Question

合金元素在钢中都有哪些作用？

Answer 1

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，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；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。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，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。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，一般钢中含锰会有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能。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。
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，容易造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。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、硬度和耐磨性，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。
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。
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。
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耐磨性。
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。
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。
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。
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。

Answer 2

合金元素在结构钢中的作用：
①增大钢的淬透性。淬透性是指钢淬火时，从表层起淬成马氏体层的深度，是取得良好综合性能的主要参数。除Co外，几乎所有合金元素如Mn、Mo、Cr、Ni、Si和C、N、B等都能提高钢的淬透性，其中Mn、Mo、Cr、B的作用最强，其次是Ni、Si、Cu。而强碳化物形成元素如V、Ti、Nb等，只有溶于奥氏体中时才能增大钢的淬透性。
②影响钢的回火过程。由于合金元素在回火时能阻碍钢中各种原子的扩散，因而在同样温度下和碳素钢相比，一般均起到延迟马氏体的分解和碳化物的聚集长大作用，从而提高钢的回火稳定性，即提高钢的抗回火软化能力，V、W、Ti、Cr、Mo、Si的作用比较显著，Al、Mn、Ni的作用不明显。含有较高含量的碳化物形成元素如V、W、Mo等的钢，在500～600℃回火时，析出细小弥散的特殊碳化物质点如V4C3、Mo2C、W2C等，代替部分较粗大的合金渗碳体，使钢的强度不再下降反而升高，即出现二次硬化（见回火）。Mo对钢的回火脆性有阻止或减弱的作用。
③影响钢的强化和韧化。Ni以固溶强化方式强化铁素体；Mo、V、Nb等碳化物形成元素，既以弥散硬化方式又以固溶强化方式提高钢的屈服强度；碳的强化作用最显著。此外，加入这些合金元素，一般都细化奥氏体晶粒，增加晶界的强化作用。影响钢的韧性因素比较复杂，Ni改善钢的韧性；Mn易使奥氏体晶粒粗化，对回火脆性敏感；降低P、S含量，提高钢的纯净度，对改善钢的韧性有重要作用（见金属的强化）。

Answer 3

通常，铬、镍的加入改善钢材抗锈蚀性能；高锰钢既坚硬又富有韧性，汽车钢板通常含锰量较高；添加钨、钼可以得到高温高强度的合金，是高速工具钢的主要成分；变压器、电机铁芯使用的钢材通常硅元素含量较高，所以通常称为“硅钢片”；至于碳元素；钢材含碳量的高低影响钢材淬火后的硬度变化，“铁”和“钢”的区分，就在于其含碳量高低差别。