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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。 在普通碳素鋼基礎上添加適量的一種或多種合金元素而構成的鐵碳合金。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。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，進一步把切削速度提高到30米/分。20世紀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)展高強度鋼和超高強度鋼的時代，由于航空工業(yè)和火箭技術發(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，特別是爐外精煉技術被普遍采用，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。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)濟建設和國防建設大量使用的重要金屬材料。20 世紀 70 年代以來， 世界范圍內合金高強度鋼的發(fā)展進入了一個全新時期， 以控制軋制技術和微合金化的冶金學為基礎， 形成了現(xiàn)代低合金高強度鋼即微合金化鋼的新概念。進入 80 年代，一個涉及廣泛工業(yè)領域和專用材料門類的品種開發(fā)，借助于冶金工藝技術方面的成就達到了頂峰。在鋼的化學成分-工藝-組織-性能的四位一體的關系中，第一次突出了鋼的組織和微觀精細結構的主導地位，也表明低合金鋼的基礎研究已趨于成熟，以前所未有的新的概念進行合金設計。 [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。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構鋼，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。在調質結構鋼中加入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）：在結構鋼和工具鋼中，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力，發(fā)生變形，稱蠕變)。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。9、鈦(Ti)：鈦是鋼中強脫氧劑。它能使鋼的內部組織致密，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?，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，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。