合金鋼

合金鋼 (Alloy Steel)
國立臺灣大學化學系學士生張育唐/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

合金鋼 (Alloy Steel)，是指一系列以鋼(Steel)為主要成分的合金。在鋼中加入不同比率的各種不同金屬，藉以改變鋼的各種機械性能。合金鋼可視為取代合金 (Substitutional alloy)與填隙式合金或插入式合金 (Interstitial alloy)的混合；添加金屬與鐵形成取代合金，碳和鐵的組合為填隙式合金。

在合金鋼當中，一般而言加入少於5 %的其他金屬是為了提高鋼的強度與淬透性；加上超過5 %的其他金屬，則一般用於特殊用途，或者是為了耐腐蝕、極端的耐高溫性質等等。表一為鋼混合不同比例金屬後的性質變化。

表一

最常見的合金鋼，自然是不鏽鋼(Stainless steel or inox)。不鏽鋼在鋼中加入鉻、鎳，使其表面形成防鏽的氧化膜，因此不容易生鏽，可以保護鋼材自身在空氣下的氧化或是被酸鹼腐蝕。一般不鏽鋼指的是鉻含量超過13 %的鋼材。

錳的外表和鐵相似，很少單獨使用，大多用來當鋼的添加劑。微量的錳(0.25% – 0.4%)會和鋼中的殘留的硫和磷反應形成硫化物或磷化物，去除鋼中的雜質，同時幫助去除溶於熔融態的鋼中的氧氣。當錳的量介於0.5 – 1.0%，含錳的合金鋼硬度和韌性會比鋼更好，且耐磨性增加。

含鈷的合金鋼硬度高，耐磨性高，適合用於製造手術刀、車床或鑽孔機的鑽頭。而亞力可合金(Alnico alloy or Alnico steel)，一種鐵鎳鈷鋁合金，具有磁性，用於喇叭或擴音器。

合金鋼的添加物不一定是金屬，非金屬元素如硼或矽也可以加入鋼中形成合金鋼。以含矽的合金鋼為例：當矽的含量介於0.2 – 0.7%，合金鋼的強度增加；若鋼含有高含量的矽，合金鋼的磁性會增強。

腳踏車的框架也是採用合金鋼。表二列出兩家製造高品質競賽用腳踏車製造商所使用合金鋼的成份比例（鐵除外）。

表二

參考資料：
1. Akins, P.; Jones, L. Chemical Principles – The Guest for Insight, 4th edition; W. H. Freeman and Company: New York, 2008; p. 690-692.
2. Zumdahl, S. S. Chemical Principles, 5^th edition; Houghton Mifflin Company: Boston, 2003; p. 785.
3. Wikipedia—Alloy steel   http://en.wikipedia.org/wiki/Alloy_steel