淬透性带宽控制和合金优化设计

端淬试验测定的端淬曲线，就是在一个试样两个测试平面上各测定值分别取均值后绘得的一条淬透性曲线。一个钢种多次测定的多个试样的淬透性曲线集中画在HRc～J距离关系一个图上，则成为具有相当宽度的淬透性带。由于钢种不同，炉次不同，钢的成分偏析、晶粒大小、取样方法、测试方法以及化学成分分析方法等方面的不同，淬透性带宽各异。甚至在一个淬透性试样上，尤其是在大型材上直接切取的试样，如果多磨制几个测试平面，将每个测试平面的淬透性曲线画在一起，也会造成一个具有一定宽度的淬透性带。

1983年前苏联人施特莱米利(IIITPEMEJIB，M.A.)曾研究过这一问题。为控制H钢的生产和应用中的实际需要，需给“带宽”以具体涵义，如通常选择某一给定J距离(如J=9mm)处的带宽(HRc的上、下限差值)作为淬透性的判据。有时也以两个(如J₉,J₁₅)或多个(如J₃ ,J₉,J₁₅,J₅₀)J距离处的带宽，甚至全线带宽作为判据。因钢种的不同，上述各带宽的具体数值也不同。通过炉外精炼时的快速化学分析和借助电子计算机作淬透性计算预报(在线联机)进行钢液成分微调，以及将模铸改为连铸等措施，可使淬透性带宽控制在要求的范围之内。如低碳齿轮钢J₉带宽为6～8HRC或4～6HRC不等。只有淬透性带宽控制的相对较窄，机械制造业零部件的生产工艺才能相对稳定，产品质量才能提高。随着生产的发展，既要求控制淬透性又要求钢的成本最低的合金优化设计也随之出现。1972年，美国人布林建立起一种合金优化设计的计算机系统，称为计算机协调的按需裁剪(computer Harmonized Application Tailorming，简称cHAT)。其中AT系统将淬透性要求用D_ib(心体淬透性)和Dic(渗层淬透性)等定量化，使之满足工程设计要求。CH系统与AT联用，进行成本最低的成分优化。这类方法要求建立起一组能够将问题精确地模型化的数学方程，包括目标函数和相应的约束条件，然后用数学规划论的线性规划或非线性规划方法，借助电子计算机求最优解例如既满。足淬透性最大同时成本最低的成分优化和既满足淬透性带宽最窄(波动最小)同时成本又最低的优化等。将这些计算机软件用于炉外精炼时的成分微调，就可生。产出价格便宜质量又高的H钢。

加入合金元素是合金钢和低合金钢得到非合金钢所不具备的、优良的或特殊性能的措施。根据加入合金元素的量，合金化程度可分为三级，低于5％的是低合金钢，5％～10％的是中合金钢，高于10％的是高合金钢。各种元素在钢中的合金化是通过两种机制在起作用：一是改变钢的物理和化学性能；二是通过热处理改。变钢的组织和结构，从而改变钢的性能。后者在钢的合。金化作用中更为重要。而合金元素与铁、碳和其他合金元素之间的相互作用，是合金钢内部组织和结构变化的基础，这些元素之间在原子结构、原子尺寸和各元素晶体点阵之间的差异，则是产生这种变化的根源。

各国对钢中合金元素的限量范围不尽相同。钢中加入不同种类和数量的合金元素，经过适当的工艺措施，可以得到不同的使用性能和工艺性能。如合金钢可具有较好的强度和韧性的配合；在低温下有较高的韧性；在高温下有较高的硬度、强度，持久强度和抗氧化性；具有良好的耐蚀性、耐磨性、工艺性能。

简史

人类应用合金钢的历史，是从原始人类采用含镍铁陨石制造器具时开始的。不过钢的合金化及其应用是19世纪后半期开始的，在20世纪20年代以后才有较快的发展。1868年，英国人马希特(R.F.Mushet)发明了锰钨系自硬钢(碳2％-钨7％-锰2.5％)用于切削工具。1870年，美国用低铬钢在密西西比河上建造了跨度为1585m的大桥。1883～1889年相继出现了高锰耐磨钢和锰钢。1889年一些国家用镍钢(3.5％镍)建造大跨度桥梁和军舰。1901年，在欧洲应用了高碳铬轴承钢。1910年出现了高速钢(w18Cr4V)。1912～1913年英国布里尔利(H.Brearley)发明了Cr13型马氏体不锈钢。1912～1914年德国人毛雷尔(E.Mauel-er)发明了镍铬奥氏体不锈钢。

20世纪20年代新的炼钢方法——电弧炉炼钢法广泛应用，为合金钢大量生产创造了工业条件。同时。随着对钢中相变的研究，逐渐较系统地研究了合金元素对钢中转变的影响，1939年贝茵(E.C.Bain)的著作《合金元素在钢中的作用》一书出版，标志着钢的合金化系统研究阶段的开始。第二次世界大战后，随着航空、航天技术的发展，研制和开发出高强度和超高强度结构钢、耐热钢和耐热合金等系列牌号。与此同时，钢的合金化原理更趋系统化。关于钢中合金相、合金元素对钢中相转变的影响，防耐蚀技术，钢的强化与脆化的理论都有系统的著作出版。

合金钢和低合金钢钢种已达到门类齐全。国际上使用着上千种合金钢牌号、其产量约为钢总产量的10％，成为重要的金属材料。

钢中的合金相

主要有铁基固溶体、碳化物、氮化物和金属问化合物等。