钢铁材料及有色金属材料

合金钢：

一、钢的合金化概论

目前常用的合金元素有：硅、锰、烙、镍、钨、钼、钒、

钛、铌、锆、铝、铜、钴、氮、硼、稀土等

（一）、钢中的合金元素

钢是以铁为基础的合金，其点阵结构是由铁决定的。由于

冶炼时所用的原材料冶炼方法和工艺操作等的影响，使其

还有十多种或更多种元素。钢中除了碳可能还有其他元素

【硅、锰、硫、磷、铜、镍等它一般作为杂质或残余元素

对待，而不认为是合金元素】

锰可有生铁带入钢中，锰与硅还可以以脱氧剂的形式加入。残余元素的存在有时可以起到一定有益的作用（如镍、烙可以提高钢的淬透性），但在大多数情况下会产生不利的影响（残留的镍、烙、铜存在会对钢的焊接性冷变形加工形产生不利的影响），所以对于优质碳素钢都规定了残余元素的最高许可量。

在冶炼过程中，钢液不可避免的隐含微量的气体—氧、氮、氢。这些元素在钢中的含量虽然过少，但在一定的条件下或超过一定的含量后，都会对钢的性能显示重要影响，因此不能不加以考虑。

PS：【碳素钢】压力加工较方便，价格低，其机械性能可以满足多方面的要求，尤其是经过热处理后，性能有很大的改善，因此碳素钢的产量占90%以上。

【碳素钢局限】不锈、耐酸、耐磨物理性能、工艺性能、大尺寸、

高强度。

PS：【硫：降低韧性，可以用于易切钢中】

【合金钢高低的判别】合金元素小于或等于5%时低合金钢，5-10%中合金钢，大于10%高合金钢。

二、钢的分类

（一）、按用途分类：冶炼方法和设备的不同，工业钢分：平炉钢、转炉钢、电炉钢三大类，每一类还可以根据炉衬材料的不同分为：碱性和酸性。电炉钢还可以分为电弧炉钢、感应炉钢、真空感应炉钢、电渣炉钢等

（二）、按结构分类：

1、结构钢

（1）、建筑及工程用钢或者构建用钢。用作钢架、桥梁、钢轨、车辆、船舶等，属于这类钢的有普通碳素钢和部分普通低合金钢，这类钢很大一部分做成钢板或型材。

（2）、机器制造用钢，用作各种制造零件，包括轴承、弹簧等。

2、工具钢

（1）、量具刃具钢

（2）、冷模具钢

（3）、热模具钢

（4）、耐冲击工具用钢

3、特殊性钢

（1）、耐热钢，包括抗氧化钢和热强钢

（2）、不锈耐酸钢，电工用钢等

（三）、按金相组织

1、按平衡状态或退火状态的组织分类：亚共析钢、共析钢、过共析钢和菜氏体钢

2、按正火组织分类：珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢、奥氏体钢。但由于正火空冷的冷却速度随钢材尺寸的不同而不同，所以这种分类不是绝对的。

3、按加热冷却时有无相变和室温时的金属组织

（1）、铁素体钢，加热和冷却时始终保持铁素体

（2）、奥氏体钢，加热和冷却时始终保持奥氏体

（3）、复相钢，如半铁素体或半奥氏体

四、普通低合金结构钢

要求：（一）、良好的综合机械性能。采用普通低碳合金结构钢的主要目的是减轻金属结构的重量，提高其可靠性。所以要有【高的屈服强度和良好的机械性能】

（二）、普通低碳合金钢的屈服极限：300、350、450、500、

550-650MN/m2，其中300-400常用。钢的屈服极限主要取决于其显微组织，目前普通低合金结构钢所打到的强度和组织关系：1、铁素体-珠光体（300-350）2、低碳贝氏体组织（450-650）3、低碳索氏体，这类钢经过调制处理（650-800）

（三）、良好的工艺性能

（四）、良好的耐腐蚀性

合金元素在普通低碳合金钢中的作用

（一）：合金元素对钢的机械性能的影响

目前工业上普遍采用的普通低碳合金钢很大一部分具有【铁素体-珠光体组织】在扎或者正火后得到最后的性能。其组织接近钢的平衡组织。

提高碳含量及增加珠光体数量，【碳的含量对钢的影响】：影响焊接性能、冷脆性，冲压性等，除个别钢外碳的含量限制在0.2%以下。在碳受限的情况下，要通过加入合金元素来提高钢的强度，总加入量不超过5%，一般在3%多为1-2%。

对于具有铁素体-珠光体的普通合金钢，合金元素对其强度的影响主要方式：(1)、铁素体的固溶化（2）、增加珠光体的相对量（3）、控制晶粒大小（4）、影响珠光体的分散度（5）、沉淀硬化

【低碳索氏体、低碳贝氏体（硼）、低碳马氏体】

【PS】提高普通碳素钢的另一途径：采用低碳合金钢淬火获得低碳马氏体，然后进行高温回火，或的低碳索氏体组织，从而得到良好的机械性能和焊接性能。

（二）、合金元素对焊接性能的影响

良好的焊接性能只要指：焊缝区在焊接冷却后不生成马氏体或其他介稳组织。一般钢结构焊接后的冷却速度是30-50/s。【在钢中加入钛、钒，由于能使晶粒细化能与碳结合成稳定的碳化物，而使淬透性降低，从而有利于得到良好的焊接性能】

【说明】焊接时，焊缝区由于温度的作用会引起晶粒增大，从而

增加焊后开裂的倾向，。钢中加入细化晶粒或阻碍晶粒长大的元素如：钼、钛、钒等有利于改变焊接性能。

（二）、合金元素对耐大气腐蚀的影响

钢中加入少量铜、磷、烙、镍、钼、铝等元素可以提高普通低合金的耐大气腐蚀性能，其中铜、磷最有效的元素。

【应用】

（一）、一般结构钢：有铁素体-珠光体组织，在热轧状态下使用，但对厚度超过20mm的钢板，最好进行正火处理，使组织均匀和性能稳定。【PS】钛含量大于0,.05%的钢需经正火使用。钛>0.05时，由于钛在高温时溶于固溶体中，冷却过程中不能完全析出，因此热轧后会引起很大的脆性。正火处理可以使钛由过熔体析出，形成碳化物相，提高韧性好塑性。

【说明】提高屈服极限1、增加碳含量2、通过硅-锰复合强化16Mn韧性好、时效敏感性低、可焊性好。例：船舶、桥梁、车辆、大型容器、管道以及厂房的大型结构、重型机械设备、电站设备等焊接结构。A3碳素钢相比可以节省20-30%的材料，耐腐蚀高20-30% （二）、耐大气腐蚀用钢：08MnPRe、12MnPRe、09MnCuPTi等，这些钢碳含量都很低具有一定的塑性，适用于压制薄壁结构件。强度的提高依赖锰、磷、铜的固溶强化。铜、磷、钛、稀土共存时，钢的耐大气腐蚀性更好，由于磷能增加钢的冷脆性，因此加入少量的钛以细化晶粒或加入少量稀土以改善钢的韧性，特别是低温韧性。

（三）、冲压用钢：要求需要刚才要具备良好的塑性、细晶粒组