硼及其它合金元素对钢组织性能的影响

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硼含量对Mn13Cr2高锰钢铸态组织和性能的影响

关键词：Ｍｎ１３Ｃｒ２高锰钢；硼碳化物；铸态组织；硬度；冲击韧性
中图分类号：ＴＧ１４２．１文献标识码：Ａ文章编号：１００１—４９７７（２０１１）０４—０３８６—０４
Ｅ仟ｂｃｔｏｆＢｏｒｏｎＣｏｎｔｅｎｔｏｎＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆ
钢中加人过量的硼会形成硼化物，硼化物比碳化物具有更高的硬度和热稳定性翻。故近年来，以硼化物为主要硬质相的耐磨材料的研究日益受到国内外材料界的重视。早在２０世纪９０年代初，Ｋｅｌｌｙ等人提出了利用硼在ＯＬ—Ｆｅ中的溶解度小及大部分形成硼化物，通过改变硼含量控制硼化物硬质相的体积分数，改变碳含
ＡＳ．ＣａｓｔＭｎｌ３Ｃｒ２ＨｉｇｈＭａｎｇａｎｅｓｅＳｔｅｅｌ
ＧＵＯＪｉａｎ—ｘｉｎ’，ＬＩＵＪｕｎ－ｙｏｕ’，ＬＩＵＪｉｅ
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ；２．ＢｅｉｊｉｎｇＢＫＤＲＭｅｔａｌｌｕｒｇｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ）
量控制基体含碳量，进而控制基体性能的特点，提出了分别改变硼和碳的含量以实现控制材料的耐磨性和韧性的目的，并基于上述设计思路，开发了性能优异的铁铬硼合金昀。另外，国内的符寒光、刘仲礼等人在进一步降低合金成本的基础上对新型铁碳硼合金进行了研究［７＿１０］，并取得了可喜的成果。

N,V,B,Ti对钢铁性能的影响

N,V,B,Ti对钢铁性能的影响N元素1、铁素体溶解氮的能力很低。

当钢中溶有过饱和的氮，在放置较长一段时间后或随后在200～300℃加热就会发生氮以氮化物形式的析出，并使钢的硬度、强度提高，塑性下降，发生时效。

钢液中加入Al、Ti或V进行固氮处理，使氮固定在AlN、TiN或VN中，可消除时效倾向。

2、氮能提高钢的强度，低温韧性和焊接性，增加时效敏感性。

3、氮的有益作用：1）N亦是强烈的A体形成元素，在这点上它与Ni相似，比Ni作用强27倍，特别在不锈钢中得到广泛注意。

它有可能是代替Ni的重要元素之一，特别与Ni其同作用，稳定A体效果更好，尤利代Ni。

2）N还可在复杂的A体钢中借氮化物的析出而产生弥散硬化。

因此，可在无显著成绩脆性的情况下提高它的热强性。

3）N能提高高铬钢，特别是含V的的高铬工具钢的热硬性。

N能使这些钢的二次硬度的回火温度的间段增大，并使此间段向更高温方面移动，所以可得到较好的综合性能，在高铬钢中N还能改善其热加工性能。

4）N在铁素体中可促使A体形成，由于γ相的出现，可减小晶粒粗化倾向，所以可改善钢的韧性和焊接性能。

5）N对磁钢的影响较大：如当N溶解在钢中的固溶体状态存在时会使矫顽力稍增而磁导率降低，当形成AlN、FeN等非金属夹杂影响就加剧。

N还是引起硅钢片磁时效的主要因素之一。

一般说一定数量的夹杂对得到取向组织是有益的。

所以它可阻碍位向不适合的晶粒生长。

从而使取向合适的晶粒加速成长。

N对取向冷轧变压的质量也有很大影响，过多或过少的含N量都不易使N量使冷轧硅钢片获得大晶粒和高磁性。

适宜的含量是N =0.01～0.1%或更低至0.001%，但要获得更好磁性，最好能在热处理后将冷轧硅钢片中残留N除去。

6）钢的表面渗N，可使它得到高的表面硬度（RC70）500～600℃中进行和耐磨性，高的疲劳极限和抗蚀性（600～700℃中进行）。

7）铬锰钢中加入0.35～0.45%以上的N即可得单一的A体组织。

合金钢中各元素对其性能的影响

合金钢中各元素对其性能的影响1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23％超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20％。

碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。

2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30％的硅。

如果钢中含硅量超过0.50-0.60％,硅就算合金元素。

硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。

在调质结构钢中加入 1.0－1.2％的硅，强度可提高15－20％。

硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。

含硅1－4％的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。

硅量增加，会降低钢的焊接性能。

3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50％。

在碳素钢中加入0.70％以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40％。

含锰11－14％的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。

锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。

4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。

因此通常要求钢中含磷量小于0.045％，优质钢要求更低些。

5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。

使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。

硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。

所以通常要求硫含量小于0.055％，优质钢要求小于0.040％。

在钢中加入0.08-0.20％的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。

6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。

钨和硼元素对G115新型马氏体耐热钢组织与性能的影响

钨和硼元素对G115新型马氏体耐热钢组织与性能的影响本文通过对G115新型马氏体耐热钢中添加不同含量的钨和硼元素，探究了它们对钢组织和性能的影响。

结果表明，当添加2.5%钨和0.03%硼时，G115钢的拉伸强度和断裂韧性达到最优，分别为932 MPa和46 J/cm2。

在高温下，添加了钨和硼元素的G115钢表现出更好的耐热性能。

关键词：G115新型马氏体耐热钢；钨元素；硼元素；组织性能；耐热性能引言随着高温冶金、化工、电力等行业的进步，对耐高温、耐腐蚀性能的钢材需求日益增加。

G115新型马氏体耐热钢是一种新型高温材料，可用于高温环境下的各种要求高强度和高韧性的零部件制造。

钨和硼元素作为合金化元素，可显著改善钢材的力学性能和耐热性能。

本文将探究添加不同含量的钨和硼元素对G115新型马氏体耐热钢的组织和性能的影响。

试验方法选用工业纯度的钨和硼粉末，配制不同含量的合金，将其与G115钢进行熔炼。

接受扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察样品显微组织，测量拉伸、冲击和硬度等力学性能。

结果与分析随着钨含量的增加，G115钢的硬度不息提高，表明钨元素的加入可以显著提高钢的强度和硬度。

当钨含量达到2.5%时，G115钢的硬度达到最大值，为311 Hv。

TEM结果表明，钨添加后会形成钨碳化物和钨相，且当钨含量为2.5%时，钨相的尺寸最大，有利于提高钢的强度。

在添加0.03%硼元素后，钢的拉伸强度最高，为932 MPa，此时断裂韧性也达到最大值，为46 J/cm2。

硼元素的加入还会增加钢的热稳定性，降低碳化物析出量，减轻晶界脆化。

结论通过添加不同含量的钨和硼元素可以显著改善G115新型马氏体耐热钢的组织和性能。

当钨含量为2.5%，硼含量为0.03%时，G115钢的力学性能和耐热性能最佳。

添加钨和硼元素的G115钢在高温下表现出更好的耐热性能，是一种新型高温材料的抱负选择。

进一步分析表明，钨和硼元素加入对G115钢的组织也有着显著影响。

各种合金元素对钢性能的影响

三、各种合金元素对钢性能的影响目前在合金钢中常用的合金元素有：铬(Cr)，锰(Mn)，镍(Ni)，硅(Si)，硼(B)，钨(W)，钼(Mo)，钒(V)，钛(Ti)和稀土元素(Re)等。

五大元素:硅、锰、碳、磷、硫。

五大杂质元素:氧、氮、磷、硫、氢。

1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。

碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。

2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。

如果钢中含硅量超过0.50-0.60%，硅就算合金元素。

硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。

在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。

硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。

含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。

硅量增加，会降低钢的焊接性能。

硅可提高强度、高温疲劳强度、耐热性及耐H2S等介质的腐蚀性。

硅含量增高会降低钢的塑性和冲击韧性。

3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。

在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。

含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。

锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。

锰可提高钢的强度，增加锰含量对提高低温冲击韧性有好处。

4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。

因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。

合金元素对钢的性能影响

合金元素对钢的性能影响合金是由两种或两种以上的金属或非金属元素组成的材料。

将合金元素添加到钢中可以改变钢的性能。

这种改变可能包括增加钢的强度、硬度、耐腐蚀性能、热处理性能等。

本文将详细探讨合金元素对钢的主要性能影响。

一、合金元素对钢的强度和硬度的影响1.铬(Cr)：铬是一种常用的合金元素。

它可以提高钢的硬度和耐高温性能。

铬在钢中形成稳定的氧化层，可以防止钢发生锈蚀。

此外，铬还可以提高钢的强度，使其更难弯曲和变形。

2.锰(Mn)：锰是一种常见的合金元素。

它可以提高钢的强度、硬度和耐磨性能。

特别是在高温下，锰可以提高钢的硬度和强度，使其具有更好的耐磨性能。

3.钼(Mo)：钼是一种重要的强化元素。

它可以提高钢的强度、韧性和耐热性能。

钼可以在钢中形成硬质的碳化物，使钢具有更好的耐磨性和抗冲击性。

此外，钼还可以提高钢的耐高温性能。

4.钛(Ti)和铌(Nb)：钛和铌是常用的微合金元素。

它们可以提高钢的强度和硬度，同时也可以细化钢中的晶粒。

这些微合金元素还可以提高钢的高温强度和阻止钢的再结晶。

二、合金元素对钢的耐腐蚀性能的影响1.铬(Cr)：铬是一种重要的防腐蚀元素。

它可以在钢的表面形成稳定的铬氧化层，防止钢被氧化和锈蚀。

铬还可以提高钢的耐腐蚀性能，使钢适用于潮湿和腐蚀性环境。

2.镍(Ni)：镍也是一种常用的防腐蚀元素。

它可以提高钢的耐酸性和耐碱性，因为镍本身具有优异的化学稳定性。

镍还可以改善钢的韧性和抗磨性能。

3.铜(Cu)：铜可以提高钢的抗腐蚀性能。

它可以形成一层稳定的氧化膜，保护钢表面不受腐蚀。

此外，铜还可以提高钢的韧性和耐磨性能。

三、合金元素对钢的热处理性能的影响1.钼(Mo)：钼可以提高钢的热处理稳定性。

钼的加入可以使钢的晶界更加稳定，抑制晶粒长大，提高钢的热稳定性和热处理硬化能力。

2.钛(Ti)和铌(Nb)：钛和铌是常用的微合金元素，可以提高钢的热稳定性和抗热衰退性能。

它们可以在钢中形成稳定的碳化物，细化晶粒并防止晶粒长大。

各种合金元素对钢性能的影响

各种合金元素对钢性能的影响合金化是通过向钢中添加不同的金属元素来改变钢的性能。

下面将介绍18种常见的合金元素对钢的性能的影响。

1.碳(C)：碳是钢中最主要的合金元素之一，它能提高钢的硬度和强度。

2.硅(Si)：硅的加入可以提高钢的耐高温性能和氧化抵抗能力。

3.锰(Mn)：锰的加入可以提高钢的硬度、韧性和耐磨性。

4.磷(P)：磷的加入可以增加钢的冷脆性，但适量的磷可以提高钢的强度和硬度。

5.硫(S)：硫的加入可以提高切削性能和加工性能，但会降低钢的韧性。

6.铬(Cr)：铬的加入可以提高钢的抗热腐蚀性能和抗氧化能力。

7.镍(Ni)：镍的加入可以提高钢的强度、韧性和耐腐蚀性能。

8.钼(Mo)：钼的加入可以提高钢的硬度、强度和耐磨性。

9.钒(V)：钒的加入可以提高钢的强度、耐磨性和抗冲击性。

10.钛(Ti)：钛的加入可以提高钢的强度、韧性和耐腐蚀性能。

11.铝(Al)：铝的加入可以提高钢的强度、硬度和抗腐蚀性能。

12.铜(Cu)：铜的加入可以提高钢的强度、硬度和导热性能。

13.铌(Nb)：铌的加入可以提高钢的强度、耐磨性和抗腐蚀性能。

14.稀土元素(RE)：稀土元素的加入可以改善钢的热处理性能和强度。

15.钒(V)：铌的加入可以增加钢的硬度、强度和韧性。

16.硼(B)：硼的加入可以提高钢的韧性、强度和耐磨性。

17.锡(Sn)：锡的加入可以提高钢的耐腐蚀性和强度。

18.磷(P)：磷的加入可以增加钢的脆性和韧性。

这些合金元素的加入可以根据特定的要求来调整钢的性能，例如提高强度、硬度、韧性、耐腐蚀性能、磨损性能和抗冲击性等。

然而，合金化也会引入一些问题，例如增加成本、降低可焊性和提高加工难度等。

因此，在设计和选择合金钢时需要综合考虑各种因素。

硼含量对超高锰钢组织和性能的影响

· １３４ ·
铸造
ＦＯＵＮＤＲＹ
Ｆｅｂ．２００８Ｖｏｌ．５７Ｎｏ．２
硼含量对超高锰钢组织和性能的影响
何奖爱，李书琴，辛启斌，杨中东（东北大学材料与冶金学院，辽宁沈阳１１０００４）
摘要：在超高锰钢中加入不同含量的硼（０．００１５％￣０．００６０％），随着硼含量的增加，在热处理后金相组织中晶界碳化物
在低冲击磨料磨损条件下硼含量较高时可以提高
耐磨性，这和硼的细化组织和强化晶界的作用有关。Ｂ
原子比碳原子大，因此硼原子在Ｆｅ３Ｃ中置换固溶，导致碳化物产生更大的晶格歪斜，所以Ｆｅ（３ＣＢ）的显微
性能硬度（ＨＢ）
Ｍｎ１８
Ａ１
Ａ２
Ａ３
Ａ４
２２１
２１３２１５２１５２１７
冲击韧性／（Ｊ·ｃｍ－２）
１６２
１８１１９１１７８１６５
相对耐磨性
１
１．１６１．４６１．５１１．９８
由表１可见，不同含硼量超高锰钢试样的硬度在ＨＢ２１３￣２１７变化，随硼含量增加硬度变化不大；比未加硼的超高锰钢硬度低。主要是由于未加硼超高锰钢晶界碳化物较多，而使其硬度提高。表１中，当Ｂ含量为０．００３０％时，冲击韧性值高达１９１Ｊ／ｃｍ２，Ｂ含量为０．００６０％时冲击韧性最低，为１６５Ｊ／ｃｍ２；可见经水韧处理后，冲击韧性先升高后降低。这是由于钢中硼的含量＜０．００５０％时有细化组织的作用，数量过多时反而使晶粒粗化。钢中硼含量较高时，由于硼的分布不均匀，局部区域硼富集，能够形成含硼的共晶，其中有硼化铁（Ｆｅ２Ｂ）、碳化物和γ相，这些共晶很脆，严重恶化

25mnb材料成分

25mnb材料成分25MnB是一种常用的合金结构钢材料，其主要成分包括碳(C)、锰(Mn)和硼(B)等元素。

下面将从这三个方面介绍25MnB材料的成分及其性能特点。

一、碳(C)：碳是钢材中的主要合金元素之一，对钢材的力学性能和热处理性能有着重要影响。

25MnB中的碳含量一般在0.22%~0.28%之间。

碳的添加可以提高钢材的硬度和强度，同时也会降低钢材的韧性和塑性。

因此，25MnB具有较高的强度和硬度，适合用于制造要求较高强度和硬度的零件和构件。

二、锰(Mn)：锰是钢材中的一种重要的合金元素，对钢材的晶体结构和力学性能有着重要影响。

25MnB中的锰含量一般在1.10%~1.40%之间。

锰的添加可以提高钢材的强度和韧性，同时还可以提高钢材的耐磨性和耐热性能。

因此，25MnB具有较高的强度和韧性，适合用于制造要求较高强度和耐磨性的零件和构件。

三、硼(B)：硼是一种常用的微量合金元素，对钢材的晶界和晶内组织有着重要影响。

25MnB中的硼含量一般在0.0005%~0.0030%之间。

硼的添加可以细化钢材的晶粒，提高钢材的强度和韧性，同时还可以提高钢材的淬透性和耐磨性能。

因此，25MnB具有较好的淬透性和耐磨性，适合用于制造要求较高强度和韧性的零件和构件。

总结起来，25MnB是一种具有较高强度、硬度、韧性、耐磨性和耐热性的合金结构钢材料。

它的成分中碳、锰和硼等元素的添加使得25MnB具有优异的力学性能和热处理性能。

在实际应用中，25MnB广泛用于制造工程机械、汽车零部件、农机配件等要求强度和耐磨性的重要零件。

同时，25MnB的成分设计和热处理工艺也可以根据具体的应用需求进行调整，以满足不同工作条件下的使用要求。

硼对低合金Q345钢板组织和性能的影响

其成分要求在普碳钢和低合金钢的基础上添加０．０００８％一Ｏ．ＯＯ２Ｏ％的硼。本文通过研究硼对低
将２５０ｍｉｌｌ厚低合金Ｑ３４５连铸坯加热到１２２０ｏＣ，经过４３００ｍｌｎ四辊可逆轧机先粗轧至１００ｍｎｌ控温厚度，再精轧至４０ｎＴｆｌ目标厚度，轧
ｂａｓｉｃａｌｌｙｔｈｅｓａｍｅ，ｉｔｗａｓｌｅｓｓｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｌｏｗ
要求。秦皇岛首秦金属材料有限公司（简称首
号钢和不含硼２号钢，低合金Ｑ３４５连铸坯主要化学成分见表１。
表１低合金Ｑ３４５连铸坯主要化学成分％
编号
１
２
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Ｍｎ
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Ａ１。
表２４Ｏｍｍ厚低合金Ｑ３４５钢板的实际轧制工艺参数
编号
１２１０６０１０６４８４７８４８８３３８３６７９９８００６０１５９８７．５４７．６５
合金Ｑ３４５钢板组织和性能的影响，为ＳＳ４００Ｂ的开发工作提供技术支持。
后进行快速层流冷却至６００ｏＣ，然后在冷床上冷却

硼、磷元素的作用

合金元素在钢中的主要作用Al缩小γ相区，形成γ相圈。

在α铁及γ铁中的最大溶解度分别为36％及0.6％，不形成碳化物，但与氮及氧亲和力极强，主要用来脱氧及细化晶粒。

在滲氮钢中促进形成坚硬耐蚀的滲氮层。

含量高时，赋予钢在高温时抗氧化及耐氧化性介质、H2S气体的腐蚀的性能。

固溶强化作用大。

在耐热合金中，与镍形成γ相（Ni3Al），从而提高其热强性。

有促使石墨化倾向，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0.2％时，对钢的一般力学性能影响不大，但增加回火脆性的敏感性。

B缩小γ相区，但因形成Fe2B，不形成γ相圈。

在α铁及γ铁中的最大溶解度分别为不大于0.008％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。

但随着钢中碳含量的增加，此种作用逐渐减弱以至完全消失C扩大γ相区，但因渗碳体的形成，不能无限固溶。

在α铁及γ铁中的最大溶解度分别为0.02％及2.1％。

随含量的增加，提高钢的硬度和强度，但降低其塑性和韧性。

Co无限固溶于γ铁，在α铁中的溶解度为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及耐腐蚀的能力，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铁中无限固溶，在γ铁中的最大溶解度为12.5％，中等碳化物形成元素，随铬含量的增加，可形成（Fe,Cr）3C, Fe,Cr）7C3及（Fe,Cr）27C3,等碳化物。

增加钢的淬透性并有二次硬化作用，提高高碳钢的耐磨性。

含量超过12％时，使钢有良好的高温抗氧化性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σ相和475℃脆性。

溶于渗碳体中的铬，提高了碳化物的热力稳定性，阻止了碳化物的分解，抑制了石墨化的产生。

Cu扩大γ相区，但不无限固溶；在α铁及γ铁中最大溶解度分别约2％或8.5％。

合金元素对钢的影响

合金元素对钢的影响钢是一种由铁和碳组成的合金材料，常用于建筑、机械制造、汽车制造等领域。

除了碳以外，合金元素可以通过添加的方式对钢的性能进行调节，以满足不同的使用要求。

以下是合金元素对钢的一些主要影响。

1.硅（Si）硅是一种常见的合金元素，可改善钢的润湿性和热处理性能。

添加适量的硅可以减少钢液在浇注过程中的气孔和缩松缺陷。

此外，硅还可以提高钢的抗疲劳性能和耐腐蚀性能。

例如，不锈钢中的硅可以提高钢的耐酸性能。

2.锰（Mn）锰是一种常用的合金元素，可提高钢的硬度和强度。

适量的锰可以增加钢的韧性和冷加工性能。

锰还能够提高钢的抗腐蚀性能和抗疲劳性能，同时减少钢材在热处理过程中的变形和开裂问题。

3.硒（Se）硒是一种稀有的合金元素，可以提高铸造钢的强度和韧性。

适量的硒可以改善钢的发红敏感性，防止钢在热处理过程中产生氧化和开裂问题。

4.镍（Ni）镍是一种典型的合金元素，常用于制造耐高温材料，例如高温合金和耐热钢。

添加镍可以大幅度提高钢的抗腐蚀性能，尤其是对于抵抗硫酸腐蚀和海水腐蚀的能力。

此外，镍还能够改善钢的延展性和冷加工性能。

5.钼（Mo）钼是一种特殊的合金元素，可提高钢的硬度、强度和耐热性能。

添加适量的钼可以提高钢的耐高温性能和耐蚀性能，例如在制造高温合金和不锈钢中广泛使用。

6.铝（Al）铝是一种常见的合金元素，可以调节钢的微观结构和物理性能。

添加适量的铝可以减少钢中的热处理变形和开裂问题，提高钢的抗腐蚀性能和焊接性能。

铝还可以提高钢的强度和韧性，同时降低钢的密度。

7.硼（B）硼是一种特殊的合金元素，通过形成硼化物的方式，可以提高钢的硬度和热处理性能。

添加适量的硼可以提高钢的切削性能和耐磨性能，使其适用于制造工具钢和切削工具。

除了上述几种常见的合金元素，还有其他一些合金元素如钒、钨、铬、铌等都可以对钢的性能产生重要影响。

选择合适的合金元素以及添加的含量，能够使钢材更好地适应不同的使用环境和要求。

然而，合金元素的添加也需要考虑其对钢的成本、焊接性能和加工性能的影响，以及可能引起的其他问题，如氧化、变色等。

钢中化学元素对性能的影响

钢中化学元素对性能的影响钢的化学成分是控制钢材性能变化的内因，钢材的生产工艺条件是影响钢材性能的外因。

在实际生产中可以在规定范围内适当选择成分会计师来满足性能要求，也可以通过不同生产工艺制度，特别是控制轧制、控制冷却及热处理来改善钢材性能。

1、碳对钢性能的影响碳主要以碳化物形式存在于钢中，碳是决定钢的强度的主要元素。

碳含量升高时，强度、硬度提高，而塑性、韧性和冲击降低，冷脆倾向性和时效倾向性提高。

随着钢中含碳量提高，焊接性能显著下降，因此，用于焊接结构的低合金高强度钢，含碳量不超过0.25%，一般应不大于0.20%。

碳含量高低对热处理制度的确定有很大影响。

2、硅对钢性能的影响硅能显著提高强度，可提高钢的抗腐蚀能力和抗高温氧化能力。

对小于0.8—1.0%的硅，虽使钢延利率、收缩率和冲击韧性有所降低，但不显著。

硅含量过高至1—3%时，钢变脆，使冷脆转变温度提高，使钢的时效敏感性提高。

硅作为硅钢的主要成分能降低铁损，增加磁感应强度。

3、锰对钢性能的影响锰常作为脱氧剂或合金元素加入钢中，与钢水中的S、O反应生成的MnS和MnO熔点较高且易上浮排除，可消除FeO和FeS引起的热脆，改善了结构钢的热加工性能，一般要求Mn/S大于10倍，锰还可降低冷脆性，可溶下地渗碳体形成碳化物[Mn3C;(Fe、Mn)3C]，增加钢的强度。

通常，愿意用低碳高锰钢作焊接结构钢，一般情况下Mn/C比值越大（达2.5 以上），钢的低温韧性越好。

当Mn在0.80—1.0%以下时，几乎不降低钢的塑性和韧性，甚至对后者还有所提高。

当Mn超出1.0%时，在提高可度的同时降低钢的塑性和韧性。

当Mn 在2.0%以下时，对焊接性能影响不大，继续增加时，焊接性能变坏。

锰能提加钢的淬透性、碉磨性。

4、磷对钢性能影响磷在钢中以Fe3P和Fe2P形态存在。

溶于纯铁的磷，能使铁的晶粒急剧歪扭，因而使钢的强度、硬度增高，但塑性、韧性下降，尤其在低温时韧性降低得最厉害，这种现象称为“冷脆”。

49种元素对钢铁性能的影响

49种元素对钢铁性能的影响强度。

铸钢中加钙使钢水流动性大为提高；铸件表面光洁度得到改善, 铸件中组织的各向异性得以消除；其铸造性能、抗热裂性能、机械性能和切削加工性能均有不同程度的增加。

钢中加钙能改善抗氢致裂纹性能和抗层状撕裂性能，可延长设备、工具的使用寿命。

钙加入母合金中可用作脱氧剂和孕育剂，并起微合金化作用。

Ti（钛）钛和氮、氧、碳都有极强的亲和力，与硫的亲和力比铁强，是一种良好的脱氧去气剂和固定氮和碳的有效元素。

钛虽然是强碳化物形成元素，但不和其他元素联合形成复合化合物。

碳化钛结合力强，稳定，不易分解，在钢中只有加热到1000℃以上才能缓慢地溶入固溶体中。

在未溶入之前，碳化钛微粒有阻止晶粒长大的作用。

由于钛和碳之间的亲和力远大于铬和碳之间的亲和力，在不锈钢中常用钛来固定其中的碳以消除铬在晶界处的贫化，从而消除或减轻钢的晶间腐蚀。

钛也是强铁氧体形成元素之一，强烈的提高了钢的A1和A3温度。

钛在普通低合金钢中能提高塑性和韧性。

由于钛固定了氮和硫并形成碳化钛，提高了钢的强度。

经正火使晶粒细化，析出形成碳化物可使钢的塑性和冲击韧性得到显著改善，含钛的合金结构钢，有良好的力学性能和工艺性能，主要缺点是淬透性稍差。

在高铬不锈钢中通常需加入约5倍碳含量的钛，不但能提高钢的抗蚀性（主要是抗晶间腐蚀）和韧性；还能组织钢在高温时的晶粒长大倾向和改善钢的焊接性能。

V（钒）钒和碳、氨、氧有极强的亲和力，与之形成相应的稳定化合物。

钒在钢中主要以碳化物的形式存在。

其主要作用是细化钢的组织和晶粒，降低钢的强度和韧性。

当在高温溶入固溶体时，增加淬透性；反之，如以碳化物形式存在时，降低淬透性。

钒增加淬火钢的回火稳定性，并产生二次硬化效应。

钢中的含钒量，除高速工具钢外，一般均不大于0.5%。

钒在普通低碳合金钢中能细化晶粒，提高正火后的强度和屈服比及低温特性，改善钢的焊接性能。

钒在合金结构钢中由于在一般热处理条件下会降低淬透性，故在结构钢中常和锰、铬、钼以及钨等元素联合使用。

各种元素对钢性能的影响(共18种元素)

当Al含量增加至3～5%时，8～9%将会大大地促进钢锭的柱状结晶过程。

因此而大大增加钢的机械热加工的困难，也使钢极易脱碳。

（其热加工之所以困难是因为该合金钢锭具有粗晶结构，且其晶体的解理极弱，所以导热性低，加热时容易出现大的温度差而锻裂，甚至钢锭的去皮加工都会使其晶界氧化而破坏。

此外，它在800℃以上的高温长时间停臵也极易变脆。

一般合金钢中含Al量：合金结构钢：Al=0.4～1.1% (38CrAlA、38CrMoAlA、38CrWVAlA等)耐热不起皮钢：Al=1.1～4.5% (Cr13SiAl、Cr24Al2Si、Cr17Al4Si 等)电热合金： Al=3.5～6.5% (Cr13Al4、1Cr17Al5、Cr8Al5、0Cr17Al5等)甚至Al=8% Cr7Al7：考虑电热合金受荷不大，虽有脆性，仍可使用。

2、Si（1）一般合金钢中的Si含量不会高于3.5%，更多时（4.8～6.5%）将使钢具有很高的脆性。

Si的有益作用：高的热强性和弹性极限，高的导磁率，涡流损失少。

①象Al、Cr一样，其氧化物均是尖晶石类型的组织。

其晶格常数与α-Fe、γ-Fe区别小。

因为其氧化物与金属分界处的晶胞之间就紧密而强固地结合在一起，氧化皮紧密地被贴在金属上，甚至在高温下也不剥落。

所以它具有很强的抗氧化性和耐热性能，而被加入耐热钢。

②有利于提高钢的弹性极限，在中碳钢中加入1～2%的Si，调质中σb 将增15～20%，而Aku也提高了，还提高了σs和δ。

③利于促进钢中石墨化而用于炼制石墨钢。

此钢可制轴承，甚至作为工具钢代替，制冲头，拉模、弯曲模等。

④脱氧能力较强，是炼钢常用的脱氧剂，故一般钢中均含Si，其量≤0.5%。

⑤硅可减小晶体的各向异性，使磁化容易，使磁阻减小，它还可减轻钢中其他杂质对磁场磁感的危害（使%C石墨化，脱氧，与N形成氢化硅等）。

所以可大大减少涡流损失。

由于硅的脆性，目前高硅钢片硅含量规定为低于4.5%，最多只为4.8%，正在研究提高至6.5%。

合金元素对钢材机械性能的影响

碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。

2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。

如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。

硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。

在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。

硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。

含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。

硅量增加，会降低钢的焊接性能。

3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。

含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。

锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。

4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。

因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。

5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。

使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。

硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。

所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。

在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。

6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。

铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。

合金元素在钢中的主要作用

合金元素在钢中的主要作用1.强度增加：合金元素的添加可以显著提高钢的强度。

例如，镍和铬被广泛用于制造不锈钢，它们可以提高钢的强度和耐腐蚀性能。

其他合金元素如硼、钼、钛和钒等也可以提高钢的强度。

2.耐腐蚀性提高：合金元素的添加可以提高钢的耐腐蚀性。

例如，铬的添加可以形成一层钝化膜，保护钢材不受环境腐蚀的影响。

因此，不锈钢中添加了较高比例的铬来提高其抗腐蚀性。

3.硬度增加：合金元素对钢的硬度有直接的影响。

添加硅和锰可以增加钢的硬度，从而提高其抗磨损性能。

硬度的提高对于汽车发动机零件、刀具和轴承等耐磨件来说是非常重要的。

4.可加工性改善：有些合金元素可以提高钢的可加工性，使得钢更容易被切削、锻造和焊接。

铝和钛等元素可以形成易于切削和锻造的中间相，从而提高钢材的可塑性。

5.热处理性能改善：合金元素的添加可以改善钢的热处理性能，使得钢更容易通过热处理来改变其组织和性质。

例如，铌和钛等合金元素的添加可以在钢中形成稳定的碳化物，从而提高硬化深度和抗热脆性。

6.电磁性能调节：合金元素的加入还可以影响钢的电磁性能。

例如，镍和锰等元素的添加可以提高钢的磁导率，使其更适合用于电磁设备和电动机。

7.温度变化下的性能稳定性：合金元素的添加可以使钢在温度变化下保持稳定的性能。

例如，锰和硅等元素的添加可以减轻钢在高温下的软化倾向，从而提高其高温下的机械性能。

值得注意的是，不同的合金元素对钢的性质有不同的影响。

合金元素的种类、含量、配比和钢的制造工艺等因素都会对钢的性能产生显著的影响。

因此，在具体的钢材制造中，需要根据不同的要求和使用环境来选择合适的合金元素组合，以达到最佳的性能。

常见合金元素在钢中的作用

缺点：W对钢的耐蚀性和高温抗氧化性没有有利的影响，因为在含W钢中容易产生氧化钨层，而氧化钨不象氧化铬那样形成坚固的致密层，故含W钢在高温下的不起皮性大大降低。
8、钒在钢中的作用
⑴、细化钢的组织和晶粒；提高晶粒粗化温度，从而降低钢的过热敏感性。
⑵、在高温溶入奥氏体时，增加钢的淬透性；如以碳化物形式存在时，却将降低钢的淬透性。
⑵、铬加入钢中能显著改善钢的高温抗氧化性（不起皮）。
⑶、显著提高钢的淬透性，改善钢的抗回火稳定性。
⑷、阻止石墨化
缺点：①、铬能促进钢的回火脆性倾向。
5、镍在钢中的作用
⑴、可提高钢的强度而不显著降低其塑性。
⑵、镍可降低钢的脆性转变温度，即可提高钢的低温韧性。
⑶、改善钢的加工性和可焊性。
⑸、提高钢的淬透性，回火稳定性，防止回火脆性。
缺点：钼的主要不良作用是它能使低合金钼钢发生石墨化的倾向。
7、钨在钢中的作用
⑴、提高钢的硬度、强度和耐磨性
⑵、增加淬火钢的回火稳定性，并产生二次硬化效应（约560℃回火时析出弥散分布的W2C）
⑶、提高钢的抗氢性能。
⑷、是使钢具有热硬性。因此钨是高速工具钢中的主要合金元素。
⑴、钛能改善钢的热强性，提高钢的抗蠕变性能及高温持久强度；
⑵、并能提高钢在高温高压氢气中的稳定性。使钢在高压下对氢的稳定性高达600℃以上，在珠光体低合金钢中，钛可阻止钼钢在高温下的石墨化现象。因此，钛是锅炉高温元件所用的热强钢中的重要合金元素之一。
10、铌在钢中的作用
⑴、铌和碳、氮、氧都有极强的结合力，并与之形成相应的极为稳定的化合物，因而能细化晶粒，降低钢的过热敏感性和回火脆性。
⑷、镍可以提高钢的抗腐蚀能力，不仅能耐酸，而且能抗碱和大气的腐蚀。

常见元素对钢性能的影响

普通钢中硅的含量范围在0.17~0.37%。

铬是碳化物形成元素。

它形成硬的碳化物Cr7C3和Cr23C6，另一方面还可以与碳形成复合碳化物。

所有这些碳化物都比初始的渗碳体硬。

作为铁素体形成元素，铬降低了A4温度并提高A3温度，因此以γ-相为代价稳定了α-相。

如果在纯铁中加入大于11%的铬，那么γ-相会全部消失。

4.铬Cr铬的主要作用：在钢中含足够的碳时铬提高钢的硬度，含1%碳的低铬钢是非常硬的；在低碳钢中加入的铬能够提高强度但延展性有所降低；铬提高钢的高温强度；铬提供中等淬透性；在高碳钢中，铬改善耐磨性能；当加入大量的铬，直到25%时，由于在钢的表面形成保护性的氧化物层而改善耐腐蚀能力；与镍元素等配合能提高抗氧化性和钢的热强性，并进一步提高抗腐蚀性；铬促进晶粒长大，导致钢的脆性增加。

铬是结构钢、工具钢、轴承钢、不锈钢和耐热钢中应用很广的元素。

铬在一些钢和合金中的含量范围：铬钢0.30~1.60%，奥氏体铬-镍不锈钢15.0~30.0%，马氏体铬钢4.0~18.0%，铁索体铬钢10.5~27.0%，沉淀硬化钢12.2~18.0%，5.钨W钨是非常强的碳化物形成元素。

它形成非常硬而又稳定的碳化物W2C、WC 和复合碳化物Fe4W2C。

这些碳化物溶解很慢并且只在很高的温度溶解。

因此钨是工具钢的重要成分，尤其是高速工具钢。

在这些钢中，钨显著地提高二次硬化后的硬度。

作为铁素体形成元素，钨降低A4温度而提高A3温度。

钨的主要作用：钨抑制晶粒长大并因此有晶粒细化的作用；钨减少在热加工和热处理过程中的脱碳；钨提高耐磨性；它提高淬火及回火钢的高温硬度；在一些高温合金中，钨提高蠕变强度；钨对淬透性的贡献是非常重要的；钨限制回火软化，含钨的钢加热到600~700℃碳化物仍不会沉淀，从而避免了钢的软化。

是高速工具钢、合金工具钢中应用较多的元素之一。

对钢抗氧化性不利。

钨在一些钢中的含量范围：钨-铬钢1.75%，高速工具钢1.15~21.0%，热作工具钢0~19.0%，冷作工具钢0~2.0%，抗冲击钢0~3.0%.6.钼Mo钼是强的碳化物形成元素。

合金元素对钢的影响

合金元素对钢的影响一、提高钢的强度和硬度：1.碳（C）：是钢中最主要的合金元素之一、通过控制钢中碳的含量，可以显著提高钢的硬度和强度。

低碳钢具有较高的可塑性和可焊性，高碳钢具有较高的硬度和强度，但韧性较低。

2.钼（Mo）：加入适量的钼可以使钢的硬度、强度和韧性显著提高，尤其适用于高温环境下的应用。

3.铬（Cr）：加入适量的铬可以形成Cr2O3保护膜，提高钢的耐蚀性和耐磨性，同时还可以提高钢的硬度和强度。

二、改善钢的可焊性：1.钼（Mo）：适量的钼可以改善钢的可焊性，减少焊接时的裂纹和损伤。

2.硼（B）：适量的硼可以提高钢的可焊性，降低焊接时的裂纹敏感性。

三、提高钢的耐蚀性：1.铬（Cr）：铬是最常用的增加钢的耐蚀性的合金元素。

铬可以与氧气结合形成Cr2O3保护膜，阻碍钢与环境中的氧气和水发生反应，从而减少钢的腐蚀。

2.镍（Ni）：适量的镍可以提高钢的耐腐蚀性，特别是对酸和盐腐蚀有明显的改善作用。

四、改善钢的耐磨性：1.钒（V）：适量的钒可以提高钢的耐磨性和硬度，尤其适用于制造高速切削工具和耐磨零件。

2.锰（Mn）：适量的锰可以提高钢的耐磨性和硬度，尤其适用于制造耐磨零件。

五、改善钢的热处理性：1.钼（Mo）：钼可以提高钢的热处理稳定性，减少热处理过程中的晶粒长大和变形。

2.钒（V）：适量的钒可以改善钢的淬透性，使钢具有更好的淬透性和耐淬性。

综上所述，合金元素对钢的影响是多方面的。

通过合理地控制和添加合金元素，可以改善钢的性能，提高其强度、硬度、耐磨性、耐蚀性，同时还可以改善钢的可焊性和热处理性。