各種元素對鋼性能的影響(共18種元素)(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 足夠的耐熱性和抗氧化性而用于氣閥中及石油、化學工業（氨合成設備等）。含Cr=12～14%的鋼是最典型的不銹鋼（1Cr13～4Cr13）它們都有較高的抗蝕力，強度也不錯，面Cr1Cr12Mo等則是典型的具有高淬透性和高耐磨性的模具鋼。（此類多屬馬氏體鋼）含Cr=16～18%的鋼有的只具單相（鐵素體），有的雙相（M體—鐵素體），此類具單相的Cr鋼耐蝕力比含Cr=12～14%的鋼還高。如Cr1 9Cr18等，如再加8～9%的Ni其耐蝕力又將大大增高。如1Cr18Ni1Cr18Ni9Ti等都是典型的不銹鋼、耐酸性較好，CrNi鋼的缺點是有晶間腐蝕，加Ti、Nb可改善。含Cr=23～32%的鋼具有很好的抗蝕穩定性，極高的抗氧化性，甚至在普通溫度下能抵抗濃硝酸、濃磷酸、濃硫酸的浸蝕。含Cr 27～28%的鋼可作1300℃的熱電偶溫度計的防護罩。這類鋼是純鐵素體鋼，所以不能通過熱處理改變其組織及性能。且再結晶溫度較低，粗晶作用較強，有高的脆性，所以不能作受振及打擊零件。加入Mo、W、V可適當改變性能。減少Cr含量，加Si量可提高其熱強度如Cr9SiCr10Si2Mo等。加 Ni也成，如Cr20Ni14Si、Cr25NiCr18Ni25Si、Cr14Mn14W、Cr18Ni6Mn5等等。Cr不同于Mn、Ni，它是縮小γ區的合金元素。（它同αFe都具有體心立方晶格,且自熔點1849℃至絕對0186。K,純鉻均為這一晶格不變）,所以隨含 Cr量增加Ac3雖也從910℃開始降低,但其速很慢,而Ac4卻從1400℃迅速降低,至含鉻達8%時Ac3為850℃已為最低。含Cr再增加，Ac3 即迅速上升。當含Cr量達13%時，Ac3與Ac4會合為一點，γ區被封閉，所以含Cr＞13%時變為純鐵素體相，不再發生轉變，用熱處理也不能再改變其晶粒尺寸。——即為鐵素體鋼。當Cr量繼續增加，約在25～60%特別是45～48%區域，當溫度低于950℃時（多在820℃）慢冷，將會析出一種無磁性脆性組分——σ相。這些在進行二次加熱后將會游離析出，致使得在固溶體中產生巨大體積改變造成頗大應力，故極脆。但在950℃以下急冷時，σ相可由于固溶體內不析出，影響則較小。δ相問題：有人指出，當Cr和C含量搭配時，特別在含左右時，將極易生成游離態的鐵素體即δ相，它將使鋼的工藝性能和耐熱性降低，所以要很好注意在含Cr=%時，含Cr=%可使δ相量減至最少。Cr對抗腐性的改善上很有利的，但對抗蠕變的影響則較復雜。因為作耐熱鋼應注意，當含Cr=1%抗蠕變強度最高。含Cr↑則出現，Cr＞C3三方晶格，至 Cr=7%抗蠕強降至最低點，當含Cr增至12%時，Cr23C6將取代Cr7C3，抗蠕強（耐熱性）可有少許提高，添加V、Nb、Ti可得極細彌散相，對抗蠕強（耐熱性）改善極為有利。W（1）W的良好作用是：1）細化晶粒，（其作用比Cr還強，所以可降低鋼的過熱傾向性，提高強度、韌性和熱穩定性。2）提高M體穩定性，大大提高淬透性，18CrNiWN任何冷卻速度都能完全淬透，得M體，用W18%與Cr4%配合，M體穩定性可達600℃，保持紅硬性。3）阻止回火脆性發展，所以可提高強度同時不降低塑性，提高韌性。4）提高淬火鋼的矯頑磁力，阻止鋼的組織時效。5）其碳化物極其穩定，高溫也難溶進固溶體，所以可作高速工具鋼。6）W鋼一般硬度、耐磨性較好，熱處理變形小，不易淬裂，回火穩定性也較好。7）W因能提高A體的穩定性，而用于閥門鋼中，縮小γ區，同Cr。8）可提高珠光體耐熱鋼的熱強性，提高再結晶溫度。9）在高合金Cr、Ni鋼中加入2～4%W便可提高鋼的屈服點，疲勞強度和熱穩定性，并因為形成碳化物而減小晶向腐蝕傾向（Fe3W2和Fe2W都是極穩定的化合物，高度彌散，所以可提高強度、熱穩定性。）（2）W的不良影響：1）增加脫碳（碳化物穩定）阻止石墨化。2）W是強碳化物元素，應防止碳化物不均影響性能而成廢品（可增加鐓拔數及正火處理糾正）。3）含W＞9%時硬度顯著提高，而δ、ψ顯著降低。4）W使鋼導熱率降低，含W＞10%。5）含W增加，可鍛溫度范圍降低。（3）一般合金鋼中的W的含量：合金結構鋼：W=～% （例20Cr3MoWVA、18Cr3MoWVA等）耐熱不起皮鋼：W=～% （上二種為抗氫鋼亦屬此類，又如Cr15Ni36W3Ti等）合金工具鋼：W=1～18%（CrWMn、W、W3Cr2W8V、PP18等）向鋼中加入多于20～22%的W，是不合適的。所以超過此值W對鋼的性能的改善并沒更好的作用，所以多加是不經濟的。一般提到的降低回火脆性的方法有如下幾種：1）～%的Mo或1～%的W。2）回火時采用快速冷卻，用水冷或油冷。3）提高回火溫度，此法因為使性能（強度）下降，得不到充分發揮，所以少用。4）延長回火時間，或增加重復高溫回火的次數。5）降低淬火溫度，或采用二次淬火①AC3以上正常淬火②AC1～AC3之間不完全淬火以消除回火脆性。6）在鋼中加入V（約是鉬含量%+%可等效），以提高鋼的回火穩定性，抑制回火脆性，不過此作用甚微。7）采用形變熱處理，即加熱至AC3以上進行形變（變形度15～20%最佳）后立即淬火回火，韌性提高3倍。8）高速度（1000℃/秒）加熱和冷卻，最后二種方法因為生產上很難實現而未被采用。注：常說的回火脆性是第二類回火脆性（即450～570℃可650～700℃出現的），而第一類回火脆性（250～400℃），所有鋼都不可避免的存在，而可用重復回火即能消除，故多不再討論。Mo（1）鉬的良好作用是：1）細化晶粒的作用比W更強，所以可降低鋼的過熱傾向性，提高強度、硬度、熱穩定性。2）Mo在鋼中會使鍛件σb、σs、HB↑，而使δ、ψ、αk↓。提高M體回火穩定性，與Cr、Ni結合可大大提高淬透性，可細化晶粒，提高韌性，使鍛造加工容易。3）降低回火脆性，對某些結構鋼可消滅回火脆性（如24CrMoV5），所以可提高強度而塑性并不降低，鉬可提高鋼的沖擊韌性。①又一說是合金元素（包括 Mo在內）均只有抑制回火脆性的作用而不能達到消除回火脆性。Mo的影響是：%即有良好作用。～%對放置回火脆性溫度范圍550～600℃～%，當含Mo量超過一定值時（%），則反而會使高溫回火水冷鋼變脆。Mo鋼長時間回火易變脆。②當含P和Mo較高時，即使有Mo或W等也仍不能避免回火脆性產生。③附帶說說降低回火脆性的方法（見上段）。4）提高鋼的的矯頑力，改善磁性。5）其碳化物也很穩定，它并阻止其它碳化物析出。高溫也很難向固溶體轉移。6）鉬可代鎢（因為原子量成半關系，所以可用1%Mo代替2%W）。7）同樣Mo亦可提高奧氏體穩定性而用于閥門鋼。8）可提高Cr、Ni不銹鋼的抗晶間腐蝕能力。9）在某些還原性介質中易使耐酸不銹鋼鈍化，從而提高耐腐蝕能力。（如亞硫酸、沸磷酸及醋酸、草酸、蟻酸等）。10）可提高珠光體耐熱鋼的熱強性，并可單一加進耐熱鋼，～1%（并獨作合金元素時會使鋼有石墨化傾向）。（2）鉬的不良影響：1）有揮發性，在加熱時，會生成褐色煙氣（氧化鉬）發生蒸發。2）促進脫碳，所以為防止脫碳其淬火溫度應較一般降低10～20℃，阻礙石墨化。3）Mo是鐵素體形成元素，所以為了得到奧氏體，應相應多加Ni、Mn等奧氏體形成元素。否則當Mo含量較多時就易出現鐵素體δ相或其它脆性相而使韌性降低。4）Mo降低鋼導熱率的作用同W，但Mo可防止過熱。5）Mo鋼比碳鋼變形抗力高。（3）一般合金鋼中的鉬含量：合金結構鋼和工具鋼：Mo=～% （例5CrNiMo、35CrMo、40CrMnMo、38CrMoAlA等）不銹耐酸鋼：Mo =1～% （如Cr17Mo2Ti、Cr25MoTi、Cr18Ni18Mo2Cu2Ti等）耐熱不起皮鋼：Mo =～1%（16Mo、20CrMo、Cr5Mo、2