1、第六章 工业用钢工业用钢按化学成分分为碳钢和合金钢两大类。碳钢为含碳量小于 2.11%的铁碳合金。而合金钢是指为了提高钢的性能，在碳钢的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 钢的分类与编号一、钢的分类钢的种类繁多，为了便于生产、使用、管理，可按以下几种方法分类：1、按化学成分分按化学成分可将钢分为碳素钢和合金钢。碳素钢根据含碳量分为低碳钢（含碳量0.25%）、中碳钢（含碳量为 0.250.6%）和高碳钢（含碳量0.6%C）。合金钢根据合金元素总量分为低合金钢（合金元素总量5%）、中合金钢（合金元素总量为 510%）和高合金钢（合金元素总量 10%）。2、按质量分钢的质量是以磷、
2、硫的含量来划分的。根据磷、硫的含量可将钢分为普通质量钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢。根据现行标准，将各质量等级钢的磷、硫含量列于表 6-1。表 6-1 各质量等级钢的磷、硫含量 %碳 素 钢 合 金 钢钢 类P S P S普通质量钢 0.045 0.050 0.045 0.045优 质 钢 0.040 0.040 0.035 0.035高级优质钢 0.030 0.030 0.025 0.025特级优质钢 0.025 0.020 0.025 0.0153、按冶炼方法分根据冶炼所用炼钢炉不同，可将钢分为平炉钢、转炉钢和电炉钢。根据冶炼时的脱氧程度不同又可将钢分为沸腾钢、镇静钢和半镇静钢。沸腾钢
3、在冶炼时脱氧不充分，浇注时碳与氧反应发生沸腾。这类钢一般为低碳钢，其塑性好、成本低、成材率高，但不致密，主要用于制造用量大的冷冲压零件，如汽车外壳、仪器仪表外壳等。镇静钢脱氧充分，组织致密，但成材率低。半镇静钢介于前两者之间。4、按金相组织分按退火组织可将钢分为亚共析钢、共析钢和过共析钢。而按正火组织可将钢分为珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢、铁素体钢、奥氏体钢和莱氏体钢等。5、按用途分按用途可将钢分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。结构钢包括工程用钢和机器用钢，工程用钢用于建筑、桥梁、船舶、车辆等，而机器用钢包括渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢和耐磨钢。工具钢包括模具钢、刃具钢和量具钢。特殊性能钢
4、包括不锈钢、耐热钢等。二、钢的编号 钢铁产品牌号表示方法我国钢的牌号一般采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。采用汉语拼音字母表示钢产品的名称、用途、特性和工艺方法时，一般从代表钢产品名称的汉字的汉语拼音中选取第一个字母。采用汉语拼音字母，原则上只取一个，一般不超过两个。常用钢产品的名称、用途、特性和工艺方法表示符号见表 6-2。表 6-2 常用钢产品的名称、用途、特性和工艺方法表示符号（GB/T 2212000）名 称 采用的汉字及汉语拼音采用符号牌号中的位置名 称 采用的汉字及汉语拼音采用符号牌号中的位置碳素结构钢 屈(Qu) Q 头 船用钢 国际符号低合金高强度钢
5、屈(Qu) Q 头 汽车大梁用钢梁 (Liang) L 尾耐侯钢 耐侯(Nai Hou)NH 尾 矿用钢 矿 (Kuang) K 尾保证淬透性钢 H 尾 压力容器用钢容(Rong) R 尾易切削非调质钢 易非(Yi Fei) YF 头 桥梁用钢 桥(Qiao) q 尾热锻用非调质钢 非 (Fei) F 头 锅炉用钢 锅(Guo) g 尾易切削钢 易(Yi) Y 头 焊接气瓶用钢焊瓶(Han Ping) HP 尾碳素工具钢 碳(Tan) T 头 车辆车轴用钢辆轴(Liang Zhou)LZ 头塑料模具钢 塑模 (Su Mo) SM 头 机车车轴用钢机轴(ji Zhou) JZ 头（滚珠）轴承钢
6、滚(Gun) G 头 管线用钢 S 头焊接用钢 焊 (Han) H 头 沸腾钢 沸(Fei) F 尾钢轨钢 轨（Gui） U 头 半镇静钢 半(Ban) b 尾铆螺钢 铆螺(Mao Luo)ML 头 镇静钢 镇(Zhen) Z 尾锚链钢 锚(Mao) M 头 特殊镇静钢 特镇(Te Zhen) TZ 尾地质钻探钢管用钢地质(Di Zhi) DZ 头 质量等级 A.B.C.D.E 尾1、碳素结构钢和低合金结构钢这两类钢采用代表屈服点的拼音字母“Q” ，屈服点数值（单位为 MPa）和表 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。例如碳素结构钢牌号表示为Q235AF、Q235BZ
7、 等；低合金高强度结构钢牌号表示为 Q345C、Q345D 等。质量等级由 A 到 E，磷、硫含量降低，质量提高。碳素结构钢牌号中表示镇静钢的符号“Z”和表示特殊镇静钢的符号“TZ”可以省略，低合金高强度结构钢都是镇静钢或特殊镇静钢，其牌号中没有表示脱氧方法的符号。根据需要，低合金高强度结构钢的牌号也可以采用两位阿拉伯数字（表示平均含碳量的万分之几）和化学元素符号，按顺序表示，如 16Mn 等。2、优质碳素结构钢优质碳素结构钢的牌号以两位数字表示。这两位数字表示钢的平均含碳量的万分之几。沸腾钢和半镇静钢在牌号尾部分别加符号“F”和“b”。如平均含碳量为 0.08%的沸腾钢，其牌号表示为“08F
8、” ，平均含碳量为 0.10%的半镇静钢，其牌号表示为 “10b”。镇静钢一般不标符号，如平均含碳量为 0.45%的镇静钢，其牌号表示为 “45”。钢的含锰量为 0.701.00%时，在牌号后加锰元素符号，如“50Mn”。高级优质钢在牌号后加字母“A”。特级优质钢在牌号后加字母 “E”，如“45E” 。3、合金结构钢和合金弹簧钢合金结构钢和合金弹簧钢牌号由两位数字（表示平均含碳量的万分之几）加上其后带有百分含量数字的合金元素符号组成。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 1.502.49%、2.503.49%、3.504.49%、4.505.4
9、9%、时，在相应的合金元素符号后标 2、3、4、5等数字。如 30CrMnSi、20CrNi3 等。高级优质钢在牌号后加字母“A” ，如 30CrMnSiA、60Si2MnA 等。特级优质钢在牌号后加字母“E” ，如 30CrMnSiE 等。4、工具钢 碳素工具钢碳素工具钢的牌号由字母“T”与其后的数字组成，如“T9”。高级优质钢在牌号后加字母“A”，如“T10A”。 合金工具钢和高速工具钢合金工具钢和高速工具钢牌号的表示方法与合金结构钢基本相同，但一般不标明含碳量数字，如“Cr12MoV” （平均含碳量为 1.60%）、“W6Mo5Cr4V2”（平均含碳量为 0.85%）。当合金工具钢的含碳
10、量小于 1.00%时，含碳量用一位数字标明，这一位数字表示平均含碳量的千分之几，如“8MnSi”。平均含铬量小于 1%的合金工具钢，在含铬量（以千分之一为单位）前加数字“0” ，如“Cr06”。5、轴承钢高碳铬轴承钢的牌号以字母“G” 打头，牌号中不标明含碳量，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”。6、不锈钢和耐热钢不锈钢和耐热钢的牌号由表示平均含碳量的数字（以千分之一为单位）与其后带有百分含量数字的合金元素符号组成。合金元素含量表示方法同合金结构钢。含碳量的表示方法为：当
11、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%）；当 1.00%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%）。7、铸钢以强度为主要特征的铸钢牌号为“ZG”（表示“铸钢” 二字）加上两组数字，第一组数字表示最低屈服强度值，第二组数字表示最低抗拉强度值，单位均为 MPa，如“ZG200-400”。以化学成分为
12、主要特征的铸钢牌号为“ZG”加上两位数字，这两位数字表示平均含碳量的万分之几。合金铸钢牌号在两位数字后再加上带有百分含量数字的元素符号。当合金元素平均含量为 0.91.4%时，除锰只标符号不标含量外，其它元素需在符号后标注数字 1；当合金元素平均含量大于 1.5%时，标注方法同合金结构钢，如 “ZG15Cr1Mo1V”、“ZG20Cr13”。 钢铁及合金牌号统一数字代号体系我国国家标准 GB/T1761561998 对钢铁及合金产品牌号规定了统一数字代号，与现行的GB/T2212000钢铁产品牌号表示方法 等同时并用。统一数字代号有利于现代化的数据处理设备进行存储和检索，便于生产和使用。统一数
13、字代号由固定的 6 位符号组成，左边第一位用大写的拉丁字母作前缀（“I”和“O” 除外），后接 5 位阿拉伯数字。每个统一数字代号只适用于一个产品牌号。统一数字代号的结构形式如下：钢铁及合金的类型及每个类型产品牌号统一数字代号如表 6-3 所示。各类型钢铁及合金的细分类和主要编组及其产品牌号统一数字代号详见国标 GB/T1761561998。表 6-3 钢铁及合金的类型与统一数字代号钢铁及合金的类型 统一数字代号 钢铁及合金的类型 统一数字代号合金结构钢 A 杂类材料 M轴承钢 B 粉末及粉末材料 P铸铁、铸钢及铸造合金 C 快淬金属及合金 Q电工用钢和纯铁 E 不锈、耐蚀和耐热钢 S铁合金和
14、生铁 F 工具钢 T高温合金和耐蚀合金 H 非合金钢 U精密合金及其他特殊物理性能材料 J 焊接用钢及合金 W低合金钢 L第二节 钢中杂质与合金元素一、钢中常存杂质元素对性能的影响钢中的常存杂质元素主要是指锰、硅、硫、磷及氮、氧、氢等元素。这些杂质元素在冶炼时或者是由原料、燃料及耐火材料带入钢中，或者是由大气进入钢中，或者是脱氧时残留于钢中。它们的存在显然会对钢的性能产生影响。1、硅和锰的影响硅和锰在钢中均为有益元素，能溶于铁素体中起固溶强化作用，提高钢的强度和硬度。当硅和锰作为杂质元素时，其含量分别控制在 0.5%和 0.8%以下。2、硫的磷的影响硫和磷在钢中都是有害元素。硫在 -Fe 中的
15、溶解度很小，在钢中常以 FeS 的形式存在。FeS 与 Fe 易在晶界上形成低熔点（985）的共晶体，当钢在 10001200进行热加工时，由于共晶体的熔化而导致钢材脆性开裂，这种现象称为热脆性。加锰可消除硫的这种有害作用：FeS+MnFe+MnS，所生成的MnS 熔点高（1600 ），从而可避免热脆性。磷能全部溶于铁素体中，有强烈的固溶强化作用，虽可提高强度、硬度，但却显著降低钢的塑性和韧性，这种现象称为冷脆性。由于硫、磷对钢的质量影响严重，因此对钢中的硫、磷含量应严格控制。3、气体元素的影响氮 室温下氮在铁素体中溶解度很低，钢中过饱和的氮在常温放置过程中会以Fe2N、Fe 4N 形式析出而
16、使钢变脆，称为时效脆化。在钢中加入 Ti、V 、Al 等元素可使氮以这些元素氮化物的形式被固定，从而消除时效倾向。氧 氧在钢中主要以氧化物夹杂的形式存在，氧化物夹杂与基体的结合力弱，不易变形，易成为疲劳裂纹源。氢 常温下氢在钢中的溶解度很低。当氢在钢中以原子态溶解时，降低韧性，引起氢脆。当氢在缺陷处以分子态析出时，会产生很高的内压，形成微裂纹，其内壁为白色，称白点或发裂。二、合金元素在钢中的主要作用 合金元素对钢中基本相的影响铁素体和渗碳体是碳素钢中的两个基本相，合金元素进入钢中将对这两个基本相的成分、结构和性能产生影响。1、溶于铁素体，起固溶强化作用加入钢中的非碳化物形成元素及过剩的碳化物形
17、成元素都将溶于铁素体，形成合金铁素体，起固溶强化作用。图 6-1 和图 6-2 为几种合金元素对铁素体硬度和韧性的影响，可以看出，P、Si、Mn 的固溶强化效果最显著，但当其含量超过一定值后，铁素体的韧性将急剧下降。而Cr、Ni 在适当的含量范围内不但能提高铁素体的硬度，而且还提高其韧性。因此，为了获得良好的强化效果，应控制固溶强化元素在钢中含量。图 6-1 合元素对铁素体硬度的影响图 6-2 合金元素对铁素体冲击韧性的影响2、形成碳化物加入到钢中的合金元素，除溶入铁素体外，还能进入渗碳体中，形成合金渗碳体，如铬进入渗碳体形成(Fe、Cr) 3C。当碳化物形成元素超过一定量后，将形成这些元素自
18、己的碳化物。合金元素与碳的亲和力从大到小的顺序为：Zr、Ti、Nb、V、W 、Mo 、Cr、Mn、Fe。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、耐磨性就越高。在碳化物形成元素中，钛、铌、钒是强碳化物形成元素，所形成的碳化物如 TiC、VC 等； 钨、钼、铬是中碳化物形成元素，所形成的碳化物如 Cr23C6、Cr 7C3、W 2C 等。锰、铁是弱碳化物形成元素，所形成的碳化物如 Fe3C、 Mn3C 等。碳化物是钢中的重要组成相之一，其类型、数量、大小、形态及分布对钢的性能有着重要的影响。 合金元素对铁碳相图的影响1、对奥氏体相区的影响加入到钢中的合金元素，依其对奥
19、氏体相区的作用可分为两类。一类是扩大奥氏体相区的元素，如 Ni、Co、Mn、N 等，这些元素使 A1、A 3 点下降，A 4点上升。当钢中的这些元素含量足够高（如 Mn 含量大于 13%或 Ni 含量大于 9%）时，A 3 点降到零度以下，因而室温下钢具有单相奥氏体组织，称为奥氏体钢。另一类是缩小奥氏体相区的元素，如 Cr、Mo、Si、 Ti、W、Al 等，这些元素使 A1、A 3 点上升，A 4 点下降。当钢中的这些元素含量足够高（如 Cr 含量大于 13%）时，奥氏体相区消失，室温下钢具有单相铁素体组织，称为铁素体钢。图 6-3 和图 6-4 分别为锰和铬对奥氏体相区的影响。2、对 S 点
20、和 E 点位置的影响几乎所有合金元素都使 E 点和 S 点左移，即这两点的含碳量下降。由于 S 点的左移，使碳含量低于 0.77%的合金钢出现过共析组织（如 4Cr13），在退火状态下，相同含碳量的合金钢组织中的珠光体量比碳钢多，从而使钢的强度和硬度提高。同样，由于 E 点的左移，使碳含量低于 2.11%的合金钢出现共晶组织，成为莱氏体钢，如 W18Cr4V（平均含碳量为 0.70.8%）。图 6-3 锰对奥氏体相区的影响图 6-4 铬对奥氏体相区的影响 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 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。因
21、此，合金钢在热处理时，要相应地提高加热温度或延长保温时间，才能保证奥氏体化过程的充分进行。 对奥氏体晶粒长大倾向的影响碳、氮化物形成元素阻碍奥氏体长大。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也越强烈，因而强碳化物和氮化物形成元素具有细化晶粒的作用。Mn、P 对奥氏体晶粒的长大起促进作用，因此含锰钢加热时应严格控制加热温度和保温时间。2、对钢冷却时过冷奥氏体转变过程的影响 对 C 曲线和淬透性的影响除 Co 外，凡溶入奥氏体的合金元素均使 C 曲线右移，钢的临界冷却速度下降，淬透性提高。淬透性的提高，可使钢的淬火冷却速度降低，这有利于减少零件的淬火变形和开裂倾向。合金元素对钢淬透
22、性的影响取决于该元素的作用强度和溶解量，钢中常用的提高淬透性元素为Mn、Si 、Cr、Ni、B。如果采用多元少量的合金化原则，对提高钢的淬透性将会更为有效。对于中强和强碳化物形成元素（如铬、钨、钼、钒等），溶于奥氏体后，不仅使 C 曲线右移，而且还使 C 曲线的形状发生改变，使珠光体转变与贝氏体转变明显地分为两个独立的区域。合金元素对 C 曲线的影响如图 6-5 所示。图 6-5 合金元素对 C 曲线的影响 对 Ms、M f 点的影响除 Co、Al 外，所有溶于奥氏体的合金元素都使 Ms、M f 点下降，使钢在淬火后的残余奥氏体量增加。一些高合金钢在淬火后残余奥氏体量可高达 3040%，这对钢
23、的性能会产生不利的影响，可通过淬火后的冷处理和回火处理来降低残余奥氏体量。3、对淬火钢回火转变过程的影响 提高耐回火性淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力称为耐回火性。由于合金元素阻碍马氏体分解和碳化物聚集长大过程，使回火时的硬度降低过程变缓，从而提高钢的耐回火性。因此，当回火硬度相同时，合金钢的回火温度比相同含碳量的碳钢高，这对于消除内应力是有利的。而当回火温度相同时，合金钢的强度、硬度要比碳钢高。 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，这种现象称为二次硬化。
24、二次硬化使钢具有热硬性，这对于工具钢是非常重要的。 防止第二类回火脆性如第五章所述，在钢中加入 W、Mo 可防止第二类回火脆性。这对于需调质处理后使用的大型件有着重要的意义。第三节 结构钢结构钢按用途可分为工程用钢和机器用钢两大类。工程用钢主要是用于各种工程结构，包括碳素结构钢和低合金高强度结构钢，这类钢冶炼简便、成本低、用量大，一般不进行热处理。而机器用钢大多采用优质碳素结构钢和合金结构钢，它们一般都经过热处理后使用。一、碳素结构钢碳素结构钢原称普通碳素结构钢，但 88 年国家标准修订后，增加了 C、D 质量等级的优质钢。碳素结构钢含碳量低（0.060.38%），硫、磷含量较高。这类钢通常在
25、热轧空冷状态下使用，其塑性高，可焊性好，使用状态下的组织为铁素体加珠光体。碳素结构钢常以热轧板、带、棒及型钢使用，用量约占钢材总量的 70%。适合于焊接、铆接、栓接等。碳素结构钢的牌号、成分、性能及应用如表 6-4 所示。表 6-4 碳素结构钢的牌号、成分、性能及应用（GB 7001988）化学成份，% 力学性能牌号等级 C S P脱氧方法s,MPa b,MPa 5,% 应用举例Q195 0.060.12 0.050 0.045 F、 b、Z 195 315390 33A 0.050Q215B0.090.150.0450.045 F、 b、Z 215 335410 31用于载荷不大的结构件、铆
26、钉、垫圈、地脚螺栓、开口销、拉杆、螺纹钢筋、冲压件和焊接件。A 0.140.22 0.050B 0.120.20 0.0450.045 F、 b、ZC 0.18 0.040 0.040 ZQ235D 0.17 0.035 0.035 TZ235 375460 26用于结构件、钢板、螺纹钢筋、型钢、螺栓、螺母、铆钉，拉杆、齿轮、轴、连杆Q235C、D 可用作重要焊接结构件。A 0.050Q255 0.180.28 0.045 Z 255 410510 24强度较高，用于承受中等载荷的零件，如键、链、拉杆、转轴、链轮、链环片、螺栓及螺纹钢筋等。二、优质碳素结构钢优质碳素结构钢的化学成分、力学性能和
27、用途如表 6-5 所示。这类钢硫、磷含量较低（均不大于 0.035%），力学性能优于（普通）碳素结构钢，多用于制造比较重要的机械零件。表 6-5 优质碳素结构钢的化学成分、力学性能和用途（GB/T 6991999）化学成分，% 力 学 性 能牌号统一数字代号C Si Mn bMPasMPa5%AKU2J应 用 举 例08F U20080 0.050.11 0.03 0.250.50 295 175 35 6010F U20100 0.070.13 0.07 0.250.50 315 185 33 5515F U20150 0.120.18 0.07 0.250.50 355 205 29 55
28、08 U20082 0.050.11 0.170.37 0.350.65 325 195 33 6010 U20102 0.070.13 0.170.37 0.350.65 335 205 31 5515 U20152 0.120.18 0.170.37 0.350.65 375 225 27 55属低碳钢，强度、硬度低，塑性、韧性好。其中 08F、 10F 属沸腾钢、成本低、塑性好，用于制造冲压件和焊接件，如壳、盖、罩等。15F用于钣金件。0825 钢常用来做冲压件，焊接件，锻件和渗碳钢，制20 U20202 0.170.23 0.170.37 0.350.65 410 245 25 552
29、5 U20252 0.220.29 0.170.37 0.500.80 450 275 23 50 71作齿轮、销钉、小轴、螺钉、螺母等。其中20 钢用量最大。30 U20302 0.270.34 0.170.37 0.500.80 490 295 21 50 6335 U20352 0.320.39 0.170.37 0.500.80 530 315 20 45 5540 U20402 0.370.44 0.170.37 0.500.80 570 335 19 45 4745 U20452 0.420.50 0.170.37 0.500.80 600 355 16 40 3950 U2050
30、2 0.470.55 0.170.37 0.500.80 630 375 14 40 3155 U20552 0.520.60 0.170.37 0.500.80 645 380 13 35属中碳钢。综合力学性能好。多在正火，调质状态下使用，主要用于制造齿轮，轴类零件，如曲轴、传动轴、连杆、拉杆、丝杆等。其中45 钢应用最广泛。60 U20602 0.570.65 0.170.37 0.500.80 675 400 12 3565 U20652 0.620.70 0.170.37 0.500.80 695 410 10 3070 U20702 0.670.75 0.170.37 0.500.8
31、0 715 420 9 3075 U20752 0.720.80 0.170.37 0.500.80 1080 880 7 3080 U20802 0.770.85 0.170.37 0.500.80 1080 930 6 3085 U20852 0.820.90 0.170.37 0.500.80 1130 980 6 30属高碳钢，具有较高的强度、硬度、耐磨性，多在淬火、中温回火状态下使用。主要用于制造弹簧、轧辊、凸轮等耐磨件与钢丝绳等，其中 65 钢是最常用的弹簧钢。15Mn U21152 0.120.18 0.170.37 0.701.00 410 245 26 5520Mn U212
32、02 0.170.23 0.170.37 0.701.00 450 275 24 5025Mn U21252 0.220.29 0.170.37 0.701.00 490 295 22 50 7130Mn U21302 0.270.34 0.170.37 0.701.00 540 315 20 45 6335Mn U21352 0.320.39 0.170.37 0.701.00 560 335 18 45 5540Mn U21402 0.340.44 0.170.37 0.701.00 590 355 17 45 4745Mn U21452 0.420.50 0.170.37 0.701.0
33、0 620 375 15 40 3950Mn U21502 0.480.56 0.170.37 0.701.00 645 390 13 40 3160Mn U21602 0.570.65 0.170.37 0.701.00 695 410 11 3565Mn U21652 0.620.70 0.170.37 0.901.20 735 430 9 3070Mn U21702 0.670.75 0.170.37 0.901.20 785 450 8 30应用范围基本同于相对应的普通含锰量钢。由于其淬透性，强度相应提高了，可用于截面尺寸较大，或强度要求较高的零件。其中 65Mn最常用。注：表中拉伸性
34、能除 75、80、85 三个牌号为 820淬火加 480中温回火处理值外，其余均为正火处理值，冲击性能为调质处理（回火温度为 600）值，试样毛坯尺寸为 25mm。三、低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢是在碳素结构钢的基础上，加入少量的合金元素发展起来的，原称普通低合金钢。这类钢的化学成分和力学性能列于表 6-6。1、性能特点 强度高于碳素结构钢，从而可降低结构自重、节约钢材； 具有足够的塑性、韧性及良好的焊接性能； 具有良好的耐蚀性和低的冷脆转变温度。2、成分特点 低碳：含碳量0.2%，以满足对塑性、韧性、可焊性及冷加工性能的要求； 低合金：主加合金元素为锰。因为锰的资源丰富，对铁素体具有
35、明显的固溶强化作用。锰还能降低钢的冷脆转变温度，使组织中的珠光体相对量增加，从而进一步提高强度。钢中加入少量的 V，Ti，Nb 等元素可细化晶粒、提高钢的韧性。加入稀土元素 RE 可提高韧性、疲劳极限，降低冷脆转变温度。表 6-6 低合金高强度结构钢的化学成分和力学性能（GB/T 1591-1994）化 学 成 分 % 力学性能牌号质量等级 C MnSiPSV Al Cr NibMPas，MPa，%Q295 AB0.160.160.801.500.801.500.550.550.0450.0400.0450.0400.020.150.020.153905703905702952952323Q3
36、45 ABCDE0.200.200.200.180.181.001.601.001.601.001.601.001.601.001.600.550.550.550.550.550.0450.0400.0350.0300.0250.0450.0400.0350.0350.0250.020.150.020.150.020.150.020.150.020.150.0150.0150.0154706304706304706304706304706303453453453453452121222222Q390 ABCDE0.200.200.200.200.201.001.601.001.601.001.
37、601.001.601.001.600.550.550.550.550.550.0450.0400.0350.0300.0250.0450.0400.0350.0300.0250.020.200.020.200.020.200.020.200.020.200.0150.0150.0150.300.300.300.300.300.700.700.700.700.704906504906504906504906504906503903903903903901919202020Q420 ABCDE0.200.200.200.200.201.001.701.001.701.001.701.001.70
38、1.001.700.550.550.550.550.550.0450.0400.0350.0300.0250.0450.0400.0350.0300.0250.020.200.020.200.020.200.020.200.020.200.0150.0150.0150.400.400.400.400.400.700.700.700.700.705206805206805206805206805206804204204204204201818191919Q460 CDE0.200.200.201.001.701.001.701.001.700.550.550.550.0350.0300.0250
39、.0350.0300.0250.020.200.020.200.020.200.0150.0150.0150.700.700.700.700.700.70550720550720550720460460460171717注：各牌号钢中均含有 0.0150.060Nb 和 0.020.20Ti；表中的屈服点为直径 16mm时的值。3、热处理特点 这类钢大多在热轧状态下使用，组织为铁素体加珠光体。考虑到零件加工特点，有时也可在正火及正火加回火状态下使用。4、典型钢种及用途 Q345（ 16Mn）是应用最广、用量最大的低合金高强度结构钢，其综合性能好，广泛用于制造石油化工设备、船舶、桥梁、车辆等大型
40、钢结构，如我国的南京长江大桥就是用 Q345 钢制造的。Q390 钢含有 V、Ti 、Nb，其强度高，可用于制造高压容器等。Q460钢含有 Mo 和 B，正火后组织为贝氏体，强度高，可用于制造石化工业中温高压容器等。新旧低合金结构钢标准牌号对照及用途见表 6-7。表 6-7 新旧低合金结构钢标准牌号对照及用途GB/T 1591-94 GB 1591-88 用途Q295 09MnV、09MnNb、09Mn2、12Mn汽车、桥梁、车辆、容器、船舶、油罐及建筑结构等Q345 12MnV、14MnNb、16Mn、16MnRE、18Nb 建筑结构、桥梁、车辆、压力容器、化工容器、船舶、锅炉、重型机械、机
41、械制造及电站设备等Q390 15MnV、15MnTi、16MnNb 桥梁、船舶、高压容器、电站设备、起重设备及锅炉等Q420 15MnVN、14MnVTiRE 大型桥梁和船舶、高压容器、电站设备、车辆及锅炉等Q460 大型桥梁及船舶、中温高压容器（61。使用状态下的组织为回火马氏体加颗粒状碳化物加少量残余奥氏体。为了减少残余奥氏体量，稳定尺寸，可在淬火后进行冷处理（-60-80），并在磨削加工后进行低温（120左右）时效处理。5、典型钢种 高碳铬轴承钢的牌号和化学成分示于表 6-11。其中应用最广的是 GCr15 钢，大量用于制造大中型轴承，此外，还常用来制造冷冲模、量具、丝锥等。制造大型轴承
42、也可用GCr15SiMn。即加热到 250300，保温一段时间，从炉内取出空冷即可使用。钢丝的直径越小，则强化效果越好，强度越高，强度极限可达 1600MPa 以上，而且表面质量很好。 热成型弹簧通常是在热卷簧后进行淬火加中温回火（350500）处理，得到回火托氏体组织，其硬度可达 HRC4045，从而在保证得到高的屈服强度的条件下又具有足够的韧性。5、典型钢种 Si、Mn 弹簧钢：代表性钢种为 65Mn、60Si2Mn，这类钢价格较低，性能高于碳素弹簧钢，主要用于制造较大截面弹簧，如汽车、拖拉机的板簧、螺旋弹簧等。 Cr、V 弹簧钢：典型钢种为 50CrV，这类钢淬透性高，用于大截面、大载荷
43、、耐热的弹簧，如阀门弹簧、高速柴油机的汽门弹簧等。弹簧的表面质量对使用寿命影响很大，若弹簧表面有缺陷，就容易造成应力集中，从而降低疲劳强度，故常采用喷丸强化表面，使表面产生压应力，消除或减轻弹簧的表面缺陷，以便提高弹簧钢的屈服强度、疲劳强度。例如用于汽车板簧的 60Si2Mn，经喷丸处理后，使用寿命可提高 35 倍。八、耐磨钢耐磨钢主要是指在冲击载荷作用下发生冲击硬化的高锰钢。高锰钢共包括 5 种牌号，其化学成分和力学性能示于表 6-12。1、用途和性能要求 高锰钢主要用于既承受严重磨损又承受强烈冲击的零件，如拖拉机、坦克的履带板、破碎机的颚板、挖掘机的铲齿和铁路的道岔等。因此，高的耐磨性和韧
44、性是对高锰钢的主要性能要求。2、成分特点 高碳：含碳量为 0.751.45%，以保证高的耐磨性； 高锰：含锰量为1114%，以保证形成单相奥氏体组织，获得良好的韧性。表 6-11 高碳铬轴承钢的牌号、成分及退火硬度（GB/T 18254-2002）化 学 成 分，%P S, Ni Cu Ni+Cu统一数字代号 牌号C Si Mn Cr Mo不 大 于退火硬度HBWB00040 GCr40.951.050.150.300.150.300.350.500.08 0.025 0.020 0.25 0.20 179207B00150 GCr150.951.050.150.350.250.451.401
45、.650.10 0.025 0.025 0.30 0.25 0.50 179207B01150 GCr15SiMn0.951.050.450.750.951.251.401.650.10 0.025 0.025 0.30 0.25 0.50 179217B03150 GCr15SiMo0.951.050.650.850.200.401.401.700.30.40.027 0.020 0.30 0.25 179217B02180 GCr18Mo0.951.050.200.400.250.400.651.950.150.250.025 0.020 0.25 0.25 179207注：钢中的氧含量均
46、不大于 1510-6。3、热处理及使用 高锰钢的铸态组织为奥氏体加碳化物，性能硬而脆。为此，需对其进行“水韧处理”，即把钢加热到 1100，使碳化物完全溶入奥氏体，并进行水淬，从而获得均匀的过饱和单相奥氏体。这时，其强度、硬度并不高（HB180200），但塑性、韧性却很好。为获得高耐磨性，使用时必须伴随着强烈的冲击或强大的压力，在冲击或压力作用下，表面奥氏体迅速加工硬化，同时形成马氏体并析出碳化物，使表面硬度提高到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。当表面磨损后，新露出的表面又可在冲击或压力作用下获得新的硬化层。高锰钢水冷后不应当再受热，因加热到 250以上
47、时有碳化物析出，会使脆性增加。这种钢由于具有很高的加工硬化性能，所以很难机械加工，但采用硬质合金、含钴高速钢等切削工具，并采取适当的刀角及切削条件，还是可以加工的。表 6-12 高锰钢的化学成分和力学性（GB/T 56801998）化 学 成 分，% 力学性能（不小于）牌 号 C Mn SiSP其他sMPabMPa5%KuJ/cm2HBSZGMn13-1 1.001.45 11.0014.00 0.301.00 0.040 0.090 635 20 ZGMn13-2 0.901.35 11.0014.00 0.301.00 0.040 0.070 685 25 147 300ZGMn13-3
48、0.951.35 11.0014.00 0.300.80 0.035 0.070 735 30 147 300ZGMn13-4 0.901.30 11.0014.00 0.300.80 0.040 0.070 1.502.50Cr 390 735 20 300ZGMn13-5 0.751.30 11.0014.00 0.301.00 0.040 0.070 0.901.20Mo第四节 工具钢工具钢是用来制各种工具的钢种。按用途可分为刃具钢、模具钢和量具钢。一、刃具钢 用途 主要用于制造各种金属切削刀具，如车刀、铣刀、刨刀及钻头等。 性能要求 高硬度：刃具硬度必须大于被切材料硬度，一般要求 HRC60。 高耐磨性：耐磨性不仅取决于硬度，同时还与钢中硬质相的性质、数量、大小和分布有关。 高热硬性（或红硬性）：热硬性是指钢在高温下保持高硬度的能力。要求高的热硬性是为了防止刀具在高速切削时因摩擦升温而软化。 足够的韧性：避免刃具在受冲击震动时发生崩刃或脆断。 常用刃具钢1、碳素工具钢
