简介

合金钢 alloy steel 钢里除铁、碳外，加入其他的合金元素，就叫合金钢。 在普通碳素钢基础上添加

适量的一种或多种合金元素而构成的铁碳合金。根据添加元素的不同，并采取适当的加工工艺，可获得

高强度、高韧性、耐磨、耐腐蚀、耐低温、耐高温、无磁性等特殊性能。

产生发展

合金钢已有一百多年的历史了。工业上较多地使用合金钢材大约是在19世纪后半期。当时由于钢的生产

量和使用量不断增大，机械制造业需要解决钢的加工切削问题，1868年英国人马希特(R.F.Mushet)发明

了成分为2.5%Mn-7%W的自硬钢，将切削速度提高到5米/分。随着商业和运输的发展,1870年在美国用铬

钢(1.5～2.0%Cr)在密西西比河上建造了跨度为 158.5米的大桥；由于加工构件时发生困难,稍后,一些

工业国家改用镍钢(3.5%Ni)建造大跨度的桥梁。与此同时,一些国家还将镍钢用于修造军舰。随着工程

技术的发展，要求加快机械的转动速度，1901年在西欧出现了高碳铬滚动轴承钢。1910年又发展出了

18W-4Cr-1V型的高速工具钢，进一步把切削速度提高到30米/分。可见合金钢的问世和发展，是适应了

社会生产力发展的要求，特别是和机械制造、交通运输和军事工业的需要分不开的。

 合金钢20世纪20年代以后，由于电弧炉炼钢法被推广使用，为合金钢的大量生产创造了有利条件。化

学工业和动力工业的发展，又促进了合金钢品种的扩大，于是不锈钢和耐热钢在这段期间问世了。1920

年德国人毛雷尔 (E.Maurer) 发明了18-8型不锈耐酸钢，1929年在美国出现了Fe-Cr-Al电阻丝，到1939

年德国在动力工业开始使用奥氏体耐热钢。第二次世界大战以后至60年代，主要是发展高强度钢和超高

强度钢的时代，由于航空工业和火箭技术发展的需要，出现了许多高强度钢和超高强度钢新钢种，如沉

淀硬化型高强度不锈钢和各种低合金高强度钢等是其代表性的钢种。60年代以后，许多冶金新技术，特

别是炉外精炼技术被普遍采用，合金钢开始向高纯度、高精度和超低碳的方向发展，又出现了马氏体时

效钢、超纯铁素体不锈钢等新钢种。目前国际上使用的有上千个合金钢钢号，数万个规格，合金钢的产

量约占钢总产量的10%，是国民经济建设和国防建设大量使用的重要金属材料。

合金元素

合金钢的主要合金元素有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、钛、铌、锆、钴、铝、铜、硼、稀土等。其中

钒、钛、铌、锆等在钢中是强碳化物形成元素，只要有足够的碳，在适当条件下，就能形成各自的碳化

物，当缺碳或在高温条件下，则以原子状态进入固溶体中；锰、铬、钨、钼为碳化物形成元素，其中一

部分以原子状态进入固溶体中，另一部分形成置换式合金渗碳体；铝、铜、镍、钴、硅等是不形成碳化物元素，一般以原子状态存在于固溶体中。

种类划分

折叠一般分类

合金钢种类很多，通常按合金元素含量多少分为低合金钢（含量<5%），中合金钢（含量5%～10%），高

合金钢（含量>10%）；按质量分为优质合金钢、特质合金钢；按特性和用途又分为合金结构钢、不锈

钢、耐酸钢、耐磨钢、耐热钢、合金工具钢、滚动轴承钢、合金弹簧钢和特殊性能钢（如软磁钢、永磁

钢、无磁钢）等。

在钢中除含铁、碳和少量不可避免的硅、锰、磷、硫元素以外，还含有一定量的合金元素，钢中的合金

元素有硅、锰、钼、镍、硌、矾、钛、铌、硼、铅、稀土等其中的一种或几种，这种钢叫合金钢。各国

的合金钢系统，随各自的资源情况、生产和使用条件不同而不同，国外以往曾发展镍、硌钢系统，我国

则发现以硅、锰、钒、钛、铌、硼、铅、稀土为主的合金钢系统 合金钢在钢的总产量中约占百分之十

几，一般是在电炉中冶炼的按用途可以把合金钢分为8大类，它们是：合金结构钢、弹簧钢、轴承钢、

合金工具钢、高速工具钢、不锈钢、耐热不起皮钢，电工用硅钢。

调质钢 1．中碳型合金钢，合金元素含量较低；2．强度较高；3．用于高温螺栓、螺母材料等。

弹簧钢 1、含碳量比调质钢高；2经调质处理，强度较高 抗疲劳强度较高；3用于弹簧材料。

滚动轴承钢 1高碳型合金钢，合金含量较高；2具有高而均匀的硬度和耐磨性；3用于滚动轴承。

合金工具钢 量具钢 1高碳型合金钢，合金元素含量较低；2具有高的硬度和耐磨性，机加工性能好，稳

定性好；3用于量具材料。

特殊性能钢 不锈钢1低碳高合金钢；2抗腐蚀性好；3用于抗腐蚀、部分可做耐热材料。

耐热钢 1低碳高合金钢；2耐热性能好；3用于耐热材料、部分可做抗腐蚀材料。

低温钢1低碳合金钢，根据耐低温程度合金元素有高有低；2抗低温性好；3用于低温材料（专用钢为镍

钢）。

折叠倾向分类

合金钢根据各种元素在钢中形成碳化物的倾向，可分为三类：强碳化物形成元素，如钒、钛、铌、锆等。

这类元素只要有足够的碳，在适当的条件下，就形成各自的碳化物;仅在缺碳或高温的条件下,才以原子

状态进入固溶体中。

②碳化物形成元素，如锰、铬、钨、钼等。这类元素一部分以原子状态进入固溶体中，另一部分形成置

换式合金渗碳体,如(Fe，Mn)3C、(Fe，Cr)3C等,如果含量超过一定限度（除锰以外），又将形成各自的

碳化物,如(Fe，Cr)7C3、(Fe，W)6C等。

③ 不形成碳化物元素，如硅、铝、铜、镍、钴等。这类元素一般以原子状态存在于奥氏体、铁素体等

固溶体中。合金元素中一些比较活泼的元素，如铝、锰、硅、钛、锆等，极易和钢中的氧和氮化合，形

成稳定的氧化物和氮化物，一般以夹杂物的形态存在于钢中。锰、锆等元素也和硫形成硫化物夹杂。钢

中含有足够数量的镍、钛、铝、钼等元素时能形成不同类型的金属间化合物。有的合金元素如铜、铅

等，如果含量超过它在钢中的溶解度，则以较纯的金属相存在。

钢的性能取决于钢的相组成，相的成分和结构，各种相在钢中所占的体积组分和彼此相对的分布状态。

合金元素是通过影响上述因素而起作用的。对钢的相变点的影响 主要是改变钢中相变点的位置，大致

可以归纳为以下三个方面：

①改变相变点温度。一般来说，扩大γ相(奥氏体)区的元素，如锰、镍、碳、氮、铜、锌等,使A3点温度降低,A4点温度升高;相反,缩小γ相区的元素，如锆、硼、硅、磷、钛、钒、钼、钨、铌等,则使A3点

温度升高，A4点温度降低。惟有钴使A3和A4点温度均升高。铬的作用比较特殊,含铬量小于7%时使A3点

温度降低,大于7%时则使A3点温度提高。

②改变共析点S的位置。缩小γ相区的元素，均使共析点S温度升高；扩大γ相区的元素,则相反。此外几乎所有合金元素均降低共析点S的含碳量，使S点向左移。不过碳化物形成元素如钒、钛、铌等（也包

括钨、钼），在含量高至一定限度以后,则使S点向右移。

③改变γ相区的形状、大小和位置。这种影响较为复杂，一般在合金元素含量较高时，能使之发生显著

改变。例如镍或锰含量高时，可使γ相区扩展至室温以下，使钢成为单相的奥氏体组织；而硅或铬含量高时，则可使γ相区缩得很小甚至完全消失，使钢在任何温度下都是铁素体组织。

主要区别

合金钢焊条合金钢与碳钢相比含有较多其他元素

合金钢是指钢中除含硅和锰作为合金元素或脱氧元素外，还含有其他合金元素（如铬、镍 、钼、钒、钛、铜、钨、铝、钴、铌、锆和其他元素等），有的还含有某些非金属元素（如硼、氮等）的钢。根据

钢中合金元素含量的多少，又可分为低合金钢，中合金钢和高合金钢。

而碳钢主要指力学性能取决于钢中的碳含量，而一般不添加大量的合金元素的钢，有时也称为普碳钢或

碳素钢。

碳钢也叫碳素钢，含碳量WC小于2%的铁碳合金。碳钢除含碳外一般还含有少量的硅、锰、硫、磷 按用

途可以把碳钢分为碳素结构钢、碳素工具钢和易切削结构钢三类。碳素结构钢又分为建筑结构钢和机器

制造结构钢两种 按含碳量可以把碳钢分为低碳钢（WC ≤ 0.25%）,中碳钢（WC0.25%——0.6%）和高碳

钢（WC>0。6%） 按磷、硫含量可以把碳素钢分为普通碳素钢（含磷、硫较高）、优质碳素钢（含磷、硫较低）和高级优质钢（含磷、硫更低） 一般碳钢中含碳量较高则硬度越高，强度也越高，但塑性较

低。