摘要：合金钢在现代工业中应用较为广泛，此文叙述了合金元素对钢的组织，性能的影响机理，进而提出了合金钢的生产原则及方法。
关键词：合金元素 奥氏体 机械性能 铁碳相图
1概述：对钢性能产生影响的合金元素
1.1 碳（C）：含碳量越高，钢的硬度就越高，但是它的可塑性和韧性就越差． [1]
1.2 硅（Si）：它可以提高钢的硬度，但是可塑性和韧性下降，电工用的钢中含有一定量的硅，能改善软磁性能．[1]
1.3 锰（Mn）：能提高钢的强度，能消弱和消除硫的不良影响，并能提高钢的淬透性，含锰量很高的高合金钢（高锰钢）具有良好的耐磨性和其它的物理性能． [3]
1.4 磷（P）：能使钢的可塑性及韧性明显下降，特别的在低温下更为严重，这种现象叫作冷脆性．在优质钢中，硫和磷要严格控制．但从另方面看，在低碳钢中含有较高的硫和磷，能使其切削易断，对改善钢的可切削性是有利的．
1.5 硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素是钢中的有害杂物，含硫较高的钢在高温进行压力加工时，容易脆裂，通常叫作热脆性．[1] 在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。[2]
1.6 铬（Cr）能提高钢的淬透性和耐磨性，能改善钢的抗腐蚀能力和抗氧化作用．[6]
1.7 镍（Ni）：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。[6]
1.8 钼（Mo）：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能。
1.9 钛（Ti）：钛；能细化钢的晶粒组织，从而提高钢的强度和韧性．在不锈钢中，钛能消除或减轻钢的晶间腐蚀现象．
1.10 钒（V）：能细化钢的晶粒组织，提高钢的强度，韧性和耐磨性．当它在高温熔入奥氏体时，可增加钢的淬透性；反之，当它在碳化物形态存在时，就会降低它的淬透性．
1.11 钨（W）：能提高钢的红硬性和热强性，并能提高钢的耐磨性．
1.12 铌（Nb）：铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，但塑性和韧性有所下降。在普通低合金钢中加铌，可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力。铌可改善焊接性能。在奥氏体不锈钢中加铌，可防止晶间腐蚀现象。[4]
1.13 钴（Co）：钴是稀有的贵重金属，多用于特殊钢和合金中，如热强钢和磁性材料。
1.14硼；当钢中含有微量的（0.001 － 0.005 ％）硼时，钢的淬透性可以成倍的提高．
1.15氮（N）：氮能提高钢的强度，低温韧性和焊接性，增加时效敏感性。[5]
1.16稀土（Xt）：钢中加入稀土，可以改变钢中夹杂物的组成、形态、分布和性质，从而改善了钢的各种性能，如韧性、焊接性，冷加工性能。在犁铧钢中加入稀土，可提高耐 磨性。
2.合金元素对钢的工艺性能的影响
2.1合金元素对焊接性能的影响
钢的焊接性能，主要取决于它的淬透性、回火性和碳的质量分数。合金元素对钢材焊接性能的影响，可用焊接碳当量来估算。我国目前所广泛应用的普通低合金钢，其焊接碳当量可按下述经验公式计算。
公式 Cd=C+1/6Mn+1/5Cr+1/15Ni+1/4Mo+1/5V+1/24Si+1/2P+1/13Cu
2.2合金元素对切削加工的影响
金属的切削性能是指金属被切削的难易程度和加工表面的质量。为了提高钢的切削性能，可在钢中加入一些能改善切削性能的合金元素，最常用的元素是硫，其次是铅和磷。
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由于硫在钢中与锰形成球状或点状硫化锰夹杂，破坏了金属基体的连续性，使切削抗力降低，切屑易于碎断，在易切削钢中硫的质量分数可达0.08％～0.30％。
铅在钢中完全不溶，以2～3pm的极细质点均匀分布于钢中，使切屑易断，同时起润滑作用，改善了钢的切削性能，在易切削钢中铅的质量分数控制在0.10％～0.30％。
少量的磷溶入铁素体中，可提高其硬度和脆性，有利于获得良好的加工表面质量。
3 合金元素在钢中的作用
3.1合金元素与钢中铁、碳的作用
铁和碳是钢的基本组元。合金元素加入钢以后，对钢的组织、性能的影响常取决于它与铁、碳的相互作用，因此在研究合金元素在钢中的作用时，首先应研究合金元素与铁和碳的作用。
3.2.1合金元素与铁的作用
㈠扩大相区元素
这类元素的共同点是A3点下降，A4点上升，这就使形成相区的温度区间扩大了。合金元素含量越多，A3和A4的距离越大（但有例外，钴的含量增加时，A3点不断上升。至大约超过45%后，A3点开始下降）。
㈡缩小相区的元素
这类元素随着加入量的增加。使A3点生高，A4点下降（但有例外。例如铬含量＜7%时。A3点下降，＞7%后A3点上升）。这样形成相区的温度区间就被缩小了，根据铁与合金元素构成相图不同，
3.2.2合金元素与碳的作用
㈠非碳化物形成元素与碳化物形成元素
根据合金元素在钢中与碳的相互作用，可将合金元素分为两大类。
1、非碳化物形成元素 包括、镍、硅、钴、铝、铜、氮等。它们在钢中不能与碳形成碳化物，只能溶于铁中形成固溶体，或者形成其他化合物，如氮可与铁或钢中其他元素形成氮化物：有如硅不仅不能与碳形成碳化物，反而在碳含量高的钢中能促进碳化物分解为石墨，即有所谓石墨化作用。这类元素被称为“非碳化物形成元素”。
2、碳化物形成元素 包括钛、锆、铌、钒、钼、钨、铬、锰及铁。它们在钢中均可与碳作用形成碳化物，被称为“碳化物形成元素”。根据形成的碳化物的稳定程度，可将它们由强至弱的顺序排列如下：
Ti＞Zr＞Nb＞V＞W＞Mo＞Cr＞Mu＞Fe
4.合金元素对钢机械性能的影响
钢的机械性能取决于钢中各组成相的性质和钢的组织状态。
合金元素能改变钢中个组成相的性质，有可通过热处理改变钢的组织状态，从而可以改变钢的机械性能。
5.综述
随着工业生产和科学技术的发展，对钢的性能提出越来越高的要求，钢在机械性能耐热耐磨不锈耐酸以及某些物理化学性能和工艺性能方面不能满足使用要求。为了满足使用上的要求，就必须在冶炼过程中特意在钢中加入一定量的某一种或几中元素进行合金化，不管加入的元素是具有金属性的铬镍，还是具有非金属性质的硅硼等，也不管加入量是多达20~30%（铬镍），还是只有1~2%（锰硅），乃至只有0.005%（硼），只要是作为提高钢的某些性能而特意加入的元素，都属于合金元素，他们的加入，对钢的组织和性能都会产生一定的影响，在以上已做了详细的论证。
参考文献：
[1] 合金钢及热处理工艺学，[M]李彗芳、萧振荣、沈济万编，机械工业出版社
[2] 金属材料学，[M]吴培英主编，北京工业学院
[3] 金属学，[M]宋维锡主编，冶金工业出版社
[4] 合金钢手册，[M]冶金部钢铁研究总院主编，冶金工业出版社
[5] 合金钢，[M]章守华主编，冶金工业出版社
[6] 合金钢，[M]《合金钢》编写组，机械工业出版社
[7] 钢铁材料及有色金属材料，[M]崔昆主编，机械工业出版社
论文作者:安卫民
论文发表刊物:《基层建设》2018年第32期
论文发表时间:2018/12/24
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