20Cr2Ni4A
§7-1 鋼的合金化

在鋼中加入合金元素后，鋼的基本組元鐵和碳與加入的合金元素會發(fā)生交互作用。鋼的合金化目的是希望利用合金元素與鐵、碳的相互作用和對鐵碳相圖及對鋼的熱處理的影響來改善鋼的組織和性能
相互作用
合金元素與鐵、碳的相互作用
合金元素加入鋼中后，主要以三種形式存在鋼中。即:與鐵形成固溶體;與碳形成碳化物;在高合金鋼中還可

 幾乎所有的合金元素(除)都可溶入鐵中, 形成合金鐵素體或合金按其對α-Fe或γ-Fe的作用, 可將合金元素分為擴大奧氏體相區(qū)和縮小奧氏體相區(qū)兩大類。
擴大γ相區(qū)的元素-亦稱奧氏體穩(wěn)定化元素, 主要Ni、Co、C、N、Cu等, 它們使A3點(γ-Fe α-Fe的轉(zhuǎn)變點)下降, A4點( γ-Fe的轉(zhuǎn)變點)上升, 從而擴大γ-相的存在范圍。其中Ni、M等加入到一定量后, 可使γ相區(qū)擴大到室溫以下, 使α相區(qū)消失, 稱為完全擴大γ相區(qū)元素。另外一些元素(如C、N、Cu等), 雖然擴大γ相區(qū), 但不能擴大到室溫, 故稱之為部分擴大γ相區(qū)的元素。

縮小γ相區(qū)元素--亦稱鐵素體穩(wěn)定化元素, 主要有Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si、B、、等。它們使A3點上升, A4點下降(鉻除外, 鉻含量小于7%時, A3點下降; 大于7%后,A3點迅速上升), 從而縮小γ相區(qū)存在的范圍, 使鐵素體穩(wěn)定區(qū)域擴大。按其作用不同可分為完全封閉γ相區(qū)的元素(如Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si等)和部分縮小γ相區(qū)的元素(如B、、等)。
2. 形成碳化物合金元素按其與鋼中碳的親和力的大小, 可分為碳化物形成元素和非碳化物形成元素兩大類。
常見非碳化物形成元素有:Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B等。它們基本上都溶于鐵素體和奧氏體中。常見碳化物形成元素有:M、Cr、W、V、N、Z、Ti等(按形成的碳化物的穩(wěn)定性程度由弱到強的次序排列)，它們在鋼中一部分固溶于基體相中，一含量高時可形成新的合金碳化合物。對奧氏體和鐵素體存在范圍的影響
擴大或縮小γ相區(qū)的元素均同樣擴大或縮小Fe-Fe3C相圖中的γ相區(qū), 且同樣Ni或M的含量較多時, 可使鋼在室溫下得到單相 (如1Cr18Ni9和ZGMn13高錳鋼等)， 而Cr、Ti、Si等超過一定含量時, 可使鋼在室溫獲得單相鐵素體組織 (如1Cr17Ti高鉻等)。
對Fe-Fe3C相圖臨界點(S和E點)的影響
擴大γ相區(qū)的元素使Fe-Fe3C相圖中的共析轉(zhuǎn)變溫度下降, 縮小γ相區(qū)的元素則使其上升, 并都使共析反應(yīng)在一個溫度范圍內(nèi)進行。幾乎所有的合金元素都使共析點(S)和共晶點(E)的碳含量降低，即S點和E點左移, 強碳化物形成元素的作用尤為強烈。
合金元素對鋼熱處理的影響

合金元素的加入會影響鋼在熱處理過程中的組織轉(zhuǎn)變。
1. 合金元素對加熱時相轉(zhuǎn)變的影響

合金元素影響加熱時奧氏體形成的速度和奧氏體晶粒的大小。
(1)對奧氏體形成速度的影響: Cr、Mo、W、V等強碳化物形成元素與碳的親合力大, 形成難溶于奧氏體的合金碳化物, 顯著減慢奧氏體形成速度;Co、Ni等部分非碳化物形成元素, 因增大碳的擴散速度, 使奧氏體的形成速度加快;Al、Si、M等合金元素對奧氏體形成速度影響不大。
(2)對奧氏體晶粒大小的影響:大多數(shù)合金元素都有阻止奧氏體晶粒長大的作用, 但影響程度不同。強烈阻礙晶粒長大的元素有:V、

 

SAE52100：軸承鋼
GB： GCr15
化學成分質(zhì)量分數(shù)%|C: 0.95～1.05
化學成分質(zhì)量分數(shù)%|Si: 0.15～0.35
化學成分質(zhì)量分數(shù)%|M: 0.25～0.45
化學成分質(zhì)量分數(shù)%|Cr: 1.40～1.65
SAE52100化學成分：
化學成分質(zhì)量分數(shù)%|C: 1.05
化學成分質(zhì)量分數(shù)%|Si: 0.30
化學成分質(zhì)量分數(shù)%|M: 0.35
化學成分質(zhì)量分數(shù)%|Cr: 1.5 

碳鋼的不足:

(1)淬透性低。一般情況下，碳鋼的淬透直徑只有10mm-20mm。

(2) 強度和屈強比較低。如普通碳鋼鋼的σ為235MPa，而低的σ則為360MPa以上。40鋼的 僅為0.43, 遠低于合金鋼。

(3) 回火穩(wěn)定性差。由于回火穩(wěn)定性差，碳鋼在進行調(diào)質(zhì)處理時，為了保證較高的強度需采用較低的回火溫度，這樣鋼的韌性就偏低;為了保證較好的韌性，采用高的回火溫度時強度又偏低，所以碳鋼的綜合機械性能水平不高。

(4) 不能滿足特殊性能的要求。碳鋼在抗氧化、耐蝕、耐熱、耐低溫、耐磨損以及特殊電磁性等方面往往較差，不能滿足特殊使用性能的需求。

合金鋼的分類

按合金元素含量多少，分為:

 (合金元素總量低于5%)、

中合金鋼(合金元素總量為5%-10%)

高合金鋼(合金元素總量高于10%)。

按所含的主要合金元素，分為:

鉻鋼(Cr-Fe-C)鉻鎳鋼(Cr-Ni-Fe-C)-Fe-C)

硅錳鋼(Si-M-Fe-C)

按小試樣正火或鑄態(tài)組織，分為:鐵素體鋼

奧氏體鋼

萊氏體鋼

按用途分為:

合金結(jié)構(gòu)鋼的首部用數(shù)字標明碳含量。規(guī)定結(jié)構(gòu)鋼以萬分之一為單位的數(shù)字(兩位數(shù))、工具鋼和特殊性能鋼以千分之一為單位的數(shù)字(一位數(shù))來表示碳含量，而工具鋼的碳含量超過1%時，碳含量不標出。

 

與混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)柱截面面積小，從而可增加建筑有效使用面積，視建筑不同形式，能增加有效使用面積4-6%。

6.省工省料

與焊接H型鋼相比，能明顯地省工省料，減少原材料、能源和人工的消耗，殘余應(yīng)力低，外觀和表面質(zhì)量好。

7.便于機械加工

易于結(jié)構(gòu)連接和安裝，還易于拆除和再用。

8.環(huán)保

采用H型鋼可以有效保護環(huán)境，具體表現(xiàn)在三個方面:一是和混凝土相比，可采用干式施工，產(chǎn)生的噪音小，粉塵少;二是由于自重減輕，基礎(chǔ)施工取土量少，對土地資源破壞小，此外大量減少混凝土用量，減少開山挖石量，有利于生態(tài)環(huán)境的保護;三是建筑結(jié)構(gòu)使用壽命到期后，結(jié)構(gòu)拆除后，產(chǎn)生的固體垃圾量小，廢鋼資源回收價值高。

9.工業(yè)化制作程度高

以熱軋H型鋼為主的鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)化制作程度高，便于機械制造，集約化生產(chǎn)，精度高，安裝方便，質(zhì)量易于保證，可以建成真正的房屋制作工廠、橋梁制作工廠、工業(yè)廠房制作工廠等。發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造和帶動了數(shù)以百計的新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

類別	型號高*寬	H*B	H	B	t1	t2	kg/m
HW寬翼緣	100*100	100*100	100	100	6	8	17.2
	125*125	125*125	125	125	6.5	9	23.8
	150*150	150*150	150	150	7	10	31.9
	175*175	175*175	175	175	7.5	11	40.42
	200*200	200*200	200	200	8	12	50.5