常用金属材料、碳钢及合金钢分类

1、一、钢铁材料的生产过程 铁矿石 生铁 钢锭 型材 铸铁 轧制、挤压、拉 拔、锻造等压力 加工方法 1、生铁的冶炼 原料：铁矿石 燃料：焦炭 熔剂：石灰石 设备：高炉 2、钢的冶炼 原料：生铁、废钢 燃料：焦炭 熔剂：石灰石；氧化剂，脱氧剂 设备：电弧炉 钢板、型钢、 钢管 模块四模块四 常用金属材料常用金属材料 磁铁矿Fe3O4 赤铁矿Fe2O3 模块四模块四 常用金属材料常用金属材料 模块四模块四 常用金属材料常用金属材料 转炉炼 钢 平炉炼 钢 生铁一般指含碳量在24.3%的铁的合金。又称铸铁。生铁里除含碳 外，还含有硅、锰及少量的硫、磷等，它可铸不可锻。根据生铁里碳 存在形态的不同，又可

2、分为炼钢生铁、铸造生铁和球墨铸铁等几种。 炼钢生铁里的碳主要以碳化铁的形态存在，其断面呈白色，通常又叫 白口铁。这种生铁性能坚硬而脆，一般都用做炼钢的原料。 铸造生铁中的碳以片状的石墨形态存在，它的断口为灰色，通常又叫 灰口铁。由于石墨质软，具有润滑作用，因而铸造生铁具有良好的切 削、耐磨和铸造性能。但它的抗位强度不够，故不能锻轧，只能用于 制造各种铸件，如铸造各种机床床座、铁管等。 球墨铸铁里的碳以球形石墨的形态存在，其机械性能远胜于灰口铁而 接近于钢，它具有优良的铸造、切削加工和耐磨性能，有一定的弹性， 广泛用于制造曲轴、齿轮、活塞等高级铸件以及多种机械零件。此外 还有含硅、锰、镍或其它元

3、素量特别高的生铁，叫合金生铁，如硅铁、 锰铁等，常用做炼钢的原料。在炼钢时加入某些合金生铁，可以改善 钢的性能。 一、钢的分类一、钢的分类 模块四模块四 常用金属材料常用金属材料 模块四模块四 常用金属材料常用金属材料 根据GB/T13304-91可将钢根据不同的性质划分为不同的种 类： （一）按化学成分分： 碳素钢与合金钢 （二）按含碳量与合金含量分： 低碳钢 0.25%、中碳钢 Wc = 0.250.6%、高碳钢 Wc 0.6%； 低合金钢 合金含量 5%、中合金钢510%、高合金钢 10% （三）按质量分： 普通钢、优质钢、高级优质钢 （四）按用途分： 结构钢、工具钢、特殊性能钢 工程用

4、钢工程用钢 建筑、桥梁、船舶、车辆建筑、桥梁、船舶、车辆 渗渗 碳碳 钢钢 调调 质质 钢钢 弹弹 簧簧 钢钢 滚动轴承钢滚动轴承钢 耐耐 磨磨 钢钢 机器用钢机器用钢 结结 构构 钢钢 刃具钢刃具钢 模具钢模具钢 量具钢量具钢 工工 具具 钢钢 不锈钢不锈钢 耐热钢耐热钢 特特 殊殊 性性 能能 钢钢 挤压模具挤压模具 1、硅和锰的影响： 有益元素，不但可以溶于F中，产生强化作用，使钢 的强度和硬度提高；而且Mn能消除硫对钢的危害。 2、硫的影响： 有害元素，不溶于铁，以FeS形式存在，高温时使钢产 生热脆性。 3、磷的影响： 有害元素，常温溶于F，使钢的强度、硬度提高，但塑 性、韧性降低；

5、低温时使钢产生冷脆性。 4、合金元素的影响： 有益元素，固溶强化、形成化合物、细化粒晶、提高钢 的淬透性、提高钢的回火稳定性等。 模块四模块四 常用金属材料常用金属材料 采用的采用的 缩写字母缩写字母 在钢号在钢号 中位置中位置 涵义涵义缩写字母来源缩写字母来源 汉字拼音 A尾 质量等级符号 B尾 质量等级符号 b尾 半镇静钢半Ban C尾 尾 1) 船用钢(旧钢号) 2) 质量等级符号 船Chuan D尾 质量等级符号 d尾 低淬透性钢低Di DG头 电讯用取向高磁感应硅钢电高Dian Gao DZ头 地质钻探管用钢地质Di Zhi E尾 质量等级符号- G头 滚动轴承钢滚Gun GH头 高

6、温变形合金高合Gao He g尾 锅炉用钢锅Guo HT头 灰铸铁灰铁Hui Tie 采用的采用的 缩写字母缩写字母 在钢号在钢号 中位置中位置 涵义涵义缩写字母来源缩写字母来源 汉字拼音 Q头 中 头 1) 屈服点(碳素结构钢、低合金钢） 2）电工用冷扎取向硅钢 3）球墨铸铁用生铁 屈 取 球 Qu Qu Qiu q尾 桥梁用钢桥Qiao QT头 球墨铸铁球铁Qiu Tie R尾 压力容器用钢容Rong R头 耐热铸铁热铁Re Tie T头 碳素工具钢碳Tan TZ尾 特殊镇静钢特镇Te Zhen U头 钢轨钢轨Gui Y头 易切削钢易Yi YF头 易切削非调质钢易非Yi Fei Z尾 头

7、1）镇静钢 2）铸造用生铁 镇 铸 Zhen Zhu 三、 常用碳素钢的分类、牌号及其应用 模块四模块四 常用金属材料常用金属材料 ） 钢铁产品牌号表示法（钢铁产品牌号表示法（GB/T221-2000）”和和“钢铁及合金牌号统一数字代号体系钢铁及合金牌号统一数字代号体系 （GB/T17616-1998）”，这两种表示方法在现行国家标准和行业标准中并列使用，这两种表示方法在现行国家标准和行业标准中并列使用， 两者均有效。两者均有效。 模块四模块四 常用金属材料常用金属材料 模块四模块四 常用金属材料常用金属材料 模块四模块四 常用金属材料常用金属材料 1 1、合金元素对钢性能的影响、合金元素对钢

8、性能的影响 引言 （1）提高了钢的力学性能 （2）提高了钢的淬透性 （3）使钢具有某些特殊性能 钛、钒等钛、钒等合金元素的加入提高了钢的强度和硬度，细 化了晶粒，也提高了塑性与韧性。 铬、硅、镍、锰、硼等铬、硅、镍、锰、硼等合金元素的加入提高钢的淬透性。 铬、锰、钨等铬、锰、钨等合金元素的加入使钢具有了耐高温、耐 热、耐磨、不生锈等特殊性能。 模块四模块四 常用金属材料常用金属材料 2 2、合金钢的分类与牌号、合金钢的分类与牌号 合金钢 合金结构钢 合金工具钢 特殊性能钢： 机械用结构钢 ： 工程用结构钢 ： 低合金高强度结构钢 不锈钢 、耐热钢、耐磨钢、耐候钢 刃具钢： 弹簧钢、渗碳钢 调质

9、钢、轴承钢 模具钢 ： 量具钢： 低合金刃具钢、高速钢、 硬质合金钢 冷作模具钢、热作模具钢 模块四模块四 常用金属材料常用金属材料 低合金刃具钢 3 3、合金钢的牌号、合金钢的牌号 (1)(1)合金结构钢的牌号合金结构钢的牌号 (2)(2)合金工具钢的牌号合金工具钢的牌号 其牌号表示方法与合金结构钢类似，但其平均其牌号表示方法与合金结构钢类似，但其平均 Wc1%Wc1%（两位数）（两位数） 时不标出；当时不标出；当Wc1%前前面数字表示面数字表示含碳量含碳量的千分数。的千分数。 如：9SiCr, Cr12,5CrMnMo9SiCr, Cr12,5CrMnMo等。等。 但高速钢不标含碳量，只写

10、出合金元素但高速钢不标含碳量，只写出合金元素符号符号及其含量。及其含量。 如:W18Cr4V, W6Mo5Cr4V2W18Cr4V, W6Mo5Cr4V2 模块四模块四 常用金属材料常用金属材料 普通低合金结构钢普通低合金结构钢 低碳，合金含量小于低碳，合金含量小于3%3%。主加元素为。主加元素为MnMn固溶强化，提高了强度；固溶强化，提高了强度；V V， TiTi等元素使晶粒细化，弥散强化，使韧性提高。等元素使晶粒细化，弥散强化，使韧性提高。 牌号与普通碳素结构钢相同；主要有牌号与普通碳素结构钢相同；主要有Q295Q295、Q345Q345、Q390Q390、Q420Q420、Q460Q46

11、0 在建筑、桥梁、车辆、船舶中应用广泛。以在建筑、桥梁、车辆、船舶中应用广泛。以16Mn16Mn（Q345-DQ345-D）为最广。）为最广。 船舶船舶 桥梁桥梁 模块四模块四 常用金属材料常用金属材料 旧钢号旧钢号新钢号新钢号 16MnQ345-D 15MnTiQ390 16MnqQ345q 2、渗碳钢 含碳量为含碳量为0.1%-0.25%0.1%-0.25%（低碳钢），以保障心部具有足够（低碳钢），以保障心部具有足够 的韧性，合金含量小于的韧性，合金含量小于3%3%。主加元素为。主加元素为CrCr、MnMn、NiNi、B B，提，提 高了淬透性，使晶粒细化，耐磨性提高高了淬透性，使晶粒细化

12、，耐磨性提高。 主要用于表面要主要用于表面要 求硬而耐磨，心部具求硬而耐磨，心部具 有足够强度和韧性的有足够强度和韧性的 零件，如：汽车变速零件，如：汽车变速 箱的齿轮、传动轴等。箱的齿轮、传动轴等。 以以2 20Cr0Cr、20CrTiMn20CrTiMn、 20Cr2Ni420Cr2Ni4为最广（截为最广（截 面尺寸小、中、大）。面尺寸小、中、大）。 变速齿轮变速齿轮 拨叉拨叉 模块四模块四 常用金属材料常用金属材料 调质钢调质钢 含碳量为含碳量为0.25%-0.5%0.25%-0.5%（中碳钢）（中碳钢）, ,主加元素为主加元素为CrCr、MnMn、SiSi、 NiNi等以提高淬透性和强

13、化铁素体。调质钢具有良好的综合力等以提高淬透性和强化铁素体。调质钢具有良好的综合力 学性能。学性能。 常用牌号有：常用牌号有：40Cr、35CrMo、38CrMoAl、40CrNiMoA、42CrMo 调质钢广泛用于制造机床、汽车、拖拉机和其它机器上的各种调质钢广泛用于制造机床、汽车、拖拉机和其它机器上的各种 重要零件，如齿轮、轴类件、连杆、高强度螺栓等。重要零件，如齿轮、轴类件、连杆、高强度螺栓等。 曲轴曲轴 连杆连杆 模块四模块四 常用金属材料常用金属材料 4 4、弹簧钢、弹簧钢 它具有高的它具有高的弹性、疲劳强度及冲击韧度。弹性、疲劳强度及冲击韧度。含碳量为含碳量为0.5%-0.5%-

14、0.7%0.7%（中、高碳钢）（中、高碳钢）, ,主加元素为主加元素为CrCr、MnMn、SiSi等以提高淬透性等以提高淬透性 和弹性极限。和弹性极限。 主要牌号有：主要牌号有：60Si2Mn、 50CrVA、30W4Cr2VA 合金弹簧钢是一种专用合金弹簧钢是一种专用 结构钢，主要用于制造各种结构钢，主要用于制造各种 弹簧和弹性元件。弹簧和弹性元件。 拉力弹簧拉力弹簧 离合器弹簧离合器弹簧 模块四模块四 常用金属材料常用金属材料 5 5、滚动轴承钢、滚动轴承钢 牌号：牌号：G+Cr+G+Cr+数字（数字表示数字（数字表示CrCr含含 量的千分数）量的千分数） 主要牌号有：主要牌号有：GCr4

15、GCr4、GGr15GGr15、 GCr15SiMnGCr15SiMn、GCr15SiMoGCr15SiMo、GCr18MoGCr18Mo 主要用来制造滚动轴承的滚动体主要用来制造滚动轴承的滚动体 （滚珠、滚柱、滚针）、内外套圈等，（滚珠、滚柱、滚针）、内外套圈等， 属专用结构钢。属专用结构钢。 碳质量分数一般为碳质量分数一般为0.95%-1.10%0.95%-1.10%， 以保证其高硬度、高耐磨性和高强度。以保证其高硬度、高耐磨性和高强度。 铬为基本合金元素铬为基本合金元素 ，铬含量为，铬含量为 0.40%-1.65%0.40%-1.65%。高碳低铬。高碳低铬。 (滚珠轴承钢) 模块四模块四

16、 常用金属材料常用金属材料 合金工具钢是制造刃具、量具和模具的钢种。不仅有更高的硬度合金工具钢是制造刃具、量具和模具的钢种。不仅有更高的硬度 和耐磨性和耐磨性,还具有更高的红硬性。还具有更高的红硬性。 1 1、合金刃具钢、合金刃具钢 用途：主要用于制造各种用途：主要用于制造各种 金属切削刀具，如车刀、铣刀、金属切削刀具，如车刀、铣刀、 钻头等。钻头等。 性能：性能： （1 1）高硬度，）高硬度，60HRC60HRC以上；以上； （2 2）高的耐磨性；）高的耐磨性； （3 3）高热硬性）高热硬性 ； （4 4）足够的塑性和韧性）足够的塑性和韧性 。 铣刀铣刀 英制模板刀英制模板刀 模块四模块四

17、常用金属材料常用金属材料 合金工具钢的合金工具钢的种类及牌号种类及牌号 (1) (1) 低合金刃具钢低合金刃具钢 (2) (2) 高速钢高速钢 最高工作温度不超过最高工作温度不超过300 300 。 高碳：碳质量分数为高碳：碳质量分数为0.7%-1.5%0.7%-1.5%，以保证高硬度和高耐磨性。，以保证高硬度和高耐磨性。 CrCr、MnMn、SiSi主要是提高钢的淬透性，主要是提高钢的淬透性，SiSi还能提高钢的回火稳定性；还能提高钢的回火稳定性； W W、V V能提高硬度和耐磨性，并防止加热时过热，保持细小的晶粒。用于能提高硬度和耐磨性，并防止加热时过热，保持细小的晶粒。用于 制造低速切削

18、刀具，如丝锥、铰刀、圆板牙等制造低速切削刀具，如丝锥、铰刀、圆板牙等 高速钢是高合金刃具钢，具有很高的热硬性高速钢是高合金刃具钢，具有很高的热硬性( (红硬性），高速切削中红硬性），高速切削中 刃部温度达刃部温度达600 600 时，其硬度无明显下降。时，其硬度无明显下降。 高碳：碳质量分数在高碳：碳质量分数在0.70%0.70%以上，最高可达以上，最高可达1.5%1.5%左右，左右， 加入加入CrCr、W W、MoMo、V V等合金元素：等合金元素：Cr Cr 提高淬透性；提高淬透性；W W、Mo Mo 保证高保证高 的热硬性；的热硬性；V V 提高耐磨性、硬度、红硬性、细化晶粒。提高耐磨性

19、、硬度、红硬性、细化晶粒。用于制造高速切削用于制造高速切削 刀具，如车刀、铣刀、钻头。形状复杂载荷大的成型刀具如齿轮铣刀、拉刀等刀具，如车刀、铣刀、钻头。形状复杂载荷大的成型刀具如齿轮铣刀、拉刀等 还可用来制造冷冲模、冷挤压模及某些耐磨零件。还可用来制造冷冲模、冷挤压模及某些耐磨零件。 （如：（如：9SiCr 9SiCr 、Cr2Cr2、CrWMnCrWMn） （如：（如：W18Cr4VW18Cr4V、W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2 、W9Mo3Cr4VW9Mo3Cr4V） 模块四模块四 常用金属材料常用金属材料 刀具刃部工作温度大于刀具刃部工作温度大于600 时，需要用硬质合金制造

20、刀具。硬质合金属于时，需要用硬质合金制造刀具。硬质合金属于 粉末冶金材料，将粉末冶金材料，将WC、TiC、TaC等难熔的高硬度碳化物粉末和等难熔的高硬度碳化物粉末和Co,Ni等等 金属经混合、压制成型，再在高温下烧结制成。金属经混合、压制成型，再在高温下烧结制成。 1.硬质合金的性能特点：硬度高硬质合金的性能特点：硬度高 8693HRA，红硬性高，红硬性高9001000 ，耐，耐 磨性好。但抗弯强度低，韧性差磨性好。但抗弯强度低，韧性差. 2.常用硬质合金常用硬质合金 钨钴类钨钴类 YG 主要成分为碳化钨及钴，其牌号用主要成分为碳化钨及钴，其牌号用“YG+数字数字”表示，数字以表示，数字以 百

21、分之几表示钴的含量。适用于加工脆性材料（铸铁）、有色金属及非百分之几表示钴的含量。适用于加工脆性材料（铸铁）、有色金属及非 金属材料。数字大用于粗加工，数字小用于精加工。金属材料。数字大用于粗加工，数字小用于精加工。 钨钴钛类钨钴钛类 YT 主要成分为碳化钨、碳化钛及钴，其牌号用主要成分为碳化钨、碳化钛及钴，其牌号用“YT+数字数字”表表 示，数字以百分之几表示碳化钛的含量。适用于加工塑性材料（钢类）。示，数字以百分之几表示碳化钛的含量。适用于加工塑性材料（钢类）。 数字大用于精加工，数字小用于粗加工。数字大用于精加工，数字小用于粗加工。 通用硬质合金通用硬质合金 它以碳化钽或碳化铌取代它以碳

22、化钽或碳化铌取代YT类中的一部分碳化钛而制成。类中的一部分碳化钛而制成。 其牌号用其牌号用“YW+顺序号顺序号”表示。适用于加工不锈钢、耐热钢、高锰高等难表示。适用于加工不锈钢、耐热钢、高锰高等难 加工的材料。加工的材料。 称为称为“万能硬质合金万能硬质合金”。YW1用于精加工；用于精加工；YW2用于粗加工。用于粗加工。 2 2、合金量具钢、合金量具钢（如：（如：9SiCr 、CrWMn） 用途：量具用钢用于制造各种用途：量具用钢用于制造各种测测量工具，如卡尺、千分尺、块规。量工具，如卡尺、千分尺、块规。 性能要求：性能要求：(1) (1) 高硬度（大于高硬度（大于56 HRC56 HRC）和

23、高耐磨性；）和高耐磨性； (2) (2) 高尺寸稳定性，在存放和使用过程中，尺寸不发生变化。高尺寸稳定性，在存放和使用过程中，尺寸不发生变化。 螺纹规螺纹规 游标卡尺游标卡尺 千分尺千分尺 模块四模块四 常用金属材料常用金属材料 3、合金模具钢、合金模具钢 合金模具钢按其用途分为冷作模具钢和热作模具钢两大类。合金模具钢按其用途分为冷作模具钢和热作模具钢两大类。 冷作模具钢冷作模具钢 用途：冷模具用于制造用途：冷模具用于制造 各种冷冲模、冷镦模、冷挤各种冷冲模、冷镦模、冷挤 压模和拉丝模等，工作温度压模和拉丝模等，工作温度 不超过不超过200 200 300 300 。 热热作模具钢作模具钢 如

24、：如：Cr12Cr12、Cr12MoVCr12MoV（大型模（大型模 具）具） 用途：热作模具钢用于制造各用途：热作模具钢用于制造各 种热锻模、热压模、热挤压模和压种热锻模、热压模、热挤压模和压 铸模等，工作时型腔表面温度可达铸模等，工作时型腔表面温度可达 600 600 以上。以上。 如：如：5CrMnMo5CrMnMo（中小型）、 5CrNiMo5CrNiMo （大、中型） 性能要求：性能要求： 高硬度，高硬度，585862 HRC;62 HRC; 高耐磨性高耐磨性; ; 足够的韧性和疲劳抗力足够的韧性和疲劳抗力 模块四模块四 常用金属材料常用金属材料 量具用钢的选用举例量具用钢的选用举例

25、 量量 具具 钢钢 号号 平样板或卡板平样板或卡板 1010、2020或或5050、5555、6060、60Mn60Mn、65Mn 65Mn 一般量规与块规一般量规与块规 T10AT10A、T12AT12A、9SiCr 9SiCr 高精度量规与块规高精度量规与块规 Cr12Cr12（刃具钢）、（刃具钢）、CrMnCrMn、GCr15 GCr15 高精度且形状复杂的量规与块规高精度且形状复杂的量规与块规 CrWMn(CrWMn(低变形钢低变形钢) ) 抗蚀量具抗蚀量具 4Cr13, 9Cr18(4Cr13, 9Cr18(不锈钢不锈钢) ) 模块四模块四 常用金属材料常用金属材料 特殊性能钢是指具

26、有特殊物理和化学性能的一种高合金钢特殊性能钢是指具有特殊物理和化学性能的一种高合金钢. .它主要它主要 包括不锈钢、耐热钢、耐磨钢（耐候钢包括不锈钢、耐热钢、耐磨钢（耐候钢09CuPCrNi-A)09CuPCrNi-A)等等. . 1 1、不锈钢、不锈钢 能抵抗大气、酸、碱或其它介质腐蚀的钢能抵抗大气、酸、碱或其它介质腐蚀的钢。 不锈钢在石油化工、国防工业和一些尖端科学技术及日常生活不锈钢在石油化工、国防工业和一些尖端科学技术及日常生活 中都得到广泛应用，例如化工装置中的各种管道、阀门和泵，医中都得到广泛应用，例如化工装置中的各种管道、阀门和泵，医 疗手术器械，防锈刃具和量具等。疗手术器械，防锈刃具和量具等。 根