合金結構鋼

合金結構鋼（structural alloy steel）是指用作機械零件和各種工程構件並含有一種或數種一定量的合金元素的鋼。

基本介紹

• 中文名：合金結構鋼
• 外文名：Alloy structure steels
• 學科：材料工程
• 領域：工程技術

簡介

合金結構鋼由於具有合適的淬透性，經適宜的金屬熱處理後，顯微組織為均勻的索氏體、貝氏體或極細的珠光體，因而具有較高的抗拉強度和屈強比（一般在0.85左右），較高的韌性和疲勞強度，和較低的韌性－脆性轉變溫度，可用於製造截面尺寸較大的機器零件。

合金元素作用

有三個方面：

①增大鋼的淬透性。淬透性是指鋼淬火時，從表層起淬成馬氏體層的深度，是取得良好綜合性能的主要參數。除Co外，幾乎所有合金元素如 Mn、Mo、Cr、Ni、Si和C、N、B等都能提高鋼的淬透性，其中 Mn、Mo、Cr、B的作用最強，其次是Ni、Si、Cu。而強碳化物形成元素如 V、Ti、Nb等，只有溶於奧氏體中時才能增大鋼的淬透性。

②影響鋼的回火過程。由於合金元素在回火時能阻礙鋼中各種原子的擴散，因而在同樣溫度下和碳素鋼相比，一般均起到延遲馬氏體的分解和碳化物的聚集長大作用，從而提高鋼的回火穩定性,即提高鋼的抗回火軟化能力,V、W、Ti、Cr、Mo、Si的作用比較顯著，Al、Mn、Ni的作用不明顯。含有較高含量的碳化物形成元素如V、W、Mo等的鋼，在500～600℃回火時，析出細小彌散的特殊碳化物質點如V₄C3、Mo₂C、W₂C等，代替部分較粗大的合金滲碳體，使鋼的強度不再下降反而升高,即出現二次硬化。Mo對鋼的回火脆性有阻止或減弱的作用。

③影響鋼的強化和韌化。Ni以固溶強化方式強化鐵素體；Mo、V、Nb等碳化物形成元素,既以彌散硬化方式又以固溶強化方式提高鋼的屈服強度；碳的強化作用最顯著。此外，加入這些合金元素，一般都細化奧氏體晶粒，增加晶界的強化作用。影響鋼的韌性因素比較複雜，Ni改善鋼的韌性；Mn易使奧氏體晶粒粗化，對回火脆性敏感；降低P、S含量，提高鋼的純淨度，對改善鋼的韌性有重要作用。

分類

合金結構鋼一般分為調質結構鋼和表面硬化結構鋼。

①調質結構鋼 這類鋼的含碳量一般約為0.25%～0.55%，對於既定截面尺寸的結構件，在調質處理（淬火加回火）時，如果沿截面淬透，則力學性能良好，如果淬不透，顯微組織中出現有自由鐵素體，則韌性下降。對具有回火脆性傾向的鋼如錳鋼、鉻鋼、鎳鉻鋼等，回火後應快冷。這類鋼的淬火臨界直徑，隨晶粒度和合金元素含量的增加而增大，例如，40Cr和35SiMn鋼約為30～40mm，而40CrNiMo和30CrNi₂MoV鋼則約為 60～100mm，常用於製造承受較大載荷的軸、連桿等結構件。

②表面硬化結構鋼 用以製造表層堅硬耐磨而心部柔韌的零部件,如齒輪、軸等。為使零件心部韌性高,鋼中含碳量應低，一般在0.12～0.25%，同時還有適量的合金元素，以保證適宜的淬透性。氮化鋼還需加入易形成氮化物的合金元素（如Al、Cr、Mo等）。滲碳或碳氮共滲鋼，經850～950℃滲碳或碳氮共滲後，淬火併在低溫回火(約200℃)狀態下使用。氮化鋼經氮化處理(480～580℃)，直接使用，不再經淬火與回火處理。

生產工藝

根據鋼種和鋼的質量要求，合金結構鋼的冶煉，可採用氧氣頂吹轉爐、平爐、電弧爐；或再加電渣重熔、真空除氣。鑄錠可採用連鑄或模鑄。鋼錠應緩慢冷卻或熱送鍛造、軋制。鋼錠加熱時，應力求溫度均勻並有足夠的保溫時間，以改善偏析缺陷和避免鍛、軋時變形不均勻；鍛、軋後的鋼材，尺寸小的、特別是含碳0.2%左右的滲碳鋼，在600℃以上時應快速冷卻,以免加重帶狀組織；截面較大的鍛件，應採取措施消除內應力和白點。調質鋼應儘可能淬火成馬氏體組織，然後回火成索氏體組織；滲碳鋼在滲碳過程中，滲層濃度梯度不宜過大,以免在滲層晶界上出現連續網狀碳化物;氮化鋼必需先經熱處理得到所需的性能，再經最後精加工才能進行氮化。氮化處理後除將脆薄的“白層”研磨除去外，不再加工。

中國標準

標準號 StandardNo：GB/T 3077-1999

首次發布日期FirstIssuance Date ：1982-05-10

標準狀態StandardState ：現行

複審確認日期ReviewAffirmance Date :2010-07-28

計畫編號Plan No：

代替國標號ReplacedStandard ：GB/T 3077-1988

被代替國標號ReplacedStandard:

廢止時間RevocatoryDate :

採用國際標準號AdoptedInternational Standard No：

采標名稱AdoptedInternational Standard Name：DIN EN 10083-1:1991

採用程度ApplicationDegree ： NEQ

採用國際標準AdoptedInternational Standard ：其他

國際標準分類號(ICS) ：75.140.20

中國標準分類號(CCS) ：H40

標準類別StandardSort：基礎

標準頁碼Number ofPages:

標準價格(元)Price(￥) :

主管部門Governor ：中國鋼鐵工業協會

歸口單位TechnicalCommittees ：全國鋼標準化技術委員會

起草單位DraftingCommittee：大冶特殊鋼股份有限公司

相關概念

結構鋼

結構鋼是指符合特定強度和可成形性等級的鋼。可成形性以抗拉試驗中斷後伸長率表示。結構鋼一般用於承載等用途，在這些用途中鋼的強度是一個重要設計標準。

結構鋼可以細分為：合金結構鋼、碳素結構鋼、低合金結構鋼、耐熱結構鋼等等。

合金鋼

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，並採取適當的加工工藝，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。

其他信息

可分為普通合金結構鋼和特殊用途合金結構鋼。前者包括低合金高強度鋼、低溫用鋼、超高強度鋼、滲碳鋼、調質鋼和非調質鋼；後者包括彈簧鋼、滾珠軸承鋼、易切削鋼、冷衝壓鋼等。

要求具有較高的屈服強度、抗拉強度和疲勞強度，還有足夠的塑性和韌性。

一般採用電弧爐和氧氣頂吹轉爐冶煉，要求高的採用爐外精煉、電渣重熔或真空處理、真空感應爐冶煉或雙真空冶煉、合適的熱處理。

這類鋼的合金元素含量都相當高，主要有耐蝕鋼、耐熱鋼、耐磨鋼、磁鋼以及具有其他特殊物理和化學性能的特殊鋼。

合金結構鋼廣泛用於船舶、車輛、飛機、飛彈、兵器、鐵路、橋樑、壓力容器、工具機等結構上。

合金結構鋼比碳素鋼有更好的力學性能，特別是熱處理性能優良。

其牌號通常是以“數字+元素符號+數字”的方法來表示。牌號中起首的兩位數字表示鋼的平均含碳量的萬分數，元素符號及其後的數字表示所含合金元素及其平均含量的百分數。

若合金元素含量小於1.5%，則不標其含量。

高級優質鋼在牌號尾部增加符號“A”例如，16Mn、20Cr、40Mn₂、30CrMnSi、38CrMoAlA等。

合金結構鋼細分類與統一數字代號：

統一數字代號	合金結構鋼(包括合金彈簧鋼)細分類
AO××××	Mn(X)、MnMo(X)系鋼
Al××××	SiMn(X)、SiMnMo(X)系鋼
A2××××	Cr(X)、CrSi(X)、CrMn(X)、CrV(x)、CrMnSi(X)系鋼
A3××××	CrMo(X)、CrMoV(X)系鋼
A4××××	CrNi(X)系鋼
A5××××	CrNiMo(X)、CrNiW(X)系鋼
A6××××	Ni(X)、NiMo(X)、NiCoMo(X)、Mo(X)、MoWV(X)系鋼
A7××××	B(X)、MnB(X)、SiMnB(X)系鋼
A8××××	(暫空)
A9××××	其他合金結構鋼