天如海碳化物形成元素Mn、Cr、Mo、W等将C曲线分裂为珠光体转变和贝氏体转变两个C曲线，并在此二曲线之间出现一个过冷奥氏体的稳定区，其中Cr和Mn推迟贝氏体转变的作用大于珠光体转变；而Mo、W推迟珠光体转变的作用大于贝氏体。
2、对Ms点的影响
除钴、铝以外，大多数合金元素溶人奥氏体中会降低钢的Ms点，增加了钢中的残余奥氏体的数量，对钢的硬度和尺寸稳定性产生较大的影响。
合金元素使C曲线位置和形状的改变，有重要的实际意义，由于合金元素使C曲线右移，因而使淬火的临界冷却速度降低，提高了钢的淬透性，这样就可采用较小的冷却速度，甚至在空气中冷却就能得到马氏体，从而避免了由于冷却速度过大而引起的变形和开裂，另一方面由于形状的改变，使某些钢28CrMoNiVB采取空冷便得贝氏体组织，具有良好的综合机械性能，就不用采取等温淬火。
（三）对淬火钢回火的影响 1、提高钢的回火稳定性
合金元素固溶于马氏体中，减慢了碳的扩散，从而减慢了马氏体及残余奥氏体的分解过程和阻碍碳化物析出，聚集长大，因而在回火过程中合金钢的软化速度比碳钢慢，即合金钢具有较高的回火抗力，在较高的回火温度下仍保持较高的硬度，即在回火温度相同时，合金钢的硬度及强度比相同含碳量的碳钢高，而回火至相同硬度时，合金钢的回火温度高，内应力的消除比较彻底，因此，其塑性和韧性比碳钢好。
图6-6 对含碳0.35%钢淬火回火后硬度的影响
2、产生二次硬化
若钢中Cr、W、Mo、V等元素超过一定量时，除了提高回火抗力外，在400℃以上还会形成弥散分布的特殊碳化物，使硬度重新升高，直到500～600℃硬度达最高值，
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出现所谓的二次硬化现象。600℃以后硬度下降是由于这些弥散分布的碳化物聚集长大的结果。
二次硬化现象对高合金工具钢十分重要，通过500～600℃回火可使其硬度比淬火态硬度高5HRC以上。
3、回火脆性
合金元素对淬火钢回火后的机械性能的不利方面是回火脆性问题。
回火脆性一般是在250-400℃与500-650℃这两个温度范围内回火出现的，它使钢的韧性显著降低。
（1）第一类回火脆性
结构钢回火时在250-400℃出现的冲击韧性下降的现象称为“第一类回火脆性”。这类回火脆性无论是在碳钢还是合金钢中均会出现，它与钢的成分和冷却速度无关，即使加入合金元素及回火后快冷或重新加热到脆性回火温度范围内回火，都无法避免，故又称“不可逆回火脆性”。但合金元素可使第一类回火脆性的温度范围移向较高的温度。一般认为这类回火脆性的产生与马氏体，残余奥氏体的分解及Fe3C析出有关，防止方法就是避开这一温度范围回火。
（2）第二类回火脆性
500-650℃回火后缓慢冷却出现的冲击韧性下降现象称为“第二类回火脆性”。这类回火脆性如果在回火时快冷就不会出现，另外，如果脆性已经发生，只要再加热到原来的回火温度重新回火并快冷，则可完全消除，因这类回火脆性又称为“可逆回火脆性”。
图6-7 回火温度对合金钢冲击韧性的影响
而且并非所有的钢都有第二类回火脆性，它只在含Cr、Mn或Cr-Ni、Cr-Si的合金钢中出现，发生了这类回火脆性的钢不仅室温下的冲击韧性低，而且韧脆转化温度高，
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因此必须设法防止或避免。产生原因是P、Mn、S、Si等元素在晶界偏聚。
消除方法：自回火温度快冷；消除P、Mn、S、Si元素的偏聚；在钢中加入0.2-0.3%Mo或0.4-0.8%W来减缓偏聚过程发生，从而消除或减轻回火脆性。
四、合金元素使合金钢具有某些特殊性能
加入元素Cr、Si、Al等，在高温下在钢的表面形成致密的高熔点的氧化膜，可防止钢件继续氧化；加入W、Mo、V等元素可提高钢的高温强度，使钢具有耐热性。
总之，不同合金元素在钢中的作用不同，同一种合金元素，其含量不同，对钢的组织和性能影响不同，因此就形成了不同类型的合金钢。
五、合金钢的分类
合金钢的种类繁多，为了便于生产，选材、管理及研究，常按用途将合金钢分为三大类：合金结构钢、合金工具钢、特殊性能钢。
第三节 合金结构钢
用于制造各类机械零件以及建筑工程结构的钢称之为结构钢。
合金结构钢的成分特点，是在碳素结构钢的基础上适当地加入一种或多种合金元素，例如Cr、Mn、Si、Ni、Mo、W、V、Ti等。合金元素除了保证有较高的强度或较好的韧性外，另一重要作用是提高钢的淬透性，使机械零件在整个截面上得到均匀一致的、良好的综合力学性能，在具有高强度的同时又有足够的韧性。
合金结构钢主要包括低合金结构钢、易切削钢、调质钢、渗碳钢、弹簧钢、滚动轴承钢等。
一、合金结构钢的编号
用数字+化学元素+数字的方法表示
前面的数字表示钢的平均含碳量的万分数，合金元素用汉字或化学符号表示，其后面的数字表示合金元素含量，一般以平均含量的百分数表示，当合金元素含量小于1.5%时，牌号中只标明元素而不标明含量，如果平均含量等于或大于1.5%、2.5%、3.5%??时，相应地以2、3、4等表示，如含0.37～0.44%C，0.8～1.10%Cr的钢40Cr，含0.57～0.65%C，1.5～2.0%Si，0.6～0.9%Mn的钢用60Si2Mn表示，对于滚珠轴承钢，在钢号前注明“滚”或“G”，后面的数字则表示铬含量的千分数，如GCr15的平均含Cr量1.5%（含C%为1%左右），含S、P量较低（S＜0.02%,P＜0.03% ）的高级优质钢，则在钢号加“高”或“A”。易切削钢，在钢号前加“易”或“Y”如Y12（Mn、Si、C、P）
二、低合金高强度结构钢
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（一）用途
普通低合金结构钢(简称普低钢)是在低碳碳素结构钢的基础上加入少量合金元素(总Wme<3％)得到的钢。这类钢比相同碳质量分数碳素钢的强度约高10％一30％，因此又常被称为“低合金高强度钢”。这类钢被广泛应用于桥梁、船舶、管道、车辆、锅炉、建筑等方面，是一种常用的工程机械用钢。
（二）性能要求
与低碳钢相比，普低钢不但具有良好的塑性和韧性以及焊接工艺性能，而且还具有较高的强度，较低的冷脆转变温度和良好的耐腐蚀能力。因此，用普低钢代替低碳钢，可以减少材料和能源的损耗，减轻工程结构件的自重，增加可靠性，还可以安全地使用在北方高寒地区和要求抵抗腐蚀的行业。 （三）成分特点
1、低碳：碳的平均质量分数一般不大于0．2％C（保证较好的塑性、焊接性能和成形性）。
2、加入锰（主加元素）：平均质量分数在(1．25—1．5)％Mn之间。锰可以溶人铁素体起固溶强化作用，还可以通过对Fe—Fe3C相图中S点影响，增加组织中珠光体的量并使之细化。加入硅固溶强化，提高强度。
3、加入铌、钒 钛等强碳化物形成元素，在钢中能形成微细碳化物，起细化晶粒和弥散强化作用，提高钢的屈服极限、强度极限以及低温冲击韧性。
4、加入铜、磷等元素提高钢对大气的抗腐蚀能力。 （四）热处理特点
通常是在热轧或正火状态下使用，一般不再进行热处理。 （五）常用钢种
我国生产的常用普通低合金结构钢的牌号、成分、性能和用途见表6-1。 常用的低合金结构钢有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五档二十个等级。 三、易切削钢
在钢中附加一种或几种合金元素，以提高其切削加工性，这类钢称为易切削钢。目前常用的附加元素有硫、铅、钙、磷等。
易切削钢的特点是切削性能优异，切削过程中切削抗力小，排屑容易，加工工件表面粗糙度小，刀具使用寿命长。
（一）硫易切削钢
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硫在钢中与锰、铁可形成（Mn,Fe）S夹杂物，会中断基体的连续性，促使形成卷曲半径小而短的切屑，减少切屑与刀具的接触面积；还能起减摩作用，降低切屑与刀具之间的摩擦系数，并且使切屑不粘附在刀刃上。因此，硫能降低切削力和切削热，减少刀具磨损，提高表面光洁度和刀具寿命，改善排屑性能。中碳钢的切削加工性通常是随硫含量的提高而不断改善。硫化锰的形状呈圆形而且分布均匀时，钢的切削加工性更好。但是钢中含硫量过多增加，会导致热加工性能进一步变坏，如造成纤维组织，呈现各向异性；产生低熔点共晶，引起热脆。易切钢中硫含量应限定在0.08～0.30%，并适当提高锰的含量（0.6～1.55%）。
（二）铅易切削钢
铅在钢中孤立地呈细小颗粒（3μm）均匀分布时，能改善钢的切削加工性。铅含量一般控制在0.15～0.25%，过多时将引起严重的偏析，形成粗粒的铅夹杂而削弱它对切削加工性的有利作用。与硫易切钢相比，铅易切钢可得到较高的力学性能。但铅易切钢容易产生密度偏析，并且在300℃以上由于铅的熔化而使铅易切钢的力学性能恶化。
（三）钙易切削钢
钢中加入微量的钙（0.001～0.005％）能改善钢在高速切削下的切削加工性。这是因为它在钢中能形成高熔点（约1300～1600℃之间）的钙—铝—硅的复合氧化物（钙铝硅酸盐）附在刀具上，形成薄而具有减摩作用的保护膜，从而防止刀具磨损，显著地延长高速切削刀具的寿命。
易切钢的常用钢号有Y12、Y20，Y40Mn等，其后面数字表示平均碳含量的万分之几。锰含量较高者，在钢号后标出“锰”或“Mn”。如表中T10Pb则表示平均碳含量为1.0%、附加铅的易切碳素工具钢。Y40CrSCa表示为硫钙复合的易切40Cr合金调质钢。
自动机床加工的零件，大多选用低碳碳素易切钢。若切削加工性要求高的，可选用含硫量较高的Y15，需要焊接的选用含硫量较低的Y12，强度要求稍高的选用Y20或Y30；车床丝杠常选用中碳含锰高的Y40Mn。T10Pb相当于国外17AP类型钢，广泛用于精密仪表行业中，如制造手表，照相机齿轮轴等。Y40CrSCa可在比较广泛的切削速度范围中显示出良好的切削加工性。
四、渗碳钢
用来制造渗碳（+淬火、低温回火）零件的钢称为渗碳钢。一般是低碳的优质碳素结构钢与合金结构钢。
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