳鋼（含碳量0.1~0.25%)；
主要合金元素有Cr、Mn、Ti、V等，其主要作
用是提高淬透性和防止過(guò)熱。
3、熱處理特點(diǎn) 預先熱處理為正火、滲碳后為淬
火加低溫回火。
鍛造-正火-加工齒形-局部鍍銅-滲碳-預冷淬火、低溫回火-噴丸-磨齒。
4、常用鋼種 20Cr、20CrMnTi
20CrMnTi鋼制汽車(chē)變速齒輪熱處理工藝曲線(xiàn)，如圖所示：
合金鋼
工具鋼
合金刃具鋼
刃具鋼應具有下列性能要求：
（1）高硬度（60HRC以上）
（2）高的耐磨性
（4）具有一定的強度、韌性和塑性
（一）低合金刃具鋼
1、化學(xué)成分特點(diǎn) 高的含碳量（0.75~1.5%)；為了提高淬透性和回火穩定性，加入Cr、Mn、Si、
V、W等合金元素；
2、熱處理特點(diǎn) 預處理為球化退火，最終熱處理為淬火+低溫回火。
1、化學(xué)成分特點(diǎn) ①高C：0.7 %～1.5 %；②加入Cr提高淬透性；③加入W、Mo提高熱硬性；
④加入V提高耐磨性。
2、熱處理特點(diǎn) 退火+1270℃淬火+560℃～ 580℃回火（三次）。
3、典型鋼種 W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2
W18Cr4V 鋼盤(pán)形銑刀淬火回火工藝曲線(xiàn)，如圖所示：
合金鋼
合金量具鋼
2.量具在使用的過(guò)程中要經(jīng)受磨損，要求具有較高的硬度和耐磨性，同時(shí)要有較高的尺寸穩定性。
3.為提高尺寸的穩定性，淬火后要進(jìn)行冷處理。（－50℃~ － 78℃）。
與碳鋼的區別
合金鋼
合金鋼是指鋼中除含硅和錳作為合金元素或脫氧元素外，還含有其他合金元素，有的還含有某些非金屬元素的鋼。根據鋼中合金元素含量的多少，又可分為低合金鋼，中合金鋼和高合金鋼。
而碳鋼主要指力學(xué)性能取決于鋼中的碳含量，而一般不添加大量的合金元素的鋼，有時(shí)也稱(chēng)為普碳鋼或碳素鋼。
碳鋼也叫碳素鋼，含碳量WC小于2%的鐵碳合金。碳鋼除含碳外一般還含有少量的硅、錳、硫、磷 按用途可以把碳鋼分為碳素結構鋼、碳素工具鋼和易切削結構鋼三類(lèi)。按含碳量可以把碳鋼分為低碳鋼（WC ≤ 0.25%）,中碳鋼（WC0.25%——0.6%）和高碳鋼（WC>0。6%）
一般碳鋼中含碳量較高則硬度越高，強度也越高，但塑性較低。
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