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序號
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元素
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在鋼中的形成物
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對可鍛性的影響
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1
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C
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與Fe形成滲碳體Fe3C，與其它合金元素形成合金滲碳體(FeM)3C或合金碳化物。
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所有碳化物都有硬度高、塑性低、熔點(diǎn)高的特點(diǎn)，但滲碳體型碳化物在加熱到鍛造溫度時(shí)經(jīng)適當(dāng)保溫可大部分或全部溶入固溶體中，而合金碳化物較難溶入固溶體中，對鋼的可鍛性影響最大。一般高合金工具鋼含碳高，故具有變形抗力大，塑性差，碳化物不易被粉碎等特點(diǎn)。
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2
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Mn
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在鋼中形成MnS以代替FeS。因MnS熔點(diǎn)高（1620℃），且呈斷續(xù)分布，不像FeS熔點(diǎn)988℃，呈網(wǎng)狀分布在晶界，所以可減少熱脆。
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錳對鋼的過熱性（粗晶）很敏感，鋼錠加熱溫度過高，易生粗晶，使鍛造困難。錳對珠光體鋼的可鍛性影響較小，奧氏體錳鋼臨界點(diǎn)將降低。
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3
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Ni
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煉鋼時(shí)有Ni極易吸收氫形成大量氣泡，鍛造時(shí)引起開裂。Ni與Mn的作用相反，它促使硫化物成網(wǎng)狀分布于晶界，使鍛造時(shí)開裂，所以不宜在含硫的爐氣中加熱。
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珠光體Ni鋼在鍛造時(shí)易形成片狀破裂和帶狀組織。為了消除這種組織可采用鐓粗和拔長交錯(cuò)進(jìn)行，或在1000～1100℃下長時(shí)期擴(kuò)散退火。
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4
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Cr
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鉻在鋼中形成較穩(wěn)定的碳化物，提高碳化物在鋼中的溶解溫度，減慢溶解速度。
鉻能促進(jìn)使鑄錠生成大晶粒，冷卻時(shí)沿晶界形成內(nèi)裂。
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高鉻鋼在空氣中冷卻即能淬火，常在表面生裂，所以不易鍛造。
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5
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V
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與碳形成穩(wěn)定碳化物
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V能使鋼生成細(xì)晶組織，阻止過熱，適當(dāng)加入對鍛性有利。
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6
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Mo
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鉬的熔點(diǎn)高，能降低鋼的過熱傾向它和Ni一樣，使硫化物以網(wǎng)狀分布在晶界。
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含有0.7%C，2～5%Mo的鉬鋼，鍛造時(shí)無特殊困難。這些鋼在空冷時(shí)間淬火，要防止冷裂。Mo提高鋼的熱強(qiáng)性，提高變形抗力。
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7
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W
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與碳形成穩(wěn)定的碳化物
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提高鋼的熱強(qiáng)性，增大變形抗力
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8
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Cu
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銅在鋼中可溶于鐵素體中，也可沿晶界析出游離銅
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銅中含0.15%Cu時(shí)，加熱不當(dāng)，表面易生裂紋，高溫軋制時(shí)易產(chǎn)生熱脆
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9
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B
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硼能細(xì)化晶粒，能溶解在γ和α固溶體中，與Fe化合成Fe2B
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鋼中含B＞0.007%時(shí)，鍛造易裂
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10
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S
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在鋼中形成硫化物或共晶體，如FeS、Fe的熔點(diǎn)為985℃，且成網(wǎng)狀布于晶界
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顯著降低可鍛性（紅脆）
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11
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P
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促成偏析，使晶粒粗大，容易引起鍛件表面龜裂
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降低可鍛性
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1、Al
（1）Al當(dāng)鋼中其含量小于3～5%時(shí)，是一有益的元素。其作用是：高的抗氧化性和電阻。
①作為強(qiáng)烈脫氧劑加進(jìn)的Al，可生成高度細(xì)碎的、超顯微的氧化物，分散于鋼體積中。因而可阻止鋼加熱時(shí)的晶粒長大（含Al＜10%，在加熱＜1200℃才有細(xì)化作用，否則其作用甚?。┖透纳其摰拇阃感?。所以這些氧化物成為結(jié)晶的中心，而在鋼冷卻時(shí)又對A體分解起促進(jìn)作用。
作為合金元素，有助于鋼的氮化，因而可提高鋼的熱穩(wěn)定性。所以AlN本身在加熱時(shí)具有高穩(wěn)定性，①與②都有利于減弱鋼的過熱傾向。
③可改善鋼的抗氧化性，考慮②和③，
④能提高鋼的電阻，與Cr共同用于制造高電阻鉻鋁合金：如Cr13Al4、1Cr17Al5、1Cr25Al5。Al使電阻增高的程度比Cr還高的多。在Cr鋼中加Al，會(huì)粗晶易脆，所以其量一般不超過5%，個(gè)別才有8～9%。
⑤對硅鋼而言，Al可減少α鐵心損失，降低磁感強(qiáng)度，與氧結(jié)合可減弱磁時(shí)效現(xiàn)象，但Al的氧化物會(huì)使磁性變壞。Al（＞0.5%）也會(huì)使硅鋼變脆。
（2）Al的不良影響
①促進(jìn)鋼的石墨化，減少合金相中的碳溶濃度，所以硬度、強(qiáng)度降低。
②加速脫碳
當(dāng)Al含量增加至3～5%時(shí)，8～9%將會(huì)大大地促進(jìn)鋼錠的柱狀結(jié)晶過程。因此而大大增加鋼的機(jī)械熱加工的困難，也使鋼極易脫碳。（其熱加工之所以困難是因?yàn)樵摵辖痄撳V具有粗晶結(jié)構(gòu)，且其晶體的解理極弱，所以導(dǎo)熱性低，加熱時(shí)容易出現(xiàn)大的溫度差而鍛裂，甚至鋼錠的去皮加工都會(huì)使其晶界氧化而破壞。此外，它在800℃以上的高溫長時(shí)間停置也極易變脆。
一般合金鋼中含Al量：
合金結(jié)構(gòu)鋼： Al=0.4～1.1% (38CrAlA、38CrMoAlA、38CrWVAlA等)
耐熱不起皮鋼：Al=1.1～4.5%(Cr13SiAl、Cr24Al2Si、Cr17Al4Si等)
電熱合金：Al=3.5～6.5% (Cr13Al4、1Cr17Al5、Cr8Al5、0Cr17Al5等)
甚至Al=8% Cr7Al7：考慮電熱合金受荷不大，雖有脆性，仍可使用。
2、Si
（1）一般合金鋼中的Si含量不會(huì)高于3.5%，更多時(shí)（4.8～6.5%）將使鋼具有很高的脆性。
Si的有益作用：高的熱強(qiáng)性和彈性極限，高的導(dǎo)磁率，渦流損失少。
①象Al、Cr一樣，其氧化物均是尖晶石類型的組織。其晶格常數(shù)與α-Fe、γ-Fe區(qū)別小。因?yàn)槠溲趸锱c金屬分界處的晶胞之間就緊密而強(qiáng)固地結(jié)合在一起，氧化皮緊密地被貼在金屬上，甚至在高溫下也不剝落。所以它具有很強(qiáng)的抗氧化性和耐熱性能，而被加入耐熱鋼。
②有利于提高鋼的彈性極限，在中碳鋼中加入1～2%的Si，調(diào)質(zhì)中σb將增15～20%，而Aku也提高了，還提高了σs和δ。
③利于促進(jìn)鋼中石墨化而用于煉制石墨鋼。此鋼可制軸承，甚至作為工具鋼代替，制沖頭，拉模、彎曲模等。
④脫氧能力較強(qiáng)，是煉鋼常用的脫氧劑，故一般鋼中均含Si，其量≤0.5%。
⑤硅可減小晶體的各向異性，使磁化容易，使磁阻減小，它還可減輕鋼中其他雜質(zhì)對磁場磁感的危害（使%C石墨化，脫氧，與N形成氫化硅等）。所以可大大減少渦流損失。由于硅的脆性，目前高硅鋼片硅含量規(guī)定為低于4.5%，最多只為4.8%，正在研究提高至6.5%。
⑥硅可顯著地減慢回火馬氏體在低溫（200℃）時(shí)的分解速度。（在較高溫度即400～500℃則作用并不顯著）Si是鐵素體形成元素，多加Si會(huì)使A-α轉(zhuǎn)化。
（2）Si的不良影響
①促使石墨化，促進(jìn)脫碳（它是阻止碳化物形成的一種元素），含Si鋼一般不作滲碳。
②促進(jìn)回火脆性的發(fā)展，使塑性降低。
Si對沖擊韌性和韌性的溫度儲(chǔ)量的影響不是等值的。當(dāng)Si=1～1.5%時(shí)作用尚良好。Si=2.5～3%時(shí)則影響不良，含Si=2～2.5%，則難以鍛造。
當(dāng)Si≤2.3%時(shí),矽鉻鋼對回火脆性的敏感性還很低,但對當(dāng)Si=2.5～3.5%時(shí)，對回火脆性和敏感性就高。用這種鋼必須采取韌性處理（回火后在水中浸漬，鍛時(shí)用少韌處理），而當(dāng)Si＞3.5％時(shí)，甚至持用韌性處理也已不能消除矽鉻鋼的脆性。（不過，Mo的加入可使其脆性稍許改善），SI=4%時(shí)，室溫下即可能脆裂。
③對碳素工具鋼，Si含量上升時(shí)，將降低其淬透性等級。一般結(jié)構(gòu)鋼中均不宜加Si，對于高速鋼，不大于0.4%。
④由于硅的存在，使鋼中增碳困難，并使?jié)B碳速度降低，所以此類鋼多不作滲碳處理。
⑤硅錳結(jié)合，Mn可下降，因?yàn)?span>Si 引起的脫碳，Si有微弱的抑制晶粒長大的作用，可稍下降，Mn引起的調(diào)質(zhì)粗晶，有相互改善作用，但易生白點(diǎn)，應(yīng)注意冶煉時(shí)原材料的干燥烘烤。
⑥硅在鋼中還常以Fe、Mn的硅酸鹽類夾雜物而存在，均會(huì)降低鋼的各種性能，塑性比硫化物低。這類夾雜物透光度很高，而反光度則低，故顯微鏡下常呈灰黑色。
（3）一般合金鋼中Si含量：
一般碳鋼：Si＜0.5%
合金結(jié)構(gòu)鋼：Si =0.9～1.6% (27SiMn、40CrSi、20CrMnSi、35CrMnSiA等)
彈簧鋼：Si =1.5～2% (55Si2Mn、60Cr2Mn等)
軸承鋼：Si =0.4～0.7% (GCr9SiMn、GCr15SiMn、GCr6SiMn等)
工具鋼：Si =0.65～1.8% (SiMn、9SiCr、5SiMnMoV、6SiMoV等)
耐熱鋼：Si =1～4.3% (Cr17Al4Si、Cr20Si3、4Cr9Si2、4Cr3Si4等)
電機(jī)硅鋼片： Si =0.8～1.8% 、1.8～2.8%、2.8～3.8%、3.8～4.8%為低、中、較高、高級硅鋼片
3、Mn
（1）錳的有益作用是:(高的強(qiáng)度和耐磨性),淬透、滲碳、冷工硬化。
14%（高耐磨鋼），17～19%（護(hù)環(huán)鋼）
① 作為煉鋼的脫氧劑用，因?yàn)橐话沅撝芯?span>Mn ，其量≤0.7%。
② Mn和S作用抵消S對鐵的紅脆影響。
③ Mn對各類鋼的作用是：
珠光體Mn鋼：可提高其強(qiáng)度和耐磨性，塑性亦不錯(cuò)。所以它能細(xì)化珠光體組織。（對含碳量較高的鋼，Mn↑，塑性稍有降低。對低碳鋼則含Mn↑，而韌性↑。
奧氏體Mn鋼：有足夠高的塑性和很高的耐磨性。所以Mn能增加奧氏體的穩(wěn)定性，擴(kuò)大γ相區(qū)得奧氏體。降低淬火時(shí)的臨界冷卻速度。降低鋼的臨界點(diǎn)（A1和A3）同碳量碳素鋼低25～30℃，所以可提高鋼的淬透性，淬火時(shí)的變形也比較小，因此適于制大截面和復(fù)雜的零件。Mn=5%時(shí)，Mn降至0℃。
馬氏體Mn鋼：易使之發(fā)脆、淬裂。Mn易溶于鐵素體內(nèi)，形成弱碳化物其穩(wěn)定性不強(qiáng)。所以加熱過程中極易完全溶入奧氏休中，加之其臨界點(diǎn)又低，所以晶粒極易粗化、極易淬裂，為此應(yīng)嚴(yán)格控制淬火加熱溫度和保溫時(shí)間，一般均以油淬或流動(dòng)空氣中冷卻為宜，只有形狀簡單件才好用水淬。
調(diào)質(zhì)鋼：將降低其塑性（回火脆性影響）。
滲碳鋼：Mn的存在能促進(jìn)滲碳作用，所以能大大提高鋼的表面硬度與耐磨性，尤其可貴的是在滲碳時(shí)表面軟點(diǎn)較少，也不改變過分增碳的傾向。（滲碳后的錳鋼，在最后淬火前，應(yīng)進(jìn)行一次正火或退火處理，以消除因長時(shí)間滲碳造成的心部過熱）。
結(jié)構(gòu)鋼：將促使其回火脆性增強(qiáng)。
工具鋼：加入約1%Mn，可減少淬火時(shí)的體積變形，這對于精密工具和長形工具來說有重要的意義。（如CrMn、CrWMn鋼等）。
④ Mn可改善鋼的焊接性和低溫性能，還可減慢鋼的脫碳作用。
⑤ Mn量中還可適當(dāng)改善鋼的切削性能。
⑥ 對某些鋼，Mn的作用可代Ni，能擴(kuò)大γ相區(qū)得奧氏體，如模具鋼（增強(qiáng)淬透性）、奧氏體鋼等。
⑦ 高錳鋼對冷工硬化敏感，可提高鋼的強(qiáng)度和耐磨性。（Mn=10～14%，而C=1～1.4%）
⑧ 鉻錳奧氏體鋼的熱強(qiáng)性很好，甚至可超過Cr、Ni鋼，加4%Cr、Ni紅熱耐磨性更好。Mn價(jià)廉。
（2）錳的不良影響是：
① 增加鋼的過熱敏感性（粗晶）：這是由于含Mn滲碳體的穩(wěn)定性不強(qiáng)，在加熱過程中很容易完全溶于奧氏體中。加之，Mn鋼的臨界點(diǎn)亦較低，所以就易粗晶了。為此鍛造和熱處理加熱都要嚴(yán)格控制加熱溫度和保溫時(shí)間。所有合金元素中，Mn是不能減低奧氏體晶粒長大傾向的元素，相反引起粗晶。
② 增強(qiáng)鋼對白點(diǎn)的敏感性，故要緩冷。（含C＞0.3%時(shí)影響即較大）
③增強(qiáng)回火脆性，且易形成帶狀和纖維組織。故縱、橫向性能差較大（Mn＞2.4% 延伸率↓↓）
④ 高錳鋼熔點(diǎn)低（Mn13～14%，T熔1350～1400℃）平均線膨脹系數(shù)大（相當(dāng)于鋼類矽鋼的1.9倍），導(dǎo)熱系數(shù)?。s為同類矽鋼的1/3～1/4），熱加工稍難。
⑤ 高錳鋼在冷速不夠時(shí)，易生成塊狀碳化物沿晶界析出，使鋼變脆，采用水淬速冷時(shí)，可使碳化物來不及析出，得到均勻奧氏體組織，性能改善。但因?yàn)楹?span>Mn量高，導(dǎo)熱性差，速冷則溫差應(yīng)力大而易淬裂，所以淬火次數(shù)不宜多。
（3）含Mn鋼的分類
① 碳鋼：a、正常含Mn量碳鋼
Mn=0.25～0.8%
b、較高含Mn量碳鋼
Mn=0.7～1.0% 及0.9～1.2%
② 錳鋼： Mn=1.1～1.8% 少數(shù)
～2.4%
③ 高錳鋼： Mn=13～14% （C=1.0～1.3%）
注：Mn＜1.2%為煉鋼脫氧及稍許改變鋼性能，作一般矽鋼。Mn=1.1～1.8%或2.4%為具高塑性、耐磨性，強(qiáng)度而被采用。Mn=2.4～13%為粗晶極脆而不可用。Mn=13～14%為冷工硬化而成為高耐磨鋼。
4、Ni
（1）鎳的有益作用是：高的強(qiáng)度、高的韌性和良好的淬透性、高電阻、高的耐腐蝕性。
① 一方面既強(qiáng)烈提高鋼的強(qiáng)度，另方面又始終使鐵的韌性保持極高的水平。其變脆溫度則極低。（當(dāng)鎳＜0.3%時(shí)，其變脆溫度即達(dá)-100℃以下，當(dāng)Ni量增高時(shí)，約4～5%，其變脆溫度競可降至-180℃。所以能同時(shí)提高淬火結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度和塑性。含Ni=3.5%，無Cr鋼可空淬，含Ni=8%的Cr鋼在很小冷速下也可轉(zhuǎn)變?yōu)?span>M體。
② Ni的晶格常數(shù)與γ-鐵相近，所以可成連續(xù)固溶體。這就有利于提高鋼的淬硬性，Ni可降低臨界點(diǎn)并增加奧氏體的穩(wěn)定性，所以其淬火溫度可降低，淬透性好。一般大斷面的厚重伯都用加Ni鋼。當(dāng)它同Cr、W或Cr、Mo結(jié)合的時(shí)候，淬透性尤可增高。鎳鉬鋼還具有很高的疲勞極限。（Ni鋼有良好的耐熱疲勞性，工作在冷熱反復(fù)。σ、αk高）
③ 在不銹鋼中用Ni，是為了使鋼具有均勻的A體組織，以改善耐蝕性。
④ 有Ni鋼一般不易過熱，所以它可阻止高溫時(shí)晶粒的增長，仍可保持細(xì)晶粒組織。
⑤ 含Ni量相當(dāng)高的鋼，其熱膨脹系數(shù)很小而用作不變鋼（Ni36%）和代用白金（Ni42%）。
⑥ 含Ni更高時(shí)，與Cr結(jié)合作高電阻合金（Cr15Ni60、Cr20Ni80）。
⑦ Ni和V一樣，對脫碳過程沒有影響。
Ni本身不是有效的抗氧化學(xué)元素，所以很少單獨(dú)用作不銹鋼的合金元素，但對濃苛性堿有好的作用。
⑨ Ni可提高A體鋼的蠕變抗力，但還一定值作用則減弱，須加入別的合金元素，通過固溶強(qiáng)化或沉淀硬化的途徑來解決。
⑩ Cr、Ni鋼的焊接性能和低溫性能也不錯(cuò)。
（2）Ni的不良作用：
① Ni不能提高鐵素體的蠕變抗力，相反會(huì)使珠光體M體鋼熱脆性增大。所以珠光體、馬氏體鋼不加鎳。
② 含硫氣氛中的Ni鋼耐蝕性也不及無Ni鋼，因硫化鎳會(huì)引起鋼的赤熱脆性。
③ 鉻鎳鋼容易感受回火脆性和易形成白點(diǎn)（前者可在回火后采用速冷防止，后者應(yīng)采用正確的熔煉規(guī)范和鍛造、冷卻規(guī)范防止。）
④ 對高速鋼，因?yàn)樗档土怂挠捕榷灰暈橛泻﹄s質(zhì)，當(dāng)Ni≈2%時(shí)或更高時(shí)，由于其抗600～660℃回火穩(wěn)定性降低而熱硬性變壞（使A體穩(wěn)定不分解），所以硬度降低。
⑤ 同樣，因?yàn)?span>Ni降低鋼之淬火層的硬度，在軸承鋼中也不希望有它，Ni不大于0.30%，且Ni+Cu不大于0.50%（Cu不大于0.25%）。
⑥ Ni雖可提高電阻，促使矽石墨化，但會(huì)降低磁感和最大磁導(dǎo)率。所以硅鋼片也不希望有Ni。
⑦ Ni在我國早，價(jià)錢高。
⑧ Ni鋼氧化容易起鱗，所鎳鋼的氧化鐵皮粘在鋼表面上不易脫落。
（3）一般合金鋼中的Ni含量：
滲碳鋼：含C=0.15～0.25% Ni=1～4.5%
調(diào)質(zhì)鋼：含C=0.35～0.55% Ni=1～1.75%
不銹鋼：含Ni≤2% M體不銹鋼，含Ni=8～18% A體不銹鋼。含Ni=2～8%M-P體類不銹鋼。
耐熱不起皮鋼：含Ni達(dá)9～36%，屬A 體鋼。
磁鋼：含Ni＜25%的（Ni25、Ni9Mn9等）為弱磁性鋼，用930～1000℃淬火能很好不被磁化，可用于制機(jī)器，儀表等不應(yīng)被磁化零件（電機(jī)環(huán)、指南針盒、電阻等）。
含Ni=25～30%的是陳化磁性鋼，它具有非常高的磁性，當(dāng)殘余磁感應(yīng)為5000～7500高斯時(shí)，矯頑磁力可達(dá)500～700奧斯特甚至1000，但它具有高的脆性（和硬度），所以多做鑄造磁鐵。
含Ni=35～37%的是恒范合金（不變合金） Ni=42～44%的是類鉑合金。
含Ni=50～80%的是高導(dǎo)磁率的合金，（但要很純，才能發(fā)揮作用）
5、Cr
（1）鉻的有益作用：具有許多有價(jià)值的性能：高硬度、高強(qiáng)度、屈服點(diǎn)、高的耐磨性而對塑性、韌性影響又不大，高的抗氧化性，耐蝕性，還能提高電阻和導(dǎo)磁率等等。
1）Cr是中等碳化物形成元素，在所有各種碳化物中，鉻碳化物是最細(xì)小的一種，它可均勻地分布在鋼體積中，所以具有高的強(qiáng)度、硬度、屈服點(diǎn)和高的耐磨性。由于它能使組織細(xì)化而又均分布，所以塑性、韌性也好，這對工具鋼尤有價(jià)值。
2）Cr的碳化物也較難溶解，在短時(shí)間加熱下有阻礙晶粒長大作用，長時(shí)間滲碳還會(huì)粗晶。所以可減小過熱敏感效應(yīng)。
3）Cr可使A 體分解速度減緩，降低淬火時(shí)的臨界冷卻速度，因而有助于M體形成和提高M體的穩(wěn)定性，所以Cr鋼均有優(yōu)良的淬透性，且淬火變形較小。注意：Cr是鐵素體形成元素，縮小γ區(qū)，所以在沒A體化元素存在時(shí)，高Cr鋼將呈鐵素體組織。
4）Cr與W或Mo結(jié)合，能使淬火鋼中殘余奧氏體增加，而有助于獲得需要粉碎程度的碳化物相。
5）Cr能大大提高結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度和塑性，這種影響在Cr與Ni結(jié)合的鋼中尤其顯著。如12CrNi3N等。
6）Cr≥12%時(shí)，有好的耐蝕性，再加8～9%的Ni，耐蝕性更會(huì)大大提高。Cr提高耐蝕能力的作用隨含碳量增加而會(huì)有所降低，因?yàn)?span>Cr與C結(jié)合后不起作用。
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