1、第六章 工业用钢,工业用钢按化学成分分为碳素钢和合金钢两大类。 碳素钢是指含碳量低于2.11%的铁碳合金。 合金钢是指为了提高钢的性能，在碳钢基础上有意加入一定量合金元素所获得的铁基合金。,第一节 钢的分类及编号,一、钢的分类 1、按化学成分分,2、按质量分类 钢的质量是以磷、硫的含量来划分的。 分为普通质量钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢。 3、按冶炼时脱氧程度分：沸腾钢（脱氧不完全）、镇静钢（脱氧较完全）和半镇静钢。 4、按金相组织分 按退火组织分：亚共析钢、共析钢、过共析钢 按正火组织分：珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢、铁素体钢、奥氏体钢、莱氏体钢,5、按用途分类,二、钢的编号 我国钢材
2、的编号是采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法。 1、碳素结构钢 Q+最低屈服强度值+质量等级符号+脱氧方法符号 Q表示“屈服强度”；屈服强度值单位是MPa； 脱氧方法符号: 沸腾钢F；镇静钢Z；半镇静钢b。 如碳素结构钢牌号表示为Q235F、Q235Z。,2、优质碳素结构钢 牌号用两位数字表示。表示钢平均含碳量的万分之几。 如45钢平均含碳量为万分之四十五（即0.45%）的优质碳素结构钢。 *说明： 对于沸腾钢和半镇静钢, 在钢号后分别加字母F和b，如08F、10b。 高级优质钢在钢号后加字母A，如20A。,3、合金结构钢 两位数字（表示平均含碳量的万分之几）+合金元素符号+
3、该元素百分含量数字+ 当合金元素的平均含量小于1.50%时，只标元素符号，不标含量； 当合金元素的平均含量为1.50-2.49%、2.50-3.49%、3.50-4.49%、4.50-5.49%、时，在相应的合金元素符号后标2、3、4、5 等数字。如20CrNi3。 高级优质钢在牌号后加字母A，如60Si2MnA。 特级优质钢在牌号后加字母E，如30CrMnSiE。 所有合金钢的合金元素量标法相同,4、工具钢 碳素工具钢 T + 数字 T表示“碳素工具钢” ； 数字表示平均含碳量的千分之几。 如T8其平均含碳量为千分之八(0.8%C)。 *说明：碳素工具钢都是优质以上质量的。高级优质钢在钢号后
4、加“A”，如T8A。,锉刀,板牙,丝锥, 合金工具钢 含碳量+合金元素符号+该元素百分含量+,* 高速钢不标含碳量，如W6Mo5Cr4V2(含0.85%C). * 含铬量小于1%时，在含铬量(以千分之一为单位)前加数字“0”，如Cr06。,铣刀,5、轴承钢 G+Cr+铬含量(不标含碳量) “G”表示“滚动轴承钢”。 * 铬含量以千分之一为单位。 如“GCr15”的平均含铬量为1.5%。 渗碳轴承钢牌号的表示方法与合金结构钢相同，仅在牌号头部加字母“G”，如“G20CrNiMo”。,轴承,6、不锈钢和耐热钢 含碳量+合金元素符号+该元素百分含量+ 含碳量以千分之一为单位。,含碳量的表示方法为：
5、当平均含碳量1.00%时，用两位数字表示，如11Cr17(平均含碳量为1.10%)；,不锈钢锅,锅炉, 当1.0%平均含碳量0.1%时，用一位数字表示,如2Cr13（平均含碳量为0.20%） 当0.1%含碳量上限 0.03%时，以“0”表示，如0Cr18Ni9（含碳量上限为0.1%） 当0.03%含碳量上限0.01%时（超低碳），以“03”表示，如03Cr19Ni10(含碳量上限为0.03%）, 当含碳量上限0. 01%时(极低碳)，以“01”表示，如01Cr19Ni11（含碳量上限为0.01%）。,不锈钢剪刀,7、铸钢 ZG + 两位数字 ZG表示“铸钢”； 两位数字表示平均含碳量的万分之几
6、, 如ZG25、,铸钢件,第二节 结构钢,对结构钢的性能要求为： 使用性能以强韧性为主。 工艺性能以可焊性、淬透性为主。,1、成分：0.4%C, P、S量及非金属夹杂较多. 2、性能：可焊性、塑性好。 3、热处理：不进行专门热处理，热轧空冷态下使用。 4、使用状态下组织：F+P 5、用途 常以热轧板、带、棒及型钢使用，用量约占钢材总量的70%。 用于建筑结构，适合焊接、铆接、栓接等。,一、碳素结构钢,螺纹钢,热轧钢板,1、性能要求 高强度及足够韧性。 良好的焊接性能。 良好的耐蚀性及低的韧脆转变温度。 2、成分特点 低碳：0.2%C. 合金元素：主要是Mn，还有少量V、Ti、Nb等。 Mn的作
7、用是强化铁素体。 V、Ti、Nb等起细化晶粒和弥散强化作用。 另外加Cu可提高耐蚀性；加RE可提高韧性、疲劳极限，降低冷脆转变温度。,二、低合金高强度结构钢,3、热处理：大多数热轧空冷后使用。 4、使用状态下组织：F+P 5、用途： Q345钢(16Mn)综合性能好，用于船舶、桥梁、车辆等大型钢结构。 Q390钢含V、Ti、Nb，强度高，用于中等压力的压力容器。 Q460钢含Mo、B，正火组织为贝氏体，强度高,用于石化中温高压容器.,船舶 桥梁 储气罐,1、性能要求 表硬里韧。 良好的热处理性能,如淬透性和渗碳能力。 2、成分特点 低碳：0.1-0.25%C 合金元素作用： 提高淬透性：Cr、
8、Mn、Ni、B 强化铁素体：Cr、Mn、Ni 细化晶粒：W、Mo、Ti、V,三、渗碳钢,3、热处理特点 渗碳件的加工工艺路线为：下料锻造正火机加工渗碳淬火+低温回火 正火目的为调整硬度，便于切削加工。 淬火温度一般为： Ac1+30-50。 4、使用状态下组织 心部：M低碳回+F 表层：M高碳回+颗粒状碳化物+A(少量)；,5、常用钢号及用途 低淬透性钢：20、20Cr。 用于受力小的耐磨件，如柴油机的活塞销、凸轮轴等。,活塞销,凸轮轴,中淬透性钢：20CrMnTi。用于中等载荷的耐磨件，如变速箱齿轮。 高淬透性钢：18Cr2Ni4WA。用于大载荷的耐磨件，如柴油机曲轴。,变速齿轮,柴油机曲轴
9、,1、性能要求 良好的综合力学性能. 良好的淬透性。 2、成分特点 中碳：0.30.5%C 合金元素作用： 提高淬透性: Mn、Si、Cr、Ni、B 强化铁素体: Mn、Si、Cr、Ni 细化晶粒: Ti、V 防止第二类回火脆性: W、Mo,四、调质钢,3、热处理及组织特点 调质件的加工工艺路线为：下料锻造退火粗加工调质精加工装配 调质目的：获得良好综合力学性能 使用状态下的组织为：S回 为提高表面耐磨性，调质后可进行表面淬火或氮化。,4、常用钢号及用途 低淬透性钢：D0油60mm, 常用40CrNiMo, 用于制造大截面重载荷零件，如曲轴等。,连杆 曲轴,1、性能要求 高的s，s/b；高的-
10、1；足够的韧性 高的淬透性。 2、成分特点 中高碳：碳素弹簧钢为0.60.9%C；合金弹簧钢为0.450.7%C 合金元素作用： 提高淬透性、强化铁素体：Mn、Si 防止加热时脱C：Cr、V、W,五、弹簧钢,3、热处理及组织特点 冷成型弹簧：冷拔冷成型定型处理(250300)。用于10mm) 4、弹簧的表面质量 弹簧的表面质量对其寿命影响很大。 提高表面质量的方法: 防止表面脱碳； 避免表面缺陷； 进行喷丸处理，使表面产生压应力。,5、常用钢号及用途 Si、Mn弹簧钢，如65Mn、60Si2Mn，用于制造较大截面弹簧。 Cr、V弹簧钢，如50CrV，用于大截面、大载荷、耐热的弹簧。,大型热卷弹
11、簧,汽车板簧,六、滚动轴承钢,1、性能要求 高而均匀的硬度和耐磨性。 高的b和接触疲劳强度。 足够的韧性、淬透性和耐蚀性. 2、成分特点 高碳：0.951.10%C 合金元素：以Cr为主,加入Mn、Si。 Cr、Mn、Si的主要作用是提高淬透性 Cr还提高耐磨性（形成合金渗碳体）和耐蚀性。当1.65%Cr时,会因A增加而使硬度和稳定性下降。,3 、热处理和组织特点 滚动轴承钢是过共析钢。 热处理：球化退火+淬火+低温回火 组织： M回+颗粒状碳化物+A(少量) 淬火后进行冷处理(-60至-80), 可以减少A、稳定尺寸。,4、常用钢号及用途 应用最广的是GCr15，大量用于大中型轴承； 大型轴
12、承用GCr15SiMn。 这类钢还可用于制造模具、量具等。,向心球轴承,圆柱滚子轴承,自动调心球轴承,是指在冲击载荷作用下发生冲击硬化的高锰钢。只有ZGMn13一个钢号。 1、成分特点 高碳：1.01.3%C，以保持高耐磨性。 高锰：1114%Mn，以保证形成奥氏体组织。 2、热处理及组织 铸态组织为奥氏体+碳化物, 性能硬而脆. 热处理采用水韧处理。即将钢加热到1100，使碳化物溶入奥氏体，并进行水淬。 室温组织为过饱和单相奥氏体。,七、耐磨钢,3、使用及用途 水韧处理后，韧性高，硬度低，使用时必须伴随着压力和冲击作用。 在压力及冲击作用下，表面奥氏体迅速加工硬化，形成马氏体并析出碳化物，使
13、表面硬度提高到HB500550，获得高耐磨性。而心部仍为奥氏体组织,具有高耐冲击能力。,挖掘机斗齿,履带,高锰钢广泛用于既要求耐磨又要求耐冲击的零件。如拖拉机的履带板、球磨机衬板、破碎机牙板、挖掘机铲齿和铁路辙岔等。,球磨机衬板,铁路辙岔,破碎机颚板,第三节 工具钢,按用途分为: 刃具钢 模具钢 量具钢,一、刃具钢 性能要求 1、高硬度 (HRC60),主要取决于含碳量。 2、高耐磨性 靠高硬度和析出细小均匀硬碳化物来达到。 3、高热硬性 即高温下保持高硬度的能力。 4、足够的韧性 以防止脆断和崩刃。, 碳素工具钢 共有七个牌号：T7T13 1、成分特点： 高碳(0.651.35%C)，随含碳
14、量提高，碳化物量增加，耐磨性提高，但韧性下降。 2、热处理及组织 热处理：球化退火+淬火+低温回火 球化退火目的： 降低硬度, 便于加工; 为淬火作组织准备。 使用状态下的组织： M回+颗粒状碳化物+A(少量),3、用途 由于碳素工具钢热硬性、淬透性差，只用于制造小尺寸的手工工具和低速刃具。 T7-T9：制造承受冲击的工具，如木工工具：冲子、凿子、锤子等。,T10-T11：制造低速切削工具，如钻头、丝锥、车刀等。 T12-T13：制造耐磨工具，如锉刀、锯条等。, 低合金工具钢 由碳素工具钢基础上加入少量合金元素(3-5%)形成。1、成分特点： 高碳：0.75-1.5%C 合金元素作用 提高淬透
15、性: Cr、Mn、Si 提高回火稳定性：Si 提高耐磨性、细化晶粒:W、V 2、热处理及组织同碳素工具钢，只是淬火介质为油(碳素工具钢为水)。使用状态下的组织为： M回+颗粒状碳化物+A(少量),3、常用钢号及用途 应用最多的是9SiCr。用于制造形状复杂、要求变形小的低速刃具，如丝锥、板牙等。, 高速钢（俗称风钢） 制造高速切削刃具用钢。 1、性能特点: 高热硬性(600)、高淬透性 2、成分特点 高碳: 0.70-1.5%C 合金元素作用 提高淬透性：Cr 提高热硬性、耐磨性: W、Mo、V 3、加工及热处理 高速钢是莱氏体钢，其铸态组织为亚共晶组织，由鱼骨状莱氏体与树枝状M+T组成，脆性
16、大且无法热处理改善。,W18Cr4V钢的铸态组织,W18Cr4V钢的退火组织,W18Cr4V钢的淬火组织,W18Cr4V钢热处理工艺示意图,W18Cr4V钢淬火、回火后的组织,4、使用状态下组织M回+颗粒状碳化物+A（少量）,5、常用钢号及用途 常用钢号为W18Cr4V(18-4-1)和W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2)。 用于高速切削刃具，如车刀、刨刀、铣刀、钻头等。,车刀,铣刀,高速钢铣刀, 冷作模具钢 制造金属冷成型模具钢种. 1、性能要求 高硬度和耐磨性。 足够的强度和韧性。 良好的工艺性能（淬透性、切削加工性等）,二、模具钢,2、常用钢种 小尺寸、形状简单、受力不大的模具, 可用
17、碳素工具钢和低合金工具钢制造，如T8A、9Mn2V、9SiCr等。 截面、受力大的冷模具用Cr12型冷作模具钢制造. 成分特点：高碳(1.42.3%C)；高铬(11.513%Cr) 合金元素作用：Cr 提高淬透性；Mo、V 提高耐磨性，细化晶粒。 热处理特点 Cr12型模具钢也是莱氏体钢，需进行锻造、退火,目的同高速钢。 最终热处理为: 淬火+低温回火 使用状态下的组织: M回+颗粒状碳化物+A(少量) 典型牌号为Cr12和Cr12MoV。用于制造冷冲模、挤压模等。, 热作模具钢 制造使加热金属或液态金属成型模具钢种. 1、性能要求 高温下良好的综合力学性能。 抗热疲劳性能。 高的淬透性和良好
18、的导热性。 2、常用钢种 热锻模钢 5CrNiMo、5CrMnMo 成分特点、合金元素作用及热处理同调质钢。 使用状态下的组织: S回, 压铸模钢 典型钢号是3Cr2W8V, 为过共析钢. 中碳(0.3-0.4%C), W、Cr提高抗热疲劳性能. 淬火+回火后组织：M回+颗粒状碳化物+A(少量),压铸模,普通热锻模具,制造各种量具用钢。如千分尺、卡尺、块规、塞规等。,三、量具钢,1、性能要求 量具在使用过程中与被测零件接触，承受摩擦和冲击。 高硬度和耐磨性。 高的尺寸稳定性。 足够的韧性。 2、量具用钢 低碳钢渗碳、中碳钢表面淬火 碳素工具钢、低合金工具钢两者用于尺寸小、形状简单、精度要求不高
19、的量具。 滚动轴承钢、冷作模具钢。用于制造精密量具. 不锈钢用于制造接触腐蚀介质的量具。,3、量具钢的热处理特点 淬火前预备热处理采用调质处理。 下限温度淬火及冷处理。目的是减少A。 长时间低温时效，以消除内应力，降低马氏体的正方度。,量具,第四节 特殊性能钢,一、不锈钢,在腐蚀介质中具有耐蚀性能的钢。 金属的腐蚀 金属的腐蚀分化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀是指金属在非电解质中的腐蚀。电化学腐蚀是指金属在电解质溶液中的腐蚀，是 有电流参与作用的腐蚀。,防止电化学腐蚀的措施： 获得均匀的单相组织。 提高合金的电极电位。 使表面形成致密的钝化膜。 不锈钢的成分特点 1、低碳：碳高，则降低耐蚀性。
20、2、Cr：提高电极电位、是提高耐蚀性的主要元素 3、Ni：获得单相奥氏体组织。 4、Mo：耐有机酸腐蚀。 5、Ti, Nb: 防止奥氏体钢晶间腐蚀。,晶间腐蚀是沿晶粒周界发生腐蚀的现象，危害很大. 它是由于Cr23C6析出于晶界，使晶界附近Cr含量降到12%以下，在介质作用下发生强烈腐蚀。 加 Ti、Nb则先于Cr与C形成不易溶于奥氏体的碳化物, 避免晶界贫Cr。, 常用不锈钢 1、马氏体不锈钢 主要是Cr13型不锈钢 钢号为1Cr13-4Cr13 随含碳量提高，强度、硬度提高，耐蚀性下降. 1Cr13、2Cr13、3Cr13、 热处理: 淬火+高温回火 使用状态下的组织: S回 这三种钢具有
21、耐大气、蒸汽腐蚀能力及良好的综合力学性能。用于要求塑韧性较高的耐蚀件，如汽轮机叶片等。, 4Cr13 热处理：淬火+低温回火。 使用状态下的组织：M回。 具有较高强度、硬度。用于要求耐蚀、耐磨件，医疗器械、量具等。,不锈钢剪刀,不锈钢量具,2、铁素体不锈钢 典型钢号如1Cr17等。 成分：高铬低碳 无相变，不能进行热处理强化。 组织：单相铁素体 性能特点 耐酸蚀，抗氧化能力强，塑性好。但有脆化倾向： 475脆化：加热到450-550停留，产生脆化. 再加热到600快冷可消除。 相脆化：在600-800长期加热时，析出硬而脆的相。 (5)用途：广泛用于硝酸和氮肥工业的耐蚀件。,3、奥氏体不锈钢
22、主要是18-8（18Cr-8Ni）型不锈钢。低碳高铬高镍。 性能特点：具有良好的耐蚀性，冷热加工性及可焊性。高的塑韧性,无磁性。 热处理：采用固溶处理。即加热到1100使碳化物溶解后水冷。 组织为单相奥氏体。 常用钢种 为1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti，广泛用于化工设备及管道. 应力腐蚀 奥氏体不锈钢易发生应力腐蚀。即在特定合金-环境体系中，应力与腐蚀共同作用引起的破坏。应力腐蚀易在含Cl的介质中发生，裂纹为树枝状。,4、其他类型不锈钢 （1）双相不锈钢 典型钢号如0Cr26Ni5Mo2、03Cr18Ni5Mo3Si2等。这类钢的组织由奥氏体和铁素体两相组成，其晶间腐蚀和应力腐蚀倾向小
23、，强韧性和可焊性较好，可用于制造化工、化肥设备及管道，海水冷却的热交换设备等。 （2）沉淀硬化不锈钢 典型钢号：0Cr17Ni7Al、 0Cr15Ni7Mo2Al，经固溶、二次加热及时效处理后，组织为在奥氏体马氏体基体上分布着弥散的金属间化合物。主要用做高强度、高硬度且耐腐蚀的化工机械和航天用的设备、零件等。, 性能要求 1、高的抗氧化性： 指钢在高温下对氧化作用的抗力。 钢中加入Cr、Si、Al可形成致密稳定的氧化膜，阻碍氧进一步扩散，提高抗氧化性。 2、高的热强性 热强性是指金属在高温下的强度. 指标为蠕变强度和持久强度。 蠕变指金属在高温低于s的应力下所发生的极其缓慢的塑性变形.,二、耐
24、热钢,（二）成分特点 1、提高抗氧化性 加入Cr、Si、 Al可在合金表面上形成致密的Cr2O3、SiO2、Al2O3氧化膜。 2、提高热强性 提高高温强度的途径: 固溶强化； 析出强化； 晶界强化(加入B、Zr等降低晶界能量),（三） 常用耐热钢 1、珠光体耐热钢 15CrMo、12Cr1MoV，是低合金钢。 热处理： 正火+高温回火 组织: F+P 用途：600以下的锅炉零件,压力容器，热交换器等。,压力容器,热交换器,2、马氏体耐热钢 常用钢号为Cr12型、 Cr13型和 4Cr9Si2 热处理：调质。 组织： S回。 用途：1Cr13、1Cr11MoV用于550以下汽轮机叶片； 4Cr9Si2是汽车阀门用钢。 3、奥氏体耐热钢 最典型钢号是1Cr18Ni9Ti。 热处理采用固溶处理 组织为单相A。 主要用于过热器管道等。,汽车阀门,过热器管道,
