特殊鋼中碳化物的種類

01　碳化物的定義

碳化物是指碳與電負性比它小的或者相近的元素（除氫外）所生成的二元化合物。在鋼中，一部分碳元素進入基體起固溶強化作用，另一部分將與合金元素結合形成碳化物。

碳化物具有脆性、高熔點和高硬度等特點，各種碳化物的顯微硬度及熔點見表。

碳化物中的合金元素與碳之間存在共價鍵，使碳化物硬度較高；同時由于金屬原子間存在金屬鍵，使碳化物具有導電特性以及正的電阻溫度系數，因此，碳化物具有金屬鍵和共價鍵的特點，但以金屬鍵為主。

02　碳化物的種類

鋼中的碳化物因其所含合金元素不同、析出機理不同，有多種組成方式，不同鋼種的碳化物類型不同。鋼中碳化物按析出順序分類，可分為一次碳化物和二次碳化物。凝固過程中，直接從液相中析出的大多為一次碳化物，包括過共晶成分合金在析出奧氏體之前析出的初生碳化物和發生共晶反應時析出的共晶碳化物，主要是MC、M2C、M6C型。

凝固過程從高溫過飽和固相中或者熱處理時從固相基體析出的碳化物為二次碳化物，主要是MC、M2C、M6C、M2C3、M23C6型。

一次碳化物一般尺寸較大、形狀不規則、熔點較高，能破壞鋼材的連續性，受力時其周圍基體容易產生裂紋，降低鋼材的加工性能和使用性能。二次碳化物一般尺寸較小，其類型、形態、數量和分布可以通過熱加工和熱處理工藝控制。

作為鋼鐵材料中重要的第二相，二次碳化物的控制對鋼材性能的提高具有重要的作用。

按照晶體結構不同，鋼中碳化物可分為晶體結構簡單碳化物和晶體結構復雜碳化物。當碳原子和過渡族元素原子半徑之比小于0.59時，形成的碳化物屬于晶體結構簡單型。碳原子填入金屬立方晶格或六方晶格的空隙中，使碳化物具有金屬鍵，因而碳化物仍保留著明顯的金屬特性，屬于此類碳化物的有TiC、ZrC、VC、NbC、WC等。這類碳化物的最大特點是高熔點和高硬度，它們是硬質合金、粉末高速鋼、高溫金屬陶瓷材料的主要組成部分，也是工業用鋼的重要合金相。

當碳原子與過渡族元素原子半徑的比值大于0.59時，為了能容納碳原子，金屬原子點陣變形，形成復雜結構的碳化物，這類碳化物包括M3C、M6C、M23C6、M2C3等。這類碳化物也具有相當高的硬度，是合金鋼中重要的強化相，但其熔點及硬度較前一類稍低。

（來源：特鋼技術）