钢中各元素作用

钢中各元素作用Al缩小γ相区形成γ相圈，在α铁以及γ铁中的最大溶解度为36%和0.6%，不形成碳化物，但与氮及氧亲和力极强。主要用来脱氧和细化晶粒，在渗氮钢中促使形成坚硬耐腐蚀的渗层。含量高时，赋予钢高温抗氧化性及耐氧化性介质，硫化氢气体的腐蚀。固溶强化作用大，在耐热合金中，与镍形成镍三铝从而提高热强性，有促使石墨话倾向，对淬透性影响不显著。As缩小γ相区形成γ相圈，作用与磷相似，在钢中偏析严重。含量不超过0.25时，对钢的一般力学性能影响不大，但增加回火脆性敏感性。B缩小γ相区，但形成铁2硼，不形成γ相圈，在α铁以及γ铁中的最大溶解度为不大于0.008%和0.02%。微量硼在晶界上阻抑铁素体晶核的形成，从而延长奥氏体的孕育期，提高钢的淬透性。但随钢中碳含量的增加，此种作用逐渐减弱以至完全消失。C扩大以γ相区，但因渗碳体的形成，不能无限互溶。在以及γ铁中的最大溶解度为0.02%和2.11%。随含量的增加，提高钢的硬度和强度，但降低塑性和韧性。Co无限互溶于γ铁，在α铁中溶解度为76%，非碳化物形成元素。有固溶强化作用，赋予钢红硬性，改善钢的高温性能和抗氧化以及耐腐蚀性能，为超硬高速钢及高温合金的重要合金元素，提高钢的Ms点，降低钢的淬透性。Cr缩小γ相区，形成γ相圈，在α铁中无限互溶，在γ铁中的最大溶解度为12.5%，中等碳化物形成元素，随着Cr含量的增加，可行成（Fe、Cr）3C，和7-3型23-6型。增加钢的淬透性并有二次硬化作用，提高碳钢耐磨性，含量超过12%时，使钢有良好的高温抗氧化性能和耐氧化性介质腐蚀的作用，并增加钢的热强性。为不锈耐酸钢及耐热钢的主要合金化元素，含量高时，易发生δ相和475度脆性。Cu扩大γ相区但不能无限互溶，在α铁以及γ铁中的最大溶解度分别为2%和8.5%，在724度以及700度时。在α铁中的溶解度巨降至0.68%和0.52%。当含量超过0.75%时，经固溶强化和时效后可产生时效强化作用，含量低时，其作用与镍相似。但较弱。含量高时，对热变形加工不利，如果超过0.35%时，在氧化气氛中加热，由于选择氧化作用，在表面会形成富铜相，在高温熔化并侵蚀钢表面的晶粒边界，在热变形加工时导致高温铜脆现象。如钢中同时含有含量1/3的镍，则可避免此种铜脆现象的发生，如用于铸钢件则无上述弊病。在低碳低合金钢中，特别是与磷同存在时，可提高钢的耐大气腐蚀性能。Cu2%-3%在A不锈钢中可提高其对硫酸、磷酸、盐酸等的抗腐蚀性及对应力腐蚀的稳定性。H扩大γ相区，在A中的溶解度远大于在铁素体中的溶解度，而在铁素体中的溶解度也随着温度的下降而巨减。H使钢易产生白点等不允许有的缺陷，也是导致焊缝热影响区中发生冷裂的重要因素。因此，应采用一切可能的措施降低钢中的H含量。Mn扩大γ相区，形成无限固溶体，对铁素体及A均有较强的固溶强化作用，为弱碳化物形成元素，进入渗碳体代替部分铁原子，形成合金渗碳体。与硫形成熔点较高的硫化锰，可防止因硫化亚铁而导致的热脆现象。降低钢的下临界点，增加A冷却时的过冷度，细化珠光体组织以改善其机械性能，为低合金钢的重要合金化元素之一，并为无镍及少镍A钢的主要A化元素。提高钢的淬透性的作用强，但有增加晶粒粗化和回火脆性的不利倾向。Mo缩小γ相区，形成γ相圈，在α铁以及γ铁中的最大溶解度分别为4%和37.5%，强碳化物形成元素。阻抑A到珠光体转变的能力最强，从而提高钢的淬透性，并为贝氏体高强度钢的重要合金化元素之一。含量约0.5%时，能降低或者抑制其他合金元素导致的回火脆性。在较高的回火温度下，形成弥散分布的特殊碳化物，在二次硬化作用。提高钢的热强性和蠕变强度，含Mo2%-3%能增加耐腐蚀钢抗有机酸及还原介质腐蚀的能力。N扩大γ相区，但由于形成氮化铁而不能无限互溶，在α铁以及γ铁中的最大溶解度分别为0.1%和2.8%，不形成碳化物，但与钢中其他合金元素形成能形成氮化物如TiN，VN，AlN等。有固溶强化和提高淬透性的作用，但均不太显著。由于氮化物在晶界上析出，提高晶界高温强度，从而增加了钢的蠕变强度，在A中可以取代一部分镍与钢中其他元素化合，有沉淀强化的作用；对钢抗腐蚀性能的影响不显著，但钢表面渗氮后，不仅增加其硬度和耐磨性，也显著改善了其抗腐蚀性，在低碳钢里，残余氮会导致时效脆性。Nb缩小γ相区，但由于拉氏相NbFe2的形成而不形成γ相圈，在α铁以及γ铁中的最大溶解度分别为1.8%和2.0%，强碳化物及氮化物形成元素。部分元素进入固溶体，固溶体强化作用很强，固溶于A中，显著提高钢的淬透性，但以碳化物和氧化物细微颗粒形态存在时，却细化晶粒并降低钢的淬透性。增加钢的回火稳定性，有二次硬化作用。微量铌可在不影响钢的塑性或韧性的情况下，提高钢的强度。由于细化晶粒的作用，提高钢的冲击韧性并降低其脆性转折温度。当含量大于碳含量8倍时，几乎可以固定所有的碳，使钢具有很好的抗氢性能，在A中，可以防止氧化介质对钢的晶间腐蚀。由于固定钢中的碳和沉淀硬化作用，可以提高热强钢的高温性能，如蠕变强度等。Ni扩大γ相区，形成无限固溶体，在α铁的最大溶解度为10%左右，不形成碳化物。固溶强化及提高淬透性的作用中等。细化铁素体晶粒，在强度相同的条件下，提高钢的塑性和韧性，特别是低温韧性。为主要A形成元素并改善钢的耐腐蚀性能，为热强钢及A不锈耐酸钢的主要合金元素。P缩小γ相区，形成γ相圈，在α铁以及γ铁中的最大溶解度分别为2.8%和0.25%。不形成碳化物但含量高时会形成铁3p。固溶强化以及冷做硬化作用极强，与铜联合使用，提高低合金高强度钢的耐大气腐蚀性，但降低其冷冲压性能，与硫锰联合使用，增加钢的被切削性。在钢中偏析严重，增加钢的回火脆性以及冷脆性敏感性。RE包括元素周期表3B中镧系元素以及钇和钪，共17个元素。他们都缩小γ相区除镧外，都由于中间化合物的形成而不形成γ相圈，它们在铁中的溶解度都很低，如铈和铷的溶解度都不大于0.5%。他们在钢中，半数以上进入碳化物中，小部分进入夹杂物中，其余部分存在于固溶体中，它们和氧硫磷氮氢的亲合力很强，和砷和锑铅铋锡等也都能形成熔点较高的化合物。有脱气、脱硫、和消除其他有害杂质的作用，还改善夹杂物的形态和分布，改善钢的铸态组织，从而提高钢的质量。0.2%的稀土加入量可以提高钢的抗氧化性，高温强度以及蠕变强度，也可以较大幅度提高不锈耐酸钢的耐腐蚀性。S缩小γ相区，因有FeS的形成，未能形成γ相圈，在铁中溶解度很小，主要以硫化物的形式存在。提高硫和锰的含量，可以改善钢的被切削性，在钢中偏析严重，恶化钢的质量。如以熔点较低FeS形式存在，将导致钢的热脆现象。为了防止因硫导致的热脆应有足够的锰，使形成熔点较高的MnS。硫含量偏高，焊接时由于氧化硫的产生，将在焊缝金属内形成气孔和疏松。Si缩小γ相区，形成γ相圈；在α铁以及γ铁中的最大溶解度分别为18.5%和2.15%，不形成碳化物。为常用脱氧剂，对铁素体的固溶强化作用仅次于磷，提高钢的电阻率，降低磁滞损耗，对磁导率也有所改善，为硅钢片的主要合金化元素。提高钢的淬透性和抗回火性，对钢的综合力学性能，特别是弹性极限有利。还可以增强钢在自然条件下的耐腐蚀性。为弹簧钢和低合金高强度钢中常用的合金元素，含量较高时，对钢的焊接性不利，因焊接时飞溅严重，有损焊缝质量，并易导致冷脆，对中高碳钢回火时易产生石墨化。Ti缩小γ相区，形成γ相圈，在α铁以及γ铁中的最大溶解度分别为7%和0.75%，是最强的碳化物形成元素，与氮的亲和力也很强。固溶状态下，固溶强化作用极强，但同时降低固溶体的韧性。固溶于A中提高钢淬透性的作用很强，但化合钛，由于其细微颗粒形成新相的晶核从而促进A分解，降低钢的淬透性。提高钢的回火稳定性，并有二次硬化作用。含量高时析出弥散分布的拉氏相TiFe2而产生时效强化作用。提高耐热钢的抗氧化性和热强性，如蠕变和持久强度。在高镍含铝合金中形成γ撇相，弥散析出，提高合金的热强性，有防止和减轻不锈耐酸钢晶间和应力腐蚀作用。由于细化晶粒和固定碳，对焊接有利。V缩小γ相区和形成γ相圈，在α铁中无限固溶，在γ铁中的最大溶解度为1.35%，强碳化物及氮化物形成元素。固溶于A中可以提高钢的淬透性，但以化合物状态存在的钒，由于这类化合物的细小颗粒形成的新相的晶核，将降低钢的淬透性。增加钢的回火稳定性并有强烈的二次硬化作用。固溶于铁素体中有极强的固溶固溶强化作用。有细化晶粒作用，所以对低温冲击韧性有利，碳化钒是金属碳化物中最硬最耐磨的，可以提高工具钢的使用寿命。钒通过细小碳化物颗粒的弥散分布可以提高钢的蠕变和持久强度。钒、碳含量比大于5.7时可以防止或减轻介质对不锈耐酸钢的晶间腐蚀，并大大提高钢抗高温高压氢腐蚀的能力，但对钢高温抗氧化性不利。W缩小缩小γ相区，形成γ相圈，在α铁以及γ铁中的最大溶解度分别为33%和3.2%强碳化物形成元素，碳化钨硬而耐磨。含钨高有二次硬化作用，以及增加耐磨性。对钢的淬透性、回火稳定性、力学性能以及热强性的影响均与钼相似，但按重量的百分比数计算，其作用较钼为弱，对钢抗氧化性不利。Zr缩小缩小γ相区，形成γ相圈，在α铁以及γ铁中的最大溶解度分别为0.3%和0.7%强碳化物以及氮化物形成元素，其作用仅次于钛。