铬是钢的重要合金元素,其特性对钢的多个方面都有着显著的影响。适量的铬能够增强钢的淬透性,并带来二次硬化效果。它能够提高高碳钢的硬度和耐磨性,同时保持钢的韧性,使其不易变脆。当铬的含量超过12%时,钢将展现出出色的高温抗氧化性和耐腐蚀性。
铬还能够强化钢的热强性,是不锈钢、耐酸钢以及耐热钢的主要构成元素。对于碳素钢来说,铬能够提升其轧制状态的强度和硬度,同时略微降低其伸长率和断面收缩率。而当铬含量超过15%时,强度和硬度将呈现适度下降,伸长率和断面收缩率则有所上升,这使得含铬钢的零件在研磨后能获得较高的表面加工质量。
在调质结构钢中,铬的主要作用是提高淬透性,使钢在经过淬火回火后具备更好的综合力学性能。在渗碳钢中,铬还能与碳结合形成含铬的碳化物,从而增强材料表面的耐磨性。
就钢的显微及热处理而言,铬与铁会形成连续固溶体,缩小奥氏体相区域。铬与碳会形成多种碳化物,其与碳的亲和力高于铁和锰但低于钨、钼等元素。铬与铁可形成金属间化合物σ相(FeCr)。
从力学性能的角度来看,铬能显著提高钢的强度和硬度,尤其是与其他合金元素一同加入时效果更为明显。但需注意的是,铬也会提高钢的脆性转变温度。在高含铬量的Fe-Cr合金中,若出现σ相析出,则冲击韧性会急剧下降。
在物理、化学及工艺性能方面,铬能提高钢的耐磨性并使表面光洁度得以提升。铬还能降低钢的电导率和电阻温度系数,提高矫顽力和剩余磁感,广泛用于制造永磁钢。铬还能促使钢的表面形成钝化膜,显著增强其在特定环境如硝酸中的耐腐蚀性能。铬能提高钢的抗氧化性能。由于铬会降低钢的热导率,因此在热加工时需谨慎处理。
在各类钢的应用中,铬发挥着不可或缺的作用。如合金结构钢主要利用铬提高淬透性并在表面形成含铬碳化物以增强耐磨性;弹簧钢则利用铬与其他合金元素提供的综合性能;工具钢和高速钢利用铬提高耐磨性和回火稳定性等。