Transcript 第七章合金鋼及特殊鋼
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第七章 合金鋼與特殊鋼
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7－
１構造用合金鋼
２工具鋼
３耐蝕鋼
４其他特殊鋼
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前言
• 合金鋼的分類：
就用途來區分可分為構造用合金鋼
(Constructional Alloy Steel)和特殊鋼
(Special Alloy Steel)(圖7-1)。
• 構造用合金鋼是使用於普通機械的構成元
件或土木建築等構造，其合金量較低。
• 特殊鋼大多是使用在需要高溫硬度、耐蝕、
耐熱、磁性等特別的場合，大多是屬於高
合金量(表7-2)。
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• 1.構造用合金鋼
(1)非熱處理型，包含高強度低合金鋼及亦切
削綱。
(2)熱處理型：稱為熱處理用中合金鋼或強韌
綱。
(3)表面硬化鋼。
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• 2.特殊鋼
(1)工具鋼。
(2)耐蝕鋼。
(3)其他用途特殊鋼：包括耐熱鋼、軸承鋼、
彈簧鋼、電氣用鋼、磁石鋼、超高強度鋼
等。
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• 依照使用場合不同可分為非熱處理型和熱
處理型兩類。
• 非熱處理型屬於低含碳量和低合金量，構
成之後也無法再實施熱處理，大多用於車
價或車廂。
• 熱處理器大多使用於機械元件，例如：曲
柄軸、高強度螺旋等。
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• 主要是替代在結構上使用的低碳鋼。
• 分類通常是以機械性質如：抗拉強度、降
伏強度、延伸率等區分，而不是以成分來
區分。
• 目前小汽車所使用的高張力鋼板就是屬於
高強度低合金鋼。
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• 易切削鋼是為了改善切削性和切削加工表
面而發展的一種鋼料，主要使用於強度較
低的小型零件。
• 改善鋼切削性的方法有：在鋼中加入合金
元素，以弛力退火減少殘留應力或調整顯
微組織的性質等，而易切削鋼主要就是在
鋼中填加磷(P)、硫(S)、鉛(Pb)等合金元素
的方法。
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• 熱處理用合金鋼大多是應用於機械構成的
零件，例如：曲柄軸、齒輪、強力螺栓、
鍵、銷等，這些元件注重強度，而且接合
的方式也大多不使用銲接，因此假如能利
用熱處理，使這一類合金鋼形成回火麻田
散鐵的組織而加以應用，就可以得到兼具
強、韌的效果。
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• 常用的熱處理用合金鋼有：鎳鋼、鉻鋼、
鎳鉻鋼、鎳鉬鋼、鎳鉻鉬鋼等。
• 碳鋼中加入2.5%~5%鎳左右，就可以提高鋼
的抗拉強度，疲勞限和耐蝕性，稱為鎳鋼。
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• 碳鋼中加入1%鉻左右，可以增加鋼的硬化能和回
火軟化抵抗性，鉻鋼一般是由830~880oC，再回
火於550~650oC附近。
• 這類鋼料在回火時容易產生材質變脆的現象(稱為
回火脆性)，所以在回火之後必須冷卻於水中或油
中以避免產生回火脆性。
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• 含有鉻(Cr)和鉬(Mo)的合金鋼硬化能大、回
火抵抗性高，而且較不會產生回火脆性，
所以是一種用途很廣的材料。
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• 高碳工具鋼的成分為含碳量0.6~1.5%，另外含有
0.5%以下的錳(Mn)以提高其硬化能力。
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• 高碳工具鋼由於硬化能較差，因此必須以
水淬急冷的方式得到較高的硬度，但因水
淬容易變形和產生裂痕，因 此高碳工具鋼
就有其使用上的限制，為了改善其硬化能
並增進其硬度，因此加入如鎢、鉻、釩、
錳、鎳等合金元素，而形成合金工具鋼。
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• 硬質或超硬合金屬於非鐵合金工具材料，
通常不含鐵成分或是鐵僅佔很少比例，有
別於一般工具用鋼料。
• 這類材料有極高硬度和高溫強度，可以切
削各種鋼料甚至玻璃、陶瓷等
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• 是以鑄造方式成形，不經過熱處理，就具有常溫
及高溫的極高硬度，並且耐磨耗，有時又稱非鐵
鑄造合金刀具或超硬鑄合金刀具。
• 主要用於鑿岩用鑽頭、切削刀具、熱加工用模具
等。
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• 碳化鎢或碳化鈦等的粉狀碳化物，加入黏
結用金屬鈷(或鎳、鉬)，加壓並燒結，就可
以得到赤熱硬度很高的合金材料，如果製
成切削刀具，可以較一般工具鋼的切削速
度更高，並具有更長的刀具壽命。
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• 耐蝕性是指材料對於空氣、水、酸、鹽或
其他化學、電化學環境下所產生破壞的抵
抗程度。
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• 肥立體系不銹鋼的含碳量極低，約在0.12%
以下，含Cr約16~18%，耐蝕性優良而且質
軟易於加工，但機械性質較弱，可以作為
汽車內裝、廚房設備、建築等，是一類具
有磁性的不銹鋼。
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• 麻田散體系不銹鋼價格便宜，硬度、強度
佳，但耐蝕性略差，可以作為刀具、軸承、
閥門零件、外科手術刀等，是一類具有磁
性的不銹鋼。
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• 沃斯田體系不銹鋼的用途很廣，不但對各
種環境的耐蝕性優良，而且具有極高的低
溫韌性，可以作為化工儀器、熱交換器、
核子處理設備、液態氮的容器等，有時也
應用於較優良的不銹鋼餐具，是一類不具
磁性的不銹鋼。
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• 這類型的不銹鋼是由沃斯田體系不銹鋼改
良而來，它的成分與18-8鋼相似，只是Cr及
Ni量稍減，另外添加了Al、Cu、Mo、Nb、
Ti等促進析出物的元素。
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• 增進鐵的氧化抵抗性最有效的成分是鉻，鐵中添
加鉻除了可以產生緻密的皮膜以增加耐蝕性，同
時也可以增進耐熱性質。
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• 鉻鎳系耐熱鋼基本上是將18-8鋼增加Cr、Ni
的含量，並添加Ti、Mo、W等元素加以改
良其高溫機械性質者。
• 這種鋼料具有沃斯田鐵組織，因此也稱為
沃斯田體系耐熱鋼。
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• 軸承為支承軸於一定位置的機件，因此必
須有足夠的強度、耐磨耗及很高的疲勞限。
• 軸承鋼除了材料純度要求較高之外，需要
經過熱處理使其中碳化物細化並分布於基
地內，以增加其耐磨性。
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• 廣泛應用於車輛、加工機械、模具、鐘錶
等，種類很多，較大的如車輛板片彈簧，
較小的如螺旋彈簧、或鐘錶的動力彈簧(發
條)等。
• 彈簧用的鋼料必須具備耐衝擊、疲勞限高
而且不產生永久變形的特性，適用的鋼料
大致可以分為：碳鋼、矽錳鋼、矽錳鉻鋼
三類，有些特殊場合也用到耐蝕鋼。
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• 發展高強度鋼的目的是為了減少材料本身
的重量，以承受相同的荷重而言，高強度
鋼料相較於普通碳鋼可以用較小的截面，
因此在許多需要高強度而輕量的結構中，
更高強度的鋼料一值式材料界追求的目標。
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１構造用合金鋼
２工具鋼
３耐蝕鋼
４其他特殊鋼
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前言
• 合金鋼的分類：
就用途來區分可分為構造用合金鋼
(Constructional Alloy Steel)和特殊鋼
(Special Alloy Steel)(圖7-1)。
• 構造用合金鋼是使用於普通機械的構成元
件或土木建築等構造，其合金量較低。
• 特殊鋼大多是使用在需要高溫硬度、耐蝕、
耐熱、磁性等特別的場合，大多是屬於高
合金量(表7-2)。
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• 1.構造用合金鋼
(1)非熱處理型，包含高強度低合金鋼及亦切
削綱。
(2)熱處理型：稱為熱處理用中合金鋼或強韌
綱。
(3)表面硬化鋼。
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• 2.特殊鋼
(1)工具鋼。
(2)耐蝕鋼。
(3)其他用途特殊鋼：包括耐熱鋼、軸承鋼、
彈簧鋼、電氣用鋼、磁石鋼、超高強度鋼
等。
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• 依照使用場合不同可分為非熱處理型和熱
處理型兩類。
• 非熱處理型屬於低含碳量和低合金量，構
成之後也無法再實施熱處理，大多用於車
價或車廂。
• 熱處理器大多使用於機械元件，例如：曲
柄軸、高強度螺旋等。
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• 主要是替代在結構上使用的低碳鋼。
• 分類通常是以機械性質如：抗拉強度、降
伏強度、延伸率等區分，而不是以成分來
區分。
• 目前小汽車所使用的高張力鋼板就是屬於
高強度低合金鋼。
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• 易切削鋼是為了改善切削性和切削加工表
面而發展的一種鋼料，主要使用於強度較
低的小型零件。
• 改善鋼切削性的方法有：在鋼中加入合金
元素，以弛力退火減少殘留應力或調整顯
微組織的性質等，而易切削鋼主要就是在
鋼中填加磷(P)、硫(S)、鉛(Pb)等合金元素
的方法。
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• 熱處理用合金鋼大多是應用於機械構成的
零件，例如：曲柄軸、齒輪、強力螺栓、
鍵、銷等，這些元件注重強度，而且接合
的方式也大多不使用銲接，因此假如能利
用熱處理，使這一類合金鋼形成回火麻田
散鐵的組織而加以應用，就可以得到兼具
強、韌的效果。
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• 常用的熱處理用合金鋼有：鎳鋼、鉻鋼、
鎳鉻鋼、鎳鉬鋼、鎳鉻鉬鋼等。
• 碳鋼中加入2.5%~5%鎳左右，就可以提高鋼
的抗拉強度，疲勞限和耐蝕性，稱為鎳鋼。
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• 碳鋼中加入1%鉻左右，可以增加鋼的硬化能和回
火軟化抵抗性，鉻鋼一般是由830~880oC，再回
火於550~650oC附近。
• 這類鋼料在回火時容易產生材質變脆的現象(稱為
回火脆性)，所以在回火之後必須冷卻於水中或油
中以避免產生回火脆性。
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• 含有鉻(Cr)和鉬(Mo)的合金鋼硬化能大、回
火抵抗性高，而且較不會產生回火脆性，
所以是一種用途很廣的材料。
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• 高碳工具鋼的成分為含碳量0.6~1.5%，另外含有
0.5%以下的錳(Mn)以提高其硬化能力。
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• 高碳工具鋼由於硬化能較差，因此必須以
水淬急冷的方式得到較高的硬度，但因水
淬容易變形和產生裂痕，因 此高碳工具鋼
就有其使用上的限制，為了改善其硬化能
並增進其硬度，因此加入如鎢、鉻、釩、
錳、鎳等合金元素，而形成合金工具鋼。
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• 硬質或超硬合金屬於非鐵合金工具材料，
通常不含鐵成分或是鐵僅佔很少比例，有
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• 這類材料有極高硬度和高溫強度，可以切
削各種鋼料甚至玻璃、陶瓷等
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• 是以鑄造方式成形，不經過熱處理，就具有常溫
及高溫的極高硬度，並且耐磨耗，有時又稱非鐵
鑄造合金刀具或超硬鑄合金刀具。
• 主要用於鑿岩用鑽頭、切削刀具、熱加工用模具
等。
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• 碳化鎢或碳化鈦等的粉狀碳化物，加入黏
結用金屬鈷(或鎳、鉬)，加壓並燒結，就可
以得到赤熱硬度很高的合金材料，如果製
成切削刀具，可以較一般工具鋼的切削速
度更高，並具有更長的刀具壽命。
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• 耐蝕性是指材料對於空氣、水、酸、鹽或
其他化學、電化學環境下所產生破壞的抵
抗程度。
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• 肥立體系不銹鋼的含碳量極低，約在0.12%
以下，含Cr約16~18%，耐蝕性優良而且質
軟易於加工，但機械性質較弱，可以作為
汽車內裝、廚房設備、建築等，是一類具
有磁性的不銹鋼。
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• 麻田散體系不銹鋼價格便宜，硬度、強度
佳，但耐蝕性略差，可以作為刀具、軸承、
閥門零件、外科手術刀等，是一類具有磁
性的不銹鋼。
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• 沃斯田體系不銹鋼的用途很廣，不但對各
種環境的耐蝕性優良，而且具有極高的低
溫韌性，可以作為化工儀器、熱交換器、
核子處理設備、液態氮的容器等，有時也
應用於較優良的不銹鋼餐具，是一類不具
磁性的不銹鋼。
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• 這類型的不銹鋼是由沃斯田體系不銹鋼改
良而來，它的成分與18-8鋼相似，只是Cr及
Ni量稍減，另外添加了Al、Cu、Mo、Nb、
Ti等促進析出物的元素。
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• 增進鐵的氧化抵抗性最有效的成分是鉻，鐵中添
加鉻除了可以產生緻密的皮膜以增加耐蝕性，同
時也可以增進耐熱性質。
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• 鉻鎳系耐熱鋼基本上是將18-8鋼增加Cr、Ni
的含量，並添加Ti、Mo、W等元素加以改
良其高溫機械性質者。
• 這種鋼料具有沃斯田鐵組織，因此也稱為
沃斯田體系耐熱鋼。
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• 軸承為支承軸於一定位置的機件，因此必
須有足夠的強度、耐磨耗及很高的疲勞限。
• 軸承鋼除了材料純度要求較高之外，需要
經過熱處理使其中碳化物細化並分布於基
地內，以增加其耐磨性。
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• 廣泛應用於車輛、加工機械、模具、鐘錶
等，種類很多，較大的如車輛板片彈簧，
較小的如螺旋彈簧、或鐘錶的動力彈簧(發
條)等。
• 彈簧用的鋼料必須具備耐衝擊、疲勞限高
而且不產生永久變形的特性，適用的鋼料
大致可以分為：碳鋼、矽錳鋼、矽錳鉻鋼
三類，有些特殊場合也用到耐蝕鋼。
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• 發展高強度鋼的目的是為了減少材料本身
的重量，以承受相同的荷重而言，高強度
鋼料相較於普通碳鋼可以用較小的截面，
因此在許多需要高強度而輕量的結構中，
更高強度的鋼料一值式材料界追求的目標。
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