各元素在鋼鐵中的作用

1、鉻能增加鋼的淬透性并有二次硬化作用。 可提高高碳鋼的硬度和耐磨性 而不使鋼變脆；含量超過 12%時。使鋼有良好的高溫抗氧化性和耐氧化性介 質(zhì)腐蝕的作用。還增加鋼的熱強(qiáng)性，鉻為不銹耐酸鋼及耐熱鋼的主要合金元 素。鉻能提高碳素鋼軋制狀態(tài)的強(qiáng)度和硬度。降低伸長率和斷面收縮率。當(dāng)鉻 含量超過 15%時，強(qiáng)度和硬度將下 降，伸長率和斷面收縮率則相應(yīng)地有所提 高。含鉻鋼的零件經(jīng)研磨容易獲得較高的表面加工質(zhì)量。鉻在調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼中的主要作用是提高淬透性。 使鋼經(jīng)淬火回火后具有較 好的綜合力學(xué)性能，在滲碳鋼中還可以形成含鉻的碳化物，從而提高材料表 面的耐磨性。含鉻的彈簧鋼在熱處理時不易脫碳。鉻能提高工具鋼的耐磨性

2、、硬度和紅硬 性。有良好的回火穩(wěn)定性。在電熱合金中，鉻能提高合金的抗氧化性、電阻 和強(qiáng)度。(1) 對鋼的顯做組織及熱處理的作用A、鉻與鐵形成連續(xù)固溶體，縮小奧氏體相區(qū)城。鉻與碳形成多種碳化物, 與碳的親和力大于鐵和錳而低于鎢、鉬等.鉻與鐵可形成金屬間化合物C相(FeCr)B、鉻使珠光體中碳的濃度及奧氏體中碳的極限溶解度減少C、減緩?qiáng)W氏體的分解速度，顯著提高鋼的淬透性.但亦增加鋼的回火脆性 傾向(2) 對鋼的力學(xué)性能的作用A 、提高鋼的強(qiáng)度和硬度時加入其他合金元素時，效果較顯著B 、顯著提高鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度C、在含鉻量高的Fe-Cr合金中，若有相析出，沖擊韌性急劇下降(3) 對鋼的物理、化學(xué)及工

3、藝性能的作用A、提高鋼的耐磨性，經(jīng)研磨，易獲得較高的表面光潔度B、降低鋼的電導(dǎo)率，降低電阻溫度系數(shù)C、提高鋼的矯頑力和剩余磁感.廣泛用于制造永磁鋼D、鉻促使鋼的表面形成鈍化膜，當(dāng)有一定含量的銘時，顯著提高鋼的耐腐 蝕性能(特別是硝酸) 。若有鉻的碳化物析出時，使鋼的耐腐蝕性能下降E、提高鋼的抗氧化性能F 、鉻鋼中易形成樹枝狀偏析，降低鋼的塑性G、由于鉻使鋼的熱導(dǎo)率下降，熱加工時要緩慢升溫，鍛、軋后要緩冷 (4) 在鋼中的應(yīng)用A、合金結(jié)構(gòu)鋼中主要利用鉻提高淬透性，并可在滲碳表面形成含鉻碳化物 以提高耐磨性B、彈簧鋼中利用鉻和共他合金元素一起提供的綜合性能C、軸承鋼中主要利用鉻的特殊碳化物對耐磨性

4、的貢獻(xiàn)及研磨后表面光沽度 高的優(yōu)點D、工具鋼和高速鋼中主要利用鉻提高耐磨性的作用，并具有一定的回火穩(wěn) 定性和韌性E、不銹鋼、耐熱鋼中鉻常與錳、氮、鎳等聯(lián)合便用，當(dāng)需形成奧氏體鋼時, 穩(wěn)定鐵素體的鉻與穩(wěn)定奧氏體的錳、鎳之間須有一定比例，如 Cr18Ni9 等F 、我國鉻資源較少應(yīng)盡量節(jié)省鉻的使用2、鉬（Mo）鉬在鋼中能提高淬透性和熱強(qiáng)性。防止回火脆性，增加剩磁和矯頑力以 及在某些介質(zhì)中的抗蝕性。在調(diào)質(zhì)鋼中，鉬能使較大斷面的零件淬深、淬透，提高鋼的抗回火性或 回火穩(wěn)定性，使零件可以在較高溫度下回火，從而更有效地消除（或降低） 殘余應(yīng)力，提高塑性。在滲碳鋼中鉬除具有上述作用外， 還能在滲碳層中降低碳

5、化物在晶界上 形成連續(xù)網(wǎng)狀的傾向，減少滲碳層中殘留奧氏體，相對地增加了表面層的耐 磨性。在鍛模鋼中，鉬還能保持鋼有比較穩(wěn)定的硬度，增加對變形、開裂和磨 損等的抗力。在不銹耐酸鋼中，鉬能進(jìn)一步提高對有抗酸（如蟻酸、醋酸、草酸等） 以及過氧化氫、硫酸，亞硫酸、硫酸鹽、酸性染料、漂白粉液等的抗蝕性。特別是由于鉬的加入，防止了氯離子存在所產(chǎn)生的點腐蝕傾向。含1%左右鉬的W12Cr4V4M高速鋼具有高的耐磨性、回火硬度和紅硬性 等。（1）對鋼的顯做組織及熱處理的作用A鉬在鋼中可固溶于鐵素體、奧氏體和碳化物中，它是縮小奧氏體相區(qū)的 元素B、當(dāng)鋼含量較低時，與鐵、碳形成復(fù)合的滲碳體；含量較高時可形成鋼的 特

6、殊碳化物C鉬提高鋼的淬透性，其作用較鉻強(qiáng).而稍遜于錳D鉬提高鋼的回火穩(wěn)定性，作為單一合金元素存在時，增加鋼的回火脆性;與鉻、錳等并存時，鉬又降低或抑止因其他元素所導(dǎo)致的回火脆性(2) 對鋼的力學(xué)性能的作用A、鉬對鐵素體有固溶強(qiáng)化作用.同時也提高碳化物的穩(wěn)定性.從而提高鋼 的強(qiáng)度B、鉬對改善鋼的延展性和韌性以及耐磨性起到有利作用C、由于鉬使形變強(qiáng)化后的軟化和恢復(fù)溫度以及再結(jié)晶溫度提高，并強(qiáng)烈提高鐵素體的蠕變抗力，有效抑制滲碳體在450-600 C下的聚集.促進(jìn)特殊碳 化物的析出，因而成為提高鋼的熱強(qiáng)性的最有效的合金元素(3) 對鋼的物理、化學(xué)及工藝性能的作用A、在含碳的磁鋼中，2% -3 %的鋼

7、提高剩余磁感和矯頑力B、在還原性酸及強(qiáng)氧化性鹽溶液中都能使鋼表面鈍化.因此鉬可以普遍提 高鋼的抗蝕性能，防止鋼在氯化物溶液中的點蝕C、鉬含量較高(>3%)時使鋼的抗氧化性惡化D、含鉬不超過8%的鋼仍可以鍛、軋，但含量較高時，鋼對熱加工的變形 抗力增高 (4) 在鋼中的應(yīng)用A 、在調(diào)質(zhì)和滲碳結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼、軸承鋼、工具鋼、 不銹耐酸鋼、耐熱鋼、 磁鋼中都得到了廣泛應(yīng)用B、鉻鉬鋼在許多情況下可代替鉻鎳鋼來制造重要的部件C、我國富產(chǎn)鉬，但在世界范圍內(nèi)的儲量并不豐富。含鉬鋼在我國應(yīng)適當(dāng)發(fā)展，但鉬是重要戰(zhàn)略物資，應(yīng)注意合理和節(jié)約使用3、硅(Si)硅能溶于鐵素體和奧氏體中提高鋼的硬度和強(qiáng)度，其作用僅

8、次于磷，較錳、鎳、鉻、鎢、鉬和釩等元素強(qiáng)。但含硅超過3%時, 將顯著降低鋼的塑性和韌性。硅能提高鋼的彈性極限、屈服強(qiáng)度和屈服比(T S/ (T b),以及疲勞強(qiáng) 度和疲勞比(T-1/ T b)等，這是硅或硅錳鋼可作為彈簧鋼種的緣故。硅能降低鋼的密度、熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率。能促使鐵素體晶粒粗化。降低矯 頑力。有減小晶體的各向異性傾向，使磁化容易，磁阻減小，可用來生產(chǎn)電 工用鋼，所以硅鋼片的磁滯損耗較低，硅能提高鐵素體的磁導(dǎo)率，使硅鋼片 在較弱磁場下有較高的磁感強(qiáng)度。但在強(qiáng)磁場下，硅降低鋼的磁感強(qiáng)度。硅 因有強(qiáng)的脫氧力，從而減小了鐵的磁時效作用。含硅的鋼在氧化氣氛中加熱時，表面將形成一層 SiO2 薄膜

9、，從而提高 鋼在高溫時的抗氧化性。硅能促使鑄鋼中的柱狀晶成長，降低塑性。硅鋼若加熱或冷卻較快，由 于熱導(dǎo)率低，鋼的內(nèi)部和外部溫差較大，因而易裂。硅能降低鋼的焊接性能。因為與氧的親合力硅比鐵強(qiáng)，在焊接時容易生 成低熔點的硅酸鹽，增加熔渣和熔化金屬的流動性，引起噴濺現(xiàn)象，影響焊 縫質(zhì)量。硅是良好的脫氧劑。用鋁脫氧時酌加一定量的硅，能顯著提高鋁的 脫氧能力。硅在鋼中本來就有一定的殘存，這是由于煉鐵煉鋼作為原料帶入 的。在沸騰鋼中，硅限制在V %，有意加入時，貝y在煉鋼時加入硅鐵合金。(1) 對鋼的顯做組織及熱處理的作用A作為鋼中的合金元素，其含量一般不低于。以固溶體形態(tài)存在于鐵素體或奧氏體中，縮小奧

10、氏體相區(qū)B、提高退火、正火和淬火溫度，在亞共析鋼中提高淬透性C硅不形成碳化物，有強(qiáng)烈的促進(jìn)碳的石墨化的作用，在硅含量較高的中 碳和高碳鋼中，如不含有強(qiáng)碳化物形成元素，易在一定溫度條件下發(fā)生石墨D在滲碳鋼中，硅減小滲碳層厚度和碳的濃度E硅對鋼水有良好脫氧作用(2) 對鋼的力學(xué)性能的作用A、提高鐵素體和奧氏體的硬度和強(qiáng)度，其作用較Mn、Ni、Cr . W、MoV等更強(qiáng)；顯著提高鋼的彈性極限、屈服強(qiáng)度和屈強(qiáng)比(T S/ T b).并提高 應(yīng)勞強(qiáng)度和疲勞比(T -1/ (T b)B、硅含量超過3 %時顯著降低鋼的塑性和韌性；硅提高塑/脆轉(zhuǎn)變溫度C、硅易使鋼中形成帶狀組織，使橫向性能低于縱向性能D、改善

11、鋼的耐磨性能(3) 對鋼的物理、化學(xué)及工藝性能的作用A、降低鋼的密度、熱導(dǎo)率、電導(dǎo)率和電阻溫度系數(shù)B、硅鋼片的渦流損耗量顯著低于純鐵，矯頑力、磁阻和磁滯損耗較低.磁 導(dǎo)率和磁感強(qiáng)度較高。但在強(qiáng)磁場中，硅降低磁感強(qiáng)度C、提咼咼溫時鋼的抗氧化性能，但硅含量咼時，表面脫碳加劇D 、硅含量超過 的鋼，其變形加工較為困難E、硅降低鋼的可焊性 (4) 在鋼中的應(yīng)用A在普通低合金鋼中提高強(qiáng)度，改善局部腐蝕抗力，在調(diào)質(zhì)鋼中提高淬透 性和抗回火性，是多元合金結(jié)構(gòu)鋼中的主要合金組元之一B、硅含量為% %的SiMn或SiMnB鋼（碳含量 %）廣泛用于高載荷彈黃 材料，同時加人W、V、Mo Nb、Cr等強(qiáng)碳化物形成元

12、素C、硅鋼片為含硅 %的低碳和超低碳鋼，用于電機(jī)和變壓器D在不銹鋼和耐蝕鋼中，與 Mo、W、Cr、Al、Ti、N等配合，提高抗蝕 和抗高溫氧化能力E硅含量較高的石墨鋼用于冷作模具材料4、錳(Mn)錳是良好的脫氧劑和脫硫劑 。鋼中一般都含有一定量的錳，它能消除 或減弱由于硫所引起的鋼的熱脆性，從而改善鋼的熱加工性能。錳和鐵形成固溶體，提高鋼中鐵素體和奧氏體的硬度和強(qiáng)度；同時又是 碳化物形成元素，進(jìn)入滲碳體中取代一部分鐵原子。錳在鋼中由于降低臨界 轉(zhuǎn)變溫度。起到細(xì)化珠光體的作用。 也間接地起到提高珠光體鋼強(qiáng)度的作用； 錳穩(wěn)定奧氏體組織的能力僅次于鎳，也強(qiáng)烈增加鋼的淬透性。已用含量不超 過 2%的錳

13、與其他元素配合制成多種合金鋼。錳具有資源豐富、效能多樣的特點，獲得了廣泛的應(yīng)用，如含錳較高的 碳素結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼。在高碳高錳耐磨鋼中。錳含量可達(dá) 10%一 14% ，經(jīng)固溶處理后有良好的 韌性，當(dāng)受到?jīng)_擊而變形時，表面層將因變形而強(qiáng)化，具有高的耐磨性。錳與硫形成熔點較高的MnS?？煞乐挂騀eS而導(dǎo)致的熱脆現(xiàn)象。錳有增 加鋼晶粒粗化的傾向和回火脆性敏感性。若冶煉澆鑄和鍛軋后冷卻不當(dāng)，容 易使鋼產(chǎn)生白點。(1) 對鋼的顯做組織及熱處理的作用A、錳是良好的脫氧劑和脫硫劑，工業(yè)用鋼中一般均含有一定量的錳B、錳固溶于鐵素體和奧氏體中.擴(kuò)大奧氏體區(qū)，使臨界溫度A4點升高，A3 點降低，(a +y )區(qū)下移

14、.當(dāng)錳含量超過12%時，上臨界點降至室溫以下, 使鋼在室溫時形成單一奧氏體組織。在降低共析溫度同時，使共析體中的碳 含量減少C錳強(qiáng)烈降低鋼的Ar1和馬氏體轉(zhuǎn)變溫度(其作用僅次于碳)和鋼中相變的 速度，提高鋼的淬透性，增加殘余奧氏體含量D使鋼的調(diào)質(zhì)組織均勻、細(xì)化，避免了滲碳層中碳化物的聚集成塊，但增 大了鋼的過熱敏感性和回火脆性傾向E錳是弱碳化物形成元素(2) 對鋼的力學(xué)性能的作用A、錳強(qiáng)化鐵素體或奧氏體的作用不及碳，磷、硅，在增加強(qiáng)度的同時，對 延展性無影響B(tài)、由于細(xì)化了珠光體，顯著提高低碳和中碳珠光體鋼的強(qiáng)度，使延展性有 所降低C、通過提高淬透性而提高了調(diào)質(zhì)處理索氏體鋼的力學(xué)性能D、在嚴(yán)格控

15、制熱處理工藝、避免過熱時的晶粒長大以及回火脆性的前提下, 錳不會降低鋼的韌性(3) 對鋼的物理、化學(xué)及工藝性能的作用A、隨錳含量的增加，鋼的熱導(dǎo)率急劇下降，線脹系數(shù)上升，使快速加熱或冷卻時形成較大內(nèi)應(yīng)力，工件開裂傾向增大B、使鋼的電導(dǎo)率急劇降低，電阻率相應(yīng)增大，電阻溫度系數(shù)下降C、使矯頑力增大，飽和磁感、剩余磁感和磁導(dǎo)率均下降，因而錳對永磁合 金有利，對軟磁合金有害D 、錳含量很高時，鋼的抗氧化性能下降E、使鋼中的硫形成較高熔點的 MnS,避免了晶界上的FeS薄膜，消除鋼 的熱脆性，改善熱加工性能F 、高錳奧氏體鋼的變形阻力較大，且鋼錠中柱狀結(jié)晶明顯，鍛軋時較易開G、由于提高了淬透性和降低了馬

16、氏體轉(zhuǎn)變溫度，對焊接性能有不利影響。在適當(dāng)范圍內(nèi)應(yīng)降低碳含量 (4) 在鋼中的應(yīng)用A、易切削鋼中常有適量的錳和磷，MnS夾雜使切屑易于碎斷B、普通低合金鋼中利用錳來強(qiáng)化鐵素體和珠光體，提高鋼的強(qiáng)度，錳含量般為 1 -2%C、滲碳和調(diào)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼的許多系列中含有不超過2 %的錳D、彈簧鋼、軸承鋼和工具鋼中利用錳強(qiáng)烈提高淬透性的作用，可采用油淬 和空冷的淬火工藝，減少開裂、扭曲和變形E、耐磨鋼、無磁鋼、不銹鋼、耐熱鋼，包括高碳高錳耐磨鑄鋼(C: % %Mn :10%-14%),中碳高錳無磁鋼(C: % % , Mn :18 %-19%),低碳高錳不銹鋼 (有Cr，無Ni或少Ni)，高錳耐熱鋼(以M

17、n代Ni的耐熱不起皮鋼，或含 有 Al、Mo V 等）5、硫(S)提高硫和錳的含量，可改善鋼的被切削性能，在易切削鋼中硫作為有益元素加入。硫在鋼中偏析嚴(yán)重，惡化鋼的質(zhì)量。在高溫下，降低鋼的塑性， 是一種有害元素，它以熔點較低的FeS的形式存在；單獨存在的FeS的熔點只有1190C，而在鋼中與鐵形成共晶體的共晶溫度更低，只有988C，當(dāng)鋼凝固時，硫化鐵析集在原生晶界處。鋼在1100-1200 C進(jìn)行軋制時，晶界 上的FeS就將熔化，大大地削弱了晶粒之間的結(jié)合力，導(dǎo)致鋼的熱脆現(xiàn)象。因此對硫應(yīng)嚴(yán)加控制，一般控制在 %。為了防止因硫?qū)е碌拇嘈?，?yīng)加入足 夠的錳，使其形成熔點較高的 MnS若鋼中含硫量偏

18、高，焊接時由于 SO2的 產(chǎn)生，將在焊接金屬內(nèi)形成氣孔和疏松，(1) 對鋼的顯做組織及熱處理的作用A氮和碳一樣可固溶于鐵，形成間隙式的固溶體B、氮擴(kuò)大鋼的奧氏體相區(qū)，是一種很強(qiáng)的形成和穩(wěn)定奧氏體的元素，具效 力約 20 倍于鎳，在 - 定限度內(nèi)可代替一部分鎳用于鋼中C滲入鋼表面的氮與鉻、鋁、釩、鈦等元素可化合成極穩(wěn)定的氮化物，成 為表而硬化和強(qiáng)化元素D氮使高鉻和高鉻鎳鋼的組織致密堅實E鋼中殘留氮量過高會導(dǎo)致宏觀組織疏松或氣孔(2) 對鋼的力學(xué)性能的作用A、氮有固溶強(qiáng)化作用B、含氮鐵素體鋼中，在快冷后的回火或在室溫長時間停留時，由于析出超 顯微氮化物，可發(fā)生沉淀硬化過程 ? 氮也使低碳鋼發(fā)生應(yīng)變時效現(xiàn)象。在強(qiáng) 度和硬度提高的同時，鋼的韌性下降，缺口敏感性增加，氮導(dǎo)致鋼的脆性的 特件近似磷，其作用遠(yuǎn)大于磷、氮也是導(dǎo)致鋼產(chǎn)生藍(lán)脆的主要原因C 、提高高鉻和高鉻鎳鋼的強(qiáng)度，而塑性并不降低，沖擊韌性還有顯著提高D、氮還能提高鋼的蠕變和高溫持久強(qiáng)度(3)