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(huì)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(duì)鐵碳相圖及對(duì)鋼的熱處理的影響來(lái)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(duì)α-Fe或γ-Fe的作用, 可將合金元素分為擴(kuò)大奧氏體相區(qū)和縮小奧氏體相區(qū)兩大類(lèi)。
擴(kuò)大γ相區(qū)的元素-亦稱(chēng)奧氏體穩(wěn)定化元素, 主要Ni、Co、C、N、Cu等, 它們使A3點(diǎn)(γ-Fe α-Fe的轉(zhuǎn)變點(diǎn))下降, A4點(diǎn)( γ-Fe的轉(zhuǎn)變點(diǎn))上升, 從而擴(kuò)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(kuò)大到室溫以下, 使α相區(qū)消失, 稱(chēng)為完全擴(kuò)大γ相區(qū)元素。另外一些元素(如C、N、Cu等), 雖然擴(kuò)大γ相區(qū), 但不能擴(kuò)大到室溫, 故稱(chēng)之為部分?jǐn)U大γ相區(qū)的元素。

縮小γ相區(qū)元素--亦稱(chēng)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(diǎn)上升, A4點(diǎn)下降(鉻除外, 鉻含量小于7%時(shí), A3點(diǎn)下降; 大于7%后,A3點(diǎn)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(kuò)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(lèi)。
常見(jiàn)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(jiàn)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(qiáng)的次序排列)，它們?cè)阡撝幸徊糠止倘苡诨w相中，一含量高時(shí)可形成新的合金碳化合物。對(duì)奧氏體和鐵素體存在范圍的影響
擴(kuò)大或縮小γ相區(qū)的元素均同樣擴(kuò)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(shí), 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(guò)一定含量時(shí), 可使鋼在室溫獲得單相鐵素體組織 (如1Cr17Ti高鉻等)。
對(duì)Fe-Fe3C相圖臨界點(diǎn)(S和E點(diǎn))的影響
擴(kuò)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(gè)溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。幾乎所有的合金元素都使共析點(diǎn)(S)和共晶點(diǎn)(E)的碳含量降低，即S點(diǎn)和E點(diǎn)左移, 強(qiáng)碳化物形成元素的作用尤為強(qiáng)烈。
合金元素對(duì)鋼熱處理的影響

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

合金元素影響加熱時(shí)奧氏體形成的速度和奧氏體晶粒的大小。
(1)對(duì)奧氏體形成速度的影響: Cr、Mo、W、V等強(qiáng)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(kuò)散速度, 使奧氏體的形成速度加快;Al、Si、M等合金元素對(duì)奧氏體形成速度影響不大。
(2)對(duì)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(zhǎng)大的作用, 但影響程度不同。強(qiáng)烈阻礙晶粒長(zhǎng)大的元素有:V、

 

 

高壓化肥管	10 20 16Mn	GB6479-2000	∮8-1240*1-200
石油裂化管	10 20	GB9948-2006	∮8-630*1-60
低中壓鍋爐管	10# 20# 16Mn<Q345A.B.C.D.E>	GB3087-2008	∮8-1240*1-200
輸送流體管	10#、20# ASTM A106A,B,C、A53A,B 16Mn<Q345A.B.C.D.E>	GB/T8163-2008 ASTM A106 ASTM A53	∮8-1240*1-200
一般結(jié)構(gòu)管	10#、20#、45#、27SiMn ASTM A53A,B 16Mn<Q345A,B,C,D,E>	GB/T8162-2008 GB/T17396-1998 ASTM A53	∮8-1240*1-200
石油套管	J55、K55、N80、L80 C90、C95、P110	API SPEC 5CT ISO11960	∮60.23-508.00 *4.24-16.13
管線管	A、B、X42、X46、X52、X56、X60、X65、X70、X80 L245、L290、L360、L415、L450	API SPEC 5L GB/T9711.1 GB/T9711.2	∮32-1240*3-100
直縫鋼管	20、Q195、Q215A,B Q235A,B、Q345A,B,C,D,E	GB/T13793-1992 GB3091-2001	∮32-630*1-30
螺旋鋼管	Q235A-B、Q345A-E	SY/T5037-2000	219-2820*4-20