簡介

簡介

合金鋼 alloy steel 鋼里除鐵、碳外，加入其他的合金元素，就叫合金鋼。 在普通碳素鋼基礎上添加

適量的一種或多種合金元素而構成的鐵碳合金。根據添加元素的不同，并采取適當的加工工藝，可獲得

高強度、高韌性、耐磨、耐腐蝕、耐低溫、耐高溫、無磁性等特殊性能。

產生發展

合金鋼已有一百多年的歷史了。工業上較多地使用合金鋼材大約是在19世紀后半期。

1868年英國人馬希特(R.F.Mushet)發明了成分為2.5%Mn-7%W的自硬鋼，將切削速度提高到5米/分。

1870年在美國用鉻鋼(1.5～2.0%Cr)在密西西比河上建造了跨度為 158.5米的大橋；稍后,一些工業國家

改用鎳鋼(3.5%Ni)建造大跨度的橋梁，或用于修造軍艦。

1901年在西歐出現了高碳鉻滾動軸承鋼。

1910年又發展出了18W-4Cr-1V型的高速工具鋼，進一步把切削速度提高到30米/分。

20世紀20年代以后，不銹鋼和耐熱鋼在這段期間問世了。

1920年德國人毛雷爾 (E.Maurer) 發明了18-8型不銹耐酸鋼，

1929年在美國出現了Fe-Cr-Al電阻絲。

1939年德國在動力工業開始使用奧氏體耐熱鋼。

第二次世界大戰以后至60年代，主要是發展高強度鋼和超高強度鋼的時代，由于航空工業和火箭技術發

展的需要，出現了許多高強度鋼和超高強度鋼新鋼種，如沉淀硬化型高強度不銹鋼和各種低合金高強度

鋼等是其代表性的鋼種。60年代以后，許多冶金新技術，特別是爐外精煉技術被普遍采用，合金鋼開始

向高純度、高精度和超低碳的方向發展，又出現了馬氏體時效鋼、超純鐵素體不銹鋼等新鋼種。

國際上使用的有上千個合金鋼鋼號，數萬個規格，合金鋼的產量約占鋼總產量的10%，是國民經濟建設

和國防建設大量使用的重要金屬材料。

20 世紀 70 年代以來， 世界范圍內合金高強度鋼的發展進入了一個全新時期， 以控制軋制技術和微

合金化的冶金學為基礎， 形成了現代低合金高強度鋼即微合金化鋼的新概念。

進入 80 年代，一個涉及廣泛工業領域和專用材料門類的品種開發，借助于冶金工藝技術方面的成就達到了頂峰。在鋼的化學成分-工藝-組織-性能的四位一體的關系中，第一次突出了鋼的組織和微觀精細

結構的主導地位，也表明低合金鋼的基礎研究已趨于成熟，以前所未有的新的概念進行合金設計。 

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合金元素

介紹

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，一般以原子狀態存在于固溶體中。

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構鋼，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。在調質結構鋼中加入1.0－1.2%的硅，強度可提高15－20%。硅和鉬、鎢、鉻等結合，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%，優質鋼要求更低些。

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。硫對焊接性能也不利，降低耐腐蝕性。所以通常要求硫含量小于0.055%，優質鋼要求小于

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）：在結構鋼和工具鋼中，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，發生變形，稱蠕變)。結構鋼中加入鉬，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的鈦，可避免晶間腐蝕。

10、釩(V)：釩是鋼的優良脫氧劑。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、分布和性質，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。