特殊钢中碳化物的种类

发布时间：2026-01-04

01　碳化物的定义

碳化物是指碳与电负性比它小的或者相近的元素（除氢外）所生成的二元化合物。在钢中，一部分碳元素进入基体起固溶强化作用，另一部分将与合金元素结合形成碳化物。

碳化物具有脆性、高熔点和高硬度等特点，各种碳化物的显微硬度及熔点见表。

碳化物中的合金元素与碳之间存在共价键，使碳化物硬度较高；同时由于金属原子间存在金属键，使碳化物具有导电特性以及正的电阻温度系数，因此，碳化物具有金属键和共价键的特点，但以金属键为主。

02　碳化物的种类

钢中的碳化物因其所含合金元素不同、析出机理不同，有多种组成方式，不同钢种的碳化物类型不同。钢中碳化物按析出顺序分类，可分为一次碳化物和二次碳化物。凝固过程中，直接从液相中析出的大多为一次碳化物，包括过共晶成分合金在析出奥氏体之前析出的初生碳化物和发生共晶反应时析出的共晶碳化物，主要是MC、M2C、M6C型。

凝固过程从高温过饱和固相中或者热处理时从固相基体析出的碳化物为二次碳化物，主要是MC、M2C、M6C、M2C3、M23C6型。

一次碳化物一般尺寸较大、形状不规则、熔点较高，能破坏钢材的连续性，受力时其周围基体容易产生裂纹，降低钢材的加工性能和使用性能。二次碳化物一般尺寸较小，其类型、形态、数量和分布可以通过热加工和热处理工艺控制。

作为钢铁材料中重要的第二相，二次碳化物的控制对钢材性能的提高具有重要的作用。

按照晶体结构不同，钢中碳化物可分为晶体结构简单碳化物和晶体结构复杂碳化物。当碳原子和过渡族元素原子半径之比小于0.59时，形成的碳化物属于晶体结构简单型。碳原子填入金属立方晶格或六方晶格的空隙中，使碳化物具有金属键，因而碳化物仍保留着明显的金属特性，属于此类碳化物的有TiC、ZrC、VC、NbC、WC等。这类碳化物的最大特点是高熔点和高硬度，它们是硬质合金、粉末高速钢、高温金属陶瓷材料的主要组成部分，也是工业用钢的重要合金相。

当碳原子与过渡族元素原子半径的比值大于0.59时，为了能容纳碳原子，金属原子点阵变形，形成复杂结构的碳化物，这类碳化物包括M3C、M6C、M23C6、M2C3等。这类碳化物也具有相当高的硬度，是合金钢中重要的强化相，但其熔点及硬度较前一类稍低。

（来源：特钢技术）