钢的基础知识.doc

一、我国钢号表示方法概述钢的牌号简称钢号，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。我国的钢号表示方法，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，一般采用汉语拼音的缩写字母表示，见表。钢中主要化学元素含量（%）采用阿拉伯数字表示。GB标准钢号中所采用的缩写字母及其涵义名称汉字符号字体位置名称汉字符号字体位置屈服点屈Q大写头多层或高压容器用钢高层gc小写尾沸腾钢沸F大写尾铸钢铸钢ZG大写头半镇静钢半b小写尾轧辊用铸钢铸辊ZU大写头镇静钢镇Z大写尾地质钻探钢管用钢地质DZ大写头特殊镇静钢特镇TZ大写尾电工用热轧硅钢电热DR大写头氧气转炉（钢）氧Y大写中电工用冷轧无取向硅钢电无DW大写头碱性空气转炉（钢）碱J大写中电工用冷轧取向硅钢电取DQ大写头易切削钢易Y大写头电工用纯铁电铁DT大写头碳素工具钢碳T大写头超级超C大写尾滚动轴承钢滚G大写头船用钢船C大写尾焊条用钢焊H大写头桥梁钢桥q小写尾高级（优质钢）高A大写尾锅炉钢锅g小写尾特级特E大写尾钢轨钢轨U小写头铆螺钢铆螺ML大写头精密合金精J大写中锚链钢锚M大写头耐蚀合金耐蚀NS大写头矿用钢矿K大写尾变形高温合金高合GH大写头汽车大梁用钢梁L大写尾铸造高温合金K大写头压力容器用钢容R大写尾 二、我国钢号表示方法的分类说明1碳素结构钢由Q+数字+质量等级符号+脱氧方法符号组成。它的钢号冠以“Q”，代表钢材的屈服点，后面的数字表示屈服点数值，单位是MPa例如Q235表示屈服点（s）为235MPa的碳素结构钢。必要时钢号后面可标出表示质量等级和脱氧方法的符号。质量等级符号分别为A、B、C、D。脱氧方法符号：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，镇静钢可不标符号，即Z和TZ都可不标。例如Q235-AF表示A级沸腾钢。专门用途的碳素钢，例如桥梁钢、船用钢等，基本上采用碳素结构钢的表示方法，但在钢号最后附加表示用途的字母。2优质碳素结构钢钢号开头的两位数字表示钢的碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，例如平均碳含量为0.45%的钢，钢号为“45”，它不是顺序号，所以不能读成45号钢。锰含量较高的优质碳素结构钢，应将锰元素标出，例如50Mn。沸腾钢、半镇静钢及专门用途的优质碳素结构钢应在钢号最后特别标出，例如平均碳含量为0.1%的半镇静钢，其钢号为10b。 3碳素工具钢钢号冠以“T”，以免与其他钢类相混。钢号中的数字表示碳含量，以平均碳含量的千分之几表示。例如“T8”表示平均碳含量为0.8%。锰含量较高者，在钢号最后标出“Mn”，例如“T8Mn”。高级优质碳素工具钢的磷、硫含量，比一般优质碳素工具钢低，在钢号最后加注字母“A”，以示区别，例如“T8MnA”。 4易切削钢钢号冠以“Y”，以区别于优质碳素结构钢。字母“Y”后的数字表示碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，例如平均碳含量为0.3%的易切削钢，其钢号为“Y30”。锰含量较高者，亦在钢号后标出“Mn”，例如“Y40Mn”。 5合金结构钢钢号开头的两位数字表示钢的碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，如40Cr。钢中主要合金元素，除个别微合金元素外，一般以百分之几表示。当平均合金含量1.5%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“12Cr1MoV”，前者铬含量为0.4-0.6%，后者为0.9-1.2%，其余成分全部相同。当合金元素平均含量1.5%、2.5%、3.5%时，在元素符号后面应标明含量，可相应表示为2、3、4等。例如18Cr2Ni4WA。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。钒为0.07-0.12%，硼为0.001-0.005%。高级优质钢应在钢号最后加“A”，以区别于一般优质钢。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。 6低合金高强度钢钢号的表示方法，基本上和合金结构钢相同。对专业用低合金高强度钢，应在钢号最后标明。例如16Mn钢，用于桥梁的专用钢种为“16Mnq”，汽车大梁的专用钢种为“16MnL”，压力容器的专用钢种为“16MnR”。 10不锈钢和耐热钢钢号中碳含量以千分之几表示。例如“2Cr13”钢的平均碳含量为0.2%；若钢中含碳量0.03%或0.08%者,钢号前分别冠以“00”及“0”表示之，例如00Cr17Ni14Mo2、0Cr18Ni9等。对钢中主要合金元素以百分之几表示，而钛、铌、锆、氮等则按上述合金结构钢对微合金元素的表示方法标出。二、钢的分类 钢是含碳量在0.04%-2.3%之间的铁碳合金。为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过1.7%。钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等。钢的分类方法多种多样，其主要方法有如下七种：1、按品质分类(1)普通钢（P0.045%，S0.050%）(2)优质钢（P、S均0.035%）(3)高级优质钢（P0.035%，S0.030%）2.、按化学成份分类(1)碳素钢：a.低碳钢（C0.25%）；b.中碳钢（C0.250.60%）；c.高碳钢（C0.60%）。(2)合金钢：a.低合金钢（合金元素总含量5%）；b.中合金钢（合金元素总含量510%）；c.高合金钢（合金元素总含量10%）。3、按成形方法分类：(1)锻钢；(2)铸钢；(3)热轧钢；(4)冷拉钢。4、按金相组织分类(1)退火状态的：a.亚共析钢（铁素体+珠光体）；b.共析钢（珠光体）；c.过共析钢（珠光体+渗碳体）；d.莱氏体钢（珠光体+渗碳体）。(2)正火状态的：a.珠光体钢；b.贝氏体钢；c.马氏体钢；d.奥氏体钢。(3)无相变或部分发生相变的金属组织和热处理知识（一）、金属组织 1、金属：具有不透明、金属光泽良好的导热和导电性并且其导电能力随温度的增高而减小，富有延性和展性等特性的物质。金属内部原子具有规律性排列的固体（即晶体）。 2、合金：由两种或两种以上金属或金属与非金属组成，具有金属特性的物质。 3、相：合金中成份、结构、性能相同的组成部分。 4、固溶体：是一个（或几个）组元的原子（化合物）溶入另一个组元的晶格中，而仍保持另一组元的晶格类型的固态金属晶体，固溶体分间隙固溶体和置换固溶体两种。 5、固溶强化：由于溶质原子进入溶剂晶格的间隙或结点，使晶格发生畸变，使固溶体硬度和强度升高，这种现象叫固溶强化现象。 6、化合物：合金组元间发生化合作用，生成一种具有金属性能的新的晶体固态结构。 7、机械混合物：由两种晶体结构而组成的合金组成物，虽然是两面种晶体，却是一种组成成分，具有独立的机械性能。 8、铁素全：碳在-Fe（体心立方结构的铁）中的间隙固溶体。 9、奥氏体：碳在-Fe（面心立方结构的铁）中的间隙固溶体。 10、渗碳体：碳和铁形成的稳定化合物（Fe3c）。 11、珠光体：铁素体和渗碳体组成的机械混合物（F+Fe3c含碳0.8%） 12、莱氏体：渗碳体和奥氏体组成的机械混合物（含碳4.3%） （二）、热处理 把金属材料在固态范围内通过一定的加热，保温和冷却以改变其组织和性能的一种工艺。 13、退火：将金属或合金的材料或制件加热到相变或部分相变温度，保温一段时间，然后缓慢冷却的一种热处理工艺。 14、正火：将钢加热到完全相变以上的某一温度，保温一定的时间后，在空气中冷却的一种热处理工艺。 15、淬火：将钢加热到相变或部分相变温度，保温一段时间后，快速冷却的热处理工艺。 16、回火：将经过淬火的钢，重新加热到一定温度（相变温度以下），保温一段时间，然后冷却的热处理工艺。17、调质处理：将钢件淬火，随之进行高温回火，这种复合工艺称调质处理。 钢材常见的力学性能通俗解释归为四项，即：强度、硬度、塑性、韧性。简单的可这样解释：强度，是指材料抵抗变形或断裂的能力。有二种：屈服强度b、抗拉强度s。强度指标是衡量结构钢的重要指标，强度越高说明钢材承受的力（也叫载荷）越大；硬度，是指材料表面抵抗硬物压人的能力。常见有三种:布氏硬度HBS、洛氏硬度HRC、维氏硬度HV。硬度是衡量钢材表面变形能力的指标，硬度越高，说明钢的耐磨性越好；即不容易磨损；塑性，是指材料产生变形而不断裂的能力。有两种表示方法：伸长率、断面收缩率。塑性是衡量钢材成型能力的指标，塑性越高，说明钢材的延展性越好，即容易拉丝或轧板；韧性也叫冲击韧性，是指材料抵抗冲击变形的能力，表示方法为冲击值k。冲击韧性是衡量钢材抗冲击能力的指标，数值越高，说明钢材抵抗运动载荷的能力越强。一般情况下，强度低的钢材，硬度也低，塑性和韧性就高，例如钢板、型材，就是由强度较低的钢材生产的；而强度较高的钢材，硬度也高，但塑性和韧性就差，例如生产机械零件的中碳钢、高碳钢，就很少看到轧成板或拉成丝。标准规定了脱碳层全脱碳层和总脱碳层(全脱碳层+部分脱碳层)。部分脱碳层中碳量部分失去，又叫过渡层。 某些特殊用途钢，如滚动轴承钢、工具钢和弹簧钢等，会因脱碳而降低表面硬度，从而降低其耐磨性、切削性和弹性等，所以要控制脱碳层脱碳是钢加热时表面碳含量降低的现象。钢中碳在高温下与氢或氧发生作用生成甲烷或一氧化碳。钢铁在加热的情况下，表面同时发生两种化学变化。1：脱碳。2：氧化。当环境中氧气含量充分时，氧化程度要大于脱碳，表面就形成氧化皮，比如锻造过程中出现的大面积氧化皮。随着加热温度的提高，脱碳层的深度不断增加。一般低于1000时，钢表面的氧化皮阻碍碳的扩散，脱碳比氧化慢，但随着温度升高，一方面氧化皮形成速度增加；另一方面氧化皮下碳的扩散速度也加快，此时氧化皮失去保护能力，达到某一温度后脱碳反而比氧化快。表面脱碳后，内外膨胀系数不同，淬火时容易出现裂纹。一些对表面硬度要求高的零件，比如工具钢，出现脱碳后，表面淬火硬度达不到要求1铁素体（F）原系外来语（Ferrite）译名，台湾文献译为肥粒铁。 铁素体系碳溶于体心立方晶格的-Fe中所形成的间隙固溶体-Fe（C）。以4硝酸酒精溶液腐蚀，在光学显微镜下观察，铁素体呈明亮的等轴多边形。由于各晶粒位向不同，受腐蚀程度略有差别，故稍显明暗不同。铁素体在不同处理状态亦可呈块状、月牙状、网络状等形态，硬度在100HB左右。 2渗碳体（相）原系外来语（Cementite）译名，台湾文献译为雪明碳铁。渗碳体系铁和碳的化合物，含碳量为6.69，分子式为Fe3C，在合金钢中，渗碳体中的Fe原子可以为其他合金元素原子所置换，形成合金渗碳体（Fe，Me）3C。渗碳体是一种具有复杂晶格结构的间隙化合物。渗碳体硬度很高（8001000 HV），而塑性及冲击韧度几乎为零，脆性很大。其显微组织形态很多，不受硝酸酒精试剂腐蚀（染色），在光学显微镜下呈白亮色，在碱性苦味酸钠腐蚀下，被染成黑色。渗碳体是钢中的主要强化相，有片状、粒状、网络状、半网络状等形态，其形态与分布对钢的力学性能有很大影响。 3珠光体（P）原系外来语（Pearlite）译名，台湾文献译为波莱铁。珠光体是铁碳合金相图中的共析转变产物（F+Fe3C），是铁素体和渗碳体的机械混合物，因具有这种组织的样品抛光蚀刻后有珠母贝的光泽而得名。有片（层）状和球（粒）状等不同形态和分布方式。珠光体用4硝酸酒精溶液腐蚀，F和Fe3C交界处腐蚀较深，在直射光照射下变成黑色线条，可清晰看到层状，粒状等形态和分布情况。 4奥氏体（A）因这种组织的发现人Austen而得名，台湾文献译为沃斯田铁。奥氏体系碳溶于面心立方晶格-Fe中所形成的固溶体-Fe（c），常以符号A表示。奥氏体中的碳也是存在于-Fe晶体的间隙固溶体。奥氏体存在于7271495的温度区间，是一种高温相，不易腐蚀，呈白色，若先用4硝酸酒精溶液腐蚀，再用10过硫酸铵溶液腐蚀，则奥氏体可染成黑色。高温下奥氏体显微组织为：晶粒呈多边形，与铁素体的显微组织相近似，但晶界较铁素体平直，且晶粒内常有孪晶带出现。 5魏氏组织（W）原系外来语（Widmanstatten）译名，台湾文献译为费德曼。亚（过）共析钢在锻造、轧制、热处理时，如果加热温度过高，形成了粗晶A，同时冷却速度又较快，这时除了使F（Fe3C）沿晶界呈网状析出外，还有一部分按切变机制从晶界并排向晶粒内部生长，或在晶粒内部独自析出，呈针片状，针片状铁素体（F）或渗碳体（Fe3C）分布在珠光体（P）基体上的组织（形态）称为魏氏组织。魏氏组织是由于过热而造成的一种组织缺陷，它使钢的强度降低而脆性增加。经过铸造、锻造、焊接的中低碳钢，晶粒往往粗大，空冷时最易出现魏氏组织，缓冷则不易出现。钢中一旦出现魏氏组织，一般可通过正火或退火加以消除。 魏氏组织是沿原奥氏体特定晶面而形成的具有几何学特征的冷却转变组织，经抛光和硝酸酒精溶液腐蚀后，可在显微组织中看到白色的铁素体和黑色的珠光体，铁素体呈针状，具有该组织的钢材性脆而韧性极低。魏氏组织与母相之间保持严格的晶体学关系，并在试样磨面上呈现浮凸。 6贝氏体（B）原系外来语（Bainite）译名，因这种组织的发现人ECPain而得名，台湾文献译为变韧铁。贝氏体乃是铁素体（F）和渗碳体（Fe3C）或过饱和的固溶体与碳化物（Cm）的机械混合物，其组织形态，性能和形成过程均不同于珠光体，它的Fe3C分布在呈羽毛状或呈针状的铁素体（F）中。贝氏体由于形成条件不同而具有多种形态：如上贝氏体（B上）为过冷奥氏体（A）在550400温度区间等温所形成，在光学显微镜下观察，呈羽毛状。上贝氏体（B上）常沿奥氏体（A）晶界形核，向晶内发展。从电子显微照片上可以看到：在平行的铁素体（F）条间有短棒状或串珠状渗碳体（Fe3C）断续分布，其硬度为3545HRC；下贝氏体（B下）是过冷奥氏体（A）于400200温区所形成。在光学显微镜下呈黑暗色片状（针状或竹叶状），互成一定角度。电子显微观察及X射线结构分析得知：这种组织乃是由过饱和的固溶体与其长轴成5060角度分布的碳化物质点形成的，其硬度为4550HRC。贝氏体还有粒状、蝶状等结构形态。 7马氏体（M）原系外来语（Martensite）译名，台湾文献译为麻田三铁。马氏体是碳在-Fe晶格中的过饱和固溶体，马氏体组织是奥氏体（溶有充足的碳原子）过冷到低温区（如240以下）在连续冷却过程中形成，与其他固态相变所不同的是：较变无孕育期，属于无扩散型相变，当奥氏体快冷到Ms点（马氏体开始转变的临界温度）以下，立即（爆发式）形成，其形成数量与等温时间无关 ，只随温度的不断降低而增加。低碳钢中的条状马氏体和高碳钢中的片状马氏体为常见的两种形态。马氏体硬度很高，并与含碳量有关，如T8钢的马氏体硬度可达6265HRC。用4硝酸酒精溶液或维列尔试剂腐蚀，马氏体可染成黑色。 8回火马氏体钢经淬火后在250以下进行低温回火时，所形成的组织叫回火马氏体，其织织中马氏体针状晶的特征依旧保存。析出的碳化物具有Fe22.5C成分，叫碳化物。在150200回火时得到的回火马氏体硬度在800HV左右。回火马氏体经4硝酸酒精溶液