2-2第二节杂质元素和合金元素在钢中的作用(精)
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第二节 杂质元素和合金元素在钢中的作用 实际使用的碳钢，除铁、碳两个主要元素之外，还含有少 量Mn、Si、S、P、H、O、N等非特意加入的杂质元素。它们
对钢材性能和质量影响很大，必须严格控制在牌号规定的范
围之内。
一、主要常存元素在非合金钢中的作用
1、硅和锰的影响： 有益元素。作为脱氧剂进入钢的不但可以溶于F中，产生强化作用，使 钢的强度和硬度提高；而且Mn能消除硫对钢的危害。 2、磷的影响： 有害元素，磷会增加钢材的冷脆性，减少延展性，降低冲击韧性，当含 磷量达3%，冲击韧性几乎降至零。 3、硫的影响： 有害元素，使钢产生热脆性,原因是硫在晶界处形成低熔点的共晶体， 易使钢材形成裂纹，发生撕裂现象，使钢材焊接性能变差。 4、O、N、H——有害元素： O2 ——力学性能↓（强度、塑性降低） N2——兰脆， 若钢中存在Al、V、Ti↑→兰脆消失→强度，硬度提高 H2——氢脆、白点，裂纹
弱 强
2）单独形成特殊碳化物
TiC、NbC、VC。 稳定性最高。 熔点、硬度、耐磨性最高。
三、合金元素对Fe-Fe3C相图的影响。 1.扩大奥氏体区的合金元素 Ni、Mn、Co、C、N等元素扩 大奥氏体相区。 Mn13%或Ni9%时, 室温下为 单相奥氏体组织, 称奥氏体钢。
2.缩小奥氏体区的合金元素
高的耐回火性和二次硬化使合金钢
在较高温(500～600℃)仍保持高硬 度(≥60HRC),这种性能称为热硬性。
热硬性对高速切削刀具及热变形模
具等非常重要。
二次硬化
合金元素的加入使碳钢的强度、硬度、淬透性、
耐热性、耐腐性、耐磨性等都得到了很大程度的
提高。合金元素超过一定量时，可能使韧性下降。
小
1、钢的分类、牌号及用途
二、合金元素对钢基本相的（铁和碳）影响 1.强化铁素体
•Si、Mn对强度、硬度提高显著——固溶强化 •Cr、Ni在适当范围内提高韧性（ Cr<2%，Ni<5%，就既能提高强度， 又增加塑、韧性）
2.形成碳化物，起强化相作用 1）形成合金渗碳体、合金碳化物
Fe、Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr
Cr、Mo、Si、Ti、W、Al等元
素缩小奥氏体相区。 Cr13%时，室温下为单相铁 素体组织，称铁素体钢。
3.合金元素对E、S点位置的影响 所有合金元素均使E点和S点左移，即这两点的含碳量下降， 使碳含量比较低的钢出现过共析组织（如4Cr13）或共晶组织
（如W18Cr4V）。
例如：钢中加入12％Cr时，共析点的碳浓度约为0.4％C左 右。由于这个因素，原本含0.5％C的属于亚共析钢的碳素钢
结
2、杂质元素和合金元素在钢中的作用 1）主要常存元素在非合金钢中的作用： Mn、Si有益元素、S、P 、O、N、H有害元素； 2）合金元素对钢基本相的（铁和碳）影响：
强化作用；
3）合金元素对Fe—Fe3C相图的影晌： 扩大、缩小奥氏体区，对E、S点位置的影响； 4）合金元素提高耐回火性产生二次硬化（500～600℃回火）。
就变成了属于过共析的合金钢了。同样，含1.2％C的钢当碳
质量分数仅为1.5％C时就出现了共晶莱氏体组织。
即：含碳量相同的碳钢与合金钢其组织不同
四、合金元素对钢的热处理的影响 大多数合金元素可提高合金钢的回火稳定性，即抗回火软
化Байду номын сангаас力高。 淬火钢在回火时，抵抗强度、硬度下降的能力称耐回火性。 当含W、Mo、V、Ti量较高时，合金钢有回火时硬度升高的 现象，称为二次硬化。
对钢材性能和质量影响很大，必须严格控制在牌号规定的范
围之内。
一、主要常存元素在非合金钢中的作用
1、硅和锰的影响： 有益元素。作为脱氧剂进入钢的不但可以溶于F中，产生强化作用，使 钢的强度和硬度提高；而且Mn能消除硫对钢的危害。 2、磷的影响： 有害元素，磷会增加钢材的冷脆性，减少延展性，降低冲击韧性，当含 磷量达3%，冲击韧性几乎降至零。 3、硫的影响： 有害元素，使钢产生热脆性,原因是硫在晶界处形成低熔点的共晶体， 易使钢材形成裂纹，发生撕裂现象，使钢材焊接性能变差。 4、O、N、H——有害元素： O2 ——力学性能↓（强度、塑性降低） N2——兰脆， 若钢中存在Al、V、Ti↑→兰脆消失→强度，硬度提高 H2——氢脆、白点，裂纹
弱 强
2）单独形成特殊碳化物
TiC、NbC、VC。 稳定性最高。 熔点、硬度、耐磨性最高。
三、合金元素对Fe-Fe3C相图的影响。 1.扩大奥氏体区的合金元素 Ni、Mn、Co、C、N等元素扩 大奥氏体相区。 Mn13%或Ni9%时, 室温下为 单相奥氏体组织, 称奥氏体钢。
2.缩小奥氏体区的合金元素
高的耐回火性和二次硬化使合金钢
在较高温(500～600℃)仍保持高硬 度(≥60HRC),这种性能称为热硬性。
热硬性对高速切削刀具及热变形模
具等非常重要。
二次硬化
合金元素的加入使碳钢的强度、硬度、淬透性、
耐热性、耐腐性、耐磨性等都得到了很大程度的
提高。合金元素超过一定量时，可能使韧性下降。
小
1、钢的分类、牌号及用途
二、合金元素对钢基本相的（铁和碳）影响 1.强化铁素体
•Si、Mn对强度、硬度提高显著——固溶强化 •Cr、Ni在适当范围内提高韧性（ Cr<2%，Ni<5%，就既能提高强度， 又增加塑、韧性）
2.形成碳化物，起强化相作用 1）形成合金渗碳体、合金碳化物
Fe、Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr
Cr、Mo、Si、Ti、W、Al等元
素缩小奥氏体相区。 Cr13%时，室温下为单相铁 素体组织，称铁素体钢。
3.合金元素对E、S点位置的影响 所有合金元素均使E点和S点左移，即这两点的含碳量下降， 使碳含量比较低的钢出现过共析组织（如4Cr13）或共晶组织
（如W18Cr4V）。
例如：钢中加入12％Cr时，共析点的碳浓度约为0.4％C左 右。由于这个因素，原本含0.5％C的属于亚共析钢的碳素钢
结
2、杂质元素和合金元素在钢中的作用 1）主要常存元素在非合金钢中的作用： Mn、Si有益元素、S、P 、O、N、H有害元素； 2）合金元素对钢基本相的（铁和碳）影响：
强化作用；
3）合金元素对Fe—Fe3C相图的影晌： 扩大、缩小奥氏体区，对E、S点位置的影响； 4）合金元素提高耐回火性产生二次硬化（500～600℃回火）。
就变成了属于过共析的合金钢了。同样，含1.2％C的钢当碳
质量分数仅为1.5％C时就出现了共晶莱氏体组织。
即：含碳量相同的碳钢与合金钢其组织不同
四、合金元素对钢的热处理的影响 大多数合金元素可提高合金钢的回火稳定性，即抗回火软
化Байду номын сангаас力高。 淬火钢在回火时，抵抗强度、硬度下降的能力称耐回火性。 当含W、Mo、V、Ti量较高时，合金钢有回火时硬度升高的 现象，称为二次硬化。