合金元素对钢的组织与性能的影响

硅

对钢的显微组织和热处理的影响

1）作为钢中的合金元素，其质量分数一般不低于0.4%，以固溶体形式存在于铁素体或奥氏体中，减少奥氏体相面积；

2）提高退火、正火和淬火温度，以提高亚共析钢的淬透性；

3）硅不能形成碳化物，对碳的石墨化有较强的促进作用。 在硅含量高的中碳和高碳钢中，如果不含强碳化物形成元素，在一定温度条件下很容易发生石墨化。 ;

4）在渗碳钢中，硅降低渗碳层的厚度和碳的浓度；

5）硅对钢水有良好的脱氧作用。

对钢材力学性能的影响

1）提高铁素体、奥氏体的硬度和强度比Mn、Ni、Cr、W、Mo、V等更有力； 显着提高钢材的弹性极限、屈服强度和屈服比，提高疲劳强度和疲劳比；

2）硅的质量分数超过3%时，显着降低钢的塑性和韧性； 硅提高韧脆转变温度；

3）硅在钢中易形成带状组织，使横向性能低于纵向性能；

4）提高钢材的耐磨性。

对钢的物理、化学和工艺性能的影响

1）降低钢材的密度、导热率、导电率和电阻温度系数；

2）硅钢片的涡流损耗明显低于纯铁，矫顽力、磁阻和磁滞损耗较低，导磁率和磁感应强度较高。 但在强磁场中，硅会降低磁感应强度；

3）提高钢在高温下的抗氧化能力，但含硅量较高时，表面脱碳加剧；

5）硅降低钢的焊接性；

在钢铁中的作用

1）在普通低合金钢中提高强度和耐局部腐蚀性能，在调质钢中提高淬透性和抗回火性。 是多元合金结构钢的主要合金元素之一；

2）硅质量分数为0.5%～2.8%的SiMn或SiMnB钢广泛用作高载荷弹簧材料，并添加W、V、Mo、Nb、Cr等强碳化物形成元素；

3）硅钢片是含硅量1.0%～4.5%的低碳和超低碳钢，用于电机、变压器；

4）在不锈钢和耐腐蚀钢中，与Mo、W、Cr、Al、Ti、N等配合，提高耐蚀性和高温抗氧化性能；

5）冷作模具材料采用硅含量较高的石墨钢。

锰

对钢的显微组织和热处理的影响

1）锰是良好的脱氧剂和脱硫剂。 工业钢一般含有一定量的锰；

2）锰库存固溶在铁素体和奥氏体中，扩大奥氏体区，使临界温度点A4升高，A3点降低，（α、γ）区下移。 当锰的质量分数超过12%时，上临界点降至室温以下，使钢在室温下形成单一奥氏体组织。 降低共析温度时，共析体中的碳含量减少；

3）锰大幅度降低钢的Ar1和马氏体转变温度（其作用仅次于碳）和钢中的相变速率，提高钢的淬透性，增加残余奥氏体含量

4）使钢的调质组织均匀细化，改变渗碳层中碳化物的聚集，但增加了高过热敏感性和回火脆性的倾向；

5）锰是弱碳化物形成元素。

对钢材力学性能的影响

1) 锰在强化铁素体或奥氏体方面的效果不如碳、磷和硅。 在增加强度的同时，对延展性没有影响；

2）锰能细化珠光体，显着提高低碳、中碳珠光体钢的强度，降低塑性；

3）通过提高淬透性来提高调质屈氏体钢的机械性能；

4）锰在严格控制热处理工艺、避免过热时晶粒长大和回火脆性的前提下，不会降低钢的韧性。

对钢的物理、化学和工艺性能的影响

1）随着锰含量的增加，钢的导热系数急剧下降，线膨胀系数增大，导致加热或冷却时形成较大的内应力，工件的开裂明显增加；

2）钢的电导率急剧下降，电阻率相应增大，电阻温度系数下降；

3）提高矫顽力，降低饱和磁感应强度、剩磁感应强度和磁导率。 因此，锰对永磁合金有利，对软磁合金有害；

4）锰含量较高时，钢的抗氧化能力下降；

5）使钢中的硫形成熔点较高的MnS，避免晶界上形成FeS膜，消除钢的热脆性，提高热加工性能；

6）高锰奥氏体钢具有较大的变形抗力，钢锭的柱状晶明显，在锻造和轧制时更容易产生裂纹；

7）由于淬透性提高，马氏体转变温度降低，对焊接性能产生负面影响。 在适当范围内降低碳含量。

在钢铁中的作用

1）易切削钢常含有适量的锰、磷，MnS夹杂物使切屑易折断；

2）在普通低合金钢中，锰用于强化铁素体和珠光体，提高钢的强度。 锰的质量分数一般为1%～2%；

3）许多系列渗碳调质合金结构钢中锰的质量分数不超过2%；

4）锰用于弹簧钢、轴承钢、工具钢，可强力提高淬透性。 可采用油淬和空冷淬火工艺，减少开裂、扭曲和变形；

5）耐磨钢、无磁钢、不锈钢、耐热钢，包括高碳高锰耐磨铸钢（锰的质量分数为10%~14%）、中碳高锰无磁钢（锰的质量分数为18%~19%）、高锰耐热钢（以Mn代替Ni或含Al、Mo、V等的耐热钢） 。

你

对钢的显微组织和热处理的影响

1）镍和铁可以形成无限固溶体。 镍扩大铁的奥氏体区，即提高A4点，降低A3点。 它是形成和稳定奥氏体的主要合金元素；

2）镍与碳不形成碳化物；

3）降低临界转变温度，降低钢中各种元素的扩散速度，提高淬透性；

4）降低共析珠光体碳含量，其作用仅次于氮而强于锰。 它在降低马氏体转变温度方面的效果是锰的一半。

对钢材力学性能的影响

1）强化铁素体并细化和增加珠光体，提高钢的强度而不显着影响钢的塑性；

2）可适当降低含镍钢的碳含量，从而提高韧性和塑性；

3）提高钢材的抗疲劳性能，降低钢材对缺口的敏感性；

4）由于对钢的淬透性和抗回火性影响不是很明显，镍对于调质钢意义不大；

5）降低钢的低温脆化转变温度。 镍质量分数为3.5%的钢可在-100℃下使用，镍质量分数为9%的钢可在-196℃下使用。

对钢的物理、化学和工艺性能的影响

1）强烈降低钢材的导热率和导电率；

2）含镍质量分数的奥氏体钢是顺磁性的，即无磁钢。 镍质量分数>30%的铁镍合金是重要的精密软磁材料；

3）镍质量分数超过15%～20%的钢，对硫酸和盐酸具有较高的耐腐蚀性，但不耐硝酸腐蚀。 一般来说，含镍钢对酸、碱、盐和大气有一定的耐腐蚀性。 含镍的低合金钢还具有较高的耐腐蚀疲劳性能。 含镍钢在含硫和CO的气氛中加热时容易产生热脆性和腐蚀气孔；

4）焊接镍含量高的钢时应采用奥氏体焊条，以防止裂纹；

5）含镍钢中易产生带状组织和白点缺陷，在生产过程中应予以防止。

在钢铁中的作用

1）纯镍钢仅在需要特别高的冲击韧性或很低的工作温度时才使用；

2）用于机械制造的镍铬或镍铬钼钢，经热处理后可获得具有良好强度和韧性的综合力学性能。 含镍钢特别适用于需要表面渗碳的零件；

3）镍是高合金奥氏体不锈耐热钢中的奥氏体化元素，能提供良好的综合性能。 主要是NiCr系钢。 CrMnN、CrAlSi和FeAlMn钢在某些应用中可以替代CrNi钢；

4）由于镍的稀缺性，它也是重要的战略物资。 除非用其他合金元素无法满足性能要求，否则应尽量少用或不用镍作为钢的合金元素。

钴

对钢的显微组织和热处理的影响

1）钴与镍、锰一样，与铁形成连续固溶体；

2）钴和铝都是降低钢淬透性、提高马氏体转变起始温度Ms的元素；

3）钴不是碳化物形成元素；

4）钴在回火或使用过程中抑制和延缓其他元素特殊碳化物的析出和聚集。

对钢材力学性能的影响

1）强化钢的基体，提高碳钢在退火或正火状态下的硬度和强度，但会引起塑性和冲击韧性的下降；

2）显着提高特种钢及合金的热强度和高温硬度；

3）提高马氏体时效钢的综合力学性能，使其具有超强韧性。

对钢的物理、化学和工艺性能的影响

1）提高耐热钢和耐热合金的抗氧化性能；

2）铁中添加钴以增加磁饱和。

在钢铁中的作用

1）不适用于碳钢和低合金钢；

2）主要应用于高速钢、马氏体时效钢、耐热钢及精密合金；

3）钴资源稀缺且价格昂贵。 钴的使用应尽可能经济、合理。

铬

对钢的显微组织和热处理的影响

1）Cr和Fe形成连续固溶体，减少奥氏体相面积。 铬与碳形成各种碳化物，与碳的亲合力大于铁、锰，但低于钨、钼等。Cr与Fe可形成金属间化合物σ相（FeCr）；

2）Cr降低珠光体中碳的浓度和奥氏体中碳的极限溶解度；

3）减慢奥氏体的分解速度，显着提高钢的淬透性，但也增加钢的回火脆性倾向。

对钢材力学性能的影响

1）提高钢的强度和硬度，同时添加其他合金元素，效果会更加显着；

2）显着提高钢的韧脆转变温度；

3）在铬含量较高的Fe-Cr合金中，若析出σ相，则冲击韧性急剧下降。

对钢的物理、化学和工艺性能的影响

1）提高钢材的耐磨性，磨削后易获得较低的表面粗糙度值；

2）降低钢的导电率，降低电阻温度系数；

3）提高钢的矫顽力和剩磁感应强度，广泛用于永磁钢的制造；

4）铬促进钢表面钝化膜的形成。 当有一定含量的Cr时，钢的耐腐蚀性（特别是硝酸）显着提高。 如果碳化铬析出，钢的耐腐蚀性能会下降；

5）提高钢的抗氧化能力；

6）铬钢中易形成枝晶偏析，降低钢的塑性；

7）由于铬降低钢的导热性，因此热加工时必须缓慢加热，锻轧后缓慢冷却。

在钢铁中的作用

1）铬主要用于合金结构钢中，改善副头形状，并能在渗碳表面形成含铬碳化物，提高耐磨性；

2）弹簧钢中Cr和其他合金元素所提供的综合性能；

3）轴承钢主要利用Cr的特殊碳化物对耐磨性的贡献以及磨削后表面粗糙度低的优点；

4）铬主要用于工具钢和高速钢，提高耐磨性并具有一定的抗回火性和韧性；

5）铬在不锈钢和耐热钢中常与锰、氮、镍等结合使用。 当需要形成奥氏体钢时，稳定铁素体的铬与稳定奥氏体的锰、镍之间必须有一定的比例。 ，如12Cr18Ni9等；

6）我国铬资源较少，应尽可能节约Cr的使用。

莫

对钢的显微组织和热处理的影响

1）Mo能固溶于钢中的铁素体、奥氏体和碳化物中，是收缩奥氏体相面积的元素；

2）Mo含量较低时，能与碳、铁形成复合渗碳体； 含量高时，可形成钼的特殊碳化物；

3）钼提高钢的淬透性，其作用比铬强，但比锰稍弱；

4）钼提高钢的抗回火性能。 当以单一合金元素存在时，会增加钢的回火脆性； 钼与铬、锰等共存时，可减轻或抑制其他元素引起的回火脆性。

对钢材力学性能的影响

1）钼对铁素体有固溶强化作用，同时还提高碳化物的稳定性，从而提高钢的强度；

2）钼对提高钢的塑性、韧性和耐磨性有有益作用；

3）由于钼提高了形变强化后的软化和回复温度，以及再结晶温度，有力地提高了铁素体的抗蠕变能力，有效抑制了450~600℃渗碳体的聚集，促进特殊碳化物的析出。 ，从而成为提高钢的热强度最有效的合金元素。

对钢的物理、化学和工艺性能的影响

1）在碳质量分数为1.5%的磁钢中，质量分数为2%~3%的钼提高了剩磁感应强度和矫顽力；

2）在还原性酸和强氧化性盐溶液中能钝化钢表面，因此钼一般能提高钢的耐蚀性，防止钢在氯化物溶液中发生点蚀；

3）钼含量较高（质量分数>3%）时，钢的抗氧化性能变差；

4）钼含量不超过8%的钢仍可锻造和轧制，但含量较高时，钢的热加工变形抗力增加。

在钢铁中的作用

1）广泛应用于调质、渗碳结构钢、弹簧钢、轴承钢、工具钢、不锈耐酸钢、耐热钢、磁钢；

2）铬钼钢在很多情况下可以代替铬镍钢制造重要零部件；

3）我国钼资源丰富，但镍储量全球并不丰富。 我国应适当发展含钼钢，但钼是重要的战略物资，应合理、经济地使用。

铜

对钢的显微组织和热处理的影响

1）铜是扩大奥氏体相面积的元素，但其在铁中的固溶度不大，且铜与碳不形成碳化物；

2）铜对临界温度和淬透性的影响及其固溶强化作用与镍相似，可以用来代替部分镍。

对钢材力学性能的影响

1）提高钢材的强度，特别是屈强比；

2）随着铜含量的增加，钢的室温冲击韧性略有增加；

3）铜还能提高钢的疲劳强度。

对钢的物理、化学和工艺性能的影响

1）钢中添加少量铜，可提高低合金结构钢和钢轨钢的耐大气腐蚀性能，与磷配合使用效果更显着。 铜并不能显着提高钢的耐土壤和海水腐蚀性能。 铜还可略微提高钢的高温抗氧化能力；

2）在不锈耐酸钢中添加2%～3%质量分数的铜，可以提高钢的耐硫酸、盐酸腐蚀性能和应力腐蚀稳定性；

3）改善钢水的流动性，有利于铸造性能；

4）含铜量高的钢在热加工时容易产生裂纹，需要预防。

在钢铁中的作用

1）钢中添加铜用于：普通低合金钢、调质渗碳结构钢、轨钢、不锈钢和铸钢；

2）我国含铜铁矿石丰富，其中的铜难以分选，钢中的铜在冶炼过程中无法分离。 发展含铜钢具有重大的经济意义；

3）由于铜在炼钢过程中无法分离，用含铜废钢反复熔炼会增加钢中的累积铜含量，因此精炼时不宜有意添加。

铝

对钢的显微组织和热处理的影响

1）铝与氧、氮的亲和力很强，是炼钢过程中的脱氧和固氮剂；

2）铝强烈减少钢中奥氏体相面积；

3）铝与碳的亲和力小，钢中一般不出现碳化铝。 铝强烈促进碳的石墨化，添加Cr、Ti、V、Nb等强碳化物形成元素可抵抗Al的石墨化；

4)铝细化了钢的固有晶粒，提高了钢的粗化温度。 但当钢中固溶金属铝含量超过一定值时，奥氏体晶粒趋于长大、粗化；

5)铝提高钢的马氏体转变开始温度Ms，降低淬火后残余奥氏体含量。 在这方面，它的作用与除钴以外的其他合金元素相反。

对钢材力学性能的影响

1）铝降低了钢对缺口的敏感性，减少或消除了钢的失效现象，特别是降低了钢的韧脆转变温度，提高了钢的低温韧性；

2）铝具有很大的固溶强化作用。 高铝钢具有比强度较高的优点。 铁素体铁铝合金的高温强度和持久强度超过Cr13钢，但其室温塑性和韧性较低。 冷变形加工困难；

3）加碳、锰奥氏体化的奥氏体铁铝锰钢综合性能较好。

对钢的物理、化学和工艺性能的影响

1）当质量分数为20%~30%Cr的Fe-Cr合金中添加铝时，其电阻温度系数很小，因此可用作电热合金材料；

2）铝和硅在降低变压器钢铁损方面有类似的作用。 不同含量的铝对矫顽力和磁滞损耗有特殊而复杂的影响；

3）含铝钢渗碳后表面形成氮化铝层，可增加硬度和疲劳强度，提高耐磨性；

4）当铝含量达到一定值时，钢的表面会发生钝化，使钢具有抗氧化腐蚀的能力，提高耐硫化氢的腐蚀能力。 铝对钢在氯气和氯化物气氛中的耐蚀性不利；

5）铝作为合金元素添加到钢中，可以显着提高钢的抗氧化能力。 渗铝或渗铝钢可提高其抗氧化性和耐蚀性；

6）铝对热加工性、焊接性能和切削性能有不良影响。

在钢铁中的作用

1）铝在一般钢中主要起脱氧和控制晶粒尺寸的作用；

2）铝作为主要元素之一，可广泛应用于一些系列的特种合金钢，包括：氮化钢、不锈耐酸钢、耐热钢、电热合金、硬磁和软磁合金非磁钢、高锰低温钢。

对钢的显微组织和热处理的影响

1）V和Fe形成连续固溶体，强烈收缩奥氏体相面积；

2）钒与碳、氮、氧有较强的亲和力，在钢中主要以碳化物、氮化物、氧化物的形式存在；

3）通过控制奥氏体化温度来改变奥氏体中的钒含量、未溶碳化物的量以及钢的实际晶粒度，可以调节钢的淬透性；

4）由于钒形成稳定的难熔碳化物，使钢在较高温度下保持细晶组织，大大降低了钢的过热敏感性。

对钢材力学性能的影响

1）少量的钒细化钢的晶粒，增加其韧性，对低温钢尤其有利；

2）当钒含量高导致出现聚集碳化物时，强度会降低； 晶体内碳化物的析出会降低室温韧性；

3）当碳化物经适当处理弥散析出时，钒可提高钢的高温持久强度和抗蠕变能力；

4）碳化钒是金属碳化物中最硬、最耐磨的。 弥散碳化钒可提高工具钢的硬度和耐磨性。

对钢的物理、化学和工艺性能的影响

1）高铁镍合金中添加钒，经过适当的热处理后，可以提高磁导率。 永磁钢中添加钒可以提高磁矫顽力；

2）添加足量的钒（碳的5.7倍以上）并将碳固定在碳化钒中，可以大大增加钢在高温高压下对氢的稳定性。 其强效作用与Nb、Zr、Ti相似。 在不锈耐酸钢中，钒能提高耐晶间腐蚀能力，但其效果不如Ti、Nb显着；

3）钒氧化物出现时，对钢的高温抗氧化性能不利；

4）含钒钢在加工温度较低时显着增加变形抗力；

5）钒能改善钢的焊接性。

在钢铁中的作用

1）广泛应用于普通低合金钢、合金结构钢、弹簧钢、轴承钢、合金工具钢、高速钢、耐热钢、耐氢钢、低温钢等系列；

2）钒是我国致富的元素之一。 虽然其价格比Si、Mn、Ti、Mo稍贵，但其在钢中的质量分数一般不大于0.5%（高速工具钢除外），因此应大力推广其使用。 目前，钒已成为新钢种开发中常用的元素之一。

钛

对钢的显微组织和热处理的影响

1）钛与氮、氧、碳的亲和力很强，是良好的脱氧剂和固定氮、碳的有效元素；

2）钛和碳的化合物具有极强的结合力和高稳定性。 只有加热到1000℃以上时，才会慢慢溶解到铁的固溶体中。 TiC颗粒能阻止钢晶粒长大和粗化，使粗化温度提高到1000℃以上；

3）钛是强铁素体形成元素之一，使奥氏体相面积收缩，强烈增加A1和A3； 固溶体中的钛提高了钢的淬透性，而TiC颗粒的存在降低了钢的淬透性。 渗透性；

4）当钛含量达到一定值时，由于钛铁化合物的分散和沉淀，可产生沉淀硬化。

对钢材力学性能的影响

1）当钛以固溶状态存在于铁素体中时，其强化效果高于Al、Mn、Ni、Mo等，而低于Be、P、Cu、Si；

2）钛对钢力学性能的影响取决于其存在形式、Ti与C的质量比以及热处理制度。 微量钛可提高屈服强度，但当Ti与C的质量比超过4时，其强度和韧性急剧下降。 加热温度过高（>1000℃）正火或淬火可提高强度50%，但会严重降低塑性和韧性；

3）钛对提高钢的韧性特别是低温冲击韧性作用不大；

4）钛能提高碳钢和合金钢的热强度，并增加其持久强度和抗蠕变能力。

对钢的物理、化学和工艺性能的影响

1）提高钢在高温高压氢气中的稳定性；

2）提高不锈耐酸钢的耐蚀性能，特别是耐晶间腐蚀能力，防止因晶界碳化铬析出而造成缺铬；

3）低碳钢中，当Ti与C的质量比达到4.5以上时，氧、氮、碳均被固定，因而具有良好的抗应力腐蚀和碱脆性能；

4）在铬含量为4%～6%的钢中添加钛，可提高高温下的抗氧化能力；

5）钢中添加钛可以促进脱盐层的形成，更快地获得所需的表面硬度，成为“快速氮化钢”；

6）提高低碳锰钢和高合金不锈钢的焊接性。

在钢铁中的作用

1）当钛的质量分数超过0.025%时，可视为合金元素；

2）钛作为合金元素已用于普通低合金钢、合金结构钢、合金工具钢、高速工具钢、不锈钢、耐热钢、永磁钢、永磁合金和铸钢；

3）钛越来越多地应用于各种先进材料中，被称为重要的战略物质。

锆

对钢的显微组织和热处理的影响

1）锆是一种稀有金属，熔点高，是碳化物形成元素。 是炼钢过程中强力脱氧、脱氮元素，并具有脱氢、脱硫作用；

2）锆能细化钢的奥氏体晶粒；

3）锆固溶在奥氏体中，提高钢的淬透性； 但如果以ZrC形式存在，则会降低淬透性。

Effect on the mechanical properties of steel

1) Zirconium reduces the strain aging tendency and temper brittleness of steel;

2) In improving the low-temperature brittleness of low-alloy steel, zirconium is stronger than vanadium;

3) Zirconium can reduce the blue brittleness tendency of steel;

Effect on the physical, chemical and process properties of steel

1) Adding a small amount of zirconium to low-carbon nickel-chromium stainless steel can prevent intergranular corrosion;

2) Zirconium forms sulfide with sulfur, which can effectively prevent the thermal embrittlement of steel; adding zirconium to copper-containing steel can significantly reduce the tendency of cracking;

3) Significantly improve the cutting life of high-carbon tool steel and high-speed steel;

4) Zirconium can improve the weldability of steel.

role in steel

1) Zirconium is scarce in production and expensive. Its solubility in steel is very small. It is rarely used in ordinary steel and is mainly used in steel and alloys for special purposes.

2) Zirconium has important applications in nuclear reactor materials and special corrosion-resistant equipment. Zirconium can be used as a base to form large amorphous materials.

铌/钽

Effect on the microstructure and heat treatment of steel

1) Nb and Ta are both refractory rare metal elements. They are in the same family as V in the periodic table of elements. Their role in steel is similar to that of V, Ti, and Zr. They have a strong affinity with carbon, nitrogen, and oxygen, forming Extremely stable compound;

2) The main function of Nb and Ta in steel is to refine the grains and increase the grain coarsening temperature;

3) When Nb and Ta exist in solid solution, they improve the hardenability and tempering resistance of steel after quenching; when they exist as carbides, they reduce the hardenability.

Effect on the mechanical properties of steel

1) Adding a mass fraction of 0.005%~0.05% Nb to steel can increase the yield strength and impact toughness and reduce its ductile-brittle transition temperature;

2) Adding niobium to low-carbon martensitic heat-resistant stainless steel with a chromium mass fraction of less than 16% can reduce its air-cooling hardenability, avoid temper brittleness, increase creep strength, and reduce creep rate.

Effect on the physical, chemical and process properties of steel

1) Improve the intergranular corrosion resistance of austenitic stainless steel; in high-chromium ferrite steel, improve the high-temperature scaling resistance and resistance to concentrated nitric acid corrosion;

2) In austenitic non-magnetic steel, adding niobium and adopting precipitation strengthening heat treatment can effectively improve its yield strength without damaging its magnetic properties;

3) Adding niobium to low-carbon ordinary alloy steel and high-chromium martensitic steel can change the weldability; after adding niobium to Cr18Ni8 steel, the cold work hardening rate is larger, the cold edge shape is more difficult, and the welding performance is also poor. 。

role in steel

1) Adding a small amount of niobium is used in: low-carbon ordinary alloy steel for construction, carburizing and quenched and tempered alloy steel, high-chromium heat-resistant stainless steel, austenitic stainless heat-resistant steel, non-magnetic steel, etc.;

2) Nb and Ta resources are relatively abundant in my country, but their reserves are very small worldwide, and they have other important uses.

Effect on the microstructure and heat treatment of steel

1) Tungsten is a refractory metal, and its behavior in steel is similar to Mo, that is, it shrinks the austenite phase area. and is a strong carbide-forming element, partially soluble in iron;

2) Tungsten has less effect on the hardenability of steel than Mo and Cr. When special carbides of W exist, it reduces the hardenability and hardenability of steel;

3) The special carbide of tungsten prevents the growth of steel grains and reduces the thermal sensitivity of steel;

4) Tungsten significantly improves the tempering resistance of steel;

Effect on the mechanical properties of steel

1) Tungsten improves the tempering resistance, and its carbides are very silhouetted, thus improving the wear resistance of the steel and giving the steel a certain degree of hot hardness;

2) Improve the creep resistance of steel at high temperatures, but its effect is not as strong as molybdenum

Effect on the physical, chemical and process properties of steel

1) Tungsten significantly increases the density of steel and strongly reduces the thermal conductivity of steel;

2) Significantly improve the coercivity and residual magnetic induction of steel;

3) Tungsten has no beneficial effect on the corrosion resistance and high-temperature oxidation resistance of steel. The heat resistance of tungsten-containing steel decreases significantly at high temperatures, but tungsten can improve the stability of steel's hydrogen resistance;

4) High-speed steel containing tungsten has low plasticity, high deformation resistance, and poor hot working performance;

5) High-alloy tungsten steel has segregation of the fusible phase in the as-cast state. The forging temperature should not be high, and ink-colored fracture defects caused by graphitization of carbon in high-carbon tungsten steel should be prevented.

role in steel

1) Mainly used in tool steel, such as high-speed steel and hot forging die steel;

2) When there are special needs, carburizing and quenched and tempered structural steel, heat-resistant steel, stainless steel, magnetic steel, etc. are used, often added together with Si, Mn, Al, Mo, V, Cr, Ni, etc.

是

Effect on the microstructure and heat treatment of steel

1) Be is a rare light metal element with a strong affinity for oxygen and sulfur. It is a proposed deoxidizing and desulfurizing agent in steelmaking;

2) Be shrinks the austenite phase area in steel, and Be existing in solid solution increases the hardenability of steel;

3) Be and Fe can form intermetallic compounds and form special carbides with carbon. When the ingredients are properly prepared and processed, they can produce a strong precipitation strengthening effect.

Effect on the mechanical properties of steel

1) It has a strong solid solution strengthening effect on ferrite;

2) Be can improve the high-temperature strength and creep resistance of steel.

Effect on the physical, chemical and process properties of steel

1) Adding a mass fraction of 0.5% to 1.0% Be to Invar and constant elastic alloys and adjusting other components can improve performance;

2) Some compounds of Be are harmful to the human body, and adequate protective measures should be taken during smelting.

role in steel

1) Since Be is a rare element and expensive, it is rarely used in general alloy steel;

2) Mainly used in certain special-purpose steels and alloys in the atomic energy industry and military industry.

关于

Effect on the microstructure and heat treatment of steel

1) Rare earth elements have active chemical properties and combine with sulfur, oxygen, hydrogen, etc. in steel. They are good desulfurizers and degassing agents. They can eliminate the harmful effects of arsenic, antimony, bismuth and other elements, and change the composition of inclusions in steel. The shape and distribution play a purifying role and improve the quality of steel;

2) The solubility of rare earth elements in iron is very low, no more than 0.5%;

3) Except for lanthanum and iron, which cannot form intermediate compounds, all other rare earth elements that have been studied form intermediate compounds with iron.

Effect on the mechanical properties of steel

1) Improve the plasticity and impact toughness of steel, especially the low temperature toughness;

2) Improve the creep resistance of heat-resistant steel, electrothermal alloys and high-temperature alloys;

3) Rare earth elements have the effect of refining grains and uniforming the structure in some steels, which is beneficial to the improvement of comprehensive mechanical properties.

Effect on the physical, chemical and process properties of steel

1) Improve the oxidation resistance of steel;

2) What improves the performance of 18-8 stainless steel (including corrosion resistance in concentrated nitric acid);

3) Rare earth elements can improve the fluidity of molten steel, improve the yield of pouring, and reduce the tendency of hot cracking of cast steel;

4) Significantly improve the hot processing performance of high-chromium stainless steel;

5) Improve the weldability of steel.

role in steel

1) Applied in ordinary low alloy steel, alloy structural steel, bearing steel, tool steel, stainless and corrosion-resistant steel, electrothermal alloy and cast steel;

2) In order to stably obtain the effect of rare earth elements on improving the structure and properties of steel, attention should be paid to accurately controlling the content of rare earth elements in steel;

3) my country is rich in rare earth elements, and the mechanism and development and application of rare earth elements in steel should be vigorously strengthened.

铅/铋

Effect on the microstructure and heat treatment of steel

1) Lead and bismuth are actually insoluble in steel, and their boiling points are very low. During the smelting process, most of them turn into steam and escape, so the residual amount in the steel is very low. When the content of Pb and Bi needs to be increased for special purposes, Must be added during the casting process;

2) Because the content is very low, the impact on the structure and heat treatment is not significant.

Effect on the mechanical properties of steel

1) It has no obvious effect on the strength of steel, slightly reduces the plasticity of steel, and greatly reduces the impact toughness;

2) In high-strength steel, lead has a lowering effect on the fatigue limit.

Effect on the physical, chemical and process properties of steel

1) Lead significantly improves the cutting performance of steel, breaks the cutting, increases the lubrication between the tool and the workpiece during cutting, reduces the cutting temperature and power consumption, extends the tool life, and increases the cutting speed;

2) Its effect on improving cutting performance is particularly significant in steel with higher sulfur and phosphorus content.

role in steel

1) Steel containing lead with a mass fraction of about 0.2% is known as "super easy-to-cut steel";

2) In lead-containing steel, it is necessary to prevent lead segregation and protect lead vapor.

Effect on the microstructure and heat treatment of steel

1) Boron has a strong affinity with nitrogen and oxygen. Boron and carbon form carbide B4C, and boron and iron form two intermediate compounds Fe2B and FeB that are stable even at high temperatures;

2) Boron will lose its beneficial effects after it combines with residual nitrogen and oxygen in steel to form stable inclusions. Only boron that exists in solid solution form in steel can play a special beneficial effect. This is attributed to boron. Most of them are separated and adsorbed on the grain boundaries;

3) Since the mass fraction of boron in steel is generally in the range of 0.001% to 0.005%, it has no obvious impact on the microstructure of steel. The main function of "effective boron" in steel is to increase the hardenability of steel;

4) Trace amounts of boron tend to grow austenite grains, and boron also tends to increase temper brittleness.

Effect on the mechanical properties of steel

1) Trace amounts of boron can improve the strength of steel after quenching and low-temperature tempering, and slightly improve the plasticity;

2) The impact toughness of boron-containing steel tempered at 300~400°C is improved compared to boron-free steel, and it can reduce the ductile-brittle transition temperature of steel;

3) Boron is added to austenitic chromium-nickel steel. After solid solution and aging treatment, its strength is appropriately increased due to precipitation hardening, but its toughness is reduced;

4) Boron is beneficial to improving the creep resistance of austenitic steel. In pearlitic heat-resistant steel, boron can improve its high-temperature strength.

Effect on the physical, chemical and process properties of steel

1) The mass fraction of boron exceeding 0.007% will cause hot embrittlement of steel and affect the hot workability. Therefore, the total mass fraction of boron in steel should be controlled below 0.005%;

2) In boron-containing structural steel, after replacing larger amounts of other alloying elements with trace amounts of boron, the total alloying element content is reduced, and the resistance to deformation at high temperatures is reduced, which is beneficial to die forging processing and extending the life of the forging die. In addition, the oxide scale of boron-containing steel is loose and easy to peel off and clean;

3) After normalizing or returning, the hardness of boron-containing steel is lower than that of other alloy steels with the same hardenability, which is beneficial to cutting processing.

role in steel

1）硼在钢中的主要用途是增加钢的淬透性，从而节约其它合金元素，如Ni、Cr、Mo等。质量分数为0.001%~0.005%的硼约可代替质量分数为1.6%的Ni，或质量分数为0.3%的Cr，或质量分数为0.2%的钼。以硼部分代替钼最为恰当；

2）利用硼吸收中子的能力，反应堆中采用硼的质量分数高达0.1%~4.5%的高硼低碳钢，但其变形加工十分困难。

对钢的显微组织及热处理的作用

在一定条件下，氮可作为有益元素使用：

1）氮和碳一样可固溶于铁，形成间歇式固溶体；

2）氮扩大钢的奥氏体相区，是一种很强的形成和稳定奥氏体的元素，其效力约20倍于镍，在一定限度内可代替一部分镍用于钢；

3）渗入钢表现的氮与铬、铝、钒、钛等元素可化合成极稳定的氮化物，称为表面硬化和强化元素；

4）氮使高铬和高铬镍钢的组织致密坚实；

5）钢中残留氮量过高会导致宏观组织疏松或气孔；

对钢的力学性能的作用

1）氮有固溶强化作用；

2）含氮铁素体钢中国，在快冷后的回火或在室温长时间停留时，由于析出超显微氮化物，可发生沉淀硬化过程，氮也使低碳钢发生应变时效现象。在强度和硬度提高的同时，钢的韧性下降，缺口敏感性增加。氮导致钢的脆性的特性近似磷，其作用远大于磷。氮也是导致钢产生蓝脆的主要原因；

3）提高高铬和高铬镍钢的强度，而塑性并不降低，冲击韧性还是有显著提高；

4）氮还能提高钢的蠕变和高温持久强度。

对钢的物理、化学及工艺性能的作用

1）氮对不锈钢的耐蚀性无显著影响；

2）度钢的高温抗氧化性也无显著影响，氮含量过高可使抗氧化性恶化；

3）含氮钢冷作变形硬化率较高，采用冷变形工艺时，应予注意；

4）氮可降低高铬铁素体钢的晶粒长大倾向，从而改善其他焊接性。

在钢中的作用

1）氮在钢中质量分数一般小于0.3%，特殊情况下可高达0.6%；

2）主要应用于渗碳调质结构钢、普通低合金钢、不锈钢及耐热钢。氮在钢中的应用还在扩大。

对钢的显微组织及热处理的作用

氧对钢的性能不利，是有害元素：

1）钢中残留的氧以氧化物及极少量的固溶态的形态存在；

2）由于残留氧量很低，对钢的组织和热处理无显著影响。

对钢的力学性能的作用

1）氧对钢的力学性能影响主要与氧化夹杂物的组成、性质、分布和数量有关；

2）所有夹杂物都在不同程度上降低钢的力学性能，特别是塑性、韧性和疲劳强度；

3）但根据氧化物冶金理论，尺寸细小、弥散分布、成分可控的氧化物夹杂能够改变钢的组织和晶粒度，使钢材具有优异的韧性、较高的强度尤其是优良的焊接性能，使钢中传统的夹杂物变害为利。

对钢的物理、化学及工艺性能的作用

1）氧化铝等夹杂物提高钢的硬度和耐磨性，但恶化切削加工性能；

2）较高的含氧量使焊缝发生热裂，恶化焊接性能。

在钢中的作用

氧在冶炼、铸锭和轧制过程中都有一定的作用，但钢中的残留氧对性能不利，应作为有害元素来对待。

对钢的显微组织及热处理的作用

1）氢以原子或离子形态固溶于钢中，形成间歇式固溶体，有一些合金化作用；

2）残留于钢中的氢造成许多严重缺陷，如白点、点状偏析，其危害巨大；

3）由于固溶于铁中的氢含量很少，对钢的相变和热处理无显著影响，只有一些稳定奥氏体和增加淬透性的作用。此外，氢也有防止钢中的碳发生石墨化和渗碳时出现反常组织的作用。

对钢的力学性能的作用

1）氢脆是氢使钢塑性下降的基本原因，钢的强度越高，其氢脆敏感性越大。氢脆可以用时效处理来清除；

2）氢有增加钢的硬度倾向，但不明显。

对钢的物理、化学及工艺性能的作用

1）氢在钢中除了会产生氢脆以外，还会形成一系列的严重缺陷，包括白点、点状偏析、静载疲劳断裂、“鱼眼”、表面凸泡等；

2）氢化物含量高的酸性药皮焊条导致焊缝热影响区开裂。

在钢中的作用

氢在钢中是有害元素，应尽量采取工艺措施降低钢中的氢含量，防止由氢造成的各种缺陷和性能下降。

S/Se/Te

对钢的显微组织及热处理的作用

1）硫在大多数情况下是钢中的有害元素，在优质钢中其质量分数不应超高0.04%。Se、Te与其性质相近；

2）硫、硒、碲可与铁形成化合物，化合物在铁中的溶解度很低；

3）对钢的相变和组织的影响主要由不同类型和分布状态的硫化物造成，表面为硫的偏析及硫化物夹杂以及由于硫化物的形成导致的Mn、Ti、Zr等有效含量及钢的淬透性下降。

对钢的力学性能的作用

1）降低钢的延展性及韧性，冲击韧性下降最为显著；

2）硒化物颗粒较硫化物更为细小和分散，对力学性能的影响较硫轻。

对钢的物理、化学及工艺性能的作用

1）使软钢的磁学性能恶化；

2）损害钢的耐蚀性；

3）FeS等低熔点化合物增大钢在锻、轧时的过热和过烧倾向，产生表面网状裂纹和开裂；

4）造成焊缝热裂、气孔及疏松；

5）在切削加工时，使切削容易断开，改善工件光洁度，节省动力，且有润滑作用，延长刀具寿命，提高切削效率。

在钢中的作用

1）只有在易切削钢中才利用硫、硒、碲来改善切削性能。硒较为昂贵，只在高级不锈钢中使用；

2）在其它钢种中都应尽量降低硫的含量。

P/As/Sb

对钢的显微组织及热处理的作用

1）磷、砷、锑在周期表中同族，在钢中作用类似，均使奥氏体相区减小；

2）在铁中有一定溶解度，与铁形成低熔点化合物；

3）都有严重的偏析倾向；

4）提高钢的回火脆性敏感程度。

对钢的力学性能的作用

1）提高钢的强度；

2）降低塑性和韧性，碳含量越高，引起脆性也越大。

对钢的物理、化学及工艺性能的作用

1）改善钢的耐磨性；

2）改善钢的耐蚀性；

3）改善钢的切削加工性能；

4）对焊接性能不利，增加焊缝的敏感性。

在钢中的作用

1）应用于钢轨钢及易切削钢，也用于炮弹钢；

2）在多数其它情况下应尽量减少钢中磷等含量。

化工设备相关微信群介绍

本人这里创建了一百多个化工设备相关的微信群，包含特检院；压力容器设计、审核、分析、制造工艺、焊接工艺；动设备泵、阀、压缩机、仪器仪表；

过控学生、无损检测、质保、采购与销售；化工工艺、管道、LNG、低温、ASME、PVELITE；考审核纯学习群、审核继续教育群以及各地区群，分为山东、江苏、浙江、北京、上海、天津；东北区、西南区、华中区、西北区、华南区、华北区也都有群。

加群方法