合金钢基础知识（一）

第一节 钢的分类与牌号

一．钢的分类

1．钢分类

在国家标准GB/T13304—91《钢分类》中，按照化学成分、主要质量等级和主要性能及使用特性，将钢分为非合金钢、低合金钢、合金钢三大类。以下主要介绍低合金钢和合金钢。

(1)低合金钢

低合金钢是指合金元素的种类和含量低于国标规定范围的钢。按质量等级（即按低合金钢中有害杂质S、P的含量）又可将低合金钢分为普通质量低合金钢（如一般低合金高强度结构钢、低合金钢筋钢等）；优质低合金钢（如通用低合金高强度结构钢、锅炉和压力容器用低合金钢、造船用低合金钢等）；特殊质量低合金钢（如核能用低合金钢、低温压力容器用钢等）。

(2)合金钢

合金钢是指合金元素的种类和含量高于国标规定范围的钢。按质量等级，合金钢可分为优质合金钢（如一般工程结构用合金钢、耐磨钢、硅锰弹簧钢等）；特殊质量合金钢（如合金结构钢、轴承钢、合金工具钢、高速工具钢、不锈钢、耐热钢等）。

习惯上按合金元素总量将合金钢分为：低合金钢（wMe＜5%）、中合金钢（wMe=5%～10%）和高合金钢（wMe＞10%）。按合金元素种类将合金钢分为：铬钢、锰钢、硅锰钢、铬镍钢等。按用途将钢分为：结构钢、工具钢、不锈钢及耐热钢等。

二．合金钢牌号表示方法

合金钢的牌号是由含碳量数字、合金元素符号及合金元素含量数字顺序及汉语拼音字母组成的。如60Si2Mn、1Gr13、GCr15等。

1．含碳量数字

当含碳量数字为两位数时，表示钢中平均含碳量的万分数；当含碳量数字为一位数时，表示钢中平均含碳量的千分数。例如60Si2Mn钢平均wC为万分之六十即0.6%，1Gr13钢平均wC为千分之一即0.1%。

2．合金元素含量数字

表示该合金元素平均含量的百分数。当合金元素平均含量小于1.5%时不标数字。例如60Si2Mn钢平均wSi=2%、wMn＜1.5%。

3．符号

当采用汉语拼音字母表示产品名称、用途、特性和工艺方法时，一般从代表产品名称的汉语拼音中选取第一个字母，加在牌号首或尾部。如GCr15（G表示滚动轴承）、SM3Cr3Mo（SM表示塑料模具）。

第二节 合金元素对钢的影响

一.合金元素对钢力学性能的影响

1．溶解于铁起固溶强化作用

几乎所有合金元素均能不同程度地溶于铁素体、奥氏体中形成固溶体，使钢的强度、硬度提高，但塑性韧性有所下降。使钢具有强韧性的良好配合。

2．形成碳化物，起第二相强化、硬化作用

按照与碳之间的相互作用不同，常用的合金元素分为非碳化物形成元素和碳化物形成元素两大类。碳化物形成元素包括Ti、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn等，它们在钢中能与碳结合形成碳化物，如TiC、VC、WC等，这些碳化物一般都具有高的硬度、高的熔点和稳定性，如果它们颗粒细小并在钢中均匀分布时，则显著提高钢的强度、硬度和耐磨性。

3．使结构钢中珠光体增加，起强化的作用

合金元素的加入，使Fe-Fe3C相图中的共析点左移，因而，与相同含碳量的碳钢相比，亚共析成分的结构钢（一般结构钢为亚共析钢）含碳量更接近于共析成分，组织中珠光体的数量，使合金钢的强度提高。

二.合金元素对钢工艺性能的影响

1．对热处理的影响

（1）对加热过程奥氏体化的影响

合金钢热处理可适当提高加热温度和延长保温时间，合金钢中的合金渗碳体、合金碳化物稳定性高，不易溶入奥氏体；合金元素溶入奥氏体后扩散很缓慢，因此合金钢的奥氏体化速度比碳钢慢，为加速奥氏体化，要求将合金钢（锰钢除外）加热到较高的温度和保温较长的时间。除Mn外的所有合金元素都有阻碍奥氏体晶粒长大的作用，尤其是Ti、V等强碳化物形成的合金碳化物稳定性高，残存在奥氏体晶界上，显著地阻碍奥氏体晶粒长大。因此奥氏体化的晶粒一般比碳钢细。

（2）对过冷奥氏体转变的影响

合金钢淬透性更好，可减小淬火冷速，减小淬火变形。但残余奥氏体增多，除Co外，所有溶于奥氏体中的合金元素，都使过冷奥氏体的稳定性增大，使C曲线右移，马氏体临界冷却速度减小，淬透性提高。这使得合金钢利用较小的冷却速度即能淬成马氏体组织，可减小淬火变形。因此大尺寸、形状复杂或要求精度高的重要零件需要用合金钢制作。除Co、Al外，大多数合金元素都使Ms点降低，使合金钢淬火后的残余奥氏体量比碳钢多，这将对零件的淬火质量会产生不利影响。

（3）对回火转变的影响

合金钢耐回火性好，回火后强韧性配合更好，有些钢可产生“二次硬化”，合金钢回火时马氏体不易分解，抗软化能力强，即提高了钢的耐回火性，回火后能有更好的强韧性配合。合金元素能提高马氏体分解温度，对于含有较多Cr、Mo、W、V等强碳化物形成元素的钢，当加热至500～600℃回火时，直接由马氏体中析出合金碳化物，这些碳化物颗粒细小，分布弥散，使钢的硬度不仅不降低，反而升高这种现象称为“二次硬化”。但有些合金钢应避免“回火脆性”的产生。

2．对焊接性能的影响

淬透性良好的合金钢在焊接时，容易在接头处出现淬硬组织，使该处脆性增大，容易出现焊接裂纹；焊接时合金元素容易被氧化形成氧化物夹杂，使焊接质量下降，例如，在焊接不锈钢时，形成Cr2O3夹杂，使焊缝质量受到影响，同时由于铬的损失，不锈钢的耐腐蚀性下降，所以高合金钢最好采用保护作用好的氩弧焊。

3．对锻造性能的影响

由于合金元素溶入奥氏体后使变形抗力增加，使塑性变形困难，合金钢锻造需要施加更大的压力吨位；同时合金元素使钢的导热性降低、脆性加大，增大了合金钢锻造时和锻后冷却中出现变形、开裂的倾向，因此合金钢锻后一般应控制终锻温度和冷却速度。

第三节 低合金钢

一.低合金高强度结构钢

1．化学成分

这类钢的成分特点是：低碳、低合金，其wC＜0.20%，常加入的合金元素有Mn、Si、Ti、Nb、V等。含碳量低是为了获得高的塑性、良好的焊接性和冷变形能力。合金元素Si和Mn主要溶于铁素体中，起固溶强化作用。Ti、Nb、V等在钢中形成细小碳化物，起细化晶粒和弥散强化作用，从而提高了钢的强韧性。

2．牌号、性能及用途

牌号表示方法与碳素结构钢相同，有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460，其中Q345应用最广泛。低合金高强度结构钢是一类可焊接的低碳低合金工程结构用钢，具有较高的强度，良好的塑性、韧性，良好的焊接性、耐蚀性和冷成形性，低的韧脆转变温度，适于冷弯和焊接，广泛用于桥梁、车辆、船舶、锅炉、高压容器和输油管等。在某些场合用低合金高强度结构钢代替碳素结构钢可减轻构件的质量。

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