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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。
抗高溫碳化：高溫碳化是材料暴露于高溫下含碳的氣體或液態環境中由于氣體與材料表面發生高溫反應，吸附在其表面上那一部分碳原子產生的表面增碳現象。金屬表面吸收大量的談，碳連續不斷地滲入金屬內部，當超過了碳在金屬中的溶解度，高溫下降形成許多不穩定的碳化物、析出石墨等，這就大大地降低了材料的耐腐蝕性能和綜合力學性能。特別是不銹鋼和耐熱鋼，由于碳化，在鋼中出現大量的碳化鉻，從而造成鋼的貧鉻，使耐腐蝕性能及抗高溫氧化性能顯著降低。碳化是一種危害很大的高溫腐蝕形態，但它不像高溫氧化和硫化那樣普遍。使用高合金的耐熱鋼是解決高溫碳化的重要途徑。在工程中常用25Cr-20Ni鋼和25Cr-35Ni鋼來制造高溫裂解爐的爐管，效果很好。硅是提高鋼抗高溫碳化的有利元素之一，但它在鋼中的含量不宜超過2%。碳化物穩定元素鈮、鈦、鎢等對提高抗高溫碳化性能是有利的。改變氣氛的成分能改變碳化條件，改善高溫碳化的環境1Cr6Si2Mo鋼●用途： 用于工作溫度小于600℃的鍋爐吊掛、省煤器管夾、定位板，工作溫度小于650℃以下的燃氣輪機氣缸襯套，還廣泛用于石油工業等。●工藝性能：1.冶煉：電爐冶煉。2.熱加工：始鍛溫度1160℃，終鍛溫度850℃，鍛軋后砂冷或堆冷。該鋼有空淬現象，熱加工后快冷后發生裂紋，應緩冷。另外，該鋼有脫碳傾向，加熱時溫度階段應保證斷面溫度均勻，如保持時間長，應保持還原氣氛。3.冷加工：薄板（＜3mm）可在室溫下彎曲、卷邊，如需要進行較復雜的成型，則可預熱到200℃，以提高塑性。如果變形量打，也可分幾次變形，中間經過應力退火。 4.切削性能：切削性能尚可，由于含鉻量較高，故較粘、較韌。
40Cr是軸類零件的常用材料，它價格便宜經過調質(或正火)后，可得到較好的切削性能，而且能獲得較高的強度和韌性等綜合機械性能，淬火后表面硬度可達45~52HRC。40Cr等合金結構鋼適用于中等精度而轉速較高的軸類零件，這類鋼經調質和淬火后，具有較好的綜合機械性能。軸承鋼GCr15和彈簧鋼65Mn，經調質和表面高頻淬火后，表面硬度可達50~58HRC，并具有較高的耐疲勞性能和較好的耐磨性能，可制造較高精度的軸。
40Cr廣泛用于機械制造，這種鋼的機械性能很好。但是這是一種中碳鋼，淬火性能并不好，40Cr可以淬硬至HRC42~46。所以如果需要表面硬度，又希望發揮40Cr優越的機械性能，常將40Cr表面滲碳淬火，這樣就能得到需要的表面硬度。40Cr屬于可氮化鋼，其所含元素有利于氮化。40Cr經氮化處理后可獲得較高的表面硬度，40Cr調質后氮化處理硬度能達到HRA72~78，心部硬度達到HRC43~55。氮化工件工藝路線:鍛造-退火-粗加工-調質-精加工-除應力-粗磨-氮化-精磨或研磨。由于氮化層薄，并且較脆，因此要求有較高強度的心部組織，所以要先進行調質熱處理，獲得回火索氏體，提高心部機械性能和氮化層質量。
15CrMo合金板系珠光體組織耐熱鋼，在高溫下具有較高的熱強性（δb≥440MPa）和抗氧化性，并具有一定的抗氫腐蝕能力。由于鋼中含有較高含量的Cr、C和其它合金元素，鋼材的淬硬傾向較明顯，焊接性差。因此預熱溫度選為150℃。采用氧-乙炔焰對試件進行加溫，先用測溫筆粗略判斷試件表面的的溫度（以筆跡顏色變化快慢進行估計），后用半導體點溫計測定，測量點至少應選擇三點，以保證試件整體均達到所要求的預熱溫度。焊接時，層采用手工鎢極氬弧焊打底，為避免仰焊處焊縫背面產生凹陷，送絲時采用內填絲法，即焊絲通過對口間隙從管內送入。其余各層采用焊條電弧焊，共焊6層，每個焊層一條焊道。15CrMo鋼厚壁高壓管的焊接采用兩種焊接方案均為可行。為了保證焊縫性能同母材匹配且具有較高的熱強性，采用方案Ⅰ效果更佳，關鍵是要嚴格控制焊后熱處理工藝。
厚鋼板的鋼種大體上和薄鋼板相同。在品各方面，除了橋梁鋼板、鍋爐鋼板、汽車制造鋼板、壓力容器鋼板和多層高壓容器鋼板等品種純屬厚板外，有些品種的鋼板如汽車大梁鋼板（厚2.5~10毫米）、花紋鋼板（厚2.5~8毫米）、不銹鋼板、耐熱鋼板等品種是同薄板交叉的。Q345B鋼板是我國低合金鋼中用量廣泛多、產量大的鋼種。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。Q345B鋼板要特性:綜合性能好，低溫性能好，冷沖壓性能，焊接性能和可切削性能好。Q345B鋼板鋼板屬低合金鋼板系列，在此系列中，為普通材質，或者牌號的鋼板。
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