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合金鋼是指含有多種適量合金元素的鋼材，這種合金元素可以改變鋼材的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，從而賦予鋼材更高的強(qiáng)度、韌性、耐磨性、耐腐蝕性、耐低溫性、耐高溫性、無磁性等性能。合金鋼的種類很多，可以按照添加的合金元素種類和含量進(jìn)行分類，如不銹鋼、耐熱鋼、高錳鋼、軸承鋼等。相對于普通碳素鋼，合金鋼具有更高的性能和更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。合金鋼
本詞條是多義詞，共3個義項(xiàng)
含有多種適量合金元素的鋼材
產(chǎn)生發(fā)展
合金鋼
20世紀(jì)20年代以后，不銹鋼和耐熱鋼在這段期間問世了。
第二次世界大戰(zhàn)以后至60年代，主要是發(fā)展高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼的時代，由于航空工業(yè)和火箭技術(shù)發(fā)展的需要，出現(xiàn)了許多高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼新鋼種，如沉淀硬化型高強(qiáng)度不銹鋼和各種低合金高強(qiáng)度鋼等是其代表性的鋼種。60年代以后，許多冶金新技術(shù)，特別是爐外精煉技術(shù)被普遍采用，合金鋼開始向高純度、高精度和超低碳的方向發(fā)展，又出現(xiàn)了馬氏體時效鋼、超純鐵素體不銹鋼等新鋼種。
國際上使用的有上千個合金鋼鋼號，數(shù)萬個規(guī)格，合金鋼的產(chǎn)量約占鋼總產(chǎn)量的10%，是國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防建設(shè)大量使用的重要金屬材料。
20 世紀(jì) 70 年代以來，世界范圍內(nèi)合金高強(qiáng)度鋼的發(fā)展進(jìn)入了一個全新時期，以控制軋制技術(shù)和微合金化的冶金學(xué)為基礎(chǔ)，形成了現(xiàn)代低合金高強(qiáng)度鋼即微合金化鋼的新概念。
合金元素
作用
1、碳（C）：鋼中含碳量增加，屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度升高，但塑性和沖
擊性降低，當(dāng)碳含量超過0.23%時，鋼的焊接性能變壞，因此用于焊接的低合金結(jié)構(gòu)鋼，含碳量一般不超過0.20%。碳量高還會降低鋼的耐大氣腐蝕能力，在露天料場的高碳鋼就易銹蝕；此外，碳能增加鋼的冷脆性和時效敏感性。
合金鋼
2、硅（Si）：在煉鋼過程中加硅作為還原劑和脫氧劑，所以鎮(zhèn)靜鋼含有0.15－0.30%的硅。如果鋼中含硅量超過0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能顯著提高鋼的彈性極限，屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度，故廣泛用于作彈簧鋼。在調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼中加入1.0－1.2%的硅，強(qiáng)度可提高15－20%。硅和鉬、鎢、鉻等結(jié)合，有提高抗腐蝕性和抗氧化的作用，可制造耐熱鋼。含硅1－4%的低碳鋼，具有極高的導(dǎo)磁率，用于電器工業(yè)做矽鋼片。硅量增加，會降低鋼的焊接性能。
3、錳（Mn）：在煉鋼過程中，錳是良好的脫氧劑和脫硫劑，一般鋼中含錳0.30－0.50%。在碳素鋼中加入0.70%以上時就算“錳鋼”，較一般鋼量的鋼不但有足夠的韌性，且有較高的強(qiáng)度和硬度，提高鋼的淬性，改善鋼的熱加工性能，如16Mn鋼比A3屈服點(diǎn)高40%。含錳11－14%的鋼有極高的耐磨性，用于挖土機(jī)鏟斗，球磨機(jī)襯板等。錳量增高，減弱鋼的抗腐蝕能力，降低焊接性能。
5、硫（S）：硫在通常情況下也是有害元素。使鋼產(chǎn)生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時造成裂紋。硫?qū)附有阅芤膊焕?，降低耐腐蝕性。所以通常要求硫含量小于0.055%，優(yōu)質(zhì)鋼要求小于0.040%。在鋼中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常稱易切削鋼。
7、鎳(Ni)：鎳能提高鋼的強(qiáng)度，而又保持良好的塑性和韌性。鎳對酸堿有較高的耐腐蝕能力，在高溫下有防銹和耐熱能力。但由于鎳是較稀缺的資源，故應(yīng)盡量采用其他合金元素代用鎳鉻鋼。
8、鉬(Mo)：鉬能使鋼的晶粒細(xì)化，提高淬透性和熱強(qiáng)性能，在高溫時保持足夠的強(qiáng)度和抗蠕變能力(長期在高溫下受到應(yīng)力，發(fā)生變形，稱蠕變)。結(jié)構(gòu)鋼中加入鉬，能提高機(jī)械性能。還可以抑制合金鋼由于淬火而引起的脆性。在工具鋼中可提高紅性。
9、鈦(Ti)：鈦是鋼中強(qiáng)脫氧劑。它能使鋼的內(nèi)部組織致密，細(xì)化晶粒力；降低時效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在鉻18鎳9奧氏體不銹鋼中加入適當(dāng)?shù)拟仯杀苊饩чg腐蝕。
10、釩(V)：釩是鋼的優(yōu)良脫氧劑。鋼中加0.5%的釩可細(xì)化組織晶粒，提高強(qiáng)度和韌性。釩與碳形成的碳化物，在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕能力。
12、鈮(Nb)：鈮能細(xì)化晶粒和降低鋼的過熱敏感性及回火脆性，提高強(qiáng)度，但塑性和韌性有所下降。在普通低合金鋼中加鈮，可提高抗大氣腐蝕及高溫下抗氫、氮、氨腐蝕能力。鈮可改善焊接性能。在奧氏體不銹鋼中加鈮，可防止晶間腐蝕現(xiàn)象。
14、銅(Cu)：武鋼用大冶礦石所煉的鋼，往往含有銅。銅能提高強(qiáng)度和韌性，特別是大氣腐蝕性能。缺點(diǎn)是在熱加工時容易產(chǎn)生熱脆，銅含量超過0.5%塑性顯著降低。當(dāng)銅含量小于0.50%對焊接性無影響。
15、鋁(Al)：鋁是鋼中常用的脫氧劑。鋼中加入少量的鋁，可細(xì)化晶粒，提高沖擊韌性，如作深沖薄板的08Al鋼。鋁還具有抗氧化性和抗腐蝕性能，鋁與鉻、硅合用，可顯著提高鋼的高溫不起皮性能和耐高溫腐蝕的能力。鋁的缺點(diǎn)是影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能。
16、硼(B)：鋼中加入微量的硼就可改善鋼的致密性和熱軋性能，提高強(qiáng)度。
17、氮(N):氮能提高鋼的強(qiáng)度，低溫韌性和焊接性，增加時效敏感性。
18、稀土(Xt)：稀土元素是指元素周期表中原子序數(shù)為57-71的15個鑭系元素。這些元素都是金屬，但他們的氧化物很象“土”，所以習(xí)慣上稱稀土。鋼中加入稀土，可以改變鋼中夾雜物的組成、形態(tài)、分布和性質(zhì)，從而改善了鋼的各種性能，如韌性、焊接性，冷加工性能。在犁鏵鋼中加入稀土，可提高耐磨性。
影響
合金元素對鋼熱處理的影響
2、對奧氏體晶粒大小的影響——大多數(shù)合金元素有阻礙奧氏體晶粒長大的作用。但錳和硼卻相反，可以促進(jìn)奧氏體晶粒長大，所以，除錳鋼外，合金鋼在加熱時不易過熱。這樣有利于在淬火后獲得細(xì)馬氏體；也有利于適當(dāng)提高加熱溫度，使奧氏體中溶有更多的合金元素增加淬透性和提高鋼的力學(xué)性能。
3、合金元素對過奧氏體轉(zhuǎn)變的影響——除鈷外，所有合金元素都使C曲線右移，降低鋼的臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性（如圖7-4）。有些合金元素還使C曲線的形狀發(fā)生改變。另外，大多數(shù)合金元素還使Ms點(diǎn)下降。
對鋼加熱和冷卻時相變的影響
鋼加熱時的主要固態(tài)相變是非奧氏體相向奧氏體相的轉(zhuǎn)變，即奧氏體化的過程。整個過程都和碳的擴(kuò)散有關(guān)。合金元素中，非碳化物形成元素降低碳在奧氏體中的激活能，增加奧氏形成的速度；而強(qiáng)碳化物形成元素強(qiáng)烈妨礙碳在鋼中的擴(kuò)散，顯著減慢奧氏體化的過程。
鋼冷卻時的相變是指過冷奧氏體的分解，包括珠光體轉(zhuǎn)變（共析分解）、貝氏體相變及馬氏體相變。僅舉合金元素對過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的影響為例，大多數(shù)合金元素，除鈷和鋁外，均起減緩?qiáng)W氏體等溫分解的作用，但各類元素所起的作用有所不同。不形成碳化物的（如硅、磷、鎳、銅）和少量的碳化物形成元素（如釩、鈦、鉬、鎢），對奧氏體到向珠光體的轉(zhuǎn)變和向貝氏體的轉(zhuǎn)變的影響差異不大，因而使轉(zhuǎn)變曲線向右推移。
碳化物形成元素（如釩、鈦、鉻、鉬、鎢）如果含量較多，將使奧氏體向珠光體的轉(zhuǎn)變顯著推遲，但對奧氏體向貝氏體的轉(zhuǎn)變的推遲并不顯著，因而使這兩種轉(zhuǎn)變的等溫轉(zhuǎn)變曲線從“鼻子”處分離，而形成兩個 C形。
對鋼的晶粒度和淬透性的影響
影響奧氏體晶粒度的因素很多。鋼的脫氧和合金化情況均與“奧氏體本質(zhì)晶粒度”有關(guān)。一般來說，一些不形成碳化物的元素，如鎳、硅、銅、鈷等，阻止奧氏體晶粒長大的作用較弱，而錳、磷則有促進(jìn)晶粒長大的傾向。碳化物形成元素如鎢、鉬、鉻等，對阻止奧氏體晶粒長大起中等作用。強(qiáng)碳化物形成元素如釩、鈦、鈮、鋯等，強(qiáng)烈地阻止奧氏體晶粒長大，起細(xì)化晶粒作用。鋁雖然屬于不形成碳化物元素，但卻是細(xì)化晶粒和控制晶粒開始粗化溫度的最常用的元素。
鋼的淬透性（見淬火）高低主要取決于化學(xué)成分和晶粒度。除鈷和鋁等元素外，大部分合金元素溶入固溶體后都不同程度地抑制過冷奧氏體向珠光體和貝氏體的相變，增加獲得馬氏體組織的數(shù)量，即提高鋼的淬透性。
對鋼的力學(xué)性能和回火性能的影響
鋼的性能取決于鐵的固溶體和碳化物各自性能以及它們相對分布的狀態(tài)。合金元素對鋼的力學(xué)性能的影響也與此有關(guān)。固溶于鐵素體中的合金元素，起固溶強(qiáng)化作用，使強(qiáng)度和硬度提高，但同時使韌性和塑性相對地降低。
調(diào)質(zhì)鋼的韌性－脆性轉(zhuǎn)變溫度是評價力學(xué)性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。①提高轉(zhuǎn)變溫度的元素有 B、P、C、Si、Cu、Mo、Cr；②降低轉(zhuǎn)變溫度的元素有Ni、Mn；③少量時提高、多量時降低轉(zhuǎn)變溫度的元素有Ti、V;④少量時降低、多量時提高轉(zhuǎn)變溫度的元素有Al。
合金鋼的回火穩(wěn)定性比碳素鋼好，這是由于合金元素在回火時阻礙了鋼中原子的擴(kuò)散，因而在同樣溫度下，起到延遲馬氏體分解和抗回火軟化的作用。碳化物形成元素，對回火軟化的延遲作用特別顯著。鈷和硅雖屬不形成碳化物元素，但它們對滲碳體晶核的形成和長大，有強(qiáng)烈的延遲作用，因此，也有延遲回火軟化的作用。
對鋼的焊接性和被切削性的影響
焊接性和被切削性是衡量鋼的工藝性能好壞的主要方面。凡能提高淬透性的合金元素均對鋼的焊接性不利。因?yàn)樵诤缚p熱影響區(qū)靠近熔合線一側(cè)冷卻時易形成馬氏體等硬脆組織，有導(dǎo)致開裂的危險。另一方面，熱影響區(qū)靠近熔合線處的晶粒因受高熱容易粗化，因此，合金鋼中含有可使晶粒細(xì)化的元素如鈦、釩等是有益的。
鋼中加入適量的硫、鉛等元素可改善鋼的被切削性（見易切削鋼）。合金鋼中的合金元素一般會使鋼的硬度增加，因而增高切削抗力，加劇刀具磨損。通過改變鋼的基體組織、夾雜物的種類、數(shù)量和形狀可以影響鋼的被切削性。
對鋼的耐蝕性能的影響
鉻是不銹耐酸鋼和耐熱鋼的主要合金元素。合金鋼中含鉻量若達(dá)到12%左右，在鋼的表面便形成致密的鉻的氧化物，使鋼在氧化性介質(zhì)中的耐蝕性發(fā)生突變而大大提高。鉻、鋁、硅等元素，能提高鋼的抗氧化性和抗高溫氣體的腐蝕性能，但過量的鋁和硅則會使鋼的熱塑性變壞。鎳主要用來形成和穩(wěn)定奧氏體組織，使鋼獲得良好的力學(xué)性能、耐蝕性能和工藝性能。鉬能使不銹耐酸鋼很快鈍化，提高對含有氯離子的溶液及其他非氧化性介質(zhì)的耐蝕能力。鈦、鈮通常用來固定合金鋼中的碳，使它生成穩(wěn)定的碳化物，以減輕碳對合金鋼耐蝕性能的有害作用。銅和磷配合使用時，可提高鋼的耐大氣腐蝕性能。
分類
1、按合金元素的含量分
1）低合金鋼 合金元素總含量小于等于5%；
2）中合金鋼 合金元素總含量在5%~10%之間；
2、按合金元素的種類分
3、按主要用途分
（1）結(jié)構(gòu)鋼
1）建筑及工程用結(jié)構(gòu)鋼
2）機(jī)械制造用結(jié)構(gòu)鋼
（2）工具鋼
（3）特殊性能鋼
合金鋼
調(diào)質(zhì)鋼
1．中碳型合金鋼，合金元素含量較低；2．強(qiáng)度較高；3．用于高溫螺栓、螺母材料等。
彈簧鋼
1、含碳量比調(diào)質(zhì)鋼高；2經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，強(qiáng)度較高 抗疲勞強(qiáng)度較高；3用于彈簧材料。
滾動軸承鋼
1高碳型合金鋼，合金含量較高；2具有高而均勻的硬度和耐磨性；3用于滾動軸承。
合金工具鋼
又名量具鋼 1高碳型合金鋼，合金元素含量較低；2具有高的硬度和耐磨性，機(jī)加工性能好，穩(wěn)定性好；3用于量具材料。
特殊性能鋼不銹鋼
1低碳高合金鋼；2抗腐蝕性好；3用于抗腐蝕、部分可做耐熱材料。
耐熱鋼
1低碳高合金鋼；2耐熱性能好；3用于耐熱材料、部分可做抗腐蝕材料。
低溫鋼
1低碳合金鋼，根據(jù)耐低溫程度合金元素有高有低；2抗低溫性好；3用于低溫材料（專用鋼為鎳鋼）。
根據(jù)碳化物的傾向分類
合金鋼根據(jù)各種元素在鋼中形成碳化物的傾向，可分為三類：
合金鋼
這類元素只要有足夠的碳，在適當(dāng)?shù)臈l件下，就形成各自的碳化物；僅在缺碳或高溫的條件下，才以原子狀態(tài)進(jìn)入固溶體中。
②碳化物形成元素，如錳、鉻、鎢、鉬等。這類元素一部分以原子狀態(tài)進(jìn)入固溶體中，另一部分形成置換式合金滲碳體，如(Fe，Mn)3C、(Fe，Cr)3C等，如果含量超過一定限度（除錳以外），又將形成各自的碳化物，如(Fe，Cr)7C3、(Fe，W)6C等。
③ 不形成碳化物元素，如硅、鋁、銅、鎳、鈷等。這類元素一般以原子狀態(tài)存在于奧氏體、鐵素體等固溶體中。合金元素中一些比較活潑的元素，如鋁、錳、硅、鈦、鋯等，極易和鋼中的氧和氮化合，形成穩(wěn)定的氧化物和氮化物，一般以夾雜物的形態(tài)存在于鋼中。錳、鋯等元素也和硫形成硫化物夾雜。鋼中含有足夠數(shù)量的鎳、鈦、鋁、鉬等元素時能形成不同類型的金屬間化合物。有的合金元素如銅、鉛等，如果含量超過它在鋼中的溶解度，則以較純的金屬相存在。
根據(jù)相變點(diǎn)分類
鋼的性能取決于鋼的相組成，相的成分和結(jié)構(gòu)，各種相在鋼中所占的體積組分和彼此相對的分布狀態(tài)。合金元素是通過影響上述因素而起作用的。對鋼的相變點(diǎn)的影響 主要是改變鋼中相變點(diǎn)的位置，大致可以歸納為以下三個方面：
①改變相變點(diǎn)溫度。一般來說，擴(kuò)大γ相(奧氏體)區(qū)的元素，如錳、鎳、碳、氮、銅、鋅等，使A3點(diǎn)溫度降低,A4點(diǎn)溫度升高；相反，縮小γ相區(qū)的元素，如鋯、硼、硅、磷、鈦、釩、鉬、鎢、鈮等，則使A3點(diǎn)溫度升高，A4點(diǎn)溫度降低。惟有鈷使A3和A4點(diǎn)溫度均升高。鉻的作用比較特殊，含鉻量小于7%時使A3點(diǎn)溫度降低，大于7%時則使A3點(diǎn)溫度提高。
②改變共析點(diǎn)S的位置。縮小γ相區(qū)的元素，均使共析點(diǎn)S溫度升高；擴(kuò)大γ相區(qū)的元素，則相反。此外幾乎所有合金元素均降低共析點(diǎn)S的含碳量，使S點(diǎn)向左移。不過碳化物形成元素如釩、鈦、鈮等（也包括鎢、鉬），在含量高至一定限度以后，則使S點(diǎn)向右移。
③改變γ相區(qū)的形狀、大小和位置。這種影響較為復(fù)雜，一般在合金元素含量較高時，能使之發(fā)生顯著改變。例如鎳或錳含量高時，可使γ相區(qū)擴(kuò)展至室溫以下，使鋼成為單相的奧氏體組織；而硅或鉻含量高時，則可使γ相區(qū)縮得很小甚至完全消失，使鋼在任何溫度下都是鐵素體組織。
牌號
合金金牌號的一般命名原則
合金鋼的含碳量、合金元素的各類、合金元素的含量均應(yīng)在牌號中體現(xiàn)出來。
例：合金彈簧鋼 60Si2Mn
含碳量 ~0.6%；硅含量 ~2%；錳含量 Mn~1%。
結(jié)構(gòu)鋼
低合金結(jié)構(gòu)鋼
1、性能特點(diǎn) 較高的強(qiáng)度，足夠的塑性和韌性、
良好的焊接性能。廣泛應(yīng)用建筑、橋梁等。
2、化學(xué)成分特點(diǎn) 低碳鋼（含碳量<0.2%)；主
要合金元素為Mn(含量為1.25~1.5%)。
3、熱處理特點(diǎn) 一般不進(jìn)行熱處理。
4、常用鋼種 16Mn、15MnTi等。
合金滲碳鋼
1、性能特點(diǎn) 用于制造表面硬而耐磨，心部韌性
好而耐沖擊的零件，如齒輪、凸輪等。（具有
良好的滲碳能力和淬透性）
2、化學(xué)成分特點(diǎn) 低碳鋼（含碳量0.1~0.25%)；
主要合金元素有Cr、Mn、Ti、V等，其主要作
用是提高淬透性和防止過熱。
3、熱處理特點(diǎn) 預(yù)先熱處理為正火、滲碳后為淬
火加低溫回火。
鍛造-正火-加工齒形-局部鍍銅-滲碳-預(yù)冷淬火、低溫回火-噴丸-磨齒。
4、常用鋼種 20Cr、20CrMnTi
20CrMnTi鋼制汽車變速齒輪熱處理工藝曲線，如圖所示：
合金鋼
合金彈簧鋼
2、化學(xué)成分特點(diǎn) 含碳量（0.5~0.7%),合金元素主要有Mn、Si、Cr、V、Mo等，主要作用是提高淬透性和回火穩(wěn)定性，防止回火脆性。
3、熱處理特點(diǎn)
（2）冷成型彈簧（尺寸≤8mm小型彈簧）
4、常用鋼種：60Si2Mn
工具鋼
合金刃具鋼
刃具鋼應(yīng)具有下列性能要求：
（1）高硬度（60HRC以上）
（2）高的耐磨性
（4）具有一定的強(qiáng)度、韌性和塑性
（一）低合金刃具鋼
1、化學(xué)成分特點(diǎn) 高的含碳量（0.75~1.5%)；為了提高淬透性和回火穩(wěn)定性，加入Cr、Mn、Si、
V、W等合金元素；
2、熱處理特點(diǎn) 預(yù)處理為球化退火，最終熱處理為淬火+低溫回火。
1、化學(xué)成分特點(diǎn) ①高C：0.7 %～1.5 %；②加入Cr提高淬透性；③加入W、Mo提高熱硬性；
④加入V提高耐磨性。
2、熱處理特點(diǎn) 退火+1270℃淬火+560℃～ 580℃回火（三次）。
3、典型鋼種 W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2
W18Cr4V 鋼盤形銑刀淬火回火工藝曲線，如圖所示：
合金鋼
合金量具鋼
2.量具在使用的過程中要經(jīng)受磨損，要求具有較高的硬度和耐磨性，同時要有較高的尺寸穩(wěn)定性。
3.為提高尺寸的穩(wěn)定性，淬火后要進(jìn)行冷處理。（－50℃~ － 78℃）。
與碳鋼的區(qū)別
合金鋼
合金鋼是指鋼中除含硅和錳作為合金元素或脫氧元素外，還含有其他合金元素，有的還含有某些非金屬元素的鋼。根據(jù)鋼中合金元素含量的多少，又可分為低合金鋼，中合金鋼和高合金鋼。
而碳鋼主要指力學(xué)性能取決于鋼中的碳含量，而一般不添加大量的合金元素的鋼，有時也稱為普碳鋼或碳素鋼。
碳鋼也叫碳素鋼，含碳量WC小于2%的鐵碳合金。碳鋼除含碳外一般還含有少量的硅、錳、硫、磷 按用途可以把碳鋼分為碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼和易切削結(jié)構(gòu)鋼三類。按含碳量可以把碳鋼分為低碳鋼（WC ≤ 0.25%）,中碳鋼（WC0.25%——0.6%）和高碳鋼（WC>0。6%）
一般碳鋼中含碳量較高則硬度越高，強(qiáng)度也越高，但塑性較低。
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