各種合金元素對鋼性能的影響

各種合金元素對鋼性能的影響各種合金元素對鋼性能的影響1、Al（1）Al當(dāng)鋼中其含量小于3～5%時，是一有益的元素。其作用是：高的抗氧化性和電阻。①作為強烈脫氧劑加進的Al，可生成高度細(xì)碎的、超顯微的氧化物，分散于鋼體積中。因而可阻止鋼加熱時的晶粒長大（含Al＜10%，在加熱＜1200℃才有細(xì)化作用，否則其作用甚小）和改善鋼的淬透性。所以這些氧化物成為結(jié)晶的中心，而在鋼冷卻時又對A體分解起促進作用。作為合金元素，有助于鋼的氮化，因而可提高鋼的熱穩(wěn)定性。所以AlN本身在加熱時具有高穩(wěn)定性，①與②都有利于減弱鋼的過熱傾向。③可改善鋼的抗氧化性，考慮②和③，④能提高鋼的電阻，與Cr共同用于制造高電阻鉻鋁合金：如Cr13Al4、1Cr17Al5、1Cr25Al5。Al使電阻增高的程度比Cr還高的多。在Cr鋼中加Al，會粗晶易脆，所以其量一般不超過5%，個別才有8～9%。⑤對硅鋼而言，Al可減少α鐵心損失，降低磁感強度，與氧結(jié)合可減弱磁時效現(xiàn)象，但Al的氧化物會使磁性變壞。Al（＞0.5%）也會使硅鋼變脆。（2）Al的不良影響①促進鋼的石墨化，減少合金相中的碳溶濃度，所以硬度、強度降低。②加速脫碳當(dāng)Al含量增加至3～5%時，8～9%將會大大地促進鋼錠的柱狀結(jié)晶過程。因此而大大增加鋼的機械熱加工的困難，也使鋼極易脫碳。（其熱加工之所以困難是因為該合金鋼錠具有粗晶結(jié)構(gòu)，且其晶體的解理極弱，所以導(dǎo)熱性低，加熱時容易出現(xiàn)大的溫度差而鍛裂，甚至鋼錠的去皮加工都會使其晶界氧化而破壞。此外，它在800℃以上的高溫長時間停置也極易變脆。一般合金鋼中含Al量：合金結(jié)構(gòu)鋼：Al=0.4～1.1%(38CrAlA、38CrMoAlA、38CrWVAlA等)耐熱不起皮鋼：Al=1.1～4.5%(Cr13SiAl、Cr24Al2Si、Cr17Al4Si等)電熱合金：Al=3.5～6.5%(Cr13Al4、1Cr17Al5、Cr8Al5、0Cr17Al5等)甚至Al=8%Cr7Al7：考慮電熱合金受荷不大，雖有脆性，仍可使用。2、Si（1）一般合金鋼中的Si含量不會高于3.5%，更多時（4.8～6.5%）將使鋼具有很高的脆性。Si的有益作用：高的熱強性和彈性極限，高的導(dǎo)磁率，渦流損失少。①象Al、Cr一樣，其氧化物均是尖晶石類型的組織。其晶格常數(shù)與α-Fe、γ-Fe區(qū)別小。因為其氧化物與金屬分界處的晶胞之間就緊密而強固地結(jié)合在一起，氧化皮緊密地被貼在金屬上，甚至在高溫下也不剝落。所以它具有很強的抗氧化性和耐熱性能，而被加入耐熱鋼。②有利于提高鋼的彈性極限，在中碳鋼中加入1～2%的Si，調(diào)質(zhì)中σb將增15～20%，而Aku也提高了，還提高了σs和δ。③利于促進鋼中石墨化而用于煉制石墨鋼。此鋼可制軸承，甚至作為工具鋼代替，制沖頭，拉模、彎曲模等。④脫氧能力較強，是煉鋼常用的脫氧劑，故一般鋼中均含Si，其量≤0.5%。⑤硅可減小晶體的各向異性，使磁化容易，使磁阻減小，它還可減輕鋼中其他雜質(zhì)對磁場磁感的危害（使%C石墨化，脫氧，與N形成氫化硅等）。所以可大大減少渦流損失。由于硅的脆性，目前高硅鋼片硅含量規(guī)定為低于4.5%，最多只為4.8%，正在研究提高至6.5%。⑥硅可顯著地減慢回火馬氏體在低溫（200℃）時的分解速度。（在較高溫度即400～500℃則作用并不顯著）Si是鐵素體形成元素，多加Si會使A-α轉(zhuǎn)化。（2）Si的不良影響①促使石墨化，促進脫碳（它是阻止碳化物形成的一種元素），含Si鋼一般不作滲碳。②促進回火脆性的發(fā)展，使塑性降低。Si對沖擊韌性和韌性的溫度儲量的影響不是等值的。當(dāng)Si=1～1.5%時作用尚良好。Si=2.5～3%時則影響不良，含Si=2～2.5%，則難以鍛造。當(dāng)Si≤2.3%時,矽鉻鋼對回火脆性的敏感性還很低,但對當(dāng)Si=2.5～3.5%時，對回火脆性和敏感性就高。用這種鋼必須采取韌性處理（回火后在水中浸漬，鍛時用少韌處理），而當(dāng)Si＞3.5％時，甚至持用韌性處理也已不能消除矽鉻鋼的脆性。（不過，Mo的加入可使其脆性稍許改善），SI=4%時，室溫下即可能脆裂。③對碳素工具鋼，Si含量上升時，將降低其淬透性等級。一般結(jié)構(gòu)鋼中均不宜加Si，對于高速鋼，不大于0.4%。④由于硅的存在，使鋼中增碳困難，并使?jié)B碳速度降低，所以此類鋼多不作滲碳處理。⑤硅錳結(jié)合，Mn可下降，因為Si引起的脫碳，Si有微弱的抑制晶粒長大的作用，可稍下降，Mn引起的調(diào)質(zhì)粗晶，有相互改善作用，但易生白點，應(yīng)注意冶煉時原材料的干燥烘烤。⑥硅在鋼中還常以Fe、Mn的硅酸鹽類夾雜物而存在，均會降低鋼的各種性能，塑性比硫化物低。這類夾雜物透光度很高，而反光度則低，故顯微鏡下常呈灰黑色。（3）一般合金鋼中Si含量：一般碳鋼：Si＜0.5%合金結(jié)構(gòu)鋼：Si=0.9～1.6%(27SiMn、40CrSi、20CrMnSi、35CrMnSiA等)彈簧鋼：Si=1.5～2%(55Si2Mn、60Cr2Mn等)軸承鋼：Si=0.4～0.7%(GCr9SiMn、GCr15SiMn、GCr6SiMn等)工具鋼：Si=0.65～1.8%(SiMn、9SiCr、5SiMnMoV、6SiMoV等)耐熱鋼：Si=1～4.3%(Cr17Al4Si、Cr20Si3、4Cr9Si2、4Cr3Si4等)電機硅鋼片：Si=0.8～1.8%、1.8～2.8%、2.8～3.8%、3.8～4.8%為低、中、較高、高級硅鋼片3、Mn（1）錳的有益作用是高的強度和耐磨性),淬透、滲碳、冷工硬化。14%（高耐磨鋼），17～19%（護環(huán)鋼）①作為煉鋼的脫氧劑用，因為一般鋼中均含Mn，其量≤0.7%。②Mn和S作用抵消S對鐵的紅脆影響。③Mn對各類鋼的作用是：珠光體Mn鋼：可提高其強度和耐磨性，塑性亦不錯。所以它能細(xì)化珠光體組織。（對含碳量較高的鋼，Mn↑，塑性稍有降低。對低碳鋼則含Mn↑，而韌性↑。奧氏體Mn鋼：有足夠高的塑性和很高的耐磨性。所以Mn能增加奧氏體的穩(wěn)定性，擴大γ相區(qū)得奧氏體。降低淬火時的臨界冷卻速度。降低鋼的臨界點（A1和A3）同碳量碳素鋼低25～30℃，所以可提高鋼的淬透性，淬火時的變形也比較小，因此適于制大截面和復(fù)雜的零件。Mn=5%時，Mn降至0℃。馬氏體Mn鋼：易使之發(fā)脆、淬裂。Mn易溶于鐵素體內(nèi)，形成弱碳化物其穩(wěn)定性不強。所以加熱過程中極易完全溶入奧氏休中，加之其臨界點又低，所以晶粒極易粗化、極易淬裂，為此應(yīng)嚴(yán)格控制淬火加熱溫度和保溫時間，一般均以油淬或流動空氣中冷卻為宜，只有形狀簡單件才好用水淬。調(diào)質(zhì)鋼：將降低其塑性（回火脆性影響）。滲碳鋼：Mn的存在能促進滲碳作用，所以能大大提高鋼的表面硬度與耐磨性，尤其可貴的是在滲碳時表面軟點較少，也不改變過分增碳的傾向。（滲碳后的錳鋼，在最后淬火前，應(yīng)進行一次正火或退火處理，以消除因長時間滲碳造成的心部過熱）。結(jié)構(gòu)鋼：將促使其回火脆性增強。工具鋼：加入約1%Mn，可減少淬火時的體積變形，這對于精密工具和長形工具來說有重要的意義。（如CrMn、CrWMn鋼等）。④Mn可改善鋼的焊接性和低溫性能，還可減慢鋼的脫碳作用。⑤Mn量中還可適當(dāng)改善鋼的切削性能。⑥對某些鋼，Mn的作用可代Ni，能擴大γ相區(qū)得奧氏體，如模具鋼（增強淬透性）、奧氏體鋼等。⑦高錳鋼對冷工硬化敏感，可提高鋼的強度和耐磨性。（Mn=10～14%，而C=1～1.4%）⑧鉻錳奧氏體鋼的熱強性很好，甚至可超過Cr、Ni鋼，加4%Cr、Ni紅熱耐磨性更好。Mn價廉。（2）錳的不良影響是：①增加鋼的過熱敏感性（粗晶）：這是由于含Mn滲碳體的穩(wěn)定性不強，在加熱過程中很容易完全溶于奧氏體中。加之，Mn鋼的臨界點亦較低，所以就易粗晶了。為此鍛造和熱處理加熱都要嚴(yán)格控制加熱溫度和保溫時間。所有合金元素中，Mn是不能減低奧氏體晶粒長大傾向的元素，相反引起粗晶。②增強鋼對白點的敏感性，故要緩冷。（含C＞0.3%時影響即較大）③增強回火脆性，且易形成帶狀和纖維組織。故縱、橫向性能差較大（Mn＞2.4%延伸率↓↓）④高錳鋼熔點低（Mn13～14%，T熔1350～1400℃）平均線膨脹系數(shù)大（相當(dāng)于鋼類矽鋼的1.9倍），導(dǎo)熱系數(shù)?。s為同類矽鋼的1/3～1/4），熱加工稍難。⑤高錳鋼在冷速不夠時，易生成塊狀碳化物沿晶界析出，使鋼變脆，采用水淬速冷時，可使碳化物來不及析出，得到均勻奧氏體組織，性能改善。但因為含Mn量高，導(dǎo)熱性差，速冷則溫差應(yīng)力大而易淬裂，所以淬火次數(shù)不宜多。（3）含Mn鋼的分類①碳鋼：a、正常含Mn量碳鋼Mn=0.25～0.8%B、較高含Mn量碳鋼Mn=0.7～1.0%及0.9～1.2%②錳鋼：Mn=1.1～1.8%少數(shù)～2.4%③高錳鋼：Mn=13～14%（C=1.0～1.3%）注：Mn＜1.2%為煉鋼脫氧及稍許改變鋼性能，作一般矽鋼。Mn=1.1～1.8%或2.4%為具高塑性、耐磨性，強度而被采用。Mn=2.4～13%為粗晶極脆而不可用。Mn=13～14%為冷工硬化而成為高耐磨鋼。4、Ni（1）鎳的有益作用是：高的強度、高的韌性和良好的淬透性、高電阻、高的耐腐蝕性。①一方面既強烈提高鋼的強度，另方面又始終使鐵的韌性保持極高的水平。其變脆溫度則極低。（當(dāng)鎳＜0.3%時，其變脆溫度即達-100℃以下，當(dāng)Ni量增高時，約4～5%，其變脆溫度競可降至-180℃。所以能同時提高淬火結(jié)構(gòu)鋼的強度和塑性。含Ni=3.5%，無Cr鋼可空淬，含Ni=8%的Cr鋼在很小冷速下也可轉(zhuǎn)變?yōu)镸體。②Ni的晶格常數(shù)與γ-鐵相近，所以可成連續(xù)固溶體。這就有利于提高鋼的淬硬性，Ni可降低臨界點并增加奧氏體的穩(wěn)定性，所以其淬火溫度可降低，淬透性好。一般大斷面的厚重伯都用加Ni鋼。當(dāng)它同Cr、W或Cr、Mo結(jié)合的時候，淬透性尤可增高。鎳鉬鋼還具有很高的疲勞極限。（Ni鋼有良好的耐熱疲勞性，工作在冷熱反復(fù)。σ、αk高）③在不銹鋼中用Ni，是為了使鋼具有均勻的A體組織，以改善耐蝕性。④有Ni鋼一般不易過熱，所以它可阻止高溫時晶粒的增長，仍可保持細(xì)晶粒組織。⑤含Ni量相當(dāng)高的鋼，其熱膨脹系數(shù)很小而用作不變鋼（Ni36%）和代用白金（Ni42%）。⑥含Ni更高時，與Cr結(jié)合作高電阻合金（Cr15Ni60、Cr20Ni80）。⑦Ni和V一樣，對脫碳過程沒有影響。Ni本身不是有效的抗氧化學(xué)元素，所以很少單獨用作不銹鋼的合金元素，但對濃苛性堿有好的作用。⑨Ni可提高A體鋼的蠕變抗力，但還一定值作用則減弱，須加入別的合金元素，通過固溶強化或沉淀硬化的途徑來解決。⑩Cr、Ni鋼的焊接性能和低溫性能也不錯。（2）Ni的不良作用：①Ni不能提高鐵素體的蠕變抗力，相反會使珠光體M體鋼熱脆性增大。所以珠光體、馬氏體鋼不加鎳。②含硫氣氛中的Ni鋼耐蝕性也不及無Ni鋼，因硫化鎳會引起鋼的赤熱脆性。③鉻鎳鋼容易感受回火脆性和易形成白點（前者可在回火后采用速冷防止，后者應(yīng)采用正確的熔煉規(guī)范和鍛造、冷卻規(guī)范防止。）④對高速鋼，因為它降低了它的硬度而被視為有害雜質(zhì)，當(dāng)Ni≈2%時或更高時，由于其抗600～660℃回火穩(wěn)定性降低而熱硬性變壞（使A體穩(wěn)定不分解），所以硬度降低。⑤同樣，因為Ni降低鋼之淬火層的硬度，在軸承鋼中也不希望有它，Ni不大于0.30%，且Ni+Cu不大于0.50%（Cu不大于0.25%）。⑥Ni雖可提高電阻，促使矽石墨化，但會降低磁感和最大磁導(dǎo)率。所以硅鋼片也不希望有Ni。⑦Ni在我國早，價錢高。⑧Ni鋼氧化容易起鱗，所鎳鋼的氧化鐵皮粘在鋼表面上不易脫落。（3）一般合金鋼中的Ni含量：滲碳鋼：含C=0.15～0.25%Ni=1～4.5%調(diào)質(zhì)鋼：含C=0.35～0.55%Ni=1～1.75%不銹鋼：含Ni≤2%M體不銹鋼，含Ni=8～18%A體不銹鋼。含Ni=2～8%M-P體類不銹鋼。耐熱不起皮鋼：含Ni達9～36%，屬A體鋼。磁鋼：含Ni＜25%的（Ni25、Ni9Mn9等）為弱磁性鋼，用930～1000℃淬火能很好不被磁化，可用于制機器，儀表等不應(yīng)被磁化零件（電機環(huán)、指南針盒、電阻等）。含Ni=25～30%的是陳化磁性鋼，它具有非常高的磁性，當(dāng)殘余磁感應(yīng)為5000～7500高斯時，矯頑磁力可達500～700奧斯特甚至1000，但它具有高的脆性（和硬度），所以多做鑄造磁鐵。含Ni=35～37%的是恒范合金（不變合金）Ni=42～44%的是類鉑合金。含Ni=50～80%的是高導(dǎo)磁率的合金，（但要很純，才能發(fā)揮作用）5、Cr（1）鉻的有益作用：具有許多有價值的性能：高硬度、高強度、屈服點、高的耐磨性而對塑性、韌性影響又不大，高的抗氧化性，耐蝕性，還能提高電阻和導(dǎo)磁率等等。1）Cr是中等碳化物形成元素，在所有各種碳化物中，鉻碳化物是最細(xì)小的一種，它可均勻地分布在鋼體積中，所以具有高的強度、硬度、屈服點和高的耐磨性。由于它能使組織細(xì)化而又均分布，所以塑性、韌性也好，這對工具鋼尤有價值。2）Cr的碳化物也較難溶解，在短時間加熱下有阻礙晶粒長大作用，長時間滲碳還會粗晶。所以可減小過熱敏感效應(yīng)。3）Cr可使A體分解速度減緩，降低淬火時的臨界冷卻速度，因而有助于M體形成和提高M體的穩(wěn)定性，所以Cr鋼均有優(yōu)良的淬透性，且淬火變形較小。注意：Cr是鐵素體形成元素，縮小γ區(qū)，所以在沒A體化元素存在時，高Cr鋼將呈鐵素體組織。4）Cr與W或Mo結(jié)合，能使淬火鋼中殘余奧氏體增加，而有助于獲得需要粉碎程度的碳化物相。5）Cr能大大提高結(jié)構(gòu)鋼的強度和塑性，這種影響在Cr與Ni結(jié)合的鋼中尤其顯著。如12CrNi3N等。6）Cr≥12%時，有好的耐蝕性，再加8～9%的Ni，耐蝕性更會大大提高。Cr提高耐蝕能力的作用隨含碳量增加而會有所降低，因為Cr與C結(jié)合后不起作用。7)Cr≥25～30%時,有好抗氧化性。如Cr=27～28%即可作1300℃的熱電偶溫度計的防護罩，當(dāng)Cr與Si、Al結(jié)合時，甚至Cr相當(dāng)少而抗氧化性也很高。如Cr6～10%+Si2～3%就有高的耐熱性和抗氧性。8）Cr、Al結(jié)合（1Cr17AL5、Cr13AL4等）及Cr、Ni結(jié)合（如Cr15Ni60、Cr20Ni80等）均有很高的電阻。9）Cr能提高鋼的矯頑力和阻止鋼的組織時效，所以Cr鋼用于制造永久磁鐵。10）Cr價較低。11）因為Cr可形成穩(wěn)定的碳化物，減緩碳的擴散和生成緊固的氧化皮膜，所以可降低脫碳作用。12）含Cr＞2.5%的多元素合金鋼。（18Cr3MoWVA、20Cr3MoWVA等）是良好的抗氫蝕鋼。含Cr＜0.08%這是石墨鋼的要求，所以Cr是阻止石墨化的一種元素。含Cr≯1.2%低合金高強度鋼（一般Mn鋼和SiMn鋼）含Cr=0.5～1.65%作軸承鋼（C≈1%）——其合金含量低，價廉，而又具有高強度、高耐磨性、良好的耐疲勞性和淬透性，且熱處理也簡便。含Cr=3～10%的鋼——Cr對鋼強度和韌性的影響是Cr＜2%時逐漸增強到2%時，強化作用最為顯著。但超過此限則會損害其熱強性。3～10%時最為明顯，當(dāng)含Cr＞12%時，則強度又復(fù)升高。但是當(dāng)含Cr量增至3%時，由于其馬氏體回火穩(wěn)定性顯著增高。所以有較高的硬度和耐磨性而用于模具。當(dāng)含Cr量增至3%時，其與含C1%的磁性配合也最好。所以又用作磁鋼。含Cr4%而與18%W及1%V結(jié)合可得到很好的紅硬性（620℃HRC=60），所以廣泛用于高速工具鋼中，含Cr5%的鋼（含C1%）即可空氣中淬火。含Cr5～6%及含Cr6～10%且含Si2～3%的矽鉻鋼，盡管強度不是很高，但亦具有足夠的耐熱性和抗氧化性而用于氣閥中及石油、化學(xué)工業(yè)（氨合成設(shè)備等）。含Cr=12～14%的鋼是最典型的不銹鋼（1Cr13～4Cr13）它們都有較高的抗蝕力，強度也不錯，面Cr12、Cr12Mo等則是典型的具有高淬透性和高耐磨性的模具鋼。（此類多屬馬氏體鋼）含Cr=16～18%的鋼有的只具單相（鐵素體），有的雙相（M體—鐵素體），此類具單相的Cr鋼耐蝕力比含Cr=12～14%的鋼還高。如Cr17、9Cr18等，如再加8～9%的Ni其耐蝕力又將大大增高。如1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti等都是典型的不銹鋼、耐酸性較好，CrNi鋼的缺點是有晶間腐蝕，加Ti、Nb可改善。含Cr=23～32%的鋼具有很好的抗蝕穩(wěn)定性，極高的抗氧化性，甚至在普通溫度下能抵抗?jié)庀跛帷饬姿?、濃硫酸的浸蝕。含Cr27～28%的鋼可作1300℃的熱電偶溫度計的防護罩。這類鋼是純鐵素體鋼，所以不能通過熱處理改變其組織及性能。且再結(jié)晶溫度較低，粗晶作用較強，有高的脆性，所以不能作受振及打擊零件。加入Mo、W、V可適當(dāng)改變性能。減少Cr含量，加Si量可提高其熱強度如Cr9Si2、Cr10Si2Mo等。加Ni也成，如Cr20Ni14Si、Cr25Ni20、Cr18Ni25Si、Cr14Mn14W、Cr18Ni6Mn5等等。Cr不同于Mn、Ni，它是縮小γ區(qū)的合金元素。（它同α-Fe都具有體心立方晶格,且自熔點1849℃至絕對0oK,純鉻均為這一晶格不變）,所以隨含Cr量增加Ac3雖也從910℃開始降低,但其速很慢,而Ac4卻從1400℃迅速降低,至含鉻達8%時Ac3為850℃已為最低。含Cr再增加，Ac3即迅速上升。當(dāng)含Cr量達13%時，Ac3與Ac4會合為一點，γ區(qū)被封閉，所以含Cr＞13%時變?yōu)榧冭F素體相，不再發(fā)生轉(zhuǎn)變，用熱處理也不能再改變其晶粒尺寸?！礊殍F素體鋼。當(dāng)Cr量繼續(xù)增加，約在25～60%特別是45～48%區(qū)域，當(dāng)溫度低于950℃時（多在820℃）慢冷，將會析出一種無磁性脆性組分——σ相。這些在進行二次加熱后將會游離析出，致使得在固溶體中產(chǎn)生巨大體積改變造成頗大應(yīng)力，故極脆。但在950℃以下急冷時，σ相可由于固溶體內(nèi)不析出，影響則較小。δ相問題：有人指出，當(dāng)Cr和C含量搭配時，特別在含左右時，將極易生成游離態(tài)的鐵素體即δ相，它將使鋼的工藝性能和耐熱性降低，所以要很好注意在含Cr=0.11%時，含Cr=10.9%可使δ相量減至最少。Cr對抗腐性的改善上很有利的，但對抗蠕變的影響則較復(fù)雜。因為作耐熱鋼應(yīng)注意，當(dāng)含Cr=1%抗蠕變強度最高。含Cr↑則出現(xiàn)，Cr＞C3三方晶格，至Cr=7%抗蠕強降至最低點，當(dāng)含Cr增至12%時，Cr23C6將取代Cr7C3，抗蠕強（耐熱性）可有少許提高，添加V、Nb、Ti可得極細(xì)彌散相，對抗蠕強（耐熱性）改善極為有利。6、W（1）W的良好作用是：1）細(xì)化晶粒，（其作用比Cr還強，所以可降低鋼的過熱傾向性，提高強度、韌性和熱穩(wěn)定性。2）提高M體穩(wěn)定性，大大提高淬透性，18CrNiWN任何冷卻速度都能完全淬透，得M體，用W18%與Cr4%配合，M體穩(wěn)定性可達600℃，保持紅硬性。3）阻止回火脆性發(fā)展，所以可提高強度同時不降低塑性，提高韌性。4）提高淬火鋼的矯頑磁力，阻止鋼的組織時效。5）其碳化物極其穩(wěn)定，高溫也難溶進固溶體，所以可作高速工具鋼。6）W鋼一般硬度、耐磨性較好，熱處理變形小，不易淬裂，回火穩(wěn)定性也較好。7）W因能提高A體的穩(wěn)定性，而用于閥門鋼中，縮小γ區(qū)，同Cr。8）可提高珠光體耐熱鋼的熱強性，提高再結(jié)晶溫度。9）在高合金Cr、Ni鋼中加入2～4%W便可提高鋼的屈服點，疲勞強度和熱穩(wěn)定性，并因為形成碳化物而減小晶向腐蝕傾向（Fe3W2和Fe2W都是極穩(wěn)定的化合物，高度彌散，所以可提高強度、熱穩(wěn)定性。）（2）W的不良影響：1）增加脫碳（碳化物穩(wěn)定）阻止石墨化。2）W是強碳化物元素，應(yīng)防止碳化物不均影響性能而成廢品（可增加鐓拔數(shù)及正火處理糾正）。3）含W＞9%時硬度顯著提高，而δ、ψ顯著降低。4）W使鋼導(dǎo)熱率降低，含W＞10%其導(dǎo)熱率只有純鐵的0.7倍。5）含W增加，可鍛溫度范圍降低。（3）一般合金鋼中的W的含量：合金結(jié)構(gòu)鋼：W=0.3～1.0%（例20Cr3MoWVA、18Cr3MoWVA等）耐熱不起皮鋼：W=0.3～3.2%（上二種為抗氫鋼亦屬此類，又如Cr15Ni36W3Ti等）合金工具鋼：W=1～18%（CrWMn、W、W2、3Cr2W8V、P9、P18等）向鋼中加入多于20～22%的W，是不合適的。所以超過此值W對鋼的性能的改善并沒更好的作用，所以多加是不經(jīng)濟的。一般提到的降低回火脆性的方法有如下幾種：1）在鋼中加入0.3～1.0%的Mo或1～1.5%的W。2）回火時采用快速冷卻，用水冷或油冷。3）提高回火溫度，此法因為使性能（強度）下降，得不到充分發(fā)揮，所以少用。4）延長回火時間，或增加重復(fù)高溫回火的次數(shù)。5）降低淬火溫度，或采用二次淬火①AC3以上正常淬火②AC1～AC3之間不完全淬火以消除回火脆性。6）在鋼中加入V（約是鉬含量%+0.1%可等效），以提高鋼的回火穩(wěn)定性，抑制回火脆性，不過此作用甚微。7）采用形變熱處理，即加熱至AC3以上進行形變（變形度15～20%最佳）后立即淬火回火，韌性提高3倍。8）高速度（1000℃/秒）加熱和冷卻，最后二種方法因為生產(chǎn)上很難實現(xiàn)而未被采用。注：常說的回火脆性是第二類回火脆性（即450～570℃可650～700℃出現(xiàn)的），而第一類回火脆性（250～400℃），所有鋼都不可避免的存在，而可用重復(fù)回火即能消除，故多不再討論。7、Mo（1）鉬的良好作用是：1）細(xì)化晶粒的作用比W更強，所以可降低鋼的過熱傾向性，提高強度、硬度、熱穩(wěn)定性。2）Mo在鋼中會使鍛件σb、σs、HB↑，而使δ、ψ、αk↓。提高M體回火穩(wěn)定性，與Cr、Ni結(jié)合可大大提高淬透性，可細(xì)化晶粒，提高韌性，使鍛造加工容易。3）降低回火脆性，對某些結(jié)構(gòu)鋼可消滅回火脆性（如24CrMoV5），所以可提高強度而塑性并不降低，鉬可提高鋼的沖擊韌性。①又一說是合金元素（包括Mo在內(nèi)）均只有抑制回火脆性的作用而不能達到消除回火脆性。Mo的影響是：含量達0.2%即有良好作用。所以普通合金結(jié)構(gòu)鋼含Mo0.25～0.4%對放置回火脆性溫度范圍550～600℃長期工作的鋼才規(guī)定含Mo為0.5～0.6%，當(dāng)含Mo量超過一定值時（對低碳鋼此限為1.0%），則反而會使高溫回火水冷鋼變脆。Mo鋼長時間回火易變脆。②當(dāng)含P和Mo較高時，即使有Mo或W等也仍不能避免回火脆性產(chǎn)生。③附帶說說降低回火脆性的方法（見上段）。4）提高鋼的的矯頑力，改善磁性。5）其碳化物也很穩(wěn)定，它并阻止其它碳化物析出。高溫也很難向固溶體轉(zhuǎn)移。6）鉬可代鎢（因為原子量成半關(guān)系，所以可用1%Mo代替2%W）。7）同樣Mo亦可提高奧氏體穩(wěn)定性而用于閥門鋼。8）可提高Cr、Ni不銹鋼的抗晶間腐蝕能力。9）在某些還原性介質(zhì)中易使耐酸不銹鋼鈍化，從而提高耐腐蝕能力。（如亞硫酸、沸磷酸及醋酸、草酸、蟻酸等）。10）可提高珠光體耐熱鋼的熱強性，并可單一加進耐熱鋼，其量約0.5～1%（并獨作合金元素時會使鋼有石墨化傾向）。（2）鉬的不良影響：1）有揮發(fā)性，在加熱時，會生成褐色煙氣（氧化鉬）發(fā)生蒸發(fā)。2）促進脫碳，所以為防止脫碳其淬火溫度應(yīng)較一般降低10～20℃，阻礙石墨化。3）Mo是鐵素體形成元素，所以為了得到奧氏體，應(yīng)相應(yīng)多加Ni、Mn等奧氏體形成元素。否則當(dāng)Mo含量較多時就易出現(xiàn)鐵素體δ相或其它脆性相而使韌性降低。4）Mo降低鋼導(dǎo)熱率的作用同W，但Mo可防止過熱。5）Mo鋼比碳鋼變形抗力高。（3）一般合金鋼中的鉬含量：合金結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼：Mo=0.15～0.30%（例5CrNiMo、35CrMo、40CrMnMo、38CrMoAlA等）不銹耐酸鋼：Mo=1～2.6%（如Cr17Mo2Ti、Cr25MoTi、Cr18Ni18Mo2Cu2Ti等）耐熱不起皮鋼：Mo=0.4～1%（16Mo、20CrMo、Cr5Mo、25Cr2Mo1VA、15Cr11MoV等）航空用高溫合金：Mo=0.35～7%（如901合金=Cr12Ni43Mo6Ti3BMo2Ti）8、V（1）釩的良好作用是：1）細(xì)化晶粒作用強，可提高鋼的強度和韌性，減小過熱敏感性，提高熱穩(wěn)定性。2）提高M體的回火穩(wěn)定性。它對淬火鋼硬度的影響，與溫度有關(guān)：在正常淬火溫度下（即稍高于AC3點時）。因為V與C化合成VC而降低了固溶體的合金度，所以硬度降低，當(dāng)淬火溫度提高至超過AC3點很多時（且有較長保溫時間），則VC都轉(zhuǎn)進固溶體，所以硬度可提高。一般地說V對淬透性有不利的影響，但韌性較好，加了V不易淬裂。中碳鋼加V強度↑，韌性不變低。3）V與O、N都有很大的親和力，亦是強碳化物元素。一般VC的彌散度很高，且極穩(wěn)定。所以它既利脫氧、脫氣得到致密細(xì)晶組織，提高塑性、韌性及高強度，其沖擊性能和疲勞強度都較無V鋼高，在高溫及低溫（＜0℃）均有高強度、韌性。由于碳化釩的高度分散阻止焊縫晶粒粗大，所以可改善鋼的可焊性能，但加熱到VC溶解溫度后即會引起鋼晶強烈長大。4）由于V可提高鋼的高溫蠕變能，所以是熱強鋼合金元素之一。5）由于V鋼表面內(nèi)部均有細(xì)晶組織，所以對滲碳有利，可延長滲碳進行時間，無須進行二次淬火，一次即可直接淬至要求性能。6）V對結(jié)構(gòu)鋼機械性能的影響尚無定論。（2）釩的不良影響：1）V無減低回火脆性的作用，因為V可提高回火穩(wěn)定性，可細(xì)化晶粒，所以當(dāng)V量不高時，也可適當(dāng)提高韌性，而降低回火脆性。2）有阻礙鋼的脫碳及石墨化的作用。3）含量達0.05%時將使硅鋼矯頑力降低，這可能由于脫氧的作用。4）含碳一定時，V↑會使HB↓，所以一般含V≯1%（因為不溶入固溶體）。（3）一般鋼中的含V量：合金結(jié)構(gòu)鋼：V=0.07～0.35（例20MnV、10CrV、45CrV、12CrMoV、25Cr2Mo1VA等）在合金結(jié)構(gòu)鋼中，由于含V＞0.3%時將使回火脆性傾向急，則增大而少用。耐熱鋼：V=0.1～1（例20Cr3MoVA等）V可提高高溫蠕變性能，有脫氧能力。氮化釩的彌散硬化作用可使其有耐蝕和高的熱強性，但V的時效脆性使含其量不宜過高。高速鋼：V=0.1～2.6最近在研究增至5%，主要因為它能提高工具的熱強度，特別是可提高它的切削性能（對切削高硬度材料亦很有利）所以加得多，但其量達一定值后，性能再增就不顯著了。9、Co（1）Co良好作用是：1）能細(xì)化晶粒，可降低鋼的過熱傾向性，向高速鋼中加Co，可提高其耐用度。2）能提高鋼的熱強性（熱硬性），它給高速鋼增加了合金化的強度和促進回火碳化物形成。3）能提高磁鋼的矯頑力又同時提高它對磁堿留感應(yīng)值，所以對磁鋼有良好的影響（它本身即為磁性物質(zhì)）。4）含碳量很高時會促進鋼中碳石墨化。（2）Co的不良影響：1）含量過高，難以鍛造。因為易析出硬而脆的金屬化合物。2）有相當(dāng)高的脫碳傾向性。3）價格昂貴，所以下列各種鈷鋼都很少使用。4）鈷的一個特性是：降低奧氏體的穩(wěn)定性，促使鋼中奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線（C-曲線）左移。5）因為易析出硬而脆的金屬間化合物使機性變壞。（3）一般合金鋼的鈷含量：1）熱強鋼：含Co=2～4%（主要是鉻鈷鉬鋼組）2）高速鋼：含Co=4.5～10.5%(BCo5、BCo10等超過10%作用已無顯著增加)。3）磁鋼：含Co=2.5～16.5%(Cr6Co3、Cr6Co5、Cr7Co10Mo、Cr9Co15Mo等)。10、Ti（1）鈦的有益作用是：1）能形成很強固的TiC，可穩(wěn)定到1300℃，有此穩(wěn)定到高溫的高度分散的TiC質(zhì)點，所以可細(xì)化晶粒，降低鋼的過熱傾向性。2）能防止產(chǎn)生晶間腐蝕現(xiàn)象，實踐知：當(dāng)Ti：C=5（一般C=0.03）時，效果最佳。當(dāng)Ti：C=3，抗蠕變強度最高。滿足上條件時的鋼，因為所有的游離碳都被結(jié)合成了強固TiC，所以在加熱過程中就不會再沿奧氏體晶界析出碳化鉻。否則，晶界碳化鉻的生成就將出現(xiàn)晶界固溶體的貧鉻區(qū)，其電位就相對地降低了，而與固溶體基體和碳化物形成微溫差電偶，晶間固溶體本身即為陽極而被腐蝕。晶間腐蝕的程度將隨含碳量增加而加強。（粗晶亦易蝕）3）鈦鋼易產(chǎn)生時效硬化，含鈦量超過2%的低碳合金，其時效硬化就尤其明顯。4）鈦可改善不銹鋼的焊接性能。5）Ti是強烈的鐵素體形成元素。0.65%Ti就能使γ區(qū)完全封閉。它又是強碳化物形成元素。6）Ti能與S作用，降低硫的熱脆作用，這與Mn相似。（2）鈦的不良影響：1）含Ti鋼，特別是低碳之Ti鋼，往往因其鋼液粘度較大，而使其中非金屬加雜，不易分離浮出應(yīng)一致，在防止造成缺陷應(yīng)注意。可在冶煉時注意高溫操作和鋼液的脫氧。2）淬火鈦鋼硬度隨含Ti量增加而降低。因為TiC非常穩(wěn)定，甚至加熱到1300℃都不能溶入到固溶體而減少了合金固溶體中的碳濃度的緣故。3）鈦與N、O有很大的親和力而極易成形TiN和TiO2，鋼錠在較低溫度時，就形成了較多的非金屬夾雜和皮下多孔等缺陷。4）Ti也是鐵素體形成元素，所以其含量較多（>2%）就易生成鐵素體δ相或其它脆性相而使韌性降低。5）銅V一樣，含Ti達0.05%時就將使硅鋼矯頑力降低，這可能是脫氧的作用，它對硅鋼還會促進其二次再結(jié)晶，這倒可得粗晶而改善磁性。（3）一般鋼中的Ti含量：1）通常鋼中含Ti量取決于它的含碳量，一般約為Ti%=4～8倍*C%。2）合金結(jié)構(gòu)鋼中有鉻錳鈦鋼、不銹鋼和耐熱鋼中也含Ti，一般為0.06%～2%。11、Nb（1）鈮的有益作用是：1）能生成高度分散的強固的碳化物NbC（熔點3500℃），所以可細(xì)化晶粒，直加熱至于1100～1200℃，仍可阻止晶粒長大。2）同Ti能防止產(chǎn)生晶間腐蝕，實踐知，以含Ni=8*C%為佳。3）能與F