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合金調質鋼常規熱處理后的組織是回火索氏體。對于表面要求耐磨的零件（如齒輪、主軸），再進行感應加熱表面淬火及低溫回火，表面組織為回火馬氏體。表面硬度可達55HRC～58HRC。合金調質鋼淬透調質后的屈服強度約為800MPa，沖擊韌性在800kJ/m2心部硬度可達22HRC～25HRC。若截面尺寸大而未淬透時，性能顯著降低。碳鋼與合金鋼板的區別碳鋼的在性能上主要有以下幾方面的不足：淬透性低一般情況下，碳鋼水淬的淬透直徑只有10mm-20mm。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。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。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。
合金元素對回火轉變的影響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。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。
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此外，加入少量銅（≤0.4%）和磷（0.1%左右）等，可提高抗腐蝕性能。加入少量稀土元素，可以脫硫、去氣，使鋼材凈化，改善韌性和工藝性能。常用低合金結構鋼16Mn是我國低合金高強鋼中用量多、產量的鋼種。使用狀態的組織為細晶粒的鐵素體—珠光體，強度比普通碳素結構鋼Q235高約20%～30%，耐大氣腐蝕性能高20%～38%。15MnVN中等級別強度鋼中使用多的鋼種。強度較高，且韌性、焊接性及低溫韌性也較好，被廣泛用于制造橋梁、鍋爐、船舶等大型結構。
強度級別超過500MPa后，鐵素體和珠光體組織難以滿足要求，于是發展了低碳貝氏體鋼。加入Cr、Mo、Mn、B等元素，有利于空冷條件下得到貝氏體組織，使強度更高，塑性、焊接性能也較好，多用于高壓鍋爐、高壓容器等。
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