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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?shù)募庸すに?，可獲得高強度、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世紀后半期。當時由于鋼的生產(chǎn)量和使用量不斷增大，機械制造業(yè)需要解決鋼的加工切削問題，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。隨著商業(yè)和運輸?shù)陌l(fā)展,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；由于加工構(gòu)件時發(fā)生困難,稍后,一些工業(yè)國家改用鎳鋼(3.5%Ni)建造大跨度的橋梁。與此同時,一些國家還將鎳鋼用于修造軍艦。隨著工程技術(shù)的發(fā)展，要求加快機械的轉(zhuǎn)動速度，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，進一步把切削速度提高到30米/分?？梢姾辖痄摰膯柺篮桶l(fā)展，是適應(yīng)了社會生產(chǎn)力發(fā)展的要求，特別是和機械制造、交通運輸和軍事工業(yè)的需要分不開的。 合金鋼20世紀20年代以后，由于電弧爐煉鋼法被推廣使用，為合金鋼的大量生產(chǎn)創(chuàng)造了有利條件。化學工業(yè)和動力工業(yè)的發(fā)展，又促進了合金鋼品種的擴大，于是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，到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)展高強度鋼和超高強度鋼的時代，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)了馬氏體時效鋼、超純鐵素體不銹鋼等新鋼種。目前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)濟建設(shè)和國防建設(shè)大量使用的重要金屬材料。合金元素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、鋯等在鋼中是強碳化物形成元素，只要有足夠的碳，在適當條件下，就能形成各自的碳化物，當缺碳或在高溫條件下，則以原子狀態(tài)進入固溶體中；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。種類劃分折疊一般分類合金鋼種類很多，通常按合金元素含量多少分為低合金鋼（含量<5%），中合金鋼（含量5%～10%），高合金鋼（含量>10%）；按質(zhì)量分為優(yōu)質(zhì)合金鋼、特質(zhì)合金鋼；按特性和用途又分為合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、耐酸鋼、耐磨鋼、耐熱鋼、合金工具鋼、滾動軸承鋼、合金彈簧鋼和特殊性能鋼（如軟磁鋼、永磁鋼、無磁鋼）等。在鋼中除含鐵、碳和少量不可避免的硅、錳、磷、硫元素以外，還含有一定量的合金元素，鋼中的合金元素有硅、錳、鉬、鎳、硌、礬、鈦、鈮、硼、鉛、稀土等其中的一種或幾種，這種鋼叫合金鋼。各國的合金鋼系統(tǒng)，隨各自的資源情況、生產(chǎn)和使用條件不同而不同，國外以往曾發(fā)展鎳、硌鋼系統(tǒng)，我國則發(fā)現(xiàn)以硅、錳、釩、鈦、鈮、硼、鉛、稀土為主的合金鋼系統(tǒng) 合金鋼在鋼的總產(chǎn)量中約占百分之十幾，一般是在電爐中冶煉的按用途可以把合金鋼分為8大類，它們是：合金結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼、軸承鋼、合金工具鋼、高速工具鋼、不銹鋼、耐熱不起皮鋼，電工用硅鋼。調(diào)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(diào)質(zhì)鋼高；2經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，強度較高 抗疲勞強度較高；3用于彈簧材料。滾動軸承鋼 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用于滾動軸承。合金工具鋼 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(wěn)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(jù)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（專用鋼為鎳鋼）。折疊傾向分類合金鋼根據(jù)各種元素在鋼中形成碳化物的傾向，可分為三類：強碳化物形成元素，如釩、鈦、鈮、鋯等。這類元素只要有足夠的碳，在適當?shù)臈l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)進入固溶體中。②碳化物形成元素，如錳、鉻、鎢、鉬等。這類元素一部分以原子狀態(tài)進入固溶體中，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(wěn)定的氧化物和氮化物，一般以夾雜物的形態(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(shù)量的鎳、鈦、鋁、鉬等元素時能形成不同類型的金屬間化合物。有的合金元素如銅、鉛等，如果含量超過它在鋼中的溶解度，則以較純的金屬相存在。鋼的性能取決于鋼的相組成，相的成分和結(jié)構(gòu)，各種相在鋼中所占的體積組分和彼此相對的分布狀態(tài)。合金元素是通過影響上述因素而起作用的。對鋼的相變點的影響 主要是改變鋼中相變點的位置，大致可以歸納為以下三個方面：①改變相變點溫度。一般來說，擴大γ相(奧氏體)區(qū)的元素，如錳、鎳、碳、氮、銅、鋅等,使A3點溫度降低,A4點溫度升高;相反,縮小γ相區(qū)的元素，如鋯、硼、硅、磷、鈦、釩、鉬、鎢、鈮等,則使A3點溫度升高，A4點溫度降低。惟有鈷使A3和A4點溫度均升高。鉻的作用比較特殊,含鉻量小于7%時使A3點溫度降低,大于7%時則使A3點溫度提高。②改變共析點S的位置。縮小γ相區(qū)的元素，均使共析點S溫度升高；擴大γ相區(qū)的元素,則相反。此外幾乎所有合金元素均降低共析點S的含碳量，使S點向左移。不過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點向右移。③改變γ相區(qū)的形狀、大小和位置。這種影響較為復(fù)雜，一般在合金元素含量較高時，能使之發(fā)生顯著改變。例如鎳或錳含量高時，可使γ相區(qū)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，則可使γ相區(qū)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。主要區(qū)別合金鋼焊條合金鋼與碳鋼相比含有較多其他元素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（如鉻、鎳 、鉬、釩、鈦、銅、鎢、鋁、鈷、鈮、鋯和其他元素等），有的還含有某些非金屬元素（如硼、氮等）的鋼。根據(jù)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，有時也稱為普碳鋼或碳素鋼。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(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼和易切削結(jié)構(gòu)鋼三類。碳素結(jié)構(gòu)鋼又分為建筑結(jié)構(gòu)鋼和機器制造結(jié)構(gòu)鋼兩種 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%） 按磷、硫含量可以把碳素鋼分為普通碳素鋼（含磷、硫較高）、優(yōu)質(zhì)碳素鋼（含磷、硫較低）和高級優(yōu)質(zhì)鋼（含磷、硫更低） 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。重要作用1、碳（C）：鋼中含碳量增加，屈服點和抗拉強度升高，但塑性和沖擊性降低，當碳含量超過0.23%時，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，屈服點和抗拉強度，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。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，鉻能顯著提高強度、硬度和耐磨性，但同時降低塑性和韌性。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)：鉬能使鋼的晶粒細化，提高淬透性和熱強性能，在高溫時保持足夠的強度和抗蠕變能力(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)：鈦是鋼中強脫氧劑。它能使鋼的內(nèi)部組織致密，細化晶粒力；降低時效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在鉻18鎳9奧氏體不銹鋼中加入適當?shù)拟仯杀苊饩чg腐蝕。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。11、鎢(W)：鎢熔點高，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性，作切削工具及鍛模具用。12、鈮(Nb)：鈮能細化晶粒和降低鋼的過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(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。銅能提高強度和韌性，特別是大氣腐蝕性能。缺點是在熱加工時容易產(chǎn)生熱脆，銅含量超過0.5%塑性顯著降低。當銅含量小于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。