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合金元素對加熱時相轉變的影響：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、Mn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、Ti、Nb、Zr等；中等阻礙晶粒長大的元素有：W、Mn、Cr等；對晶粒長大影響不大的元素有：Si、Ni、Cu等；促進晶粒長大的元素：Mn、P等。
合金元素對過冷奧氏體分解轉變的影響：鋁鋅(鍍鋅)合金鋼板為基本材料除Co外，幾乎所有合金元素都增大過冷奧氏體的穩定性，推遲珠光體類型組織的轉變，使C曲線右移，即提高鋼的淬透性。常用提高淬透性的元素有：Mo、Mn、Cr、Ni、Si、B等。必須指出，加入的合金元素，只有完全溶于奧氏體時，才能提高淬透性。如果未完全溶解，則碳化物會成為珠光體的核心，反而降低鋼的淬透性。另外，兩種或多種合金元素的同時加入(如鉻錳鋼、鉻鎳鋼等)，比單個元素對淬透性的影響要強得多。除Co、Al外，多數合金元素都使Ms和Mf點下降。其作用大小的次序是：Mn、Cr、Ni、Mo、W、Si。其中Mn的作用強，Si實際上無影響。Ms和Mf點的下降，使淬火后鋼中殘余奧氏體量增多。殘余奧氏體量過多時，可進行冷處理(冷至Mf點以下)，以使其轉變為馬氏體；或進行多次回火，這時殘余奧氏體因析出合金碳化物會使Ms、Mf點上升，并在冷卻過程中轉變為馬氏體或貝氏體(即發生所謂二次淬火)。
合金元素對回火轉變的影響：(1)提高回火穩定性合金元素在回火過程中推遲馬氏體的分解和殘余奧氏體的轉變(即在較高溫度才開始分解和轉變)，提高鐵素體的再結晶溫度，使碳化物難以聚集長大，因此提高了鋼對回火軟化的抗力，即提高了鋼的回火穩定性。提高回火穩定性作用較強的合金元素有：V、Si、Mo、W、Ni、Co等。(2)產生二次硬化一些Mo、W、V含量較高的高合金鋼回火時，硬度不是隨回火溫度升高而單調降低，而是到某一溫度(約400℃)后反而開始增大，并在另一更高溫度(一般為550℃左右)達到峰值。這是回火過程的二次硬化現象，它與回火析出物的性質有關。當回火溫度低于450℃時，鋼中析出滲碳體；在450℃以上滲碳體溶解，鋼中開始沉淀出彌散穩定的難熔碳化物Mo2C、W2C、VC等，，使硬度重新升高，稱為沉淀硬化。回火時冷卻過程中殘余奧氏體轉變為馬氏體的二次淬火所也可導致二次硬化。(3)增大回火脆性和碳鋼一樣，合金鋼也產生回火脆性，而且更明顯。這是合金元素的不利影響。在450℃-600℃間發生的第二類回火脆性(高溫回火脆性)主要與某些雜質元素以及合金元素本身在原奧氏體晶界上的嚴重偏聚有關，多發生在含Mn、Cr、Ni等元素的合金鋼中。這是一種可逆回火脆性，回火后快冷(通常用油冷)可防止其發生。鋼中加入適當Mo或W(0.5%Mo，1%W)也可基本上這類脆性。
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隨著科學技術和工業的發展，對材料提出了更高的要求，如更高的強度，抗高溫、高壓、低溫，耐腐蝕、磨損以及其它特殊物理、化學性能的要求，碳鋼已不能完全滿足要求。
碳鋼的在性能上主要有以下幾方面的不足：(1)淬透性低一般情況下，碳鋼水淬的淬透直徑只有10mm-20mm。(2)強度和屈強比較低如普通碳鋼Q235鋼的σs為235MPa，而低合金結構鋼16Mn的σs則為360MPa以上。40鋼的σs/σb僅為0.43，遠低于合金鋼。(3)回火穩定性差由于回火穩定性差，碳鋼在進行調質處理時，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：1、低合金鋼（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%）。2、按合金元素成分：鉻鋼（Cr-Fe-C)、鉻鎳鋼（Cr-Ni-Fe-C)、錳鋼（Mn-Fe-C)、硅錳鋼（Si-Mn-Fe-C)。3、按小試樣正火或鑄態組織分：珠光體鋼、馬氏體鋼、鐵素體鋼、奧氏體鋼、萊氏體鋼。4、按用途分：合金結構鋼、合金工具鋼、特殊性能鋼。
抗高溫氧化：金屬和氧的親和力大時，且氧在晶鉻內溶解度達到飽和時，就在金屬表面上形成氮化物。一旦形成了氧化膜，氧化過程的繼續進行將取決于兩個因素：（a）界面反應速度，包括金屬/氧化物界面及氧化物/氣體兩個界面上的反應速度；（b）參加反應的物質通過氧化膜的擴散速度。在一般情況下，當金屬的表面與氧起始反應生產極薄的氧化膜時，界面反應起主導作用，即界面反應是氧化膜生成的控制因素。但隨著氧化膜的生長增后，擴散過程將逐漸起著越來越重要的作用，成為繼續氧化的控制因素。金屬表面形成的氧化膜一般是固態，但是根據氧化膜的性質不同，在較高溫度下，有些金屬的氧化物是液態，有的還是氣態的。在耐熱鋼中加入鉻、鋁、硅和稀土元素等，與氧形成一層完整致密具有保護性的氧化膜。在金屬表面施加涂層也是提高抗高溫氧化能力的重要方法。如在耐熱鋼表面滲鋁、滲硅或鉻鋁、鉻硅共滲都有顯著的抗氧化效果。
高溫硫化是一種比純氧化更嚴重的高溫腐蝕形態，因為硫化物膜比氧化膜的缺陷濃度大，更容易開裂和剝落，特別是硫化物的熔點低，蒸汽壓高，多數硫化物共晶點低。硫化時硫的存在形式對高溫硫化速度有影響。氣相的硫可能是以硫蒸汽、二氧化硫、三氧化硫、硫化氫和有機硫化物等形態存在。當硫和氧同時存在時，在金屬表面上常形成氧化物和硫化物的混合銹層產物，這種銹層比在H2S或有機硫以及硫蒸汽中產生的硫化物的保護性好。由于硫化與氧化相似，因此，氧化的基本理論和紡織氧化的基本措施都適用于硫化。在鋼中加入鉻、鋁、硅等合金元素都可以在一定程度上防止或減緩高溫硫化。
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