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合金鋼的主要合金元素有硅、錳、鉻、鎳、鉬、鎢、釩、鈦、鈮、鋯、鈷、鋁、銅、硼、稀土等。其中釩、鈦、鈮、鋯等在鋼中是強碳化物形成元素，只要有足夠的碳，在適當條件下，就能形成各自的碳化物，當缺碳或在高溫條件下，則以原子狀態(tài)進入固溶體中；錳、鉻、鎢、鉬為碳化物形成元素，其中一部分以原子狀態(tài)進入固溶體中，另一部分形成置換式合金滲碳體；鋁、銅、鎳、鈷、硅等是不形成碳化物元素，一般以原子狀態(tài)存在于固溶體中。
合金鋼種類很多，通常按合金元素含量多少分為低合金鋼（含量＜5％），中合金鋼（含量5％～10％），高合金鋼（含量＞10％）；按質(zhì)量分為優(yōu)質(zhì)合金鋼、特質(zhì)合金鋼；按特性和用途又分為合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、耐酸鋼、耐磨鋼、耐熱鋼、合金工具鋼、滾動軸承鋼、合金彈簧鋼和特殊性能鋼（如軟磁鋼、永磁鋼、無磁鋼）等。
在鋼中除含鐵、碳和少量不可避免的硅、錳、磷、硫元素以外，還含有一定量的合金元素，鋼中的合金元素有硅、錳、鉬、鎳、硌、礬、鈦、鈮、硼、鉛、稀土等其中的一種或幾種，這種鋼叫合金鋼各的合金鋼系統(tǒng)，隨各自的資源情況、生產(chǎn)和使用條件不同而不同，國外以往曾發(fā)展鎳、硌鋼系統(tǒng)，我國則發(fā)現(xiàn)以硅、錳、釩、鈦、鈮、硼、鉛、稀土為主的合金鋼系統(tǒng) 合金鋼在鋼的總產(chǎn)量中約占百分之十幾，一般是在電爐中冶煉的按用途可以把合金鋼分為8大類，它們是：合金結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼、軸承鋼、合金工具鋼、高速工具鋼、不銹鋼、耐熱不起皮鋼，電工用硅鋼。
1、按合金元素的含量分
1）低合金鋼 合金元素總含量小于等于5%；
2）中合金鋼 合金元素總含量在5%~10%之間；
3）高合金鋼 合金元素總含量大于等于10%；
2、按合金元素的種類分
有鉻鋼、錳鋼、鉻錳鋼、鉻鎳鋼、鉻鎳鉬鋼、硅錳鉬釩鋼等。
3、按主要用途分
（1）結(jié)構(gòu)鋼
1）建筑及工程用結(jié)構(gòu)鋼
2）機械制造用結(jié)構(gòu)鋼
（2）工具鋼
（3）特殊性能鋼
一般分類
合金鋼種類很多，通常按合金元素含量多少分為低合金鋼（含量<5%），中合金鋼（含量5%～10%），高合金鋼（含量>10%）；按質(zhì)量分為優(yōu)質(zhì)合金鋼、特質(zhì)合金鋼；按特性和用途又分為合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、耐酸鋼、耐磨鋼、耐熱鋼、合金工具鋼、滾動軸承鋼、合金彈簧鋼和特殊性能鋼（如軟磁鋼、永磁鋼、無磁鋼）等。
在鋼中除含鐵、碳和少量不可避免的硅、錳、磷、硫元素以外，還含有一定量的合金元素，鋼中的合金元素有硅、錳、鉬、鎳、硌、礬、鈦、鈮、硼、鉛、稀土等其中的一種或幾種，這種鋼叫合金鋼。各國的合金鋼系統(tǒng)，隨各自的資源情況、生產(chǎn)和使用條件不同而不同，國外以往曾發(fā)展鎳、硌鋼系統(tǒng)，我國則發(fā)現(xiàn)以硅、錳、釩、鈦、鈮、硼、鉛、稀土為主的合金鋼系統(tǒng)合金鋼在鋼的總產(chǎn)量中約占百分之十幾，一般是在電爐中冶煉的按用途可以把合金鋼分為8大類，它們是：合金結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼、軸承鋼、合金工具鋼、高速工具鋼、不銹鋼、耐熱不起皮鋼，電工用硅鋼。
調(diào)質(zhì)鋼 1．中碳型合金鋼，合金元素含量較低；2．強度較高；3．用于高溫螺栓、螺母材料等。
彈簧鋼 1、含碳量比調(diào)質(zhì)鋼高；2經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，強度較高抗疲勞強度較高；3用于彈簧材料。
滾動軸承鋼 1高碳型合金鋼，合金含量較高；2具有高而均勻的硬度和耐磨性；3用于滾動軸承。
合金工具鋼 量具鋼 1高碳型合金鋼，合金元素含量較低；2具有高的硬度和耐磨性，機加工性能好，穩(wěn)定性好；3用于量具材料。
特殊性能鋼不銹鋼1低碳高合金鋼；2抗腐蝕性好；3用于抗腐蝕、部分可做耐熱材料。
耐熱鋼 1低碳高合金鋼；2耐熱性能好；3用于耐熱材料、部分可做抗腐蝕材料。
低溫鋼1低碳合金鋼，根據(jù)耐低溫程度合金元素有高有低；2抗低溫性好；3用于低溫材料（專用鋼為鎳鋼）。
1、性能特點 較高的強度，足夠的塑性和韌性、
良好的焊接性能。廣泛應用建筑、橋梁等。
2、化學成分特點 低碳鋼（含碳量<0.2%)；主
要合金元素為Mn(含量為1.25~1.5%)。
3、熱處理特點 一般不進行熱處理。
4、常用鋼種 16Mn、15MnTi等。
1、性能特點 用于制造表面硬而耐磨，心部韌性
好而耐沖擊的零件，如齒輪、凸輪等。（具有
良好的滲碳能力和淬透性）
2、化學成分特點 低碳鋼（含碳量0.1~0.25%)；
主要合金元素有Cr、Mn、Ti、V等，其主要作
用是提高淬透性和防止過熱。
3、熱處理特點 預先熱處理為正火、滲碳后為淬
火加低溫回火。
以20CrMnTi為例生產(chǎn)汽車變速箱齒輪為例，其工藝路線如下：
鍛造-正火-加工齒形-局部鍍銅-滲碳-預冷淬火、低溫回火-噴丸-磨齒。
4、常用鋼種 20Cr、20CrMnTi
20CrMnTi鋼制汽車變速齒輪熱處理工藝曲線，
1、性能特點 調(diào)質(zhì)處理后具有高強度與很好塑性
及韌性的配合，即具有良好的綜合力學性能。
2、化學成分特點 中碳鋼（0.3~0.5%),合金元素
主要有Cr、Mn、Ti、Mo等，主要作用是提高
淬透性、細化晶粒和防止過熱。
3、熱處理特點 預先熱處理為退火或正火，終
熱處理為淬火+高溫回火。
4、常用鋼種 40Cr、40CrMn等。
以40Cr制作拖拉機連桿螺栓的生產(chǎn)工藝路線如下：
鍛造、正火、粗加工、調(diào)質(zhì)、精加工、裝配
1、性能特點 制造各種彈性元件如常圈簧、板簧等。要求具有高的彈性極限、高的屈強比、高的疲勞強度以及足夠的韌性。
2、化學成分特點 含碳量（0.5~0.7%),合金元素主要有Mn、Si、Cr、V、Mo等，主要作用是提高淬透性和回火穩(wěn)定性，防止回火脆性。
3、熱處理特點
（1）熱成型彈簧（尺寸≥8mm的大型彈簧）
下料、加熱（Ac3+~100℃）、成型、余熱淬火、中溫回火（~430℃）、產(chǎn)品
（2）冷成型彈簧（尺寸≤8mm小型彈簧）
下料、冷撥鋼絲冷卷成型、低溫退火、產(chǎn)品
4、常用鋼種：60Si2Mn
1、性能特點 要求具有很高的強度和硬度、很高的彈性極限和接觸疲勞強度，足夠的韌性和淬透性，很高的耐磨性，而且還應有一定的抗腐蝕能力。
2、化學成分特點 高碳（0.95%<Wc<1.1%）；加入的合金元素主要是Cr,以提高其淬透性和耐磨性。
3、熱處理特點 預先熱處理為球化退火，終熱處理為淬火+低溫回火。
生產(chǎn)工藝如下：軋制、鍛造、球化退火、機械加工、淬火加低溫回火、磨削加工、成品
金相組織為：回M+粒狀碳化物+少量A殘
4、常用鋼種 GCr15、GCr15SiMn（注意Cr的含量、C的含量）。
工具鋼
刃具鋼應具有下列性能要求：
（1）高硬度（60HRC以上）
（2）高的耐磨性
（3）高的熱硬性（紅硬性）
（4）具有一定的強度、韌性和塑性
（一）低合金刃具鋼
1、化學成分特點 高的含碳量（0.75~1.5%)；為了提高淬透性和回火穩(wěn)定性，加入Cr、Mn、Si、
V、W等合金元素；
2、熱處理特點 預處理為球化退火，終熱處理為淬火+低溫回火。
3、常用鋼種 9SiCr、9Mn2V
9SiCr鋼圓板牙淬火回火工藝，
（二）高速鋼
1、化學成分特點 ①高C：0.7 %～1.5 %；②加入Cr提高淬透性；③加入W、Mo提高熱硬性；
④加入V提高耐磨性。
2、熱處理特點 退火+1270℃淬火+560℃～ 580℃回火（三次）。
3、典型鋼種 W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2
W18Cr4V 鋼盤形銑刀淬火回火工藝曲線，作用
（一）冷作模具鋼 用來制造在室溫下使金屬塑性變形的模具，如落料模、冷鐓模、剪切模等。（屬高碳鋼 >0.9%）
（二）熱作模具鋼 用來制造對金屬進行熱變形加工的模具，如熱鍛模、壓鑄模等。（含碳量 0.3%~0.6%,含C量太高，導熱性下降)
1.用于制造量具的合金鋼稱為合金量具鋼。例如制造卡尺、塞規(guī)、量塊等。
2.量具在使用的過程中要經(jīng)受磨損，要求具有較高的硬度和耐磨性，同時要有較高的尺寸穩(wěn)定性。
3.為提高尺寸的穩(wěn)定性，淬火后要進行冷處理。（－50℃~ － 78℃）。
作用
1、碳（C）：鋼中含碳量增加，屈服點和抗拉強度升高，但塑性和沖 擊性降低，當碳含量超過0.23%時，鋼的焊接性能變壞，因此用于焊接的低合金結(jié)構(gòu)鋼，含碳量一般不超過0.20%。碳量高還會降低鋼的耐大氣腐蝕能力，在露天料場的高碳鋼就易銹蝕；此外，碳能增加鋼的冷脆性和時效敏感性。
2、硅（Si）：在煉鋼過程中加硅作為還原劑和脫氧劑，所以鎮(zhèn)靜鋼含有0.15－0.30%的硅。如果鋼中含硅量超過0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能顯著提高鋼的彈性極限，屈服點和抗拉強度，故廣泛用于作彈簧鋼。在調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼中加入1.0－1.2%的硅，強度可提高15－20%。硅和鉬、鎢、鉻等結(jié)合，有提高抗腐蝕性和抗氧化的作用，可制造耐熱鋼。含硅1－4%的低碳鋼，具有極高的導磁率，用于電器工業(yè)做矽鋼片。硅量增加，會降低鋼的焊接性能。
3、錳（Mn）：在煉鋼過程中，錳是良好的脫氧劑和脫硫劑，一般鋼中含錳0.30－0.50%。在碳素鋼中加入0.70%以上時就算“錳鋼”，較一般鋼量的鋼不但有足夠的韌性，且有較高的強度和硬度，提高鋼的淬性，改善鋼的熱加工性能，如16Mn鋼比A3屈服點高40%。含錳11－14%的鋼有極高的耐磨性，用于挖土機鏟斗，球磨機襯板等。錳量增高，減弱鋼的抗腐蝕能力，降低焊接性能。
4、磷（P）：在一般情況下，磷是鋼中有害元素，增加鋼的冷脆性，使焊接性能變壞，降低塑性，使冷彎性能變壞。因此通常要求鋼中含磷量小于0.045%，優(yōu)質(zhì)鋼要求更低些。
5、硫（S）：硫在通常情況下也是有害元素。使鋼產(chǎn)生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時造成裂紋。硫?qū)附有阅芤膊焕?，降低耐腐蝕性。所以通常要求硫含量小于0.055%，優(yōu)質(zhì)鋼要求小于0.040%。在鋼中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常稱易切削鋼。
6、鉻（Cr）：在結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼中，鉻能顯著提高強度、硬度和耐磨性，但同時降低塑性和韌性。鉻又能提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性，因而是不銹鋼，耐熱鋼的重要合金元素。
7、鎳(Ni)：鎳能提高鋼的強度，而又保持良好的塑性和韌性。鎳對酸堿有較高的耐腐蝕能力，在高溫下有防銹和耐熱能力。但由于鎳是較稀缺的資源，故應盡量采用其他合金元素代用鎳鉻鋼。
8、 鉬(Mo)：鉬能使鋼的晶粒細化，提高淬透性和熱強性能，在高溫時保持足夠的強度和抗蠕變能力(長期在高溫下受到應力，發(fā)生變形，稱蠕變)。結(jié)構(gòu)鋼中加入鉬，能提高機械性能。 還可以抑制合金鋼由于淬火而引起的脆性。在工具鋼中可提高紅性。
9、鈦(Ti)：鈦是鋼中強脫氧劑。它能使鋼的內(nèi)部組織致密，細化晶粒力；降低時效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在鉻18鎳9奧氏體不銹鋼中加入適當?shù)拟仯杀苊饩чg腐蝕。
10、釩(V)：釩是鋼的優(yōu)良脫氧劑。鋼中加0.5%的釩可細化組織晶粒，提高強度和韌性。釩與碳形成的碳化物，在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕能力。
11、鎢(W)：鎢熔點高，比重大，是貴生的合金元素。鎢與碳形成碳化鎢有很高的硬度和耐磨性。在工具鋼加鎢，可顯著提高紅硬性和熱強性，作切削工具及鍛模具用。
12、鈮(Nb)：鈮能細化晶粒和降低鋼的過熱敏感性及回火脆性，提高強度，但塑性和韌性有所下降。在普通低合金鋼中加鈮，可提高抗大氣腐蝕及高溫下抗氫、氮、氨腐蝕能力。鈮可改善焊接性能。在奧氏體不銹鋼中加鈮，可防止晶間腐蝕現(xiàn)象。
13、鈷(Co)：鈷是稀有的貴重金屬，多用于特殊鋼和合金中，如熱強鋼和磁性材料。
14、銅(Cu)：武鋼用大冶礦石所煉的鋼，往往含有銅。銅能提高強度和韌性，特別是大氣腐蝕性能。缺點是在熱加工時容易產(chǎn)生熱脆，銅含量超過0.5%塑性顯著降低。當銅含量小于0.50%對焊接性無影響。
15、鋁(Al)：鋁是鋼中常用的脫氧劑。鋼中加入少量的鋁，可細化晶粒，提高沖擊韌性，如作深沖薄板的08Al鋼。鋁還具有抗氧化性和抗腐蝕性能，鋁與鉻、硅合用，可顯著提高鋼的高溫不起皮性能和耐高溫腐蝕的能力。鋁的缺點是影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能。
16、硼(B)：鋼中加入微量的硼就可改善鋼的致密性和熱軋性能，提高強度。
17、氮(N):氮能提高鋼的強度，低溫韌性和焊接性，增加時效敏感性。
18、稀土(Xt)：稀土元素是指元素周期表中原子序數(shù)為57-71的15個鑭系元素。這些元素都是金屬，但他們的氧化物很象“土”，所以習慣上稱稀土。鋼中加入稀土，可以改變鋼中夾雜物的組成、形態(tài)、分布和性質(zhì)，從而改善了鋼的各種性能，如韌性、焊接性，冷加工性能。在犁鏵鋼中加入稀土，可提高耐磨性。
影響
合金鋼與碳鋼相比含有較多其他元素
合金鋼是指鋼中除含硅和錳作為合金元素或脫氧元素外，還含有其他合金元素（如鉻、鎳 、鉬、釩、鈦、銅、鎢、鋁、鈷、鈮、鋯和其他元素等），有的還含有某些非金屬元素（如硼、氮等）的鋼。根據(jù)鋼中合金元素含量的多少，又可分為低合金鋼，中合金鋼和高合金鋼。
而碳鋼主要指力學性能取決于鋼中的碳含量，而一般不添加大量的合金元素的鋼，有時也稱為普碳鋼或碳素鋼。
碳鋼也叫碳素鋼，含碳量WC小于2%的鐵碳合金。碳鋼除含碳外一般還含有少量的硅、錳、硫、磷按用途可以把碳鋼分為碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼和易切削結(jié)構(gòu)鋼三類。碳素結(jié)構(gòu)鋼又分為建筑結(jié)構(gòu)鋼和機器制造結(jié)構(gòu)鋼兩種 按含碳量可以把碳鋼分為低碳鋼（WC ≤ 0.25%）,中碳鋼（WC0.25%——0.6%）和高碳鋼（WC>0。6%） 按磷、硫含量可以把碳素鋼分為普通碳素鋼（含磷、硫較高）、優(yōu)質(zhì)碳素鋼（含磷、硫較低）和高級優(yōu)質(zhì)鋼（含磷、硫更低）一般碳鋼中含碳量較高則硬度越高，強度也越高，但塑性較低。
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