碳钢和合金钢

1碳钢和合金钢公司内部编号：(GOOD-TMMT-MMUT-UUPTY-UUYY-DTTI-第九章碳钢及合金钢（工业用钢）第一节 工业用钢的分类及牌号表示方法钢是经济建设中使用最广、用量最大的金属材料，在现代工农业生产中占有 重要地位。碳钢：含碳量在%之间的铁碳合金称为碳素钢，简称碳钢。合金钢：在碳钢的基础上特意地加入一种或几种合金元素，使其使用性能和工艺性能得以提高的铁基的合金称为合金钢。钢中除铁、碳及合金元素外，还有炼钢时随生铁、脱氧剂和燃料带入的硅、锰、硫、磷、氮、氢、氧等元素。钢的分类方法多种多样，其主要方法有如下几种：、钢材的品种为便于采购、订货和管理，我国目前将钢材按外形分为型材、板材、管材 金属制品四大类，共十六大品种：1型材钢轨、型钢（圆钢、方钢、扁钢、六角钢、工字钢、槽钢、角钢及螺纹钢 等）、线材（直径 5-10毫米的圆钢和盘条）等。2板材薄钢板：厚度等于和小于 4毫米的钢板；厚钢板：厚度大于 4 毫米的钢板；又可分为中板（厚度大于 4mm 小于 20mm）、厚板（厚度大于20mm小于60mm）、特厚板（厚度大于60mm）；钢带：也叫带钢，实际上是长而窄并成卷供应的薄钢板； 电工硅钢薄板：也叫硅钢片或矽钢片。3管材 无缝钢管：用热轧、热轧冷拔或挤压等方法生产的管壁无接缝的钢管； 焊接钢管：将钢板或钢带卷曲成型，然后焊接制成的钢管。4金属制品：包括钢丝、钢丝绳、钢绞线等。二、钢的分类钢的种类繁多，为了便于生产、使用和研究，可以按照化学成分、冶金质量 和用途对钢进行分类。1按化学成分分类。碳钢、合金钢两大类。碳钢：低碳钢（WcV%）、中碳钢（Wc=%）和高碳钢（Wc>%）合金钢：按钢中含合金元素总量（Me%）分为低合金钢（Me5%）、中合金钢 （Me=510%）和高合金钢（Me>10%）。按合金元素的种类可分为锰钢、铬钢、硼钢、铬镍钢、硅锰钢等。2按冶金质量分类。按钢中所含有害杂质硫、磷的多少，可分为：普通钢：S%W%,P%W%优质钢：S%、P%W%高级优质钢：S%W%,P%W%此外,按冶炼时脱氧程度,可将钢分为沸腾钢（脱氧不完全）、镇静钢（脱 氧较完全）和半镇静钢三类。3按金相组织分类按钢退火态的金相组织可分为亚共析钢、共析钢、过共析钢三种。按钢正火态的金相组织可分为珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢、奥氏体钢等 四种。4按成形方法分类。锻钢、铸钢、 热轧钢、 冷轧钢等。5按用途分类。按钢的用途可分为结构钢、工具钢、特殊性能钢三大类。结构工程结构按用途分钢工具钢机器结构刃具钢建筑工程用I桥梁工程用一般属于低L船舶工程用车辆工程用渗碳钢属于低碳钢或低碳 调质钢属于中碳钢或中碳 弹簧钢 属于中、高碳钢或中、 滚动轴承钢属高碳合金一般属于I不锈钢性能I耐热钢耐磨钢实际中给钢的产品命名时，常常把成分、质量和用途几种分类方法结合起 来，如碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、高级优质碳素工具钢、合金 结构钢、合金工具钢等。三、钢的牌号表示方法钢的牌号简称钢号，是对每一种具体钢产品所取的名称，是人们了解钢的一 种共同语言。钢编号的原则主要有两条： 一是根据编号可以大致看出该钢的成 分；二是根据编号可大致看出该钢的用途。我国钢的牌号表示方法，根据国家标准钢铁产品牌号表示方法( GB221-79)中规定，采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。即： 钢号中化学元素采用国际化学符号表示，例如 Si、Mn、Cr 等,混合稀土元素用“ RE”（或“Xt”）表示。 产品名称、用途、冶炼和浇注方法等，一般采用汉语拼音缩写字母表示。 钢中主要化学元素含量（）采用阿拉伯数字表示。一）碳钢的牌号表示方法见第四章（碳钢的分类、用途及牌号表示方法）二）合金钢的牌号表示方法合金元素1.合金结构丁平均含A”两位数字+合金元素符号+数字斗质量等级符号（1）当合金元素的平均含量V%时，钢号中一般只标出元素符号，而不标明 含量；但在特殊情况下易致混淆者，在元素符号后亦可标以数字“1”，例如钢号“ 12CrMoV”和“ 12CrlMoV”，前者铬含量为，后者为，其余成分全部相同。（2）当合金元素的平均含量上、上、上时，则相应地在元素符号后面标以2、3、4；如果为高级优质钢，则在其钢号后加“A”，以区别于- 般优质钢。例如：18Cr2Ni4WA。（3）钢中的钒V、钛Ti、铝Al、硼B、稀土 Re等合金元素，均属微合金元 素，虽然含量很低，仍应在钢号中标出。例如20MnVB钢中，钒：，硼：。（4）专门用途的合金结构钢，钢号冠以（或后缀）代表该钢种用途的符 号。例如，铆螺专用的30CrMnSi钢，钢号表示为ML30CrMnSi。举例：1. 20CrMnTi：表示平均含碳量为，主要合金元素Cr、Mn含量均低于，并 含有微量元素Ti的合金结构钢；2. 60Si2Mn:表示平均含碳量为%，主要合金元素Mn含量低于, Si含量 为的合金结构钢。练习：40Cr、45Mn22. 低合金高强度结构钢 旧的编号方法，基本上和合金结构钢相同。新牌号的编制方法与碳素结构钢相同。如旧牌号的16Mn为新牌号的Q345。3. 滚动轴承钢“G” + Cr +数字+其它元素符号。字母“G”为“滚”字头，表示为 滚动轴承钢类，高碳铬轴承钢的含碳量不标出，数字表示平均含铬量的千分之 几，如GCr15，平均含铬量为。渗碳轴承钢的钢号表示方法，基本上和合金结构钢相同。4合金工具钢和高速工具钢平均含碳号合金元素平说明： 合金工具钢中，当W2%时，含碳量不标出，如Cr12、CrWMn；当W V%CC时，以千分之几表示，如9SiCr、3Cr2W8V。 对于含铬量低的钢，其含铬量以千分之几表示，并在数字前加“0”，以示区别。如平均Cr =%的低铬工具钢的钢号为“Cr06”。 高速钢，一般不标出含碳量，只标出合金元素平均含量的百分之几。如“钨 18 铬 4 矶”(W18Cr4V,简称 18-4-1),“钨 6 钼 5 铬 4 矶 2” (W6Mo5Cr4V2，简称 6-5-4-2)。5不锈钢和耐热钢同合金工具钢。例如：“2Cr13 ”钢的平均碳含量为。说明：(1) 钢中含碳量W%者，钢号前分别冠以“00”表示之，如 00Cr17Ni14Mo2； WCW%者，冠以“0” 表示之，、0Cr18Ni9。C(2) 对钢中主要合金元素以百分之几表示；对钛、铌、锆、氮等微量元 素则按合金结构钢对微合金元素的表示方法，只标出元素符号，如 1Cr18Ni9Ti。第二节 合金元素在钢中的作用一、碳钢的优缺点优点：冶炼工艺简单，可热处理强化，压力加工和机械加工性能好，价格 低廉。不足之处：(1) 加热时，晶粒易长大；(2) 淬透性低。形状复杂、尺寸大的零件，在淬火时易开裂、淬不 透；(3) 回火稳定性差。回火温度高时，强度和硬度显着下降，不能在高 温下使用。回火稳定性是指淬火钢在回火时抵抗硬度下降的能 力。（4）强度不够高。碳钢的屈强比在左右，合金钢为。碳钢强度低， 增加截面积提高构件刚度会使重量增加，构件笨重，不能满足重 量轻、体积小、效率高的要求。（5）不具备特殊性能。化工、仪表等要求耐腐蚀、耐高温、无磁等性 能，碳钢不能满足特殊性能的要求。二、合金元素在钢中的作用1合金元素在钢中的分布 为了使钢获得预期的性能，而有目的地加入钢中的化学元素称为合金元素。 按其与碳的亲和力的大小，可将合金元素分为非碳化物形成元素和碳化物形成元 素两大类，在钢中主要以固溶体和化合物的形式存在。（1）非碳化物形成元素：包括Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B等，在钢中不与 碳化合，大多溶入铁素体、奥氏体或马氏体中，产生固溶强化；有的形成其它化 合物如 AlO、AlN、SiO、Ni Al 等。2 3 2 3（2）碳化物形成元素：Mn、Cr、Mo、W、V、Nb、Zr、Ti 等。A这类合金元素在钢中，形成碳化物的倾向由一是可溶入渗碳体中形成合金渗碳体，如（Fe,Mn）C、（Fe,Cr） C等，是低33 合金钢中存在的主要碳化物，比渗碳体的硬度高，且稳定。二是强碳化物形成元素与碳形成特殊碳化物，如TiC、NbC、VC、MoC、WC、CrC等，它们具有高熔点、高硬度、高耐磨性、稳定性好，主要存在于高碳36高合金钢中，产生弥散强化，提高钢的强度 、硬度和耐磨性。（3）其它：如稀土元素，钢号中统一用Re表示。 2合金元素在钢中的作用作用机理比较复杂，可归纳以下几个方面：（1）阻碍晶粒奥氏体晶粒长大，细化晶粒；（2）提高淬透性（Co除外）；（3）提高回火稳定性，防止回火脆性；（4）提高钢的使用性能，使之具有耐热、抗腐蚀、高耐磨等特殊的性能；（5）提高钢的强韧性。金属材料的强化是通过阻碍位错的移动来实现的， 主要方法有：固溶强化，提高强度和硬度；细晶强化，提高强韧性；位错强化，位错密度增加，提高强度；弥散强化（第二相强化），细小均匀的第二相硬质点分布在基体上，阻碍 位错移动面强化；加工硬化，金属产生塑性变形后位错密度增加，晶料变得细碎，使金属的 强度硬度提高。大多数的合金元素较好利用了上述前四种强化机制。如合金钢淬火时，形成 马氏体，马氏体中含较高的位错密度，马氏体的形成分割了 A的晶粒，使之细 小，马氏体中碳的过饱和产生固溶强化，回火时析出的碳化物颗粒又产生弥散强第三节结构钢结构钢按用途分为工程结构钢和机器结构钢两大类。一、工程结构钢用于制作各种工程构件的钢称为工程结构钢，如制作房屋、桥梁、起重机机 械、锅炉、压力容器、钻井架、车辆构件等，所以又称工程构件用钢或建筑工程 用钢，包括碳素结构钢和低合金高强度结构钢。1碳素结构钢 见第四章碳钢的分类、编号及用途。2低合金高强度结构钢 用途：在大气和海洋中工作的的大型焊接结构件，如建筑结构、桥梁、车 辆 、船舶 、输油输气管道、压力容器等。性能特点：强度高，良好的塑性、韧性、冷冲压性能及焊接性能 ，可抵抗大 气腐蚀。成分特点： 低碳（%），保证良好的塑性； 合金元素：以 Mn 为主，强化铁素体基体，产生固溶强化；加入少量的Ti、V、Nb、Re等，细化晶粒，提高强韧性。I屈服强度J牌号：Q丄数字+（质量等级符号A、B、C、D、E）共 11 个牌号，6 个等级，以强度等级分类，如表所示。 热处理工艺特点：一般在热轧空冷状态下使用，必要时经正火处理后使用。正火处理的温度在Ac3+ （3050）°C，使用态组织为（P+F）。3典型牌号及用途：（1）在Q345较低级别的钢中，16Mn最具有代表性，是目前我国用量最多、产量最大的一种低合金高强度钢。其派生钢种有16MnRe、16MnCu等，Re的主要 作用是提高塑性和韧性，提高疲劳强度，降低冷脆转变温度，Cu的主要作用是通 过钝化提高耐蚀性。这类钢多用于船舶、车辆、桥梁等大型钢结构。(2)对 Q420 级的 15MnVN、14MnVTiRe 等，加入了钒、