合金元素在鋼中的作用

1、鋼的分類1.1一般分類碳鋼也叫碳素鋼，含炭量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(jī)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%）。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(dòng)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。2、鋼中合金元素分類2.1根據(jù)各種元素在鋼中形成碳化物的傾向，可分為三類：強(qiáng)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(dāng)?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(jìn)入固溶體中。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(jìn)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。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(shí)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。2.2鋼中主要合金元素主要合金元素有硅、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(qiáng)碳化物形成元素，只要有足夠的碳，在適當(dāng)條件下，就能形成各自的碳化物，當(dāng)缺碳或在高溫條件下，則以原子狀態(tài)進(jìn)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(jìn)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?，F(xiàn)分別說明它們?cè)阡撝械淖饔?。碳（C）：是對(duì)鋼的性能影響最大的基本元素，是決定鋼力學(xué)性能的主要因素。不同的碳含量依據(jù)鋼中雜質(zhì)元素含量和軋后冷卻條件的不同對(duì)于鋼的性能影響是不同的。一般說來，隨著鋼中碳含量的增加，屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度升高，碳鋼在熱軋狀態(tài)下的硬度直線上升，塑性和韌性降低。在亞共析范圍內(nèi)（碳含量小于0.80％時(shí)），碳對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響是，隨著碳含量增加，抗拉強(qiáng)度不斷提高；超過共析范圍后（當(dāng)碳含量大于0.80％時(shí)），抗拉強(qiáng)度隨碳含量的增加減緩，最后發(fā)展到隨碳含量的增加抗拉強(qiáng)度降低。另外，含碳量增加時(shí)碳鋼的耐蝕性降低，在露天料場(chǎng)的高碳鋼就易銹蝕；同時(shí)碳也使碳鋼的焊接性能變壞，當(dāng)碳量0.23%超過時(shí)，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%；碳能增加鋼的冷脆性和時(shí)效敏感性使冷加工（沖壓、垃拔）性能變壞。擴(kuò)大以γ相區(qū)，但因滲碳體的形成，不能無限互溶。在以及γ鐵中的最大溶解度為0.02%和2.11%。硅（Si）在煉鋼過程中加硅作為還原劑和脫氧劑，所以在沸騰鋼中，含硅量很低，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。硅能增大鋼液的流動(dòng)性。硅能顯著提高鋼的彈性極限，屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度，故廣泛用于作彈簧鋼。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。硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15％一20％的高硅鑄鐵，是很好的耐酸材料。含有硅的鋼在氧化氣氛中加熱時(shí)，表面也將形成一層SiO2薄膜，從而提高鋼在高溫時(shí)的抗氧化性。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。硅能固溶于鐵素體和奧氏體中，能提高鋼的硬度和強(qiáng)度。在普通碳鋼中硅含量不超過0.40％，這時(shí)對(duì)力學(xué)性能影響不大。當(dāng)硅含量繼續(xù)增加時(shí)，鋼的強(qiáng)度指標(biāo)，特別是屈服點(diǎn)有明顯提高，在調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼中加入1.0－1.2%的硅，強(qiáng)度可提高15－20%，但塑性及韌性降低，伸長率下降，鋼的面縮率和沖擊韌性顯著降低。硅能顯著提高鋼的彈性極限、屈服強(qiáng)度和屈服比以及疲勞強(qiáng)度和疲勞比等。此外，硅還能提高鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度，因而在低溫用鋼中應(yīng)控制它的含量。硅量增加，會(huì)降低鋼的焊接性能?？s小γ相區(qū)，形成γ相圈；在α鐵以及γ鐵中的最大溶解度分別為18.5%和2.15%，不形成碳化物。為常用脫氧劑，對(duì)鐵素體的固溶強(qiáng)化作用僅次于磷，提高鋼的電阻率，降低磁滯損耗，對(duì)磁導(dǎo)率也有所改善，為硅鋼片的主要合金化元素。提高鋼的淬透性和抗回火性，對(duì)鋼的綜合力學(xué)性能，特別是彈性極限有利。還可以增強(qiáng)鋼在自然條件下的耐腐蝕性。為彈簧鋼和低合金高強(qiáng)度鋼中常用的合金元素，含量較高時(shí)，對(duì)鋼的焊接性不利，因焊接時(shí)飛濺嚴(yán)重，有損焊縫質(zhì)量，并易導(dǎo)致冷脆，對(duì)中高碳鋼回火時(shí)易產(chǎn)生石墨化。錳（Mn）在煉鋼過程中，錳是良好的脫氧劑和脫硫劑，錳作為脫氧除硫的元素加入到鋼中的。對(duì)于鎮(zhèn)靜鋼來說，錳可以提高硅和鋁的脫氧效果，可以同硫形成硫化錳，相當(dāng)程度上降低硫在鋼中的危害。錳對(duì)碳鋼的力學(xué)性能有良好的影響，它能提高鋼熱軋后的硬度和強(qiáng)度，原因是錳溶入鐵素體中引起固溶強(qiáng)化。因此，精煉過程中要按照技術(shù)要求嚴(yán)格穩(wěn)定控制各爐次的錳含量。在一般碳鋼中，錳含量在0.70％以下，對(duì)鋼的性能影響不大，量加入在0.70%以上時(shí)就算“錳鋼”，錳含量增加到1％～2％時(shí)，可使強(qiáng)度提高、塑性降低。在耐熱鋼中錳還可提高鋼的高溫強(qiáng)度，作用與鎳相似。錳對(duì)鋼的高溫瞬時(shí)強(qiáng)度雖有所提高，但對(duì)持久強(qiáng)度和蠕變強(qiáng)度沒有什么顯著的作用。提高鋼的淬性，改善鋼的熱加工性能。含錳11－14%的鋼有極高的耐磨性，用于挖土機(jī)鏟斗，球磨機(jī)襯板等。錳對(duì)提高低碳和中碳珠光體鋼的強(qiáng)度有顯著的作用。錳鋼的主要缺點(diǎn)是，①含錳較高時(shí)，有較明顯的回火脆性現(xiàn)象；②錳有促進(jìn)晶粒長大的作用，因此錳鋼對(duì)過熱較敏感，在熱處理工藝上必須注意。這種缺點(diǎn)可用加入細(xì)化晶粒元素如鉬、釩、鈦等來克服：⑧當(dāng)錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過1％時(shí)，會(huì)使鋼的焊接性能變壞，④錳會(huì)使鋼的耐銹蝕性能降低。擴(kuò)大γ相區(qū)，形成無限固溶體，對(duì)鐵素體及A均有較強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用，為弱碳化物形成元素，進(jìn)入滲碳體代替部分鐵原子，形成合金滲碳體。與硫形成熔點(diǎn)較高的硫化錳，可防止因硫化亞鐵而導(dǎo)致的熱脆現(xiàn)象。降低鋼的下臨界點(diǎn)，增加A冷卻時(shí)的過冷度，細(xì)化珠光體組織以改善其機(jī)械性能，為低合金鋼的重要合金化元素之一，并為無鎳及少鎳A鋼的主要A化元素。提高鋼的淬透性的作用強(qiáng)，但有增加晶粒粗化和回火脆性的不利傾向。磷（P）它來源于礦石和生鐵等煉鋼原料。一般來說，磷是鋼中的有害元素。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。它使焊接性能變壞；特別是使鋼的脆性轉(zhuǎn)折溫度急劇上升，即提高鋼的冷脆性（低溫變脆），使冷彎性能變壞，磷能提高鋼的強(qiáng)度，但降低塑性和韌性；由于磷的有害影響，同時(shí)考慮到磷有較大的偏析，因而對(duì)其含量要嚴(yán)格的控制。但是在含碳量比較低的鋼種中，磷的冷脆危害比較小。在這種情況下，可以用磷來提高鋼的強(qiáng)度，如生產(chǎn)的高強(qiáng)度IF鋼就需要加入磷。另外，在適當(dāng)?shù)那闆r下，還利用磷的其他一些有益作用，如增加鋼的抗大氣腐蝕能力，如集裝箱用鋼；提高磁性，如電工硅鋼；改善鋼材的易切削加工性，減少熱軋薄板的粘結(jié)等。硫（S）他主要來自于煉鐵、煉鋼時(shí)加入的原材料和燃燒產(chǎn)物，二氧化硫。一般來說，硫是有害元素，硫最大的為危害是引起鋼在熱加工時(shí)開裂，即產(chǎn)生所謂的熱脆，降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時(shí)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，能提高鋼材的切削加工性，通常稱易切削鋼，這是硫的有益作用。鋁（Al）鋁是鋼中常用的脫氧劑。用作煉鋼時(shí)的脫氧定氮?jiǎng)?，?xì)化晶粒，提高沖擊韌性，如作深沖薄板的08Al鋼。抑制低碳鋼的時(shí)效，改善鋼在低溫時(shí)的韌性，特別是降低了鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度；提高鋼的抗氧化性能。曾對(duì)鐵鋁合金的抗氧化性進(jìn)行了較多的研究；4％AI即可改變氧化皮的結(jié)構(gòu)，加入6％A1可使鋼在980C以下具有抗氧化性。當(dāng)鋁和鉻配合并用時(shí)，其抗氧化性能有更大的提高。例如，含鐵50％一55％、鉻30％一35％、鋁10％一15％的合金，在1400C高溫時(shí)，仍具有相當(dāng)好的抗氧化性。由于鋁的這一作用，常把鋁作為合金元素加入耐熱鋼中。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。此外，鋁還能提高對(duì)硫化氫和V2O5的抗腐蝕性。缺點(diǎn)：①脫氧時(shí)如用鋁量過多，將促進(jìn)鋼的石墨化傾向。②當(dāng)含鋁較高時(shí)．其高溫強(qiáng)度和韌性較低。是影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能。鉻（Cr）在結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼中，鉻能顯著提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但同時(shí)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。在鋼中的作用：（1）鉻可提高鋼的強(qiáng)度和硬度。（2）鉻可提高鋼的高溫機(jī)械性能。（3）使鋼具有良好的抗腐蝕性和抗氧化性（4）阻止石墨化（5）提高淬透性。缺點(diǎn)：①鉻是顯著提高鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度②鉻能促進(jìn)鋼的回火脆性。鎳（Ni）鎳能提高鋼的強(qiáng)度，而又保持良好的塑性和韌性。鎳對(duì)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。在鋼中的作用（1）可提高鋼的強(qiáng)度而不顯著降低其韌性。（2）鎳可降低鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度，即可提高鋼的低溫韌性。（3）改善鋼的加工性和可焊性。（4）鎳可以提高鋼的抗腐蝕能力，不僅能耐酸，而且能抗堿和大氣的腐蝕。鉬（Mo）鉬對(duì)鐵素體有固溶強(qiáng)化的作用，同時(shí)也提高碳化物的穩(wěn)定性，因此對(duì)鋼的強(qiáng)度產(chǎn)生有利的影響。結(jié)構(gòu)鋼中加入鉬，能提高機(jī)械性能。還可以抑制合金鋼由于回火而引起的脆性。在工具鋼中可提高紅性。在冷沖模具鋼中加入鉬能改善韌性。在熱鍛模具鋼中加入鉬能使鍛模保持比較穩(wěn)定的硬度。在調(diào)質(zhì)鋼中加入0.2O％～O.30％的鉬，不僅可以提高鋼的淬透性，從而提高鋼的強(qiáng)度和延展性，而且可以減輕或消除因其他合金元素導(dǎo)致的回火脆性而大大有利于提高鋼的沖擊韌性。鉬是提高鋼熱強(qiáng)性最有效的合金元素之一，還能強(qiáng)烈地提高鋼中鐵素體對(duì)蠕變的抗力。鉬能使鋼的晶粒細(xì)化，提高淬透性和熱強(qiáng)性能，在高溫時(shí)保持足夠的強(qiáng)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)。在鋼中的作用（1）鉬對(duì)鐵素體有固溶強(qiáng)化作用。（2）提高鋼熱強(qiáng)性（3）抗氫侵蝕的作用。（4）提高鋼的淬透性。缺點(diǎn)：鉬的主要不良作用是它能使低合金鉬鋼發(fā)生石墨化的傾向。鎢（W）鎢熔點(diǎn)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(qiáng)性，作切削工具及鍛模具用。單一含鎢的結(jié)構(gòu)鋼的性能與碳鋼相比無多大改善，當(dāng)鎢與其他元素合用時(shí)，可細(xì)化晶粒，降低回火脆性，從而提高鋼的強(qiáng)度。高合金鎢鋼（如高速鋼）由于含有大量共晶碳化物，塑性低。鎢能增大鐵的自擴(kuò)散活化能，顯著提高鋼的再結(jié)晶溫度，因此也能提高鋼在高溫時(shí)對(duì)蠕變的抗力。在鋼中的作用(1)提高強(qiáng)度（2）提高鋼的高溫強(qiáng)度。（3）提高鋼的抗氫性能。（4）是使鋼具有熱硬性。釩（V）釩對(duì)鋼力學(xué)性能的影響主要取決于它在鋼中存在的形態(tài)。對(duì)于退火的低碳鋼，如含量低、固溶于鐵素體時(shí)，將略增加鋼的強(qiáng)度，并稍降低塑性和韌性；如以聚集的碳化物存在時(shí)，因固定了一部分碳，反而降低鋼的強(qiáng)度。對(duì)于中碳鋼，無論在退火、正火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)，釩除提高鋼的強(qiáng)度外，還改善鋼的塑性和韌性。在彈簧鋼中，與鉻或錳配合使用，增加鋼的彈性極限，并改善冶金質(zhì)量。少量的釩使鋼晶粒細(xì)化，韌性增加，這對(duì)低溫用鋼是很重要的一項(xiàng)特性。但釩含量不宜過高，因?yàn)閂C在晶內(nèi)的彌散析出將導(dǎo)致鋼韌性的降低。與此相反，在高溫時(shí)，釩雖細(xì)化晶粒，不利于鋼的蠕變性能，但由于VC經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚砗罂梢愿叨葟浬⒌匚龀?，均勻分布在晶粒?nèi)部的結(jié)晶面上，又不易聚集成較大的顆粒，將增加鋼的高溫持久強(qiáng)度和對(duì)蠕變的抗力，降低高溫蠕變速度。釩與碳形成的碳化物，在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕能力。釩能顯著地改善普通低碳低合金鋼的焊接性能。鈦(Ti)：鈦是鋼中強(qiáng)脫氧劑。它能使鋼的內(nèi)部組織致密，細(xì)化晶粒力；降低時(shí)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(dāng)?shù)拟?，可避免晶間腐蝕。鈦能改善鋼的熱強(qiáng)性，提高鋼的抗蠕變性能及高溫持久強(qiáng)度；（金屬材料長期在高溫條件下受熱應(yīng)力的作用而產(chǎn)生緩慢、連續(xù)的塑性變形的現(xiàn)象，叫金屬的蠕變）。能提高鋼在高溫高壓氫氣中的穩(wěn)定性。使鋼在高壓下對(duì)氫的穩(wěn)定性高達(dá)600℃以上。在珠光體低合金鋼中，鈦可阻止鉬鋼在高溫下的石墨化現(xiàn)象。因此，鈦是鍋爐高溫元件所用的熱強(qiáng)鋼中的重要合金元素之一。鈮（Nb）鈮和碳、氮、氧都有極強(qiáng)的結(jié)合力，并與之形成相應(yīng)的極為穩(wěn)定的化合物，因而能細(xì)化晶粒，降低鋼的過熱敏感性和回火脆性，提高強(qiáng)度，但塑性和韌性有所下降。有極好的抗氫性能，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。鈮能提高鋼的熱強(qiáng)性。銅（Cu）銅是奧氏體形成元素。作用有：改善耐蝕能力，低碳鋼含銅1％，抵抗大氣腐蝕較不含銅的高出4倍；不銹鋼中加銅3－4％，也有幫助不銹鋼防蝕作用。可以增加鋼的強(qiáng)度，不宜超過0.2％，借助沉淀硬化來提高合金的抗拉強(qiáng)度；銅在那些不發(fā)生沉淀硬化的鋼中能夠輕微的提高屈服強(qiáng)度。在碳鋼中它提高淬透性并降低延展性。提高鋼的深沖性能，如0Cr18Ni9Cu3，可以做成各種耐蝕的鉚釘。作為強(qiáng)化元素加入，如0Cr17Ni4Cu4Nb（17－4PH），15－5PH，起到沉淀硬化的作用。在抗菌不銹鋼中加入，特殊處理后，析出相有較好的殺菌作用。缺點(diǎn)是在熱加工時(shí)容易產(chǎn)生熱脆，銅含量超過0.5%塑性顯著降低。當(dāng)銅含量小于0.50%對(duì)焊接性無影響。銅有石墨化作用。鈷(Co)：鈷是稀有的貴重金屬，多用于特殊鋼和合金中，如熱強(qiáng)鋼和磁性材料。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(qiáng)度，提高鋼的淬透性。提高鋼的高溫強(qiáng)度。強(qiáng)化晶界的作用。鋯（Zr）抑制奧氏體晶粒長、控制硫化物的形態(tài)、提高橫向沖擊韌性，改善鋼材的焊接性能等。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(gè)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(xí)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。氮（N）：鋼中的氮來自爐料、冶煉、澆鑄時(shí)鋼液也會(huì)從爐氣和大氣中吸收氮。氮引起碳鋼的淬火時(shí)效和形變時(shí)效，從而對(duì)碳鋼的性能發(fā)生顯著的影響。由于氮的時(shí)效作用，鋼的硬度、強(qiáng)度固然提高，但是塑性和韌性降低，特別是在形變時(shí)效的情況下，塑性和韌性的降低比較顯著。因此，對(duì)于普通低合金鋼來說，時(shí)效現(xiàn)象是有害的，因而氮是有害元素。但對(duì)于一些細(xì)晶粒鋼以及含釩、鈮鋼，由于氮化物的強(qiáng)化細(xì)化晶粒作用，氮成為有益元素。另外，作為合金元素，氮在不銹耐酸鋼中得到應(yīng)用，此外，氮化處理方法能使機(jī)器零件獲得極好的綜合力學(xué)性能，從而使零件的使用壽命延長。氮能提高焊接性，增加時(shí)效敏感性。（時(shí)效硬化就是鋼材在熱處理后的放置過程中內(nèi)部組織發(fā)生變化，通常是第二相的析出導(dǎo)致的鋼材在放置后比放置前變硬的現(xiàn)象，通常有室溫時(shí)效和人工時(shí)效兩種，兩者的區(qū)別是時(shí)效溫度的不同）氫（H）：鋼中的氫是由銹蝕含水的爐料或從含有水蒸氣的爐氣中吸收的。氫對(duì)鋼的危害是很大的。一是引起氫脆，即在低于鋼材極限應(yīng)力的作用下，經(jīng)一定的時(shí)間后，在無任何預(yù)兆的情況下突然斷裂，往往造成災(zāi)難性的后果。二是導(dǎo)致鋼材內(nèi)部產(chǎn)生大量細(xì)微裂紋缺陷——白點(diǎn)，在鋼材縱端面上呈光滑的銀白的斑點(diǎn)，在酸洗后的端面上呈較多的發(fā)絲狀裂紋，白點(diǎn)使鋼材的延伸率顯著下降，尤其是端面收縮率和沖擊韌性降低得更多，有時(shí)可能接近于零值。因此具有白點(diǎn)的鋼是不能用的，這類缺陷主要發(fā)生在合金鋼中。氧（O）及其他非金屬夾雜物：氧在鋼中的溶解度很低，幾乎全部以氧化物夾雜形式存在于鋼中，如FeO、AL2O3、MnO、CaO、MgO等。除此之外，鋼中還存在FeS、MnS、硅酸鹽、氮化物及磷化物等。這些夾雜物破壞了鋼的基體的連續(xù)性，在靜載荷和動(dòng)載荷的情況下往往成為裂紋的起點(diǎn)。這些非金屬夾雜物的各種狀態(tài)不同程度的影響到鋼的各種性能，尤其是對(duì)于鋼的塑性、韌性、疲勞強(qiáng)度和抗腐蝕性等危害很大。因此，對(duì)于非金屬夾雜物應(yīng)嚴(yán)格控制。3、鋼中合金元素作用大量的生產(chǎn)實(shí)踐表明，鋼的組織對(duì)鋼性能的影響起著決定性的作用，而鋼的組織又主要取決于它的化學(xué)成分和加工的生產(chǎn)工藝過程以及相應(yīng)的熱處理狀態(tài)。此外，還與鋼中氣體和非金屬夾雜物的含量及其他的冶金缺陷有關(guān)。按照合金元素對(duì)鋼的相變點(diǎn)影響,大致可以歸納為以下三個(gè)方面：①改變相變點(diǎn)溫度。一般來說，擴(kuò)大γ相(奧氏體)區(qū)的元素，如錳、鎳、碳、氮、銅、鋅等,使A3點(diǎn)溫度降低,A4點(diǎn)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(diǎn)溫度升高，A4點(diǎn)溫度降低。惟有鈷使A3和A4點(diǎn)溫度均升高。鉻的作用比較特殊,含鉻量小于7％時(shí)使A3點(diǎn)溫度降低,大于7％時(shí)則使A3點(diǎn)溫度提高。②改變共析點(diǎn)S的位置。縮小γ相區(qū)的元素，均使共析點(diǎn)S溫度升高；擴(kuò)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(diǎn)S的含碳量，使S點(diǎn)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(diǎn)向右移。③改變?chǔ)孟鄥^(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(shí)，能使之發(fā)生顯著改變。例如鎳或錳含量高時(shí)，可使γ相區(qū)擴(kuò)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(shí)，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。鋼加熱時(shí)的主要固態(tài)相變是非奧氏體相向奧氏體相的轉(zhuǎn)變，即奧氏體化的過程。整個(gè)過程都和碳的擴(kuò)散有關(guān)。合金元素中，非碳化物形成元素如鎳、鈷等，降低碳在奧氏體中的激活能，增加奧氏形成的速度；而強(qiáng)碳化物形成元素如釩、鈦、鎢等，強(qiáng)烈妨礙碳在鋼中的擴(kuò)散，顯著減慢奧氏體化的過程。鋼冷卻時(shí)的相變是指過冷奧氏體的分解，包括珠光體轉(zhuǎn)變（共析分解）、貝氏體相變及馬氏體相變。由于鋼中大都存在幾種合金元素的相互作用，致使對(duì)鋼冷卻時(shí)相變的影響也復(fù)雜得多。僅舉合金元素對(duì)過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的影響為例，大多數(shù)合金元素，除鈷和鋁外，均起減緩?qiáng)W氏體等溫分解的作用，但各類元素所起的作用有所不同。不形成碳化物的（如硅、磷、鎳、銅）和少量的碳化物形成元素（如釩、鈦、鉬、鎢），對(duì)奧氏體到向珠光體的轉(zhuǎn)變和向貝氏體的轉(zhuǎn)變的影響差異不大，因而使轉(zhuǎn)變曲線向右推移。碳化物形成元素（如釩、鈦、鉻、鉬、鎢）如果含量較多，將使奧氏體向珠光體的轉(zhuǎn)變顯著推遲，但對(duì)奧氏體向貝氏體的轉(zhuǎn)變的推遲并不顯著，因而使這兩種轉(zhuǎn)變的等溫轉(zhuǎn)變曲線從“鼻子”處分離，而形成兩個(gè)C形。當(dāng)這類元素增加到一定程度時(shí)，在這兩個(gè)轉(zhuǎn)變區(qū)域的中間還將出現(xiàn)過冷奧氏體的亞穩(wěn)定區(qū)。合金元素對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變溫度Ms(起始轉(zhuǎn)變溫度)和Mn(終了轉(zhuǎn)變溫度)的影響也很顯著，大部分元素均使Ms和Mn點(diǎn)降低，其中以碳的影響最大,其次為錳、釩、鉻等；但鈷和鋁則使Ms和Mn點(diǎn)升高。對(duì)鋼的晶粒度和淬透性的影響影響奧氏體晶粒度的因素很多。鋼的脫氧和合金化情況均與“奧氏體本質(zhì)晶粒度”有關(guān)。一般來說,一些不形成碳化物的元素,如鎳、硅、銅、鈷等,阻止奧氏體晶粒長大的作用較弱,而錳、磷則有促進(jìn)晶粒長大的傾向。碳化物形成元素如鎢、鉬、鉻等，對(duì)阻止奧氏體晶粒長大起中等作用。強(qiáng)碳化物形成元素如釩、鈦、鈮、鋯等，強(qiáng)烈地阻止奧氏體晶粒長大，起細(xì)化晶粒作用。鋁雖然屬于不形成碳化物元素，但卻是細(xì)化晶粒和控制晶粒開始粗化溫度的最常用的元素。鋼的淬透性（見淬火）高低主要取決于化學(xué)成分和晶粒度。除鈷和鋁等元素外，大部分合金元素溶入固溶體后都不同程度地抑制過冷奧氏體向珠光體和貝氏體的相變，增加獲得馬氏體組織的數(shù)量，即提高鋼的淬透性。一些碳化物形成元素，如釩、鈦、鋯、鎢等，如果形成碳化物而固定了鋼中的碳，反而會(huì)降低淬透性，易使晶粒粗化的元素如錳，能提高淬透性；使晶粒細(xì)化的元素如鋁，則降低淬透性。硼是顯著影響淬透性的元素，合金鋼中即使只含十萬分之一的硼，也能顯著提高鋼的淬透性。但硼的這種影響僅對(duì)低、中碳鋼有效，對(duì)高碳鋼完全無效。對(duì)鋼的力學(xué)性能和回火性能的影響鋼的性能取決于鐵的固溶體和碳化物各自性能以及它們相對(duì)分布的狀態(tài)。合金元素對(duì)鋼的力學(xué)性能的影響也與此有關(guān)。固溶于鐵素體中的合金元素，起固溶強(qiáng)化作用，使強(qiáng)度和硬度提高，但同時(shí)使韌性和塑性相對(duì)地降低。其中以磷和硅的固溶強(qiáng)化作用最顯著，而硅對(duì)韌性的影響也最嚴(yán)重。少量的錳、鉻或鎳，反而對(duì)鐵素體的韌性有一定提高。調(diào)質(zhì)鋼的韌性－脆性轉(zhuǎn)變溫度是評(píng)價(jià)力學(xué)性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。①提高轉(zhuǎn)變溫度的元素有B、P、C、Si、Cu、Mo、Cr；②降低轉(zhuǎn)變溫度的元素有Ni、Mn；③少量時(shí)提高、多量時(shí)降低轉(zhuǎn)變溫度的元素有Ti、V;④