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工 业 用 钢 金属材料及热处理 第六章 第六章 工业用钢 钢的分类与编号 钢中杂质与合金元素 结构钢 工具钢 特殊性能钢 工 业 用 钢 第一节 钢的分类与编号 1.钢的分类 按 化 学 成 分 合金钢 碳素钢 低碳钢 中碳钢 高碳钢 低合金钢（合金元素总量＜5%） 中合金钢（合金元素总量为5%-10%） 高合金钢（合金元素总量＞10%） （C%﹤ ﹤0.25） （0.25 ≤ C% ≤0.6） （ C% ﹥ ﹥0.6） 合金钢在压力加工、切削加工、焊接工艺性等方面 比碳钢稍差，且成本较高 4）不具备特殊的物理化学性能 碳钢在工程上的应用有以下几方面的局限性 1）强度指标偏低 导致机器设备笨重 2）淬透性较低 对大截面零件难获得高而均匀 的力学性能 3）高温强度低、热硬性差 高碳刃具钢只能用于很低 的切削速度 碳钢淬火后 的使用温度 不能高于 250℃ 碳钢在抗氧化、耐腐蚀、 耐热、耐磨等方面较差 碳钢冶炼工艺简单、易加工、价格低廉，能满足工业 生产上的一般需求，因此应用广泛 按 质 量 分 类 普通质量钢 优质钢 特级优质钢 钢的质量是 以磷、硫的 含量来划分 的 按冶 炼方 法分 类 平炉钢 转炉钢 电炉钢 根据冶炼所 用炼钢炉不 同 按金相组织分类 按退 火组 织分 类 亚共析钢 共析钢 过共析钢 按正 火组 织分 类 珠光体钢 贝氏体钢 铁素体钢 奥氏体钢 莱氏体钢 按 用 途 分 类 特殊性能钢 工程用钢 机器用钢 模具钢 刃具钢 量具钢 不锈钢 耐热钢 结构钢 工具钢 2.钢的编号 1）钢铁产品牌号表示方法 采用汉语拼音字母、化学元素和阿拉伯数字相组合 一般从代表 产品名称的 汉字 Ø 碳素结构钢和低合金高强度结构钢 “Q”+屈服点数值+表6-2中规定的质量等级、脱 氧方法等符号表示，按顺序组成牌号 例：Q235AF、Q235BZ 质量等级从A-Z，硫、磷含量降低，质量提高 Ø 优质碳素结构钢 优质碳素结构钢的牌号以两个数字表示，这两 位数字表示钢的平均含碳量的万分之几。

Ø 优质碳素结构钢 例：45、50Mn Ø 合金结构钢和合金弹簧钢 两位数字+带有百分含量数字的合金元素符号组成 表示平均 含碳量的 万分之几 例：30CrMoSi、20CrNi3 平均含量 小于1.5% 时，不标 含量 平均含量为 2.5%-3.49%时 ，标3 高级优质钢在牌号后加字母A：38CrMnSiA 特级优质钢在牌号后加字母E：30CrMnSiE Ø 工具钢 A. 碳素工具钢“T”+ 数字 例：T9、T10A A表示高 级优质钢 B. 合金工具钢和高速工具钢 与合金结构钢相同，但一般不标明含碳量数字 例：Cr12MoV、W6Mo5Cr4V2 平均含碳 量为1.6% 平均含碳 量为 0.85% Ø 轴承钢“G”+ Cr + 数字 含铬量的 千分之几 平均含碳 量为0.9% Ø 不锈钢和耐热钢 数字 + 合金元素符号 + 数字 平均含碳 量的千分 之几 含合金元 素的百分 之几 例：11Cr17 Ø 铸 钢 “ZG” + 数字 + 数字 最低屈服 强度 最低抗拉 强度 焦 炭 铁 矿 石 石灰石 高 炉 炼 铁 炼 钢 生 铁 炼 钢 铸 钢 锭 铸造生铁 铸造 轧制 各种型材锻件 锻造 铸钢 冷冲压 热处理 切削 加工 机 械 产 品 锻造 冶炼厂 机械厂 钢铁生产加工过程概略图 第二节 钢中杂质与合金元素 一、钢中常存杂质对性能的影响 钢中常存杂质元素主要是指锰、硅、硫、磷及氮、氢、氧等 1）硅和锰的影响有益元素 溶于铁素体中 固溶强化提高钢的强度和硬度 含量应分别 控制在0.5% 和0.8%以下 2）硫和磷的影响 有害元素 硫在钢中以FeS的形式存在，使钢变脆，产生热脆性。

控制 在0.05％以下，MnS对断屑有利 磷可溶于铁素体中，使钢的强度、硬度显著增加 但使钢脆化，产生冷脆性 冷脆对高寒地带 和其他低温下工 作的钢结构具有 严重的危害性 在炼钢过程 中加入硅铁 和锰铁脱氧 来源于矿石 、燃料等炼 钢原料 二、合金元素在钢中的作用 1.合金元素对钢中基本相的影响 ① 溶于铁素体，起固溶强化的作用 合金元素溶于铁素体中造成晶格畸变，提高塑变抗 力，强度和硬度提高 铁素体和渗碳 体是碳钢中的 两个基本相 与碳亲和力弱的非 碳化物形成元素， 如镍、硅、铝、钴 等 ② 形成碳化物 与碳亲和力强的碳化 物形成元素，如锰、 铬、钼、钨、钒、铌 、锆、钛等 合金元素与碳的亲和力越大，所形成化合物的稳定性、 熔点、分解温度、硬度、耐磨性越高 2.合金元素对铁碳相图的影响 ① 对奥氏体相区的影响 Ø 扩大奥氏体区域 扩大奥氏体区域的元素有镍、锰、碳、氮等，这些元 素使A1和A3温度降低，从而使奥氏体区域扩大 对ZGMnl3耐磨钢和1Crl8Ni9不锈钢由于有很高的Mn或 Ni含量，其S点就能降到零点以下，在常温下仍能保持 奥氏体状态，称为奥氏体钢 Ø 缩小奥氏体区域 缩小奥氏体区域的元素有铬、铝、硅、钨等，使A1和 A3温度升高，使奥氏体区域缩小 A1和A3温度升高钢的淬火温度相应地提高 当Cr％13％时，奥氏体区域消失，在室温下得到单 相铁素体，称为铁素体钢 3.合金元素对钢中相变过程的影响 ① 对钢加热时奥氏体化过程的影响 Ø 对奥氏体形成速度的影响 大多数合金元素（除镍、 钴以外）都减缓钢的奥氏 体化过程 合金钢在热处理时要相应地提高 加热温度或延长加热时间，才能 保证奥氏体化过程的充分进行 Ø 对奥氏体晶粒长大倾向的影响 合金元素与碳和 氮的亲和力越大 阻碍奥氏体晶粒长 大的作用越强烈 Mn、P对奥氏体晶粒的长大起着促进作用，因而含 锰钢加热时应严格控制加热温度和保温时间 使得合金钢多为 本质细晶粒钢 ② 对钢冷却时过冷奥氏体转变过程的影响 Ø 对C曲线和淬透性的影响 除Co外，凡溶入奥氏体 的合金均使C曲线右移 钢的临界冷 却速度下降 淬透性提高 淬火冷却速度降低 减少零件的淬火 变形和开裂倾向 Ø 对Ms和Mf的影响 除Co、Al外，凡溶入奥氏 体的合金都使Ms和Mf下降 钢在淬火后的残余奥氏体量增加 ③ 对淬火钢回火转变过程的影响 Ø 提高耐回火性 耐回火性 淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力 合金元素阻碍马氏体分解 和碳化物聚集长大过程 回火时的硬度 降低过程变缓 提高钢的耐回火性 Ø 产生二次硬化 含有高W、Mo、Cr、V等元素的钢在淬火后回火加热时，由于析出 细小弥散的这些元素碳化物以及回火冷却时残余奥氏体转变为马氏 体，使钢的硬度不仅不下降，反而升高的现象称为二次硬化 二次硬化使钢具有热硬性，这对于工具钢是非常重要的 Ø 防止第二类回火脆性 在高温下保 持高硬度的 能力 第三节 结 构 钢 结 构 钢 机器用钢 工程用钢 碳素结构钢 低合金高强度结构钢 优质碳素结构钢 合金结构钢 用于各种 工程结构 冶炼简便、 成本低，一 般不进行热 处理 一、碳素结构钢 Q ××× [-□□]1.牌 号 质量等级A、B、C、D；脱氧方式F表示沸腾钢；b表示半镇静钢；Z 表示镇静钢；TZ表示特殊镇静钢 例：Q 235-A.F 2.使用状态和热处理 一般不经热处理，而在钢厂供应 状态（轧制状态）下直接使用 保证力学性能 简称普碳钢 屈服强度 屈服强度值 质量等级和脱氧方式 碳素结 构钢 屈服强度 ＞235MPa 质量级别 为A的沸 腾钢 3.用 途钢结构件、焊接和扳金机械结构件 含碳量低（0.06%- 0.38%），硫、磷高 二、优质碳素结构钢 1.牌 号×× 渗碳钢，渗碳+淬火+低温回火，外强内韧 调质钢，调质处理，优良的综合力学性能 弹簧钢，淬火+中温回火，具有高的弹性极限 冷冲压钢，冷冲压件，塑性和韧性高 含碳量的万分之几 2.用 途 冷冲压钢，冷冲压件、仪器外壳等 渗碳钢：耐磨并承受冲击的齿轮、销轴 08F 10-25 35-55 60-70 08F 10-25 同时保证化学成分和力学性能 含碳 量 0.08% 汽车和拖拉机的曲轴和连杆、机床主轴、齿轮和 其他受力不大的轴类零件，45应用最广 尺寸较小的（小于12-15mm)弹簧和钢丝绳60-70 35-55 三、低合金高强度结构钢 1.性能特点 1）强度高于碳素结构钢，可降低结构自重、节约钢材； 2）具有足够的塑性、韧性及良好的焊接性能； 3）具有良好的耐蚀性和低的冷脆转变温度。

在碳素结构钢的基础 上，加入少量的合金 元素发展起来的 2.成份特点 1）低碳：含碳量≤0.2% 2）低和金：主加元素为锰 对铁素体具有明显的固溶强化作用 降低钢的冷脆转变温度，增加组织 中的珠光体，提高强度 3.热处理特点 在热轧状态下使用，组织为铁素体加珠光体 5.典型钢种及用途 广泛用于石油化工设备、船舶、桥梁、车辆等大型钢 结构中 Q345是应用最广、用量最大的低合金高强度结构钢 Q ××× [-□□] 4.牌 号 屈服强度 屈服强度值≥275MPa 质量等级和脱氧方式 四、渗碳钢 1.成分 含碳量0.10-0.25％的合金钢，主要加入能提高淬透性 的Mn、Cr、Ni等元素 2.性能特点经热处理后表硬里韧、耐磨性及抗疲劳性好 预先热处理（正火） 渗碳 磨削 下料锻造 机加工 淬火+低温回火 3.渗碳件一般的工艺路线 4.用 途 应用很广，主要用于制造渗碳零件，如变速齿轮、内 燃机凸轮轴等各种表面耐磨件 5.常用的渗碳钢 低淬透性渗碳钢 15Cr、20Cr等，心部强度低，尺寸和载荷小的齿轮和滑块 中淬透性渗碳钢 20CrMnTi、20CrMn等，心部强度较高，用于制造中等强 度的耐磨零件，如汽车、拖拉机的变速齿轮、齿轮轴等； 高淬透性渗碳钢 18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4A等，淬透性很高。

用来制造 承受重载荷和强烈磨损的重要零件，如飞机、坦克中的 曲轴及重要齿轮等 以20CrMnTi渗碳钢制造汽车变速齿轮为例 下料--毛坯锻造--正火--加工齿形--局部镀铜--渗碳 (930℃)--预冷淬火(830℃)--低温回火(200℃)--喷丸-- 磨齿 五、调质钢 Ø 调质件一般的工艺路线 在调质处理后使用的钢种，主要用于制造受力复杂的 汽车、拖拉机、机床及其他各种重要零件 齿轮、连杆、螺 栓、轴类件 Ø 性能要求 良好的综合力学性能 良好的淬透性 Ø 成分特点 中碳：含碳量为0.25%-0.50% 主加合金元素为Mn、Si、Cr、Ni、B 提高淬透 性，强化 铁素体基 体 精机加工 下料锻造 退火粗机加工 调质 Ø 典型钢种 低淬透性调质钢45、40Cr 用于制造尺寸较小的 齿轮、轴、螺栓等 中淬透性调质钢40CrNi 用于制造截面较大的零 件，如曲轴、齿轮等 高淬透性调质钢 40CrNiMo 用于制造大截面、重载荷 的零件，如汽轮机主轴、 叶轮、航空发动机等 六、弹簧钢 1.成分 3.组 织 含碳量在0.40～0.70％的合金钢主要加入元素是硅和 锰，提高淬透性和屈强比 2.热处理 淬火+中温回火 回火屈氏体 4.热处理特点 冷成形弹簧 对于钢丝直径小于10mm的弹簧，通过冷拔(或冷 拉)、冷卷成型 冷卷后的弹簧不必进行淬火处理，只需进行一次消除内 应力和稳定尺寸的定型处理，即加热到250～300℃，保 温一段时间，从炉内取出空冷即可使用 据尺寸和加工方 法不同，分为热 成形和冷成形弹 簧两种 热成形弹簧 5.典型钢种 Si、Mn弹簧钢 代表性钢种65Mn、60SiMn，主要用于制造较大截 面的弹簧，如汽车、拖拉机的板簧、螺旋弹簧等 Cr、V弹簧钢 代表性钢种50CrV，主要用于大截面、大载荷、耐热 的弹簧，如阀门弹簧、高速柴油机的气门弹簧等 直径大于10-15mm 在高于淬火温度热卷成形 淬火+中温回火(350—500℃) 回火屈氏体HRC40～45 高的屈服强度的条件下 具有足够的韧性指标 七、滚动轴承钢 1.用 途主要用来制造滚动轴承的内外圈，滚动体等 2.牌号GCr × [-□□] Cr的千分之几 除Cr外其它合金元素的元素符号 3.化学。