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合金钢的主要合金元素有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、钛、铌、锆、钴、铝、铜、硼、稀土等。其中钒、钛、铌、锆等在钢中是强碳化物形成元素，只要有足够的碳，在适当条件下，就能形成各自的碳化物，当缺碳或在高温条件下，则以原子状态进入固溶体中；锰、铬、钨、钼为碳化物形成元素，其中一部分以原子状态进入固溶体中，另一部分形成置换式合金渗碳体；铝、铜、镍、钴、硅等是不形成碳化物元素，一般以原子状态存在于固溶体中。
合金钢种类很多，通常按合金元素含量多少分为低合金钢（含量＜5％），中合金钢（含量5％～10％），高合金钢（含量＞10％）；按质量分为*合金钢、特质合金钢；按特性和用途又分为合金结构钢、不锈钢、耐酸钢、*钢、耐热钢、合金工具钢、滚动轴承钢、合金弹簧钢和特殊性能钢（如软磁钢、永磁钢、无磁钢）等。
在钢中除含铁、碳和少量不可避免的硅、锰、磷、硫元素以外，还含有一定量的合金元素，钢中的合金元素有硅、锰、钼、镍、硌、矾、钛、铌、硼、铅、稀土等其中的一种或几种，这种钢叫合金钢 各的合金钢系统，随各自的资源情况、生产和使用条件不同而不同，国外以往曾发展镍、硌钢系统，我国则发现以硅、锰、钒、钛、铌、硼、铅、稀土为主的合金钢系统 合金钢在钢的总产量中约占百分之十几，一般是在电炉中冶炼的按用途可以把合金钢分为8大类，它们是：合金结构钢、弹簧钢、轴承钢、合金工具钢、高速工具钢、不锈钢、耐热不起皮钢，电工用硅钢。
1、按合金元素的含量分
1）低合金钢 合金元素总含量小于等于5%；
2）中合金钢 合金元素总含量在5%~10%之间；
3）高合金钢 合金元素总含量大于等于10%；
2、按合金元素的种类分
有铬钢、锰钢、铬锰钢、铬镍钢、铬镍钼钢、硅锰钼钒钢等。
3、按主要用途分
（1）结构钢
1）建筑及工程用结构钢
2）机械制造用结构钢
（2）工具钢
（3）特殊性能钢
一般分类
合金钢种类很多，通常按合金元素含量多少分为低合金钢（含量<5%），中合金钢（含量5%～10%），高合金钢（含量>10%）；按质量分为*合金钢、特质合金钢；按特性和用途又分为合金结构钢、不锈钢、耐酸钢、*钢、耐热钢、合金工具钢、滚动轴承钢、合金弹簧钢和特殊性能钢（如软磁钢、永磁钢、无磁钢）等。
在钢中除含铁、碳和少量不可避免的硅、锰、磷、硫元素以外，还含有一定量的合金元素，钢中的合金元素有硅、锰、钼、镍、硌、矾、钛、铌、硼、铅、稀土等其中的一种或几种，这种钢叫合金钢。各国的合金钢系统，随各自的资源情况、生产和使用条件不同而不同，国外以往曾发展镍、硌钢系统，我国则发现以硅、锰、钒、钛、铌、硼、铅、稀土为主的合金钢系统 合金钢在钢的总产量中约占百分之十几，一般是在电炉中冶炼的按用途可以把合金钢分为8大类，它们是：合金结构钢、弹簧钢、轴承钢、合金工具钢、高速工具钢、不锈钢、耐热不起皮钢，电工用硅钢。
调质钢 1．中碳型合金钢，合金元素含量较低；2．强度较高；3．用于高温螺栓、螺母材料等。
弹簧钢 1、含碳量比调质钢高；2经调质处理，强度较高 抗疲劳强度较高；3用于弹簧材料。
滚动轴承钢 1高碳型合金钢，合金含量较高；2具有高而均匀的硬度和*性；3用于滚动轴承。
合金工具钢 量具钢 1高碳型合金钢，合金元素含量较低；2具有高的硬度和*性，机加工性能好，稳定性好；3用于量具材料。
特殊性能钢不锈钢1低碳高合金钢；2抗腐蚀性好；3用于抗腐蚀、部分可做耐热材料。
耐热钢 1低碳高合金钢；2耐热性能好；3用于耐热材料、部分可做抗腐蚀材料。
低温钢1低碳合金钢，根据耐低温程度合金元素有高有低；2抗低温性好；3用于低温材料（*钢为镍钢）。
低合金结构钢
1、性能特点 较高的强度，足够的塑性和韧性、
良好的焊接性能。广泛应用建筑、桥梁等。
2、化学成分特点 低碳钢（含碳量<0.2%)；主
要合金元素为Mn(含量为1.25~1.5%)。
3、热处理特点 一般不进行热处理。
4、常用钢种 16Mn、15MnTi等。
合金渗碳钢
1、性能特点 用于制造表面硬而*，心部韧性
好而耐冲击的零件，如齿轮、凸轮等。（具有
良好的渗碳能力和淬透性）
2、化学成分特点 低碳钢（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过热。
3、热处理特点 预先热处理为正火、渗碳后为淬
火加低温回火。
以20CrMnTi为例生产汽车变速箱齿轮为例，其工艺路线如下：
锻造-正火-加工齿形-局部镀铜-渗碳-预冷淬火、低温回火-喷丸-磨齿。
4、常用钢种 20Cr、20CrMnTi
20CrMnTi钢制汽车变速齿轮热处理工艺曲线，
合金调质钢
1、性能特点 调质处理后具有高强度与很好塑性
及韧性的配合，即具有良好的综合力学性能。
2、化学成分特点 中碳钢（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、细化晶粒和防止过热。
3、热处理特点 预先热处理为退火或正火，*终
热处理为淬火+高温回火。
4、常用钢种 40Cr、40CrMn等。
以40Cr制作拖拉机连杆螺栓的生产工艺路线如下：
锻造、正火、粗加工、调质、精加工、装配
合金弹簧钢
1、性能特点 制造各种弹性元件如常圈簧、板簧等。要求具有高的弹性极限、高的屈强比、高的疲劳强度以及足够的韧性。
2、化学成分特点 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稳定性，防止回火脆性。
3、热处理特点
（1）热成型弹簧（尺寸≥8mm的大型弹簧）
下料、加热（Ac3+~100℃）、成型、余热淬火、中温回火（~430℃）、产品
（2）冷成型弹簧（尺寸≤8mm小型弹簧）
下料、冷拨钢丝冷卷成型、低温退火、产品
4、常用钢种：60Si2Mn
滚动轴承钢
1、性能特点 要求具有很高的强度和硬度、很高的弹性极限和接触疲劳强度，足够的韧性和淬透性，很高的*性，而且还应有一定的抗腐蚀能力。
2、化学成分特点 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*性。
3、热处理特点 预先热处理为球化退火，*终热处理为淬火+低温回火。
生产工艺如下：轧制、锻造、球化退火、机械加工、淬火加低温回火、磨削加工、成品
金相组织为：回M+粒状碳化物+少量A残
4、常用钢种 GCr15、GCr15SiMn（注意Cr的含量、C的含量）。
工具钢
合金刃具钢
刃具钢应具有下列性能要求：
（1）高硬度（60HRC以上）
（2）高的*性
（3）高的热硬性（红硬性）
（4）具有一定的强度、韧性和塑性
（一）低合金刃具钢
1、化学成分特点 高的含碳量（0.75~1.5%)；为了提高淬透性和回火稳定性，加入Cr、Mn、Si、
V、W等合金元素；
2、热处理特点 预处理为球化退火，*终热处理为淬火+低温回火。
3、常用钢种 9SiCr、9Mn2V
9SiCr钢圆板牙淬火回火工艺，
（二）高速钢
1、化学成分特点 ①高C：0.7 %～1.5 %；②加入Cr提高淬透性；③加入W、Mo提高热硬性；
④加入V提高*性。
2、热处理特点 退火+1270℃淬火+560℃～ 580℃回火（三次）。
3、典型钢种 W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2
W18Cr4V 钢盘形铣刀淬火回火工艺曲线，作用
合金模具钢
（一）冷作模具钢 用来制造在室温下使金属塑性变形的模具，如落料模、冷镦模、剪切模等。（属高碳钢 >0.9%）
（二）热作模具钢 用来制造对金属进行热变形加工的模具，如热锻模、压铸模等。（含碳量 0.3%~0.6%,含C量太高，导热性下降)
合金量具钢
1.用于制造量具的合金钢称为合金量具钢。例如制造卡尺、塞规、量块等。
2.量具在使用的过程中要经受磨损，要求具有较高的硬度和*性，同时要有较高的尺寸稳定性。
3.为提高尺寸的稳定性，淬火后要进行冷处理。（－50℃~ － 78℃）。
作用
1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲 击性降低，当碳含量超过0.23%时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。
3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。含锰11－14%的钢有极高的*性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。
4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，*钢要求更低些。
5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，*钢要求小于0.040%。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。
6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和*性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。
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。
8、 钼(Mo)：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变)。结构钢中加入钼，能提高机械性能。 还可以抑制合金钢由于淬火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。
9、钛(Ti)：钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。
10、钒(V)：钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5%的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。
11、钨(W)：钨熔点高，比重大，是贵生的合金元素。钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和*性。在工具钢加钨，可显著提高红硬性和热强性，作切削工具及锻模具用。
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。
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。
14、铜(Cu)：武钢用大冶矿石所炼的钢，往往含有铜。铜能提高强度和韧性，特别是大气腐蚀性能。缺点是在热加工时容易产生热脆，铜含量超过0.5%塑性显著降低。当铜含量小于0.50%对焊接性无影响。
15、铝(Al)：铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，如作深冲薄板的08Al钢。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝与铬、硅合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。
16、硼(B)：钢中加入微量的硼就可改善钢的致密性和热轧性能，提高强度。
17、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。
18、稀土(Xt)：稀土元素是指元素周期表中原子序数为57-71的15个镧系元素。这些元素都是金属，但他们的氧化物很象“土”，所以习惯上称稀土。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*性。
影响
合金钢与碳钢相比含有较多其他元素
合金钢是指钢中除含硅和锰作为合金元素或脱氧元素外，还含有其他合金元素（如铬、镍 、钼、钒、钛、铜、钨、铝、钴、铌、锆和其他元素等），有的还含有某些非金属元素（如硼、氮等）的钢。根据钢中合金元素含量的多少，又可分为低合金钢，中合金钢和高合金钢。
而碳钢主要指力学性能取决于钢中的碳含量，而一般不添加大量的合金元素的钢，有时也称为普碳钢或碳素钢。
碳钢也叫碳素钢，含碳量WC小于2%的铁碳合金。碳钢除含碳外一般还含有少量的硅、锰、硫、磷 按用途可以把碳钢分为碳素结构钢、碳素工具钢和易切削结构钢三类。碳素结构钢又分为建筑结构钢和机器制造结构钢两种 按含碳量可以把碳钢分为低碳钢（WC ≤ 0.25%）,中碳钢（WC0.25%——0.6%）和高碳钢（WC>0。6%） 按磷、硫含量可以把碳素钢分为普通碳素钢（含磷、硫较高）、*碳素钢（含磷、硫较低）和**钢（含磷、硫更低） 一般碳钢中含碳量较高则硬度越高，强度也越高，但塑性较低。
