合金元素对钢组织性能和热处理工艺的影响

一、对钢组织的影响对铁

影 响 方 面

合 金 元 素

影 响 方 面

合 金 元 素

对奥氏体化过程的影响

加速

延缓

Co

Ti、V、Mo、W

对奥氏体晶粒度的影响

阻碍晶粒长大

影响不明显

加速晶粒长大

Ti、V、Ta、Zr、Nb和少量W、Mo等形成稳定难溶碳化物元素，N、O、S等形成高熔点非金属夹杂物和金属间化合物元素

Si、Ni、Co等促进石墨化元素

Cu结构上自由存在的元素

Cr等形成比较易溶解碳化物的元素

Mn、P

对奥氏体等温转变的影响

保持等温转变图形状，向右移

等温转变图明显右移，珠光体和贝氏体转变曲线分开使等温转变图左移

Si、P、Ni、Cu等不形成碳化物元素和弱形成碳化物元素

强形成碳化物元素Ti、V、Cr、Mo、W、Co

多种元素综合作用

比较复杂，不是简单叠加

对连续冷却转变图的影响

降低奥氏体分解或转变温度

提高奥氏体分解或转变温度

使等温转变图向右移的元素

使等温转变图向左移的元素，如Co、Al

对Fe-C相图奥氏体区的影响

缩小和封闭γ区

Cr、W、Mo、Si、V、Ti等

防止或延迟回火脆性

Be、Mo、W

对马氏体转变的影响

降低M_s点

影响M_s点不明显

提高M_s点

C、Mn、V、Cr、Ni、Cu、Mo、W

Si、B

Co、Al

对回火二次硬化的影响

残余奥氏体转变

沉淀硬化

Mn、Mo、W、Cr、Ni、Co、V

V、Mo、W、Cr、Ni、Co

二、对钢力学性能的影响

对铁素体固溶硬化作用

马氏体碳含量与最高硬度的关系

对抗拉强度的影响

对屈服点的影响

对脆性转变温度的影响

(以质量分数为C03%，Mn10%，Si0.3%的钢的脆性转变温度为

基础，分别加入其他合金元素后对其脆性转变温度的影响)

三、对钢物理性能的影响

对铁素体蠕变强度的影响

各种合金元素对铁的电阻系数的影响(20℃时)

奥氏体晶粒大小和蠕变速度的关系

(试验温度：600℃；载荷50N/mm²)

不同碳含量(质量分数)的碳素钢在不同温度时对热导率的影响

1—ω(C)＝008%；2—ω(C)＝0.42%；3—ω(C)＝122%

四、对钢化学性能的影响

化学性能

元素的影响

高温氧化

Fe-Fe₃C合金的抗高温氧化性能很差，加入Cr、Si、Al等元素在钢表面形成致密的氧化物，保护钢材表面不继续氧化

高温含硫气体腐蚀

含Ni钢的抗硫腐蚀性很差，无Ni的Cr-Al-Si钢具有较强的抗硫腐蚀能力

低温、常温和零下温度的表面化学性能的变化

由于液体和气体腐蚀介质在钢表面产生局部伏特电池效应而导致腐蚀。采用含高Ni、Cr的单相奥氏体不锈钢可避免和明显缓和这种电解腐蚀作用。Al在钢中也能起到减少表面腐蚀作用，提高碳对钢的抗大气腐蚀能力。随碳量增加，抗晶间腐蚀能力明显降低，加入一定量的Ti或Nb可改善。Cu和P能提高钢抗大气腐蚀能力。Cu也可提高有机涂层的附着力。含Cu钢也是优良的建筑钢材

五、对热处理工艺的影响

影 响 方 面

合 金 元 素

1.对热处理加热温度的影响

提高退火、淬火、回火温度

Cr、Co、V、Al、Ti

增加过热敏感性

C、Mn、Cr

降低过热敏感性

W、Mo、Ti、V、Ni、Si、Ta、Co

不宜在高温加热

Mo

2.对热处理加热时间的影响

不宜长时间退火，以免降低淬火硬度

含W钢

必须适当延长淬火加热时间

含Cr、W、V钢

3.对反复热处理不敏感

W钢

4.对化学热处理的影响

促进对氧的吸收

Al、Cr、Ta

促进对碳的吸收

Cr、W、Mo、V

5.对回火稳定性的影响

提高回火稳定性

V、W、Ti、Cr、Mo、Co、Si

作用不明显

Al、Mn、Ni

6.对回火脆性的影响

促使回火脆性

Mn、Cr、N、P、V、Cu、Ni

防止或延迟回火脆性

Be、Mo、W

7.对高温渗碳温度敏感

Cr、Mo、Mn

8.对钢淬透性的影响

提高淬透性

易使晶粒长大的元素，如Mn；降低奥氏体转变临界冷速的元素，如C、P、Si、Ni、Cr、Mo、B、Cu、As、Sb、Be、N

降低淬透性

使晶粒细化的元素，如Al提高奥氏体转变临界冷速的元素，如S、V、Ti、Co、Nb、Ta、W、Te、Zr、Se

例外

V、Ti、Nb、Ta、Zr、W等强碳化物形成元素形成碳化物时降低淬透性，溶入固溶体则相反

9.对回火二次硬化的影响，残余奥氏体转变

Mn、Mo、W、Cr、Ni、Co、V

10.沉淀硬化

V、Mo、W、Cr、Ni、Co

六、对钢材加工工艺性的影响

工艺性能

元素影响

焊接性

V、Ti、Nb、Zr改善钢的焊接性，P、S、C恶化焊接性，一般提高钢的淬透性的元素都降低焊接性

切削加工性

加入S、Mn在钢中易生成均匀分布的MnS夹杂，切削时易断屑。在优质钢中加入少量的Pb，亦可改善切削加工性。此外，还要经过适当的热处理使钢材硬度适中

冷态加工性

S、P等元素易使钢变脆，冷作性能变差，C、Si、P、S、Ni、Cr、V、Cu等元素都会降低钢的深冲压、拉延性能，Al有细化晶粒的作用，含少量Al的钢可提高深冲压、拉延后的钢板表面质量