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合金元素表及其在合金钢中的主要作用

作者:admin 来源:http://www.jiaoyinjijg.com/ 日期:2014-7-21 14:39:01 人气:
 
 

合金元素表及其在合金钢中的主要作用 

元素名称

对组织的影响

对性能的影响

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%。在724及700℃时,在α铁中的溶解度剧降至0.68%及0.52%

当含量超过0.75%时,经固溶处理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。含量较高时,对热变形加工不利,如超过0.3%,在氧化气氛中加热,由于选择性氧化作用,则在表面将形成一富铜层,高温时熔化并侵蚀钢表面层的晶粒边界,在热变形加工时导致高温铜脆现象。如钢中同时含有超过铜含量1/3的镍,则可避免此钟铜脆的发生,如用于铸钢件,则无上述弊病。在低碳低合金钢中,特别与磷同时存在时,可提高钢的抗大气腐蚀性能。2%~3%铜在奥氏体不锈钢中可提高其对硫酸、磷酸及盐酸等的抗腐蚀性及对应力腐蚀的稳定性

H

扩大γ相区,在奥氏体中的溶解度远大于在铁素体中的溶解度;在铁素体中的溶解度也随着温度的下降而剧减

氢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纹的重要因素。因此,应采取一切可能的措施降低钢中的氢含量

Mn

扩大γ相区,形成无限固溶体。对铁素体及奥氏体均有较强的固溶强化作用。为弱碳化物形成因素,进入渗碳体替代部分铁原子,形成合金渗碳体

与硫形成熔点较高的MnS,可防止因FeS而导致的热脆现象。降低钢的下临界点,增加奥氏体冷却时的过冷度,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因素之一,并为无镍及少镍奥氏体钢的主要奥氏体化因素。提高钢的淬透性的作用强,能提高钢的耐磨性,但有增加晶粒粗化和回火脆性的不利倾向,且对过热敏感

Mo

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4%及37.5%。强碳化物形成元素。

阻抑奥氏体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,能降低或阻抑其他合金元素导致的回火脆性。在较高回火温度下,形成弥散分布的特殊碳化物,有二次硬化作用。提高钢的热强性和蠕变强度,含量为2%~3%时能增加耐蚀钢抗有机酸及还原性介质发生的能力。有抑制回火脆性作用

N

扩大γ相区,但由于形成氮化铁而不能无限固溶;在α铁及γ铁中的最大溶解度分别为0.4%及2.8%。不形成碳化物,但与钢中其他元素形成氮化物,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,从而增加钢的蠕变强度。在奥氏体钢中,可以取代一部分镍。与钢中其他元素化合,有沉淀硬化作用;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能,而且可显著改善其抗蚀性。在低碳钢中,残余氮会导致时效脆性

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Xt

包括元素周期表ⅢB族中镧系元素及钇和钪,共17个元素。它们都缩小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,如鈰和钕的溶解度都不超过0.5%。它们在钢中,半数以上进入碳化物中,小部分进入夹杂物中,其余都分存在于固溶体中。它们与氧、磷、硫、氮、氢的亲和力很强,与砷、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,高温强度及蠕变强度,也可以较大幅度地提高不锈耐酸钢的耐蚀性

(RE)

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,可以改善钢的被切屑性。在钢中偏析严重,恶化钢的质量。如以熔点较低的FeS的形式存在时,将导致钢的热脆现象发生。为了防止硫导致的热脆,应有足够的锰,而形成熔点较高的MnS。硫含量偏高,焊接时由于SO2的产生,将在焊接金属内形成气孔和疏松

Si

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18.5%及2.15%。不形成碳化物

为常用的脱氧剂。对铁素体的固溶强化作用仅次于磷,提高钢的电阻率,较低磁滞损耗,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,对钢的综合机械性能,特别是弹性极限有利,还可增强钢在自然条件下的耐蚀性。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,因焊接是喷溅较严重,有损焊接质量,并易导致冷脆;对中、高碳钢回火易产生石墨化

Ti

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7%及0.75%,系最强的碳化物形成元素,与氮的亲和力也极强

固溶状态时,固溶强化作用极强,但同时降低固溶体的韧性。固溶于奥氏体中提高钢的淬透性的作用极强,但对化合钛,其细微颗粒形成新相的晶核会促进奥氏体分解,降低钢的淬透性。提高钢的回火稳定性,并有二次硬化作用。

V

缩小γ相区,形成γ相圈;在α铁中无限固溶,在γ铁中的最大溶解度约为1.35%。强碳化物及氮化物形成元素

固溶于奥氏体中可提高钢的淬透性。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新相的晶核,因此将降低钢的淬透性。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强化作用。有细化晶粒作用,对低温冲击韧性有利。炭化钒是金属碳化物中最硬最耐磨的,可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,能细化晶粒,减缓合金元素的转移速度,但对钢的高温氧化性不利

W

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33%及3.2%,强碳化物及氮化物形成元素,碳化钨硬而耐磨

钨有二次硬化作用,赋予红硬性,以及增加耐磨性。其对钢淬透性、回火稳定性、机械性能及热强性的影响均与钼相似,但按重量含量的百分数比较,其作用较钼为弱。对钢抗氧化性不利

Zr

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0.3%及0.7%。强碳化物及氮化物形成元素,其作用仅次于钛

在钢中的一些作用与铌、钛、钒相似。少量的锆有脱气、净化和细化晶粒的作用,对钢的低温韧性有利,并可消除时效现象,改善钢的冲压性能

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铁及γ铁中的最大溶解度分别为1.8%及2.0%。强碳化物及氮化物形成元素

部分元素进入固溶体,固溶强化作用很强。固溶于奥氏体,显著提高钢的淬透性;但以碳化物及氧化物微细颗粒形态存在时,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。微量铌可以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变温度。当含量大于碳含量的8倍时,几乎可以固定钢中所有的碳,使钢具有很好的抗氢性能;在奥氏体钢中,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铁中的最大溶解度约10%。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。为主要奥氏体形成元素并改善钢的耐蚀性能。与铬、钼等联合使用,提高钢的热强性和耐蚀性,为热强钢及奥氏体不锈耐酸钢的主要合金元素之一

O

缩小γ相区,但由于氧化铁的形成,不形成γ相圈;在α铁及γ铁中的最大溶解度分别为0.03%及0.003%,

固溶于钢中的数量极少,所以对钢性能的影响并不显著。超过溶解度部分的氧以各种夹杂物的形式存在,对钢塑性及韧性不利,特别是对冲击韧性的脆性转变温度极为不利

P

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2.8%及0.25%,不形成碳化物,但含量高时易形成Fe3P

固溶强化及冷作硬化作用极强;与钢联合使用,能提高低合金高强度钢的耐大气腐蚀性能,但降低其冷冲压性能。与硫锰联合使用,改善钢的切削性。在钢中的偏析严重。增加钢的回火脆性及冷脆敏感性