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在钢中加入合金元素后，钢的基本组元铁和碳与加入的合金元素会发生交互作用。钢的合金化目的是希望利用合金元素与铁、碳的相互作用和对铁碳相图及对钢的热处理的影响来改善钢的组织和性能。合金元素与铁、碳的相互作用，合金元素加入钢中后，主要以三种形式存在钢中。即：与铁形成固溶体；与碳形成碳化物；在高合金钢中还可能形成金属间化合物。
合金元素对相图的影响：1.对奥氏体和铁素体存在范围的影响：扩大或缩小γ相区的元素均同样扩大或缩小Fe-Fe3C相图中的γ相区，且同样Ni或Mn的含量较多时，可使钢在室温下得到单相奥氏体组织(如奥氏体不锈钢和高锰钢等)，而Cr、Ti、Si等超过一定含量时，可使钢在室温获得单相铁素体组织(如高铬铁素体不锈钢等)。2.对Fe-Fe3C相图临界点(S和E点)的影响：扩大γ相区的元素使Fe-Fe3C相图中的共析转变温度下降，缩小γ相区的元素则使其上升，并都使共析反应在一个温度范围内进行。几乎所有的合金元素都使共析点(S)和共晶点(E)的碳含量降低，即S点和E点左移，强碳化物形成元素的作用尤为强烈。
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合金元素对回火转变的影响：(1)提高回火稳定性合金元素在回火过程中推迟马氏体的分解和残余奥氏体的转变(即在较高温度才开始分解和转变)，提高铁素体的再结晶温度，使碳化物难以聚集长大，因此提高了钢对回火软化的抗力，即提高了钢的回火稳定性。提高回火稳定性作用较强的合金元素有：V、Si、Mo、W、Ni、Co等。(2)产生二次硬化一些Mo、W、V含量较高的高合金钢回火时，硬度不是随回火温度升高而单调降低，而是到某一温度(约400℃)后反而开始增大，并在另一更高温度(一般为550℃左右)达到峰值。这是回火过程的二次硬化现象，它与回火析出物的性质有关。当回火温度低于450℃时，钢中析出渗碳体；在450℃以上渗碳体溶解，钢中开始沉淀出弥散稳定的难熔碳化物Mo2C、W2C、VC等，，使硬度重新升高，称为沉淀硬化。回火时冷却过程中残余奥氏体转变为马氏体的二次淬火所也可导致二次硬化。(3)增大回火脆性和碳钢一样，合金钢也产生回火脆性，而且更明显。这是合金元素的不利影响。在450℃-600℃间发生的第二类回火脆性(高温回火脆性)主要与某些杂质元素以及合金元素本身在原奥氏体晶界上的严重偏聚有关，多发生在含Mn、Cr、Ni等元素的合金钢中。这是一种可逆回火脆性，回火后快冷(通常用油冷)可防止其发生。钢中加入适当Mo或W(0.5%Mo，1%W)也可基本上这类脆性。
抗高温碳化：高温碳化是材料暴露于高温下含碳的气体或液态环境中由于气体与材料表面发生高温反应，吸附在其表面上那一部分碳原子产生的表面增碳现象。金属表面吸收大量的谈，碳连续不断地渗入金属内部，当超过了碳在金属中的溶解度，高温下降形成许多不稳定的碳化物、析出石墨等，这就大大地降低了材料的耐腐蚀性能和综合力学性能。特别是不锈钢和耐热钢，由于碳化，在钢中出现大量的碳化铬，从而造成钢的贫铬，使耐腐蚀性能及抗高温氧化性能显著降低。碳化是一种危害很大的高温腐蚀形态，但它不像高温氧化和硫化那样普遍。使用高合金的耐热钢是解决高温碳化的重要途径。在工程中常用25Cr-20Ni钢和25Cr-35Ni钢来制造高温裂解炉的炉管，效果很好。硅是提高钢抗高温碳化的有利元素之一，但它在钢中的含量不宜超过2%。碳化物稳定元素铌、钛、钨等对提高抗高温碳化性能是有利的。改变气氛的成分能改变碳化条件，改善高温碳化的环境1Cr6Si2Mo钢●用途： 用于工作温度小于600℃的锅炉吊挂、省煤器管夹、定位板，工作温度小于650℃以下的燃气轮机气缸衬套，还广泛用于石油工业等。●工艺性能：1.冶炼：电炉冶炼。2.热加工：始锻温度1160℃，终锻温度850℃，锻轧后砂冷或堆冷。该钢有空淬现象，热加工后快冷后发生裂纹，应缓冷。另外，该钢有脱碳倾向，加热时温度阶段应保证断面温度均匀，如保持时间长，应保持还原气氛。3.冷加工：薄板（＜3mm）可在室温下弯曲、卷边，如需要进行较复杂的成型，则可预热到200℃，以提高塑性。如果变形量打，也可分几次变形，中间经过应力退火。 4.切削性能：切削性能尚可，由于含铬量较高，故较粘、较韧。
合金元素对加热时相转变的影响：合金元素影响加热时奥氏体形成的速度和奥氏体晶粒的大小。(1)对奥氏体形成速度的影响：Cr、Mo、W、V等强碳化物形成元素与碳的亲合力大，形成难溶于奥氏体的合金碳化物，显著减慢奥氏体形成速度；Co、Ni等部分非碳化物形成元素，因增大碳的扩散速度，使奥氏体的形成速度加快；Al、Si、Mn等合金元素对奥氏体形成速度影响不大。(2)对奥氏体晶粒大小的影响：大多数合金元素都有阻止奥氏体晶粒长大的作用，但影响程度不同。强烈阻碍晶粒长大的元素有：V、Ti、Nb、Zr等；中等阻碍晶粒长大的元素有：W、Mn、Cr等；对晶粒长大影响不大的元素有：Si、Ni、Cu等；促进晶粒长大的元素：Mn、P等。
合金元素对过冷奥氏体分解转变的影响：铝锌(镀锌)合金钢板为基本材料除Co外，几乎所有合金元素都增大过冷奥氏体的稳定性，推迟珠光体类型组织的转变，使C曲线右移，即提高钢的淬透性。常用提高淬透性的元素有：Mo、Mn、Cr、Ni、Si、B等。必须指出，加入的合金元素，只有完全溶于奥氏体时，才能提高淬透性。如果未完全溶解，则碳化物会成为珠光体的核心，反而降低钢的淬透性。另外，两种或多种合金元素的同时加入(如铬锰钢、铬镍钢等)，比单个元素对淬透性的影响要强得多。除Co、Al外，多数合金元素都使Ms和Mf点下降。其作用大小的次序是：Mn、Cr、Ni、Mo、W、Si。其中Mn的作用强，Si实际上无影响。Ms和Mf点的下降，使淬火后钢中残余奥氏体量增多。残余奥氏体量过多时，可进行冷处理(冷至Mf点以下)，以使其转变为马氏体；或进行多次回火，这时残余奥氏体因析出合金碳化物会使Ms、Mf点上升，并在冷却过程中转变为马氏体或贝氏体(即发生所谓二次淬火)。
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