合金对钢性能的影响

表1—37主要合金元素对钢的性能影响
元素  名称    强

度    弹

性    冲击  韧度    屈
服  点    硬
度    伸
长
蛊    断面
收缩
率    低温
韧性    高温
强度    耐
磨
性    被切
削性    锻
压
性    渗碳 性能    渗氮  性能    抗氧  化性    耐  蚀  性    冷却
速度
Mr①    +    +    0    +    +    O    O    +    O    --    -    +    O    O    O    •    -
Mn②    +    •    •    -    ---    +++    O    +        •    ---    ---    •    •    --    •    --
Cr    ++    +    -    ++    ++    -    -    •    +    +    •    -    ++    ++    ---    +++    ---
Ni①    +    •    O    +    +    O    O    ++    +    --    -    -    •    •    -    •    --
Ni②    +    •    +++    -    --    +++    ++    ++    +++    •    ---    ---    •    •    --    ++    --
Si    +    +++    -    ++    +    -    •    •        +    -    -    -    -    -    +    -
Cu    +    •    0    ++    +    0    O    •    +    •    0    ---    •    •    O    +    •
M0    +    •    -    +    +    -    -    •    ++    ++    -    -    +++    ++    ++    •    --
C0    +    •    -    +    +    -    -    •    ++    +++    O    -    •    •    -    •    ++
V    +    +    -    +    +    O    O    +    ++    ++    •    -    ++++    +    -    +    --
W    +    •    O    +    +    -    -        +++    +++    --    --    ++    +    --    •    --
Al    +    •    -    +    +    •    -    +    •    •    •    --    •    +++    --    •    •
Ti    +        -                    +    +        +    -    +    +    +    +   
S    •    •    -    •    •    -    -    •    •    •    +++    ---    •    •    •    -    •
P    +    •    ---    +    +    -    -    •    •    •    ++    -    •    •    •    •    •
注：“+”表示提高，“一’’表示降低，“O”表示没有影响，“•”表示影响情况尚不清楚，多个“+”或“一”表示提高或降低的强烈程度。
①      表示在珠光体钢中；②表示在奥氏体钢中。
表1—38主要合金元素对钢性能影响的有关说明
元素名称        对性能主要影响

Al        主要作用为细化晶粒和脱氧，在渗氮钢中能促成渗氮层，含量高时，能提高高温抗氧化性，耐H2s气体的腐蚀作用，固溶强化作用大，提高耐热合金的热强性，有促使石墨化倾向
B      微量硼能提高钢的淬透性，但随钢中碳含量增加，淬透性的提高逐渐减弱以至完全消失
C      含量增加，钢的硬度和强度也提高，但塑性和韧性随之下降
C0      有固溶强化作用，使钢具有红硬性，提高高温性能、抗氧化和耐腐蚀性，为高温合金及超硬高速钢的重要合金元素，提高钢的Ms点，降低钢的淬透性

Cr        提高钢的淬透性，并有二次硬化作用，增加高碳钢的耐磨性，含量超过12％时，使钢具有良好的高温抗氧化性和耐氧化性介质腐蚀作用，提高钢的热强性，是不锈耐酸钢及耐热钢的主要合金元素，但含量高时易产生脆性


Cu
        含量低时，作用和镍相似，含量较高时，对热变形加工不利，如超过O．30％时，在热变形加工时导致高温铜脆现象，含量高于O．75％时，经固溶处理和时效后可产生时效强化作用。在低碳合金钢中，特别是与磷同时存在，可提高钢的抗大气腐蚀性，2％一3％的铜在不锈钢中可提高对硫酸、磷酸及盐酸等的抗腐蚀性及对应力腐蚀的稳定性
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                                                                    （续）
元素名称    对性能主要影响

Mn        降低钢的下临界点，增加奥氏体冷却时的过冷度，细化珠光体组织以改善其力学性能，为低合金钢的重要合金元素，能明显提高钢的淬透性，但有增加晶粒粗化和回火脆性的不利倾向

Mo        提高钢的淬透性，含量0.5％时，能降低回火脆性，有二次硬化作用。提高热强性和蠕变强度，含量2％～3％时，提高抗有机酸及还原性介质腐蚀能力

N        有不明显的固溶强化及提高淬透性的作用，提高蠕变强度，与钢中其他元素化合，有沉淀硬化作用，表面渗氮，提高硬度及耐磨性，增加抗蚀性，在低碳钢中，残余氮会导致时效脆性


Nb        固溶强化作用很明显，提高钢的淬透性(溶于奥氏体时)，增加回火稳定性，有二次硬化作用，提高钢的强度、冲击韧性，当含量高时(大于碳含量的8倍)，使钢具有良好的抗氢性能，并提高热强钢的高温性能(蠕变强度等)

Ni        提高塑性及韧性，(提高低温韧性更明显)，改善耐蚀性能，与铬、钼联合使用，提高热强性，是热强钢及不锈耐酸钢的主要合金元素之一

P        固溶强化及冷作硬化作用很好，与铜联合使用，提高低合金高强度钢的耐大气腐蚀性能，但降低其冷冲压性能，与硫、锰联合使用，改善切削性，增加回火脆性及冷脆敏感性
Pb        改善切削加工性

RE        包括镧系元素及钇和钪等17个元素，有脱气、脱硫和消除其他有害杂质作用，改善钢的铸态组织，O．2％的含量可提高抗氧化性、高温强度及蠕变强度，增加耐蚀性
S        改善切削性。产生热脆现象，恶化钢的质量，硫含量高，对焊接性产生不好影响

Si        常用的脱氧剂，有固熔强化作用，提高电阻率，降低磁滞损耗，改善磁导率，提高淬透性，抗回火性，对改善综合力学性能有利，提高弹性极限，增加自然条件下的耐蚀性。含量较高时，降低焊接性，且易导致冷脆。中碳钢和高碳钢易于在回火时产生石墨化

Ti        固溶强化作用强，但降低固溶体的韧性，固溶于奥氏体中提高钢的淬透性，但化合钛却降低钢的淬透性。改善回火稳定性，并有二次硬化作用，提高耐热钢的抗氧化性和热强性，如蠕变和持久强度，且改善钢的焊接性


V
      固溶于奥氏体中可提高钢的淬透性，但化合状态存在的钒，会降低钢的淬透性，增加钢的回火稳定性，并有很强的二次硬化作用，固溶于铁素体中有极强的固溶强化作用。细化晶粒以提高低温冲击韧性，碳化钒是最硬耐磨性最好的金属碳化物，明显提高工具钢的寿命，提高钢的蠕变和持久强度，钒、碳含量比超过5.7时，可大大提高钢抗高温高压氢腐蚀的能力，但会稍微降低高温抗氧化性

W      有二次硬化作用，使钢具有红硬性，提高耐磨性，对钢的淬透性、回火稳定性、力学性能及热强性的影响均与钼相似，稍微降低钢的抗氧化性

Zr      锆在钢中作用与铌、钛、钒相似，含量小时，有脱氧、净化和细化晶粒的作用，提高钢的低温韧性，消除时效现象，提高钢的冲压性能