《金屬材料學(xué)》全冊(cè)配套完整教學(xué)課件2

《金屬材料學(xué)》全冊(cè)配套完整教學(xué)課件2金屬材料學(xué)

MetallicMaterials

學(xué)

時(shí)：48

一、金屬材料的歷史地位二、金屬材料的分類(lèi)三、金屬結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用情況四、金屬材料的發(fā)展熱點(diǎn)五、關(guān)于本課程Chapter0緒

論一、金屬材料的歷史地位1.材料發(fā)展與社會(huì)進(jìn)步有著密切關(guān)系,它是衡量人類(lèi)社會(huì)文明程度的標(biāo)志之一。

金屬材料是現(xiàn)代文明的基礎(chǔ)。

2.目前，金屬材料在材料的應(yīng)用中起主導(dǎo)地位。雖然無(wú)機(jī)非金屬材料、高分子材料和復(fù)合材料等的使用量與日俱增，但在可預(yù)見(jiàn)的時(shí)期內(nèi)，仍不會(huì)改變這種狀況。Chapter0緒

論二、金屬材料的分類(lèi)黑色金屬有色金屬金屬材料鑄鐵

鋼

工程構(gòu)件用鋼機(jī)器零件用鋼

工具鋼

特殊性能用鋼(不銹鋼及耐熱鋼)輕金屬(鋁,鎂,鈦)

重金屬(銅,鋅,鉛,鎳)

貴重金屬(金,銀)稀有金屬(鎢鉬釩鈮鈷)

放射金屬(鐳鈾釷)結(jié)構(gòu)金屬材料功能金屬材料Chapter0緒

論三、金屬結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用情況(1)1.從總產(chǎn)量來(lái)看，鋼鐵材料的產(chǎn)量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，占世界金屬材料總產(chǎn)量的95％，而且有許多良好的性能，能滿足大多數(shù)條件下的應(yīng)用，價(jià)格低廉。2.在世界金屬礦儲(chǔ)量中，鐵礦資源雖然比較豐富和集中，但就世界地殼中金屬礦產(chǎn)儲(chǔ)量來(lái)講，則非鐵金屬礦儲(chǔ)量大于鐵礦儲(chǔ)量，如鐵只占5.1％，而非鐵金屬中鋁為8.8％．鎂為2.1％，鈦為0.6％。Chapter0緒

論3.

非鐵金屬冶煉較困難，所需能源消耗大，因而生產(chǎn)成本高，限制了生產(chǎn)總量的增長(zhǎng)。4.非鐵金屬所創(chuàng)造的價(jià)值高，并且它有鋼鐵所不具備的特殊性能，例如比強(qiáng)度高，耐低溫、耐腐蝕等，因而非鐵金屬產(chǎn)量仍在迅速增長(zhǎng)。

Chapter0緒

論三、金屬結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用情況(2)四、金屬材料的發(fā)展熱點(diǎn)1．繼續(xù)重視高性能的新型金屬材料

具有高強(qiáng)度、高韌性、耐高、低溫、抗腐蝕等性能。2．非晶（亞穩(wěn)態(tài)）材料日益受到重視

非晶態(tài)或亞穩(wěn)態(tài)合金材料、金屬納米材料。3．特殊條件下應(yīng)用的金屬材料

低溫、高壓、高溫、外場(chǎng)以及輻照條件材料的結(jié)構(gòu)、組織和性能的研究。4．材料的設(shè)計(jì)及選用科學(xué)化

按照指定的性能對(duì)材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)、成分的科學(xué)設(shè)計(jì)。Chapter0緒

論五、關(guān)于本課程(1)1.本課程的目的是講授金屬結(jié)構(gòu)材料的物理冶金問(wèn)題，使學(xué)生掌握合金中的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝、環(huán)境對(duì)金屬材料各種性能影響的基本規(guī)律；掌握常用金屬材料的化學(xué)成分設(shè)計(jì)、熱處理和使用中的問(wèn)題。Chapter0緒

論2.本課程的內(nèi)容

金屬材料的合金化基礎(chǔ)理論碳鋼、合金鋼鑄鐵有色金屬及合金Chapter0緒

論六、關(guān)于本課程(2)3.學(xué)習(xí)要求掌握金屬材料的合金化原理、合金元素對(duì)鋼相變、組織、性能影響的一般規(guī)律。掌握常用鋼、鑄鐵、有色金屬等材料的牌號(hào)、成分、熱處理規(guī)范、組織、力學(xué)性能和用途。能夠根據(jù)工程構(gòu)件、機(jī)器零件（或工具）的服役條件，合理選用材料，確定熱處理工藝等。能對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量作初步分析，提出消除或預(yù)防熱處理缺陷的措施。六、關(guān)于本課程(3)Chapter0緒

論4.成績(jī)考核方式期末試卷（70%）+平時(shí)綜合（30%）5.教材與參考書(shū)《金屬材料學(xué)》，吳承建.冶金工業(yè)出版社，2010;《金屬材料學(xué)》，齊錦剛等.冶金工業(yè)出版社，2012;《金屬材料學(xué)》，戴起勛，化學(xué)工業(yè)出版社,2009.

六、關(guān)于本課程(4)Chapter0緒

論Chapter1鋼鐵中的合金元素

Chapter1鋼鐵中的合金元素

1.1碳鋼概論1.2鋼的合金化原理1.3合金鋼的分類(lèi)與牌號(hào)主要內(nèi)容碳鋼中的常存雜質(zhì)碳鋼的分類(lèi)碳鋼的用途Me在鋼中的存在形式Me與鐵和碳的相互作用Me對(duì)Fe-Fe3C相圖的影響Me對(duì)鋼的熱處理的影響Me對(duì)鋼的性能的影響重點(diǎn)及基本要求1.了解碳鋼中的常存元素及其影響，重點(diǎn)掌握碳鋼的分類(lèi)與應(yīng)用。2.第二節(jié)是本章重點(diǎn)。要求全面掌握合金元素在鋼中的存在形式，與鐵和碳的相互作用，對(duì)Fe-Fe3C相圖、對(duì)鋼的熱處理及組織與性能的影響規(guī)律。3.掌握合金鋼的分類(lèi)與牌號(hào)。Chapter1鋼鐵中的合金元素

幾個(gè)基本概念（1）合金元素：特別添加到鋼中為了保證獲得所要求的組織結(jié)構(gòu)、物理、化學(xué)和機(jī)械性能的化學(xué)元素。雜質(zhì)：冶煉時(shí)由原材料以及冶煉方法、工藝操作而帶入的化學(xué)元素。碳鋼：含碳量在0.0218-2.11%范圍內(nèi)的鐵碳合金。合金鋼：在碳鋼基礎(chǔ)上加入一定量合金元素的鋼。Chapter1鋼鐵中的合金元素

低合金鋼：一般指合金元素總含量小于或等于5%的鋼。中合金鋼：一般指合金元素總含量在5～10%范圍內(nèi)的鋼。高合金鋼：一般指合金元素總含量超過(guò)10%的鋼。微合金鋼：合金元素(如V,Nb,Ti,Zr,B)含量小于或等于0.1%，而能顯著影響組織和性能的鋼。幾個(gè)基本概念（2）Chapter1鋼鐵中的合金元素

1.1碳鋼概論

Chapter1鋼鐵中的合金元素

Steelmakingflowlines

1.1碳鋼概論Chapter1鋼鐵中的合金元素

SteelFinishingflowlines

1.1碳鋼概論Chapter1鋼鐵中的合金元素

一、碳鋼中的常存雜質(zhì)（1）1.錳（

Mn）和硅（

Si）

煉鋼過(guò)程中隨脫氧劑或者由生鐵殘存而進(jìn)入鋼中的。

Mn：在碳鋼中的含量一般小于0.8%?？晒倘埽部尚纬筛呷埸c(diǎn)MnS（1600℃）夾雜物。

MnS在高溫下具有一定的塑性，不會(huì)使鋼發(fā)生熱脆，加工后硫化錳呈條狀沿軋向分布。

Si：在鋼中的含量通常小于0.5%?？晒倘?，也可形成SiO2夾雜物。

Mn和Si是有益雜質(zhì)，但夾雜物MnS、SiO2將使鋼的疲勞強(qiáng)度和塑、韌性下降。1.1碳鋼概論Chapter1鋼鐵中的合金元素

一、碳鋼中的常存雜質(zhì)（2）2．硫（S）和磷（P）S：在固態(tài)鐵中的溶解度極小，S和Fe能形成FeS，并易于形成低熔點(diǎn)共晶。發(fā)生熱脆(裂)。P：可固溶于α-鐵，但劇烈地降低鋼的韌性，特別是低溫韌性，稱(chēng)為冷脆。磷可以提高鋼在大氣中的抗腐蝕性能。S和P是有害雜質(zhì)，但可以改善鋼的切削加工性能。

1.1碳鋼概論Chapter1鋼鐵中的合金元素

一、碳鋼中的常存雜質(zhì)（3）3．氮（N）、氫（H）、氧（O）N：在α-鐵中可溶解，含過(guò)飽和N的鋼經(jīng)受冷變形后析出氮化物—機(jī)械時(shí)效或應(yīng)變時(shí)效。N可以與釩、鈦、鈮等形成穩(wěn)定的氮化物，有細(xì)化晶粒和沉淀強(qiáng)化。H：在鋼中和應(yīng)力的聯(lián)合作用將引起金屬材料產(chǎn)生氫脆。O：在鋼中形成硅酸鹽2MnO?SiO2、MnO?SiO2或復(fù)合氧化物MgO?Al2O3、MnO?Al2O3。

N、H、O是有害雜質(zhì)。1.1碳鋼概論Chapter1鋼鐵中的合金元素

二、碳鋼的分類(lèi)（1）400C1400C1200C1000C800C600C1600CFe1%C2%C3%C4%C5%C6%C6.70%CLgadSteelCastIron1．按鋼中的碳含量（1）按Fe-Fe3C相圖分類(lèi)亞共析鋼：

0.0218%≤wc≤0.77%共

析

鋼：

wc

=0.77%過(guò)共析鋼：

0.77%＜wc≤2.11%1.1碳鋼概論Chapter1鋼鐵中的合金元素

（2）按鋼中碳含量的多少分類(lèi)低碳鋼：

wc

≤0.25%中碳鋼：0.25%＜wc≤0.6%高碳鋼：

wc＞0.6%2．按鋼的質(zhì)量（品質(zhì)），碳鋼可分為

（1）普通碳素鋼：wS≤0.05%，wP≤0.045%。

（2）優(yōu)質(zhì)碳素鋼：wS≤0.035%，

wP≤0.035%。

（3）高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼：wS≤0.02%，

wP≤0.03%。

（4）特級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼：wS≤0.015%，

wP≤0.025%。

1.1碳鋼概論二、碳鋼的分類(lèi)（2）Chapter1鋼鐵中的合金元素

3．按鋼的用途分類(lèi)，碳鋼可分為

（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼：主要用于各種工程構(gòu)件，如橋梁、船舶、建筑構(gòu)件等。也可用于不太重要的機(jī)件。

（2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：主要用于制造各種機(jī)器零件，如軸、齒輪、彈簧、連桿等。

（3）碳素工具鋼：主要用于制造各種工具，如刃具、模具、量具等。

（4）一般工程用鑄造碳素鋼：主要用于制造形狀復(fù)雜且需一定強(qiáng)度、塑性和韌性零件。1.1碳鋼概論二、碳鋼的分類(lèi)（3）Chapter1鋼鐵中的合金元素

4．按鋼冶煉時(shí)的脫氧程度分類(lèi)，可分為

（1）沸騰鋼：指脫氧不徹底的鋼，代號(hào)為F。

（2）鎮(zhèn)靜鋼：指脫氧徹底的鋼，代號(hào)為Z。

（3）半鎮(zhèn)靜鋼：指脫氧程度介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間，代號(hào)為b。

（4）特殊鎮(zhèn)靜鋼：指進(jìn)行特殊脫氧的鋼，代號(hào)為T(mén)Z。

1.1碳鋼概論二、碳鋼的分類(lèi)（4）Chapter1金屬材料的合金化原理

1-普通碳素結(jié)構(gòu)鋼

（1）主要用于一般工程結(jié)構(gòu)和普通零件，它通常軋制成鋼板、鋼帶、鋼管、盤(pán)條、型鋼、棒鋼或各種型材（圓鋼、方鋼、工字鋼、鋼筋等），可供焊接、鉚接、栓接等結(jié)構(gòu)件使用。應(yīng)用量很大（鋼總產(chǎn)量的70%以上）。（2）熱軋后空冷是這類(lèi)鋼通常的供貨狀態(tài)。用戶一般不需要再進(jìn)行熱處理而是直接使用。wC=0.06%~0.38%，當(dāng)質(zhì)量等級(jí)為“A”、“B”時(shí)，在保證力學(xué)性能的要求下，化學(xué)成分可根據(jù)需方要求作適當(dāng)調(diào)整。三、碳鋼的用途（1）1.1碳鋼概論Chapter1鋼鐵中的合金元素

（3）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)表示方法由代表屈服點(diǎn)的字母（Q）、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)（A、B、C、D）及脫氧方法符號(hào)（F、b、Z、TZ）等四個(gè)部分按順序組成。屈服點(diǎn)數(shù)值共分195、215、235、255、275五個(gè)強(qiáng)度等級(jí)；1.1碳鋼概論三、碳鋼的用途（2

）Chapter1鋼鐵中的合金元素

等級(jí)符號(hào)是指這類(lèi)鋼所獨(dú)用的質(zhì)量等級(jí)符號(hào)，也按S、P雜質(zhì)多少來(lái)分，以A、B、C、D四個(gè)符號(hào)代表四個(gè)等級(jí)，其中：A級(jí)wS≤0.05%,wP≤0.045%，B級(jí)wS≤0.045%,wP≤0.045%，C級(jí)wS≤0.04%,wP≤0.04%，D級(jí)wS≤0.035%,wP≤0.035%。

其中質(zhì)量等級(jí)最高的是D級(jí)，達(dá)到了碳素結(jié)構(gòu)鋼的優(yōu)質(zhì)級(jí)，A、B、C三個(gè)等級(jí)均屬于普通級(jí)范圍。脫氧方法符號(hào)在鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼的牌號(hào)中可省略。

1.1碳鋼概論三、碳鋼的用途（3

）Chapter1鋼鐵中的合金元素

1.1碳鋼概論三、碳鋼的用途（4

）（4）典型牌號(hào)、性能與用途（表1-1）Q195、Q215：含碳量很低，強(qiáng)度不高，但具有良好的塑性、韌性和焊接性能，常用作鐵釘、鐵絲、鋼窗及各種薄板等強(qiáng)度要求不高的工件。

Q235A、Q255A：用于農(nóng)機(jī)具中的拉桿、小軸、鏈等。也用于建筑鋼筋、鋼板、型鋼等；Q235B、Q255B：用作建筑工程中質(zhì)量要求較高的焊接結(jié)構(gòu)件，機(jī)械中一般的轉(zhuǎn)動(dòng)軸、吊鉤、自行車(chē)架等；Q235C、Q235D：質(zhì)量較好，可作一些重要的焊接結(jié)構(gòu)件及機(jī)件。

Q255、Q275：強(qiáng)度較高，其中Q275屬于中碳鋼，可用作制造摩擦離合器、剎車(chē)鋼帶等。Chapter1鋼鐵中的合金元素

2-優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

（1）用于較為重要的機(jī)械零件，可以通過(guò)各種熱處理調(diào)整零件的力學(xué)性能。（2）供貨狀態(tài)可以是熱軋后空冷，也可以是退火、正火等狀態(tài)，一般隨用戶需要而定。（3）牌號(hào)一般用兩位數(shù)字表示。這兩位數(shù)字表示鋼中平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬(wàn)倍，如20鋼、45鋼。1.1碳鋼概論三、碳鋼的用途（5）Chapter1鋼鐵中的合金元素

1.1碳鋼概論三、碳鋼的用途（6）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼中有三個(gè)鋼號(hào)是沸騰鋼，它們是08F、10F、15F。半鎮(zhèn)靜鋼標(biāo)“b”，鎮(zhèn)靜鋼一般不標(biāo)符號(hào)。高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼在牌號(hào)后加符號(hào)“A”，特級(jí)碳素結(jié)構(gòu)鋼加符號(hào)“E”。專(zhuān)用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼還要在牌號(hào)的頭部（或尾部）加上代表產(chǎn)品用途的符號(hào)，例如平均碳含量為0.2%的鍋爐用鋼，其牌號(hào)表示為“20g”等。Chapter1鋼鐵中的合金元素

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼按含錳量的不同，分為普通含錳量和較高含錳量?jī)山M。含錳量較高的一組在其數(shù)字的尾部加“Mn”，如15Mn、45Mn等。注意：這類(lèi)鋼仍屬于優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，不要和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼混淆。三、碳鋼的用途（7）1.1碳鋼概論Chapter1鋼鐵中的合金元素

1.1碳鋼概論（4）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼共有31個(gè)鋼號(hào)（表1-2）。08F鋼：碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低、塑性好，強(qiáng)度較低?？捎糜诟鞣N冷變形加工成型件。10~25等鋼：焊接和冷沖壓性很好，可用來(lái)制造標(biāo)準(zhǔn)件、軸套、容器等。也可以經(jīng)熱處理制造表面硬度高、心部有較高的強(qiáng)度和韌性的耐磨損、耐沖擊的零件。如齒輪、凸輪、銷(xiāo)軸、摩擦片、水泥釘?shù)?。三、碳鋼的用途?）Chapter1鋼鐵中的合金元素

1.1碳鋼概論三、碳鋼的用途（9）45等中碳鋼：通過(guò)適當(dāng)熱處理可獲得良好的綜合力學(xué)性能?？捎糜谌鐐鲃?dòng)軸、發(fā)動(dòng)機(jī)連桿、機(jī)床齒輪等機(jī)械零件。高碳碳素結(jié)構(gòu)鋼：經(jīng)適當(dāng)熱處理后可獲得高的彈性極限和屈強(qiáng)比以及足夠的韌性和耐磨性?？芍圃煨【€徑的彈簧、重鋼軌、軋輥、鐵鍬、鋼絲繩等。Chapter1鋼鐵中的合金元素

3-碳素工具鋼

（1）主要用于制作各種小型工具?？蛇M(jìn)行淬火、低溫回火處理獲得高的硬度和高耐磨性?？煞譃閮?yōu)質(zhì)碳素工具鋼和高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼兩類(lèi)。（2）牌號(hào)一般用標(biāo)志性符號(hào)“T”（碳字的漢語(yǔ)拼音字頭）加上碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千倍表示。如T10，T12等。一般優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼不加質(zhì)量等級(jí)符號(hào)，而高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼則在其數(shù)字后面再加上“A”字，如T8A，T12等。1.1碳鋼概論三、碳鋼的用途（10）Chapter1鋼鐵中的合金元素

1.1碳鋼概論三、碳鋼的用途（11）（3）含錳碳素工具鋼中錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可擴(kuò)大到0.6%，這時(shí)，在牌號(hào)的尾部標(biāo)以Mn，如T8Mn，T8MnA。（4）典型的碳素工具鋼（表1-3）T7、T8：適合于制造承受一定沖擊而要求韌性較高的刃具，如木工用斧、鉗工用鑿子等，淬火、低溫回火后的硬度為48~54HRC（工作部分）；Chapter1鋼鐵中的合金元素

T9、T10、T11鋼：用于制造沖擊較小而要求高硬度與耐磨的刃具，如小鉆頭、絲錐、手鋸條等，淬火、低溫回火后的硬度為60~62HRC，T10A鋼還可用于制造一些形狀簡(jiǎn)單、工作負(fù)荷不大的冷作模具、量具；T12、T13鋼：硬度及耐磨性最高，但韌性最差，用于制造不承受沖擊的刃具，如銼刀、鏟刮刀等，淬火、低溫回火后的硬度為62~65HRC。

T12A也可用于制造量具。T7~T12、T7A~T12A還可用于形狀簡(jiǎn)單的塑料模具。三、碳鋼的用途（12）1.1碳鋼概論Chapter1鋼鐵中的合金元素

4-一般工程用鑄造碳素鋼（1）主要用于鑄鐵保證不了其塑性，且形狀復(fù)雜，不便于用鍛壓制成的毛坯零件。其碳含量一般小于0.65%。（2）牌號(hào)用符號(hào)“ZG”（鑄鋼這兩個(gè)字的漢語(yǔ)拼音字頭）加上最低屈服點(diǎn)值-最低抗拉強(qiáng)度值表示。如ZG340-640表示其屈服強(qiáng)度不小于340MPa，抗拉強(qiáng)度不低于640MPa的鑄鋼。（3）典型的碳素鑄鋼（表1-4）1.1碳鋼概論三、碳鋼的用途（13）Chapter1鋼鐵中的合金元素

（4）其他類(lèi)型的鑄鋼件還有：焊接結(jié)構(gòu)用碳素鑄鋼件（GB/T7659-1987），如ZG230-450H；低合金鑄鋼件（GB/T14408-1993），如ZGD535-720；耐熱鑄鋼件（GB/T8492-1987），如ZG40Cr30Ni20；不銹耐酸鋼鑄件（GB2100-1980），如ZG1Cr18Ni9Ti；中、高強(qiáng)度不銹鋼鑄件（GB6967-1986），如ZG10Cr13Ni1Mo等。

三、碳鋼的用途（14）1.1碳鋼概論Chapter1鋼鐵中的合金元素

1.2鋼的合金化原理Chapter1鋼鐵中的合金元素

1．形成鐵基固溶體

（1）形成鐵基置換固溶體①Ni、Co、Mn、Cr、V等元素可與Fe形成無(wú)限固溶體。其中Ni、Co和Mn形成以γ-Fe為基的無(wú)限固溶體，Cr和V形成以α-Fe為基的無(wú)限固溶體。②Mo和W只能形成較寬溶解度的有限固溶體。如α-Fe(Mo)和α-Fe(W)等。③Ti、Nb、Ta只能形成具有較窄溶解度的有限固溶體；Zr、Hf、Pb在Fe具有很小的溶解度。

1.2鋼的合金化原理一、合金元素的存在形式（1）

Chapter1鋼鐵中的合金元素

ⅠA

0H

ⅡA

ⅢA

ⅣA

ⅤA

ⅥA

ⅦA

He

LiBeBC

NOFNeNaMgⅢB

ⅣB

ⅤB

ⅥB

ⅦB

ⅧB(niǎo)ⅠB

ⅡB

AlSiPSClArKCaSeTi

V

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

ZnGaGeAsSeBrKrPbSrYZr

Nb

Mo

TcRuRhPdAgCdInSnSbTeI

XeCsBaLaHf

Ta

W

ReOsIrPtAuHgTlPbBiPoAtRn元素周期表Chapter1鋼鐵中的合金元素

（2）形成鐵基間隙固溶體①對(duì)α-Fe，間隙原子優(yōu)先占據(jù)的位置是八面體間隙。

②對(duì)γ-Fe，間隙原子優(yōu)先占據(jù)的位置是八面體或四面體間隙。③間隙原子的溶解度隨間隙原子尺寸的減小而增加，即按B、C、N、O、H的順序而增加。1.2鋼的合金化原理一、合金元素的存在形式（2

）

Chapter1鋼鐵中的合金元素

2．形成合金滲碳體或碳化物（1）合金滲碳體（碳化物）(Fe,Mn)3C、氮化物和碳、氮化物間隙化合物相，是鋼中的基本強(qiáng)化相；(Fe,Mn)3C、TiN、Ti（C、N）等；（2）過(guò)渡族金屬與碳、氮的親和力、碳化物和氮化物的強(qiáng)度（或穩(wěn)定性）按下列規(guī)律遞減：Hf、Zr、Ti、Ta、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe1.2鋼的合金化原理一、合金元素的存在形式（3）

Chapter1鋼鐵中的合金元素

其中：Ⅳ、Ⅴ族金屬的碳化物與氮化物具有簡(jiǎn)單的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，如TiC、VC、TiN、TaC等；Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ金屬的碳化物與氮化物具有復(fù)雜的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，如Cr7C3、Cr23C6、W2C、Mo2C、(W、Mo、Fe)6C等。在鋼中，鐵的碳化物與合金碳化物相比，是最不穩(wěn)定的。滲碳體中Fe的原子可以被若干合金元素的原子所取代。如(Fe,Mn)3C、(Fe,Cr)23C等。

一、合金元素的存在形式（4）

Chapter1鋼鐵中的合金元素

3．形成金屬間化合物（1）金屬化合物的類(lèi)型通常分為正常價(jià)化合物、電子化合物及間隙化合物三類(lèi)。金屬間化合物通常僅指電子化合物。（2）在奧氏體不銹鋼、馬氏體時(shí)效鋼及許多高溫合金中較為重要的金屬間化合物是σ(Cr46Fe54)、η(TiFe2)、χ(Cr21Mo17Fe62)、

μ(Co7Mo6)、

P(Cr18Ni40Mo42)、R(Cr18Co51Mo31)、

Ni3(Al,Ti)、Ni3(Al,Nb)、δ(TiAl3)、γ(TiAl)、

NiAl、NiTi、FeAl、α2(Ti3Al)等。

1.2鋼的合金化原理一、合金元素的存在形式（5）

Chapter1鋼鐵中的合金元素

4．形成非金屬相（非碳化合物）及非晶體相（1）鋼中的非金屬相有：FeO、MnO、TiO2、SiO2、Al2O3、Cr2O3、MgO·Al2O3、MnO·Al2O3、MnS、FeS、2MnO·SiO2、CaO·SiO2等。非金屬夾雜物一般都是有害的。（2）AlN和一些稀土氧化物彌散質(zhì)點(diǎn)可用來(lái)強(qiáng)化鋼或其它有色金屬合金。（3）在特殊條件下（如快速冷卻凝固），可使某些金屬或合金形成非晶體相結(jié)構(gòu)。鋼中非晶體相的作用目前仍缺乏較詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)和理論依據(jù)。

1.2鋼的合金化原理一、合金元素的存在形式（6）

Chapter1鋼鐵中的合金元素

二、合金元素與鐵和碳的相互作用

及其對(duì)γ層錯(cuò)能的影響（1）1．合金元素與鐵的相互作用（1）γ相穩(wěn)定化元素（奧氏體形成元素）

使A3降低，A4升高，在較寬的成分范圍內(nèi)，促使奧氏體形成，即擴(kuò)大了γ相區(qū)。根據(jù)Fe-Me相圖的不同，可分為：開(kāi)啟γ相區(qū)(無(wú)限擴(kuò)大γ相區(qū))；擴(kuò)展γ相區(qū)(有限擴(kuò)大γ相區(qū))。

1.2鋼的合金化原理Chapter1鋼鐵中的合金元素

二、合金元素與鐵和碳的相互作用

及其對(duì)γ層錯(cuò)能的影響（2）①開(kāi)啟γ相區(qū)(無(wú)限擴(kuò)大γ相區(qū))（圖1-1）

這類(lèi)合金元素主要有Mn、Ni、Co等。如果加入足夠量的Ni或Mn，可完全使體心立方的α相從相圖上消失，γ相保持到室溫，故而由γ相區(qū)淬火到室溫較易獲得亞穩(wěn)的奧氏體組織，它們是不銹鋼中常用作獲得奧氏體的元素。Chapter1鋼鐵中的合金元素

圖1-1擴(kuò)大γ相區(qū)并與γ-Fe無(wú)限互溶的Fe-Me相圖(a)及Fe-Ni相圖(b)1.2鋼的合金化原理Chapter1鋼鐵中的合金元素

②擴(kuò)展γ相區(qū)(有限擴(kuò)大γ相區(qū))（圖1-2）雖然γ相區(qū)也隨合金元素的加入而擴(kuò)大，但由于合金元素與α-Fe和γ-Fe均形成有限固溶體，并且也使A3（GS線）降低，A4（JN線）升高，但最終不能使γ相區(qū)完全開(kāi)啟。這類(lèi)合金元素主要有C、N、Cu、Zn、Au等。γ相區(qū)借助C及N而擴(kuò)展，當(dāng)C含量在0~2.11%（重量）范圍內(nèi)，均可以獲得均勻化的固溶體（奧氏體），這構(gòu)成了鋼的整個(gè)熱處理的基礎(chǔ)。

1.2鋼的合金化原理二、合金元素與鐵和碳的相互作用

及其對(duì)γ層錯(cuò)能的影響（3）Chapter1鋼鐵中的合金元素

圖1-2擴(kuò)大γ相區(qū)并與γ-Fe有限互溶的Fe-Me相圖(a)及Fe-C相圖(b)1.2鋼的合金化原理Chapter1鋼鐵中的合金元素

（2）α相穩(wěn)定化元素（鐵素體形成元素）

合金元素使A4降低，A3升高，在較寬的成分范圍內(nèi)，促使鐵素體形成，即縮小了γ相區(qū)。根據(jù)Fe-Me相圖的不同，可分為：封閉γ相區(qū)(無(wú)限擴(kuò)大α相區(qū))；縮小γ相區(qū)(不能使γ相區(qū)封閉)。

1.2鋼的合金化原理二、合金元素與鐵和碳的相互作用

及其對(duì)γ層錯(cuò)能的影響（4）Chapter1鋼鐵中的合金元素

二、合金元素與鐵和碳的相互作用

及其對(duì)γ層錯(cuò)能的影響（5）①封閉γ相區(qū)(無(wú)限擴(kuò)大α相區(qū))（圖1-3）

當(dāng)合金元素達(dá)到某一含量時(shí)，A3與A4重合，其結(jié)果使δ相與α相區(qū)連成一片。當(dāng)合金元素超過(guò)一定含量時(shí)，合金不再有α-γ相變，與α-Fe形成無(wú)限固溶體（這類(lèi)合金不能用正常的熱處理制度）。

這類(lèi)合金元素有：Si、Al和強(qiáng)碳化物形成元素Cr、W、Mo、V、Ti、P及Be等。但應(yīng)該指出，含Cr量小于7%時(shí)，A3下降；含Cr量大于7%時(shí)，A3才上升。Chapter1鋼鐵中的合金元素

Chapter1鋼鐵中的合金元素

二、合金元素與鐵和碳的相互作用

及其對(duì)γ層錯(cuò)能的影響（6）②縮小γ相區(qū)(不能使γ相區(qū)封閉)合金元素使A3

升高，A4

下降，使相區(qū)縮小，但不能使其完全封閉。如圖1-4。這類(lèi)合金元素有：B、Nb、Zr、Ta等。Chapter1鋼鐵中的合金元素

圖1-4縮小γ相區(qū)的Fe-Me相圖(a)及Fe-Nb相圖(b)1.2鋼的合金化原理Chapter1鋼鐵中的合金元素

2．合金元素與碳的相互作用（1）形成碳化物碳化物形成元素：Fe、Mn、Cr、W、Mo、V、Nb、Ti、Zr等。碳化物是鋼中主要的強(qiáng)化相。碳化物形成元素均位于Fe的左側(cè)。非碳化物形成元素：Ni、Si、Co、Al、Cu、N、P、S等，與碳不能形成碳化物，但可固溶于Fe形成固溶體，或形成其它化合物，如氮化物等。非碳化物形成元素均處于周期表Fe的右側(cè)。1.2鋼的合金化原理二、合金元素與鐵和碳的相互作用

及其對(duì)γ層錯(cuò)能的影響（7）Chapter1鋼鐵中的合金元素

碳化物的晶體結(jié)構(gòu)：當(dāng)rc/rMe>0.59時(shí)，碳與合金元素形成一種復(fù)雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的碳化物。Cr、Mn、Fe屬于這類(lèi)元素，它們形成下列形式的碳化物：Cr23C6、Cr7C3、Fe3C。當(dāng)rc/rMe

≤0.59時(shí)，形成簡(jiǎn)單點(diǎn)陣的碳化物（間隙相）。Mo、W、V、Ti、Nb、Ta、Zr均屬于此類(lèi)元素，它們形成的碳化物是：MeX型（WC、VC、TiC、NbC、TaC、ZrC）和Me2X型（W2C、Mo2C、Ta2C）。1.2鋼的合金化原理二、合金元素與鐵和碳的相互作用

及其對(duì)γ層錯(cuò)能的影響（8）Chapter1鋼鐵中的合金元素

碳化物的特性：硬度大、熔點(diǎn)高（可高達(dá)3000℃），分解溫度高（可達(dá)1200℃）；間隙相碳化物雖然含有50%~60%的非金屬原子，但仍具有明顯的金屬特性；可以溶入各類(lèi)金屬原子，呈缺位溶入固溶體形式，在合金鋼中常遇到這類(lèi)碳化物。如：Fe3W3C、Fe4W2C、Fe3Mo3C等。

二、合金元素與鐵和碳的相互作用

及其對(duì)γ層錯(cuò)能的影響（9）1.2鋼的合金化原理Chapter1鋼鐵中的合金元素

（2）Me對(duì)固溶體中碳活度及擴(kuò)散系數(shù)的影響合金元素對(duì)碳在固溶體中活度的影響主要表現(xiàn)在存在于固溶體中的合金元素，會(huì)改變金屬原子與碳的結(jié)合力或結(jié)合強(qiáng)度。碳化物形成元素增加固溶體中碳與合金元素之間的結(jié)合力，降低其活度。非碳化物形成元素，相反將“推開(kāi)”碳原子，提高其活動(dòng)性，即增加碳的活度，同時(shí)將出現(xiàn)碳從固溶體中析出的傾向。（圖1-5）

1.2鋼的合金化原理二、合金元素與鐵和碳的相互作用

及其對(duì)γ層錯(cuò)能的影響（10）Chapter1鋼鐵中的合金元素

在研究碳化物、氮化物和碳、氮化合物在奧氏體中的溶解和冷卻時(shí)它們從固溶體中的析出，以及熱處理過(guò)程中元素在各相間的再分配這些問(wèn)題時(shí)，合金元素對(duì)碳在奧氏體中的活度具有很重大的意義。

圖1-5合金元素的摩爾原子濃度對(duì)1000℃時(shí)碳在奧氏體中的相對(duì)活度系數(shù)的影響

的影響

1.2鋼的合金化原理Chapter1鋼鐵中的合金元素

Me對(duì)C在A中的擴(kuò)散激活能和擴(kuò)散系數(shù)的影響碳化物形成元素：如Cr、Mo和W等降低C的活度，即提高了C在A中結(jié)合力，因而使擴(kuò)散激活能升高擴(kuò)散系數(shù)下降。非碳化物形成元素：如Ni、Co等提高C的活度，即降低了C在A中的結(jié)合力，因而使擴(kuò)散激活能下降，擴(kuò)散系數(shù)升高。1.2鋼的合金化原理二、合金元素與鐵和碳的相互作用

及其對(duì)γ層錯(cuò)能的影響（11）Chapter1鋼鐵中的合金元素

圖1-6合金元素對(duì)C在奧氏體中的擴(kuò)散激活能和擴(kuò)散系數(shù)的影響

1.2鋼的合金化原理Chapter1鋼鐵中的合金元素

需要指出的是Si是個(gè)例外，它能升高擴(kuò)散激活能，降低擴(kuò)散系數(shù)，造成這個(gè)例外的原因，則是由于Si雖提高C的活度，但同時(shí)降低了Fe原子的活動(dòng)性，即增加了Fe在固溶體中的結(jié)合能，因而得到與Ni、Co相反的結(jié)果。1.2鋼的合金化原理二、合金元素與鐵和碳的相互作用

及其對(duì)γ層錯(cuò)能的影響（12）Chapter1鋼鐵中的合金元素

總之，合金元素與碳的相互作用具有重大的實(shí)際意義:它關(guān)系到所形成的碳化物的種類(lèi)、性質(zhì)和在鋼中的分布。而所有這些都會(huì)直接影響到鋼的性能，如鋼的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、塑性、韌性、紅硬性和某些特殊性能。同時(shí)對(duì)鋼的熱處理亦有較大的影響，如奧氏體化溫度和時(shí)間，奧氏體晶粒的長(zhǎng)大等。

1.2鋼的合金化原理二、合金元素與鐵和碳的相互作用

及其對(duì)γ層錯(cuò)能的影響（13）Chapter1鋼鐵中的合金元素

3．合金元素對(duì)奧氏體層錯(cuò)能的影響（1）層錯(cuò)能的概念：晶體中形成層錯(cuò)時(shí)增加的能量。（2）奧氏體層錯(cuò)能對(duì)鋼的組織和性能的影響：一般認(rèn)為層錯(cuò)能越低，越有利于位錯(cuò)擴(kuò)展和形成層錯(cuò)，使滑移困難，導(dǎo)致鋼的加工硬化趨勢(shì)增大。1.2鋼的合金化原理二、合金元素與鐵和碳的相互作用

及其對(duì)γ層錯(cuò)能的影響（14）Chapter1鋼鐵中的合金元素

例如高M(jìn)n鋼和高Ni鋼都是奧氏體型鋼，但加工硬化趨勢(shì)相差很大。高Ni鋼易于變形加工，

Ni、Cu和C等元素使奧氏體層錯(cuò)能提高。高M(jìn)n鋼則難于變形加工，

Mn、Cr、Ru和Ir則降低奧氏體的層錯(cuò)能。

1.2鋼的合金化原理二、合金元素與鐵和碳的相互作用

及其對(duì)γ層錯(cuò)能的影響（15）Chapter1鋼鐵中的合金元素

三、合金元素對(duì)Fe-Fe3C相圖的影響（1）1．合金元素對(duì)奧氏體、鐵素體區(qū)存在范圍的影響擴(kuò)大γ相區(qū)的合金元素(如Ni、Co、Mn等)均擴(kuò)大鐵碳相圖中奧氏體存在的區(qū)域。其中完全擴(kuò)大γ相區(qū)的合金元素Ni或Mn的含量較多時(shí)，可使鋼在室溫下得到單相奧氏體組織，例如1Cr18Ni9高鎳奧氏體不銹鋼和ZGMn13高錳耐磨鋼等。1.2鋼的合金化原理Chapter1鋼鐵中的合金元素

圖1-7（a）合金元素Mn對(duì)Fe-Fe3C相圖中奧氏體區(qū)的影響1.2鋼的合金化原理Chapter1鋼鐵中的合金元素

縮小γ相區(qū)的合金元素(如Cr、W、Mo、V、Ti、Si等)均縮小鐵碳相圖中奧氏體存在的區(qū)域。其中完全封閉γ相區(qū)的合金元素（例如Cr、Ti、Si等）超過(guò)一定含量后，可使鋼在包括室溫在內(nèi)的廣大范圍內(nèi)獲得單相鐵素體組織，例如1Cr17Ti高鉻鐵素體不銹鋼等。Cr對(duì)Fe-Fe3C相圖中A區(qū)的影響如圖1-7（b）。

1.2鋼的合金化原理三、合金元素對(duì)Fe-Fe3C相圖的影響（2）Chapter1鋼鐵中的合金元素

圖1-7（b）合金元素Cr對(duì)Fe-Fe3C相圖中奧氏體區(qū)的影響1.2鋼的合金化原理Chapter1鋼鐵中的合金元素

2．合金元素對(duì)Fe-Fe3C相圖共析點(diǎn)S的影響Me對(duì)共析轉(zhuǎn)變溫度的影響1.2鋼的合金化原理三、合金元素對(duì)Fe-Fe3C相圖的影響（3）擴(kuò)大γ相區(qū)的元素使鐵碳合金相圖的共析轉(zhuǎn)變溫度下降；縮小γ相區(qū)的元素使鐵碳合金相圖的共析轉(zhuǎn)變溫度上升。圖1-8合金元素對(duì)共析溫度的影響

Chapter1鋼鐵中的合金元素

Me對(duì)共析點(diǎn)（S）成分的影響

幾乎所有合金元素都使S點(diǎn)（圖1-9）降低，尤其以強(qiáng)碳化物形成元素的作用最為強(qiáng)烈。共晶點(diǎn)E的碳含量也隨合金元素增加而降低。圖1-9合金元素對(duì)共析含碳量的影響

三、合金元素對(duì)Fe-Fe3C相圖的影響（4）1.2鋼的合金化原理Chapter1鋼鐵中的合金元素

四、合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響（1）

1．Me對(duì)鋼加熱時(shí)奧氏體形成過(guò)程的影響合金元素的加入改變了臨界點(diǎn)的溫度、S點(diǎn)的位置和碳在奧氏體中的溶解度，使奧氏體形成的溫度條件和碳濃度條件發(fā)生了變化；由于奧氏體的形成是一個(gè)擴(kuò)散過(guò)程，合金元素原子不僅本身擴(kuò)散困難，而且還將影響鐵和碳原子的擴(kuò)散，從而影響奧氏體化過(guò)程。

1.2鋼的合金化原理Chapter1鋼鐵中的合金元素

奧氏體形成過(guò)程奧氏體的形核奧氏體的長(zhǎng)大滲碳體的溶解奧氏體成分均勻化1.2鋼的合金化原理四、合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響（2）

Chapter1鋼鐵中的合金元素

（1）Me對(duì)奧氏體形成速度的影響

奧氏體的形成速度取決于奧氏體晶核的形成和長(zhǎng)大，兩者都與碳的擴(kuò)散有關(guān)。非碳化物形成元素Co和Ni等提高碳在奧氏體中的擴(kuò)散速度，增大奧氏體的形成速度。Si、Al、Mn等對(duì)碳在奧氏體中的擴(kuò)散速度影響較小，故對(duì)奧氏體的形成速度影響不大。強(qiáng)碳化物形成元素Cr、Mo、W、V等與碳的親和力較大，顯著妨礙碳在奧氏體中的擴(kuò)散，大大減慢了奧氏體的形成速度。

1.2鋼的合金化原理四、合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響（2）

Chapter1鋼鐵中的合金元素

碳化物的分解：

奧氏體形成后，還殘留有一些穩(wěn)定性各不相同的碳化物。穩(wěn)定性高的碳化物，要求其分解并溶入奧氏體中，必須提高加熱溫度，甚至超過(guò)其平衡臨界點(diǎn)幾十或幾百度。奧氏體的成分均勻化：

由于碳化物的不斷溶入，不均勻程度更加嚴(yán)重。要使奧氏體成分均勻化，碳和合金元素均需擴(kuò)散。1.2鋼的合金化原理四、合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響（3）

Chapter1鋼鐵中的合金元素

由于合金元素的擴(kuò)散很緩慢，因此對(duì)合金鋼應(yīng)采取較高的加熱溫度和較長(zhǎng)的保溫時(shí)間，以得到比較均勻的奧氏體，從而充分發(fā)揮合金元素的作用。但對(duì)需要具有較多未溶碳化物的合金工具鋼，則不應(yīng)采用過(guò)高的加熱溫度和過(guò)長(zhǎng)的保溫時(shí)間。四、合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響（4）

1.2鋼的合金化原理Chapter1鋼鐵中的合金元素

圖1-10碳化物和氮化物在奧氏體中溶解度與溫度的關(guān)系

1.2鋼的合金化原理Chapter1鋼鐵中的合金元素

（2）Me對(duì)奧氏體晶粒長(zhǎng)大傾向的影響合金元素形成的碳化物在高溫下越穩(wěn)定，越不易溶入奧氏體中，能阻礙晶界長(zhǎng)大，顯著細(xì)化晶粒。按照對(duì)晶粒長(zhǎng)大作用的影響，合金元素可分為：

①Ti、V、Zr、Nb等強(qiáng)烈阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大，Al在鋼中易形成高熔點(diǎn)AlN、Al2O3細(xì)質(zhì)點(diǎn)，也能強(qiáng)烈阻止晶粒長(zhǎng)大；②W、Mo、Cr等阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大的作用中等；1.2鋼的合金化原理四、合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響（5）

Chapter1鋼鐵中的合金元素

圖1-11AlN含量對(duì)奧氏體晶粒度的影響

圖1-12MnNiMo鋼中的AlN質(zhì)點(diǎn)（電解萃取碳復(fù)型）1.2鋼的合金化原理Chapter1鋼鐵中的合金元素

③Ni、Si、Cu、Co等阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大的作用輕微；④Mn、P、B則有助于奧氏體的晶粒長(zhǎng)大。Mn鋼有較強(qiáng)烈的過(guò)熱傾向，其加熱溫度不應(yīng)過(guò)高，保溫時(shí)間應(yīng)較短。

1.2鋼的合金化原理Chapter1鋼鐵中的合金元素

2．Me對(duì)鋼的過(guò)冷奧氏體分解轉(zhuǎn)變的影響主要表現(xiàn)在合金元素可以使鋼的C曲線發(fā)生顯著變化。具體可以分為以下幾個(gè)方面：（1）對(duì)高溫轉(zhuǎn)變（珠光體轉(zhuǎn)變）的影響；（2）對(duì)中溫轉(zhuǎn)變（貝氏體轉(zhuǎn)變）的影響；（3）對(duì)低溫轉(zhuǎn)變（馬氏體轉(zhuǎn)變）的影響。1.2鋼的合金化原理四、合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響（6）

Chapter1鋼鐵中的合金元素

圖1-13合金元素對(duì)奧氏體恒溫轉(zhuǎn)變曲線的影響(a)強(qiáng)碳化物形成元素

(b)中等及弱碳化物形成元素

(c)非碳化物形成元素

1.2鋼的合金化原理四、合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響（7）

Chapter1鋼鐵中的合金元素

1.2鋼的合金化原理Chapter1鋼鐵中的合金元素

1.2鋼的合金化原理Chapter1鋼鐵中的合金元素

1.2鋼的合金化原理Chapter1鋼鐵中的合金元素

1.2鋼的合金化原理Chapter1鋼鐵中的合金元素

1.2鋼的合金化原理Chapter1鋼鐵中的合金元素

1.2鋼的合金化原理Chapter1鋼鐵中的合金元素

1.2鋼的合金化原理Chapter1鋼鐵中的合金元素

1.2鋼的合金化原理Chapter1鋼鐵中的合金元素

（1）對(duì)高溫轉(zhuǎn)變（珠光體轉(zhuǎn)變）的影響除Co外，幾乎所有的合金元素使C曲線右移（即增大過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性，推遲珠光體型的轉(zhuǎn)變）。C曲線右移的結(jié)果：降低了鋼的臨界冷卻速度，提高了鋼的淬透性。1.2鋼的合金化原理四、合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響（8）

Chapter1鋼鐵中的合金元素

Me的加入對(duì)鋼還有固溶強(qiáng)化的作用；合金元素只有當(dāng)淬火加熱溶入奧氏體中時(shí)，才能起到提高淬透性的作用。

如果淬火加熱溫度不高，保溫時(shí)間較短，Cr、Mo、W、V等強(qiáng)碳化物未溶解時(shí)，非但不能提高淬透性，反而會(huì)由于未溶碳化物粒子能成為珠光體轉(zhuǎn)變的核心，使淬透性下降。1.2鋼的合金化原理四、合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響（9）

Chapter1鋼鐵中的合金元素

兩種或多種合金元素同時(shí)加入對(duì)淬透性的影響要比兩單個(gè)元素影響的總和強(qiáng)得多，例如鉻錳鋼、鉻鎳鋼等。合金鋼采用多元少量合金化原則，可最有效地發(fā)揮各種合金元素提高鋼的淬透性的作用。合金元素的加入推遲珠光體型轉(zhuǎn)變的同時(shí)還可在連續(xù)冷卻過(guò)程中得到貝氏體型組織的鋼。

四、合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響（10）

1.2鋼的合金化原理Chapter1鋼鐵中的合金元素

（2）對(duì)中溫轉(zhuǎn)變（貝氏體轉(zhuǎn)變）的影響合金元素對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變的作用是通過(guò)對(duì)γ→α轉(zhuǎn)變和碳原子的擴(kuò)散的影響而起作用。首先表現(xiàn)在對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變上限溫度BS點(diǎn)的影響。碳、錳、鎳、鉻、鉬、釩、鈦等元素都降低BS點(diǎn)，使得在貝氏體和珠光體轉(zhuǎn)變溫度之間出現(xiàn)過(guò)冷奧氏體的中溫穩(wěn)定區(qū)，形成兩個(gè)轉(zhuǎn)變的C曲線。1.2鋼的合金化原理四、合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響（11）

Chapter1鋼鐵中的合金元素

合金元素還改變貝氏體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)過(guò)程，增長(zhǎng)轉(zhuǎn)變?cè)杏?，減慢長(zhǎng)大速度。碳、硅、錳、鎳、鉻的作用較強(qiáng)，鎢、鉬、釩、鈦的作用較小。四、合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響（12）

1.2鋼的合金化原理Chapter1鋼鐵中的合金元素

四、合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響（13）

圖1-14Mn和Mo對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變的影響

（圖中曲線旁的數(shù)字，分別表示Mn或Mo的百分含量）1.2鋼的合金化原理Chapter1鋼鐵中的合金元素

（3）對(duì)低溫轉(zhuǎn)變（馬氏體轉(zhuǎn)變）的影響合金元素的作用表現(xiàn)在對(duì)馬氏體點(diǎn)Ms~Mf溫度的影響，并影響鋼中殘留奧氏體含量及馬氏體的精細(xì)結(jié)構(gòu)。除Co、Al以外，絕大多數(shù)合金元素都使Ms和Mf下降（圖1-15）。1.2鋼的合金化原理四、合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響（14）

Chapter1鋼鐵中的合金元素

圖1-15合金元素對(duì)1.0%C碳鋼的影響

四、合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響（15）

1.2鋼的合金化原理Chapter1鋼鐵中的合金元素

Ms和Mf點(diǎn)的下降，使得室溫下將保留更多的殘留奧氏體量（圖1-16）。四、合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響（16）

圖1-16合金元素對(duì)1.0%C碳鋼1150℃淬火后殘余奧氏體含量的影響

1.2鋼的合金化原理Chapter1鋼鐵中的合金元素

合金鋼中高的殘余奧氏體含量對(duì)鋼的性能產(chǎn)生很大影響—?dú)堄鄪W氏體量過(guò)高（有時(shí)達(dá)30%-40%）時(shí)，鋼的硬度降低，疲勞抗力下降。對(duì)于奧氏體不銹鋼，為了要在室溫下或零溫度下（

Ms點(diǎn)遠(yuǎn)低于室溫或零下）獲得穩(wěn)定的單相奧氏體組織，必須加入大量奧氏體形成元素。通常是加入鎳、錳、鉻、碳、氮等元素。

四、合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響（17）

1.2鋼的合金化原理Chapter1鋼鐵中的合金元素

對(duì)于合金結(jié)構(gòu)鋼，為了降低殘余奧氏體量，需要進(jìn)行附加的處理：冷處理就是將淬火后的鋼件在負(fù)溫下繼續(xù)冷卻，使殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的工藝。如生產(chǎn)上采用干冰與酒精混合可獲得-70℃的低溫。1.2鋼的合金化原理四、合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響（18）

Chapter1鋼鐵中的合金元素

多次回火過(guò)程中殘余奧氏體發(fā)生合金碳化物的析出，降低了殘余奧氏體中的合金成分，使殘余奧氏體的Ms、Mf點(diǎn)升高，而在回火后的冷卻過(guò)程中，轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體或貝氏體（稱(chēng)為二次淬火），從而使殘余奧氏體量減少。四、合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響（19）

1.2鋼的合金化原理Chapter1鋼鐵中的合金元素

合金元素還影響馬氏體的形態(tài)和馬氏體的亞結(jié)構(gòu)。當(dāng)Ms點(diǎn)溫度較高時(shí)，由于滑移的臨界分切應(yīng)力較低，在Ms點(diǎn)以下形成位錯(cuò)結(jié)構(gòu)的馬氏體；在Ms點(diǎn)溫度較低時(shí)，孿生分切應(yīng)力低于滑移臨界分切應(yīng)力，則馬氏體相變以孿生形成孿晶結(jié)構(gòu)的馬氏體。1.2鋼的合金化原理四、合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響（20）

Chapter1鋼鐵中的合金元素

3．合金元素對(duì)淬火鋼的回火轉(zhuǎn)變過(guò)程的影響主要表現(xiàn)在提高鋼的回火穩(wěn)定性，即鋼對(duì)回火時(shí)發(fā)生軟化過(guò)程的抵抗能力，使回火過(guò)程各個(gè)階段的轉(zhuǎn)變速度大大減慢，將其推向更高的溫度。具體為（1）Me對(duì)馬氏體分解的影響（2）Me對(duì)殘余奧氏體轉(zhuǎn)變的影響（3）Me對(duì)碳化物的形成、聚集和長(zhǎng)大的影響（4）Me對(duì)鐵素體回復(fù)再結(jié)晶的影響（5）Me對(duì)回火脆性的影響

1.2鋼的合金化原理四、合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響（21）

Chapter1鋼鐵中的合金元素

五、合金元素對(duì)鋼性能的影響（1）加入Me的主要目的：使鋼具有更優(yōu)異的1.2鋼的合金化原理力學(xué)性能使用性能耐腐蝕性、耐熱性強(qiáng)度塑性韌性耐腐蝕性熱強(qiáng)性抗氧化性耐熱性Chapter1鋼鐵中的合金元素

工藝性能鑄造性能鍛壓性能焊接性能熱處理性能切削性能1.2鋼的合金化原理五、合金元素對(duì)鋼的性能的影響

（2）Chapter1鋼鐵中的合金元素

1.3合金鋼的分類(lèi)與編號(hào)

Chapter1鋼鐵中的合金元素

1.3合金鋼的分類(lèi)與牌號(hào)一、合金鋼的分類(lèi)1．按化學(xué)成分分類(lèi)（1）按鋼中所含合金元素的種類(lèi)分，可分為：錳鋼、鉻鋼、硅鋼、硅錳鋼、鉻錳鈦鋼等。（2）按鋼中合金元素總質(zhì)量分?jǐn)?shù)分，可分為：低合金鋼、中合金鋼和高合金鋼。Chapter1鋼鐵中的合金元素

1.3合金鋼的分類(lèi)與牌號(hào)2．按鋼的用途分類(lèi)（1）合金結(jié)構(gòu)鋼：工程構(gòu)件用鋼（低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼）和機(jī)械制造用鋼（合金滲碳鋼、合金調(diào)質(zhì)鋼、合金彈簧鋼、滾動(dòng)軸承鋼和超高強(qiáng)度鋼）。（2）合金工具鋼：刃具鋼（低合金刃具鋼和高速鋼）、量具鋼和模具鋼（冷作模具鋼和熱作模具鋼）。（3）特殊性能鋼：抗氧化鋼、不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼和易削鋼等。

Chapter1鋼鐵中的合金元素

1.3合金鋼的分類(lèi)與牌號(hào)3．按金相組織分類(lèi)（1）按退火后的組織分：亞共析鋼、共析鋼、過(guò)共析鋼、萊氏體鋼。（2）按正火后的組織分：鐵素體鋼、珠光體鋼、貝氏體鋼、馬氏體鋼和奧氏體鋼。4．按冶金質(zhì)量分類(lèi)（1）普通低合金鋼（2）優(yōu)質(zhì)低合金鋼（3）高級(jí)優(yōu)質(zhì)合金鋼（4）特高級(jí)優(yōu)質(zhì)合金鋼Chapter1鋼鐵中的合金元素

1.3合金鋼的分類(lèi)與牌號(hào)1．合金結(jié)構(gòu)鋼（1）工程構(gòu)件用鋼（低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼）

由代表屈服點(diǎn)的漢語(yǔ)拼音字母（Q）、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)（A、B、C、D、E）等三個(gè)部分按順序排列組成。如Q390A。專(zhuān)用工程構(gòu)件結(jié)構(gòu)鋼：在牌號(hào)的頭部（或尾部）標(biāo)注出代表產(chǎn)品用途的符號(hào)，例如表示壓力容器用鋼牌號(hào)表示為“Q345R”；焊接氣瓶用鋼牌號(hào)表示為“Q295HP”；鍋爐用鋼牌號(hào)表示為“Q390g”；橋梁用鋼表示為“Q420q”等等。Chapter1鋼鐵中的合金元素

1.3合金鋼的分類(lèi)與牌號(hào)二、合金鋼的牌號(hào)（2）機(jī)器零件制造用鋼由三部分組成，即由“二位數(shù)字+元素符號(hào)+數(shù)字”組成。前面的兩位數(shù)字表示鋼的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬(wàn)倍，元素符號(hào)表示所含合金元素，后面的數(shù)字表示合金元素含量的百倍。凡合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1.5%時(shí)，編號(hào)中只標(biāo)明元素符號(hào)，一般不標(biāo)含量。如果合金元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)等于或大于1.5%、2.5%、3.5%……，則在元素符號(hào)后相應(yīng)標(biāo)出2、3、4……。合金結(jié)構(gòu)鋼中的Nb、Ti、B等元素，雖然含量很低，但屬有意加入，故在鋼的牌號(hào)中仍應(yīng)表示出來(lái)。如40B，其平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%，硼的質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為0.0005%~0.0035%。Chapter1鋼鐵中的合金元素

1.3合金鋼的分類(lèi)與牌號(hào)合金結(jié)構(gòu)鋼都是優(yōu)質(zhì)鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（牌號(hào)后加“A”字）或特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（牌號(hào)后加“E”字）。高碳鉻軸承鋼的牌號(hào)在頭部加符號(hào)“G”，但不標(biāo)碳含量。鉻含量以千分之幾計(jì)，其他合金元素按合金結(jié)構(gòu)鋼的合金含量表示。例如：平均含鉻量為1.50%的軸承鋼，其牌號(hào)表示為“GCr15”。其它專(zhuān)用機(jī)器零件制造用鋼也要在牌號(hào)的頭部（或尾部）加上代表產(chǎn)品用途的符號(hào)，例如鉚螺鋼“ML30CrMnSi。Chapter1鋼鐵中的合金元素

1.3合金鋼的分類(lèi)與牌號(hào)2．合金工具鋼表示方法與機(jī)器零件制造用結(jié)構(gòu)鋼相似，但當(dāng)其平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1%時(shí)，含碳量不標(biāo)出；當(dāng)其平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1%時(shí)，則牌號(hào)前的數(shù)字表示平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千倍。合金元素的表示方法與合金結(jié)構(gòu)鋼相同。由于合金工具鋼都屬于高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，故不再在牌號(hào)后標(biāo)出“A”字。如9SiCr表示平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9%左右，鉻、硅各為1%左右。Chapter1鋼鐵中的合金元素

1.3合金鋼的分類(lèi)與牌號(hào)高速工具鋼不論碳的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為多少均不予標(biāo)出。如W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、CW6Mo5Cr4V2等，但當(dāng)合金成分不相同時(shí)，對(duì)高碳者牌號(hào)前冠以“C”字。低鉻（平均鉻含量小于1%）的合金工具鋼，在鉻含量前加數(shù)字“0”。例如：平均含鉻量為0.60%的合金工具鋼，其牌號(hào)表示為“Cr06”。塑料模具鋼在牌號(hào)頭部加“SM”，牌號(hào)表示方法與優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金工具鋼相同。例如：SM45、SM3Cr2Mo。Chapter1鋼鐵中的合金元素

1.3合金鋼的分類(lèi)與牌號(hào)3．特殊性能鋼不銹鋼及耐熱鋼牌號(hào)前的數(shù)字表示平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千倍，合金元素的表示方法與其它合金鋼相同。當(dāng)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于或等于0.03%時(shí)，在牌號(hào)前冠以00”；當(dāng)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于或等于0.08%時(shí)，在牌號(hào)前冠以“0”。如不銹鋼3Cr13的平均wC=0.3%、wCr≈13%；不銹鋼0Cr19Ni9的平均wC≤0.08%、wCr≈19%、wNi≈9%；00Cr19Ni11鋼的平均wC≤0.3%、wCr≈19%、wNi≈11%。另外，當(dāng)wSi≤1.5%%、wMn≤2%時(shí)，牌號(hào)中不予標(biāo)出。Chapter1鋼鐵中的合金元素

1.3合金鋼的分類(lèi)與牌號(hào)一些特殊專(zhuān)用鋼，為表示鋼的用途，在牌號(hào)前或后附以字母。鑄造合金鋼的牌號(hào)是在一般合金鋼的牌號(hào)前加“ZG”，如ZGMn13、ZG1Cr18Ni9。易切削鋼Y15、Y40Mn、Y15Pb。易切削非調(diào)質(zhì)機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼YF35V。熱鍛用非調(diào)質(zhì)機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼F45VChapter1鋼鐵中的合金元素

1.3合金鋼的分類(lèi)與牌號(hào)

Chapter2

工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼

主要內(nèi)容第一節(jié)低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼第二節(jié)微合金化鋼第三節(jié)低碳貝氏體型鋼針狀鐵素體型鋼鐵素體馬氏體雙相鋼第四節(jié)新一代鋼鐵材料Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼教學(xué)要求:

基本要求:

了解工程結(jié)構(gòu)用鋼的性能特點(diǎn)及用途，熟悉常用低合金構(gòu)件用鋼。重點(diǎn)與難點(diǎn)：

各種工程結(jié)構(gòu)用鋼的成分特點(diǎn)，合金元素的作用，顯微組織與力學(xué)性能。一、應(yīng)用背景工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼是在普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，主要用于制造各種大型金屬結(jié)構(gòu)（如橋梁、船舶、屋架、鍋爐及壓力容器等）。Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼二、工程構(gòu)件的服役特點(diǎn)

不作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，長(zhǎng)期承受靜載荷作用，有一定的使用溫度和環(huán)境要求。如寒冷的北方，構(gòu)件在承載的同時(shí)，還要長(zhǎng)期經(jīng)受低溫的作用；橋梁或船舶則長(zhǎng)期經(jīng)受大氣或海水的浸蝕；電站鍋爐構(gòu)件的使用溫度則可達(dá)到250℃以上。三、力學(xué)性能要求彈性模量大，以保證構(gòu)件有更好的剛度；有足夠的抗塑性變形及抗破斷的能力，即σs和σb較高，而δ和ψ較好；缺口敏感性及冷脆傾向性較小等；具有一定的耐大氣腐蝕及海水腐蝕性能。Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼四、工藝性能要求良好的冷變形性能和焊接性能。以工藝性能為主，力學(xué)性能為輔。五、成分設(shè)計(jì)要求低碳（wC%≤≤0.25%）；加入適量的合金元素提高強(qiáng)度（1）當(dāng)合金元素含量較低時(shí)，如低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼和微合金化鋼，其基體組織是大量的鐵素體和少量的珠光體；（2）當(dāng)合金元素含量較多時(shí)，其基體組織可變?yōu)?，貝氏體、針狀鐵素體或馬氏體組織。六、供貨狀態(tài)大部分構(gòu)件通常是在熱軋空冷（正火）狀態(tài)下使用，有時(shí)也在回火狀態(tài)下使用。Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼2.1低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼

（普通低合金結(jié)構(gòu)鋼）一、普通低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的

化學(xué)成分特點(diǎn)（1）低碳，這類(lèi)鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般小于0.2%，主要是為了獲得較好的塑性、韌性、焊接性能。（2）主加合金元素主要是Mn，加很少Cr和Ni，是經(jīng)濟(jì)性能較好的鋼種。Mn能細(xì)化珠光體和鐵素體晶粒；Mn的含量在1%~1.5%范圍內(nèi)可促進(jìn)鐵素體在形變時(shí)發(fā)生交滑移，使<112>〈111〉滑移系在低溫下仍其作用，同時(shí)，錳還使三次滲碳體難于在鐵素體晶界析出，減少了晶界的裂紋源，這也將改善鋼的沖擊韌性。Mn的加入還可使Fe--Fe3C相圖中的S點(diǎn)左移，使基體中珠光體數(shù)量增多，致使強(qiáng)度不斷提高。2.1低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼（3）輔加合金元素Al、V、Ti、Nb等，既可產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化作用，還可細(xì)化晶粒，從而使強(qiáng)韌性得以改善。（4）加入一定量的Cu和P，改善這類(lèi)鋼的耐大氣腐蝕性能。Cu元素沉積在鋼的表面，具有正電位，成為附加陰極，使鋼在很小的陽(yáng)極電流下達(dá)到鈍化狀態(tài)；P在鋼中可以起固溶強(qiáng)化的作用，也可以提高耐蝕性能；Ni和Cr都能促進(jìn)鋼的鈍化，減少電化學(xué)腐蝕；（5）加入微量稀土元素可以脫硫去氣，凈化鋼材，并改善夾雜物的形態(tài)與分布，從而改善鋼的力學(xué)性能和工藝性能。2.1低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼表2-1

為我國(guó)發(fā)展的的牌號(hào)、化學(xué)成分和機(jī)械性能表2-2國(guó)外幾種低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的的化學(xué)成分和力學(xué)性能表2-3我國(guó)低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的特性及用途2.1低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼二、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分、

機(jī)械性能和用途

2.2微合金化鋼一、化學(xué)成分特點(diǎn)加入適量的微合金化合金元素，如鈦、鈮、釩等。二、工藝特點(diǎn)運(yùn)用控制軋制和控制冷卻生產(chǎn)工藝。通過(guò)化學(xué)成分和制備工藝的最佳配合達(dá)到最佳強(qiáng)韌化效果，即細(xì)化晶粒強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化等的最佳組合。2.2微合金化鋼三、微合金元素在鋼中的作用阻止奧氏體晶粒的長(zhǎng)大抑制奧氏體形變?cè)俳Y(jié)晶形成沉淀相促進(jìn)沉淀強(qiáng)化圖2.1Nb在鋼中的作用圖2.2V在鋼中的作用2.2微合金化鋼圖2.1Nb在鋼中的作用2.2微合金化鋼2.2微合金化鋼圖2.2V在鋼中的作用

2.3低碳貝氏體鋼、針狀鐵素體鋼及鐵素體-馬氏體雙相鋼

具有鐵素體-珠光體組織的低合金鋼和微合金鋼的屈服強(qiáng)度的極限約為460MPa。若要求更高強(qiáng)度和韌性的配合，就需要考慮選擇其它類(lèi)型組織的低合金鋼，如采用相變強(qiáng)化的方法，因而發(fā)展了低碳貝氏體型、低碳索氏體型及低碳馬氏體型鋼。主要是適當(dāng)降低鋼的含碳量以改善韌性，由此造成的強(qiáng)度損失可由加入合金元素通過(guò)控制軋制和控制冷卻后形成低碳貝氏體或馬氏體的相變強(qiáng)化的方法得到補(bǔ)償。配合加入微合金化元素，如鈮以細(xì)化晶粒并進(jìn)一步提高韌性。2.3低碳貝氏體鋼、針狀鐵素體鋼及鐵素體-馬氏體雙相鋼在軋制或正火后控制冷卻，得到低碳貝氏體組織，與相同含碳量的鐵素體-珠光體組織相比，具有更高的強(qiáng)度和良好的韌性。利用貝氏體相變強(qiáng)化，鋼的屈服強(qiáng)度可達(dá)490-780MPa。一、低碳貝氏體鋼2.3低碳貝氏體鋼、針狀鐵素體鋼及鐵素體-馬氏體雙相鋼1貝氏體鋼的成分主加合金元素是Mo和B，顯著推遲先共析鐵素體和珠光體轉(zhuǎn)變，而對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變推遲較少。鉬和硼對(duì)CCT圖的影響如圖2-7。在此基礎(chǔ)上再加入Mn、Cr、Ni元素，進(jìn)一步推遲先共析鐵素體和珠光體轉(zhuǎn)變，并使Bs下降，以獲得下貝氏體組織。通過(guò)微合金化，充分發(fā)揮Nb、V、Ti的細(xì)化晶粒和沉淀強(qiáng)化。2.3低碳貝氏體鋼、針狀鐵素體鋼及鐵素體-馬氏體雙相鋼2.3低碳貝氏體鋼、針狀鐵素體鋼及鐵素體-馬氏體雙相鋼2鋼種及處理工藝14MnMoV、14MnMoVBRe：屈服強(qiáng)度為490MPa級(jí)。主要用于制造容器的板材和其他鋼機(jī)構(gòu)。板厚＜14mm，熱軋；板厚＞14mm，正火+高溫回火。14MnMoVBRe焊接性能不好，焊接前需預(yù)熱150℃以上。超低碳貝氏體鋼：

w(C)=0.02%，并加入w(Ti)=0.01%使之成為Mn-Mo-Nb-Ti-B超低碳貝氏體鋼。通過(guò)控制軋制和控制冷卻可以得到高位錯(cuò)密度的細(xì)小貝氏體組織。這種鋼可在0℃以下溫度條件下服役。2.3低碳貝氏體鋼、針狀鐵素體鋼及鐵素體-馬氏體雙相鋼2.3低碳貝氏體鋼、針狀鐵素體鋼及鐵素體-馬氏體雙相鋼

二、針狀鐵素體鋼

1顯微組織低碳或超低碳的針狀鐵素體（屬于貝氏體），其α片呈板條狀，具有高密度位錯(cuò)。相變開(kāi)始發(fā)生在較上貝氏體為高的溫度范圍里。2成分及性能典型鋼種：Mn-Mo-Nb鋼。其成分范圍：C≤0.10%，Mn：1.6-2.0%，Mo：0.2-0.6%，Nb：0.04-0.06%；有時(shí)還加0.06%V或0.01%Ti。屈服強(qiáng)度＞470MPa，伸長(zhǎng)率≥20%，室溫沖擊值≥80J，并具有好的低溫韌性。焊接性能良好。抗H2S腐蝕性好。2.3低碳貝氏體鋼、針狀鐵素體鋼及鐵素體-馬氏體雙相鋼3合金元素的作用碳

低碳量是為了增加Nb的碳化物沉淀；降低對(duì)韌性的損害。錳

Mn推遲鐵素體-珠光體相變，降低BS點(diǎn)，使針狀的鐵素體在450℃以下形成；也是固溶強(qiáng)化元素。鉬

Mo能有效地推遲鐵素體而不影響貝氏體相變；Mo與Mn聯(lián)合使用還有利于得到細(xì)晶粒的針狀鐵素而不是粗大的多邊形鐵素體。鈮通過(guò)沉淀相Nb(C,N)的析出能有效地產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化，并且在奧氏體熱軋時(shí)，沉淀相Nb(C,N)也可以細(xì)化晶粒。2.3低碳貝氏體鋼、針狀鐵素體鋼及鐵素體-馬氏體雙相鋼4針狀鐵素體鋼的用途應(yīng)用于制造寒帶輸送石油和天然氣的管線。2.3低碳貝氏體鋼、針狀鐵素體鋼及鐵素體-馬氏體雙相鋼三、低碳馬氏體鋼1顯微組織、性能及處理工藝鍛軋后空冷：貝氏體+馬氏體+鐵素體；其性能為：σ0.2=828MPa；σb=1049MPa；室溫沖擊功96J。用于制造汽車(chē)的輪臂托架。鍛軋后直接淬火并回火：低碳回火馬氏體。σ0.2=935MPa；σb=1197MPa；室溫沖擊功50J，-40℃沖擊功32J。制造汽車(chē)操縱桿。具有高強(qiáng)度、高韌性和高的疲勞強(qiáng)度，適用于工程機(jī)械上運(yùn)動(dòng)的部件和低溫下使用的部件。2.3低碳貝氏體鋼、針狀鐵素體鋼及鐵素體-馬氏體雙相鋼2低碳馬氏體鋼的合金化低C、加入Mo、Nb、V、B等與合理含量的Mn和Cr配合。提高淬透性，Nb還細(xì)化晶粒。BHS系列：Mn-Mo-Nb；

BHS-1成分：C：0.10%，Mn：1.8%，Mo：0.45%，Nb：0.05%Mn-Si-Mo-V-Nb系列。2.3低碳貝氏體鋼、針狀鐵素體鋼及鐵素體-馬氏體雙相鋼四、鐵素體-馬氏體雙相鋼1雙相鋼的特征顯微組織：鐵素體+島狀馬氏體+少量的殘余奧氏體。性能特點(diǎn)：低的屈服強(qiáng)度，一般不超過(guò)350MPa；σ-ε曲線是光滑連續(xù)的，沒(méi)有屈服平臺(tái)，更沒(méi)有鋸齒形屈服現(xiàn)象；高的均勻延伸率和總延伸率，其總延伸率在24%以上；高的加工硬化指數(shù)，n值大于0.24；（σ=Kεn）高的塑性應(yīng)變比（r）。（r=εw/εb。εw為寬度應(yīng)變，εb為厚度應(yīng)變）2.3低碳貝氏體鋼、針狀鐵素體鋼及鐵素體-馬氏體雙相鋼2雙相組織的獲得方法

（1）熱處理雙相處理

鋼在Ac1與Ac3雙相區(qū)加熱，其組織為α＋γ，隨著加熱溫度的