1、第九章 工业用钢,91 钢中的杂质元素及气体,杂质元素的种类：、等，称为常存元素。 一、 1 Mn的作用：固溶强化作用（溶入F）；可以形成合金渗碳体(Fe,Mn)3C；具有脱作用；脱氧作用等。2 硅的作用与锰相似，它的脱O能力比锰更强；硅还可以溶入F，造成固溶强化。 结论：锰、硅是有益元素,二、有害元素，要严格控制。三、气体 1 氮气：兰脆。可以用铝、钛脱N（固N）。 2 氢气： 使塑性、韧性降低，造成氢脆。“白点”造成机械性能极度下降。 3 氧气： 常常以氧化物的夹杂物形式存在，使塑性、韧性、疲劳强度、耐蚀性降低。热脆性增大。,72 碳钢的分类、牌号和用途（重点）,碳素钢简称碳钢，是铁和碳组
2、成的合金。211，一般135，少量的杂质：、等。 特点：较好的机械性能；一般能满足要求。良好的工艺性能；容易加工。价格低廉，品种多，占90。,一、分类按分类低碳钢：025中碳钢：（0.250.6）高碳钢：06（1.35%）按钢的用途分类（1） 碳素结构钢：工程结构：桥梁、船体等,一般为低碳钢。机器零件：曲轴、轴、齿轮等，一般为中碳钢。（2） 碳素工具钢：刃具、模具、量具。一般为高碳钢。,按钢的质量分（、的含量）：普通碳素钢；0045，005；优质碳素钢：、004；高级优质碳素钢：0035、003。我国国标中： 按用途和质量对钢进行分类和编号。 二、碳钢的牌号和用途 碳素结构钢（Plain-ca
3、rbon steel) GB70088对钢的牌号的表示方法和符号作了如下规定：,钢的牌号由四部分组成： （1）代表屈服点的符号；Q （2）屈服点数值MPa;（3） 质量等级符号（A、B、C、D）；（4）脱氧程度（F沸腾钢、Z-镇静钢、b半镇静钢、TZ特殊镇静钢，在牌号中规定：Z、TZ予以省略）。如：Q235AF 表示：屈服强度为235MPa，A级的沸腾钢。可用于制造焊接结构的柴油机机体、机座等。主要有：Q195（不分级）、Q215（分A、B两级）、Q235分A、B、C、D级、Q255（分A、B级）、Q275（不分级）,优质碳素结构钢（Carbon Constructional Quality
4、Steel)特点：、含量少（004），质量好，一般用于制造机器零件，一般都要经过锻造和热处理。牌号（1）普通含锰量的：锰0.350.8% 用两位数来表示（平均含碳量的万分数）。如：45 （读作45号钢，表示平均含碳量为：045的钢，用途：曲轴、连杆、活塞杆、尾轴等。用量最大）。,如：20Mn 表示平均含碳量为：020的较高含锰量的钢。 3应用08F：含碳量低，塑性好，成本低，用于冷冲压零件（汽车外壳等）。 低碳钢：15、20、25 等强度较低，塑性好，焊接性好。用于冷冲压制品及焊接件。也可用于渗碳。中碳钢：3555号钢，（45钢最常用）调质后等具有良好的综合机械性能，用于制造轴类零件（曲轴、连
5、杆、活塞杆、尾轴等）。含碳量较高的钢（06），如60、70钢等，具有很高的强度和弹性，主要用于制造弹簧、钢丝绳等。,（三）碳素工具钢（ ） 1要求: 硬度高、耐磨，一定的强度、韧性。因此含碳量较高（065135）。应严格控制、的含量。均为优质钢，有时为高级优质钢。 2牌号:“”数字（平均含碳量的千分数，注意与结构钢的区别） “碳”素工具钢例：12 表示平均含碳量为12的高级优质碳素工具钢。,3用途: 制造工具：刃具、量具、模具等。 T7、8：虎钳、冲头、锤头等；（高的韧性）T9、10、T11：车刀、钻头、锯条等；（中等韧性）T12、13：锉刀、量具等，具有高的耐磨性。（低的韧性） 4 热处理：
6、加工前：球化处理；加工后：淬火低回。组织：M粒状Fe3C+A HRC6065。 （四）专用钢1船体结构用钢,特点：好的冷变形性能和焊接性能，一定的强度、耐蚀性、韧性（特别是好的低温韧性）。均属低碳优质结构钢。牌号： （1）一般强度船体结构用钢：A、B、D、E4个等级，s235MPa （2）高强度船体结构用钢：按最小s 划分强度级别，每一强度级别又按ak分为A、D、E、F 4级。如A40（s390MPa）、A32（s315MPa）、A36（s355MPa）,2锅炉与压力容器用钢牌号：碳素结构钢牌号“锅”（或） “容”（或）含碳量：（016026）例如：20，16MnR等。 3铸钢成分：C：0.1
7、5%0.6%, P、S0.04% 牌号：“”“”“铸钢”;,例如：200400, 表示：200MPa，b400MPa 的铸钢,用于机座。ZG270500 可以用于生产曲柄、机架、气缸体等。应用：铸钢件。 魏氏组织：特征是：铸件在冷却时，F不仅沿A的晶界析出，而且在A内一定的晶面析出，呈粗针状，插入到P内，使钢的塑性和韧性降低。用正火或完全退火消除。,9-3合金钢(Alloy steel),在碳钢中加一定量的合金元素 合金钢 定义：除铁、碳外，还含有为某种目的而特意加入的合金元素的钢，称为合金钢。 一、合金钢与碳钢的性能比较： 1合金钢的强度、屈强比高，而碳钢的则较低。例：16：3203502Q
8、235： 2352,2合金钢的淬透性高，而碳钢则较低 3合金钢具有高的高温强度和回火抗力，而碳钢的则较低 碳钢：工作温度200；合金钢：（耐热合金）600800 4合金钢具有特殊的理化性能，而碳钢则不具备超高强度，高温性能，耐蚀性等。 二、钢中的合金元素 合金元素：有目的、精确地加入碳钢中的元素。,3大多数合金元素可与钢中的、等形成非金属夹杂物23、2、等。 4.合金元素之间相互作用，形成金属间化合物，如：FeSi 5以游离状态存在: 如：、等。 四、 合金元素在钢中的作用 （一）、合金元素对3相图的影响（1） 对相区的影响: 它们均使、点左移。（2）对临界点的影响: 点移动，、移动（上、下）
9、。 点左移，表示出现莱氏体的降低。,（二）、对组织转变的影响 1合金元素对加热转变的影响对形成速度的影响：临界点改变，形成条件变化;合金元素对e、的扩散有阻碍作用对剩余化物溶解的影响 对均匀化的影响综上、可知：合金元素减慢了化过程。对晶粒长大的影响,分为4种情况：强烈阻碍晶粒长大的元素：、等中等阻碍晶粒长大的元素：、等轻微阻碍晶粒长大的元素：、等促使长大的晶粒长大的元素：、等（记这两个）。一般情况下：除锰、磷外，其它元素都阻碍A的长大，但程度不同。 2合金元素对过冷分解转变的影响（对C曲线的影响）,非化物形成元素（、），弱化物形成元素（）加入钢中后，曲线形状基本不变，但右移（稳定）。 o（非化
10、物形成元素），使曲线左移。它能提高在钢中的扩散， 使A的分解加快。化物形成元素使曲线右移，而且使曲线形状改变，如、Ti等，不但使曲线右移，提高了的稳定性，且会出现两个“鼻子”。,小结：除外，合金元素都使曲线右移，提高了的稳定性， 降低了临界冷却速度，从而提高了钢的淬透性。此外，对点和点也有影响： 大多数合金元素：降低、，其中锰最强；高合金钢有时要进行冷处理，以减少残余A的含量。没有作用；、使升高。 3合金元素对淬火钢回火时的组织转变的影响提高了回火稳定性；回火后硬度的下降较少；回火脆性，特别是含铬、锰的钢。,（三）、合金元素的作用 1 主加元素一般将Cr、Mn、Si、Ni称为主加元素。对钢的影
11、响起主导作用。主要作用是提高淬透性。主加元素的含量一般1。 2 辅加元素Mo、W、VTi、B等元素，它们一般不单独使用，常与主加元素配合使用，其作用为：提高淬透性（钼、B）、防止A晶粒长大（V、Ti、W等）、消除回火脆性（W 、Mo，）等。其含量一般1。,五、合金钢的分类及编号（重点） （一）、分类 按用途分： 合金结构钢：普通低合金钢、合金调质钢、合金渗钢、合金弹簧钢、滚动轴承钢。合金工具钢：刃具钢（低合金工具钢、高速钢）、模具钢（冷变形模具钢、热变形模具钢、量具钢特 殊 钢： 不锈钢、耐热钢、耐磨钢。,按成分分类 低合金钢：合金元素总量：5 中合金钢： 510 高合金钢： 10 按显微组织
12、分正火状态下：、类合金钢，,（二）编号方法方法：字母数字化学元素符号数字字母 1 第一项字母：表示某些专门用途钢的类型，如：“G”为“滚”字拼音的第一个字母，表示滚动轴承钢。 2 第二项数字，位于所有化学元素符号之前，表示含量。 3 第三、四项元素符号和紧接的数字，表示钢中的主要合金元素的种类和名义百分含量。当含量15时， 只标元素符号，不标含量。当15；25；35时，元素符号后分别标：2、3、4等。,如：602 表示06，15，15 4 最后一项字母表示钢的冶金质量。高级优质钢在编号的最后加字母“A”，特级优质加字母“E”. 5 其它国家的钢号可查表。,94 船舶动力装置中所用合金结构钢,一
13、、普通低合金钢or低合金结构钢or普低钢 一般特点成分： 020，合金元素3性能：塑性、韧性好，焊接性能好。比低碳钢具有更高的强度更低的冷脆转变温度。 用途和常用牌号 船舶、桥梁、大型钢结构。 汽车（推广应用：减重2030）,16： 发展最早、 使用最多、产量最大（三个第一）。 与钢相比可节材2030。用于船体（东风号万吨轮就是用此钢）、桥梁、汽车等。15MnVN :=420MPa。用于大型焊接结构，如：桥梁、船体等。 二、合金渗钢1、一般特点成分：01025（低钢，确保心部的韧性 ）,合金元素：主加元素：2、45、2作用：提高钢的淬透性、强化心部。 辅加元素：02、12、01作用：防止晶粒长
14、大（强化物形成元素）。 2典型钢种及用途（1）低淬透性、低强度渗碳钢，水中淬透直径35mm,b=8001000MPa。典型钢种为： 20，用于制造冲击较小的耐磨件，如： 活塞销、齿轮。,（2）中淬透性、中强度渗碳钢，油中淬透直径2560mm,b=10001200MPa。典型钢种为：20： 用量大，用于汽车等的重要齿轮。（3）高淬透性、高强度渗碳钢，油中淬透直径100mm,甚至可在空冷条件下淬透，b1200MPa。典型钢种为：1824（“王牌”钢）：极高的淬透性，性能很好，冲韧性很高98，但合金元素达7。大截面的高强度渗件： 活塞销、（重型坦克、飞机、机车的）齿轮、精密偶件（著名的针阀体材料，要
15、求进行冷处理）。,3 钢的热处理热处理：渗后淬火低温回火，“表硬里强韧”。例：20： “渗淬火低回”后，性能指标为： 表面: HRC5860 心部：具有一定的强度（7008002）和韧性（60802），32,三、合金调质钢目的：获得好的综合机械性能。一般特点 成分：0.30.5的中碳钢，0.4%C的居多，碳素调质钢接近上限，如；40、45、50钢，合金调质钢接近下限，如：30CrMnSi。合金元素：、等，作用：提高淬透性，固溶强化F。Mo、W、V、Ti、B为辅加元素。,常用牌号及用途（1）低淬透性、低强度调质钢： 油淬直径3040，典型牌号；40，用量最大的合金钢之一，曲轴、连杆、重要的螺栓（
16、如：连杆螺栓）等。（2）中淬透性、中强度调质钢： 油淬直径4060，典型牌号；40（可用40代替）、35CrMo,重型载重汽车的半轴、大型尾轴、活塞头、连杆、曲轴等。（3）高淬透性、高强度调质钢： 油淬直径60100，典型牌号； 373：具有高的综合机械性能，十分昂贵。用于大截面、心部要求高韧性、高强度零件（民用产品最好不用），如：重型机械的轴、,叶轮、齿轮等。 四、合金弹簧钢专用结构钢，用于弹簧和弹性元件，利用弹性变形减振和依靠弹性储能来驱动零件。 1一般特点成分：04507； 合金元素：、等。 作用：提高淬透性和回火稳定性，细化晶粒。性能：屈强比08。弹性好，疲劳强度高，足够的塑性和韧性。
17、,2常用牌号和用途（1）含、V、W的钢：50VA，排气阀弹簧（300），652：高温排气阀弹簧。（2）以、为主的钢：65Mn、60Si2Mn 比碳素弹簧钢的淬透性好，可制造大弹簧25mm,（碳素弹簧钢可制造的弹簧1215mm） 3热处理热成形弹簧（大截面）：淬火中温回火，T。冷成形弹簧：直径8 ，用冷拔钢丝冷卷成形。,五、滚动轴承钢1一般性能高的抗压强度、疲劳强度和耐磨性。一定的韧性和耐蚀性，尺寸稳定。成分：095110 合金元素：0415 2常用牌号和用途15：滚动轴承、柴油机的精密偶件、精密量具等。 3热处理,95 合金工具钢,一、成分 ：0613。合金元素、等。 、002003，优质钢。
18、 二、热处理球化退火淬火（冷处理）低温回火 三、常用的合金工具钢 （一）低合金刃具钢 特点：,在碳素刃具钢的基础上加入一定的合金元素：C：07515 （过共析成分） 合金元素总量5合金元素：、（提高淬透性），、 （与形成难溶碳化物，HB 耐磨性 ，防过热 细化晶粒） 热处理： 球化退火淬火低回 常用牌号及用途： 9： 09，、15， 4050 用途：薄刃刀具，低速切削刀具如：板牙、铣刀等。,1，、15 用途：拉刀、柴油机精密偶件。 高速钢：特点：高温硬度即红硬性、热硬性：600时，60 成分：高、高合金工具钢：C0.71.65%合金元素总量10； 合金元素、 。 铸态组织及锻造与亚共晶白口铁相
19、似：鱼骨状黑色共析组织白色,热处理： 球化退火 淬火低温回火（3次） 常用牌号： （1）W系： 184 钨系高速钢；0708，4，18， 15用途：高速切削用的车刀、钻头等；精密偶件。（2）W-Mo系；W6Mo5Cr4V2。形状复杂的刃具。韧性好。,96 特殊性能钢,一、不锈钢（不锈耐酸钢）包括：抵抗大气腐蚀的不锈钢和抵抗化学介质的耐酸钢。 金属腐蚀的基本概念：在外界介质的作用下，金属逐渐受到破坏的现象，称为腐蚀。 例如：船体钢板的生锈。 种类：（1）化学腐蚀：与周围介质发生化学反应，不产生电流。（2）电化学腐蚀（最常见）。,防止金属腐蚀的基本途径： （1）加入合金元素 钢基体的电极电位。 （
20、2）加入合金元素，使钢在室温下呈单相状态。 （3）加入合金元素，形成钝化膜，将零件与介质隔离，非常有效。 （4）减少或消除钢中的不均匀现象（组织、化学成分等）。 （5）涂保护层：如涂漆（船体）、电镀等。 （6）阴极保护法：用电极更低的金属做阳极，被保护对象做阴极。“牺牲阳极保护法”如在船体钢板上加Zn块。,不锈钢的特点：00310 （对耐蚀性要求高的，采用低的C：0.10.2%;而对硬度也有较高要求的，采用高的C：0.850.95%） 合金元素：10， 主要合金元素：、等。 Cr合金元素的作用：获得单相组织； 电极电位； 形成钝化膜23,常用不锈钢（按正火状态分） 型不锈钢： ：0110；13
21、18Cr13型不锈钢。 例：113：涡轮叶片；413：耐蚀轴承、不锈性的手术刀。 型不锈钢： ：015；1330特点：室温下单相，抗高温氧化性好，耐酸能力强，但机械性能和工艺性能差，不能承受冲击，冶炼也困难。强度低。117：化工容器、硝酸等。,型不锈钢：r18， 8（扩大相区）；含C量较低。应用最广，“188”型是典型的成分配合，可获得单相。11882、1Cr18Ni9Ti;具有高的耐蚀性、塑性、焊接性能和冷变形能力，无磁性，但强度不高，可用形变强化。用于：航空发动机零件；航海仪表中的无磁零件。 二、耐热钢 耐热性的基本概念,1耐热性： 金属材料在高温下抗氧化性和高温强度的总称。 2抗氧化性：
22、取决于材料本身的成分：通过致密氧化膜，阻止氧化的进行。 3高温强度：蠕变的概念，指标：蠕变极限、持久强度。提高再结晶温度。 耐热钢 抗氧化钢（不起皮钢）特点：高温下有较高的抗氧化性，而对高温强度无高的要求。,方法：加入合金元素Cr、Si、Al等，形成致密氧化膜。钢、钢；加入10的铬，可以使抗氧化温度达到900，加入20的铬，可以使抗氧化温度达到1100， 1182：热交换器；318252 ：锅炉的耐热件。 热强钢特点：抗氧化能力好，对高温强度要求较高，良好的组织稳定性。方法：加入合金元素（Cr、Ni、Mo、V、Ti），提高再结晶温度，提高抗蠕变能力。,例：492：进、排气阀（700），M型；4
23、14142：750的船机排气阀、叶片，A型热强钢；800以下不起皮，有更好的热强度。1189： 涡轮叶片，600700。1Cr13、2Cr13: M型热强钢，涡轮叶片。,思考题,1碳素钢有哪些类型？ 2碳素结构钢与优质碳素结构钢的区别是什么？ 3说明下列牌号的含义：45、20Mn Q235.F、27050016、20 8、12 4钢中的常存杂质元素有哪些？各有何作用？ 5概念：热脆、冷脆、兰脆、魏氏组织。 6与碳钢比，合金钢有何优缺点？,7常用的合金元素有哪些？作用是什么？ 8合金钢有哪些类型？各有何用途？ 9解释牌号及用途： 16Mn 、 20Cr、 18Cr2Ni4WA 、 40Cr 、 50CrVA 、 Gcr15、 W18Cr4V 、 1Cr18Ni8W2A 、4Cr14Ni14W2Mo 、 4Cr9Si2 10如何提高材料的防腐能力？ 11耐热性包含哪两个方面的涵义？如何提高耐热性？,
