合金鋼

概述

　　隨著科學技術和工業的發展，對材料提出瞭更高的要求，如更高的強度，抗高溫、高壓、低溫，耐腐蝕、磨損以及其它特殊物理、化學性能的要求，碳鋼已不能完全滿足要求。

　　碳鋼的在性能上主要有以下幾方面的不足：

(1) 淬透性低 一般情況下，碳鋼水淬的最大淬透直徑隻有10mm-20mm。

　　(2) 強度和屈強比較低 如普通碳鋼Q235鋼的σs為235MPa，而低合金結構鋼16Mn的σs則為360MPa以上。40鋼的 σs /σb僅為0.43, 遠低於合金鋼。

　　(3) 回火穩定性差 由於回火穩定性差，碳鋼在進行調質處理時，為瞭保證較高的強度需采用較低的回火溫度，這樣鋼的韌性就偏低；為瞭保證較好的韌性，采用高的回火溫度時強度又偏低，所以碳鋼的綜合機械性能水平不高。

　　(4) 不能滿足特殊性能的要求 碳鋼在抗氧化、耐蝕、耐熱、耐低溫、耐磨損以及特殊電磁性等方面往往較差，不能滿足特殊使用性能的需求。

分類

　　合金鋼的分

　　按合金元素含量多少，分為

　　低合金鋼（合金元素總量低於5%）、

　　中合金鋼（合金元素總量為5%-10%）

　　高合金鋼（合金元素總量高於10%）。

　　按所含的主要合金元素，分為

　　鉻鋼（Cr-Fe-C)

鉻鎳鋼（Cr-Ni-Fe-C)

　　錳鋼（Mn-Fe-C)

　　矽錳鋼（Si-Mn-Fe-C)

　　按小試樣正火或鑄態組織，分為

　　合金結構鋼

編號

　　牌號首部用數字標明碳含量。規定結構鋼以萬分之一為單位的數字（兩位數）、工具鋼和特殊性能鋼以千分之一為單位的數字（一位數）來表示碳含量，而工具鋼的碳含量超過1%時，碳含量不標出。

　　在表明碳含量數字之後，用元素的化學符號表明鋼中主要合金元素，含量由其後面的數字標明，平均含量少於1.5%時不標數, 平均含量為1.5%～2.49%、2.5%～3.49%……時,相應地標以2、3……。

　　合金結構鋼40Cr，平均碳含量為0.40%，主要合金元素Cr的含量在1.5%以下。

合金工具鋼5CrMnMo, 平均碳含量為0.5%, 主要合金元素Cr、Mn、Mo的含量均在1.5%以下。

　　專用鋼用其用途的漢語拼音字首來標明。

　　如:滾珠軸承鋼,在鋼號前標以“G”。GCr15表示含碳量約1.0%、鉻含量約1.5%(這是一個特例, 鉻含量以千分之一為單位的數字表示)的滾珠軸承鋼。

　　Y40Mn,表示碳含量為0.4%、錳含量少於1.5%的易切削鋼等等。

　　對於高級優質鋼，則在鋼的末尾加“A”字表明，例如20Cr2Ni4

　　§7-1 鋼的合金化

　　在鋼中加入合金元素後，鋼的基本組元鐵和碳與加入的合金元素會發生交互作用。鋼的合金化目的是希望利用合金元素與鐵、碳的相互作用和對鐵碳相圖及對鋼的熱處理的影響來改善鋼的組織和性能。

相互作用

　　合金元素與鐵、碳的相互作用

　　合金元素加入鋼中後，主要以三種形式存在鋼中。即：與鐵形成固溶體；與碳形成碳化物；在高合金鋼中還可能形成金屬間化合物。

　　1. 溶於鐵

　　幾乎所有的合金元素（除Pb外）都可溶入鐵中, 形成合金鐵素體或合金奧氏, 按其對α-Fe或γ-Fe的作用, 可將合金元素分為擴大奧氏體相區和縮小奧氏體相區兩大類。

　　擴大γ相區的元素—亦稱奧氏體穩定化元素, 主要是Mn、Ni、Co、C、N、Cu等, 它們使A3點(γ-Fe α-Fe的轉變點)下降, A4點( γ-Fe的轉變點)上升, 從而擴大γ-相的存在范圍。其中Ni、Mn等加入到一定量後, 可使γ相區擴大到室溫以下, 使α相區消失, 稱為完全擴大γ相區元素。另外一些元素(如C、N、Cu等), 雖然擴大γ相區, 但不能擴大到室溫, 故稱之為部分擴大γ相區的元素。

　　2. 形成碳化物

合金元素按其與鋼中碳的親和力的大小, 可分為碳化物形成元素和非碳化物形成元素兩大類。

　　常見非碳化物形成元素有：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B等。它們基本上都溶於鐵素體和奧氏體中。常見碳化物形成元素有：Mn、Cr、W、V、Nb、Zr、Ti等(按形成的碳化物的穩定性程度由弱到強的次序排列)，它們在鋼中一部分固溶於基體相中，一部分形成合金滲碳體, 含量高時可形成新的合金碳化合物。